化工原理课件 气体吸收.ppt

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1、三、对流传质：Convectionmasstransfer1、涡流eddy扩散：（1）定义：凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象，称为涡流扩散区别：分子扩散：时刻存在，但可忽略不计涡流扩散：占主要地位（2）数学描述：其中：JAo：涡流扩散通量，kmol/m2.sD：涡流扩散系数eddydiffusivity物理意义：表明涡流扩散能力的大小与D不同，不是物性常数影响因素有：物性、操作条件，湍动程度、流道的几何位置、以及壁粗糙度较难计算和确定2、对流传质：（1）定义：指壁面（或相界面）与运动流体之间，或两个有限互溶的运动流体之间

2、的传质包括：湍流主体与相界面之间的涡流扩散分子扩散（2）对流传质的类型：a、根据流体的流动发生原因：强制对流传质：工业传质单元操作：蒸馏、吸收、萃取又分强制层流、强制湍流自然对流传质b、按流体的作用方式：流体作用于可溶性固体壁面：如干燥、吸附、浸取相际间的传质（通过相界面）与两相接触状态有关如吸收、蒸馏等（3）对流传质的机理：以流体强制湍流流过固体壁面时的传质过程为例壁面附近：三个部分的传质机理有很大差别层流内层：分子扩散（壁面与流体之间的传质）特点：浓度梯度很大，浓度分布曲线很陡，为一直线，用费克第一定律表示其数学模型缓冲层：层

3、流：分子扩散浓度梯度介于中间，分布曲线也介于二者之间旋涡：涡流扩散湍流主体：强烈的旋涡运动，涡流扩散>>分子扩散由于旋涡进行强烈的混合，浓度梯度很小，浓度分布曲线较为平坦（4）对流传质速率：描述对流传质的基本方程：对流传质速率方程仿造对流给热之牛顿冷却定律传质速率界面浓度与流体主体浓度之差（相内传质推动力）NA=kcΔcA其中：ΔcA：组分A在界面处的浓度与流体主体浓度之差，kmol/m2；kc：气（液）相（膜）传质系数filmcoefficient或传质分系数，kmol/（m2.s.推动力）即：NA=kG(p–pi)NA=ky

4、(y–yi)…气相NA=kL(ci–c)NA=kx(xi–x)…液相注意：下标：i：界面处气（液）相的浓度下标i与e的差别则ky=pkG，kx=cMkL可将所有影响对流传质的复杂因素归结到气（液）相（膜）传质系数之中，并利用实验求得3、相际对流传质模型：数学模型法计算对流传质速率————对流传质系数假定——数学模型——计算式目的：靠实验来解决传质速率问题（1）双膜理论（停滞膜模型，有效膜模型，双阻力模型twofilmtheory）Whiteman，1923年最早由晶体溶解时固、液间传质的模型发展而来主要由边界层理论推出假定（要点）

5、：流动状态气液两相相互接触时，气液两相间存在着稳定的相界面，两侧各有一个很薄的静止膜。A分子通过两层膜的传质方式：定态的分子扩散相界面处流体湍动消失，气液两相处于相平衡状态，界面无阻力；膜外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动，各处浓度均匀一致；重点：在于传质阻力集中在两个静止膜层内，可用分子扩散理论进行数学描述，对是否存在主体流动都可以应用b、确定对流传质系数：单向扩散：气相：则液相：则则（对流传质通量）=（对流传质系数）*（浓度差）c、模型参数：G、L：（当量、虚拟）膜厚可由实验测定d、结论：根据双膜理论，对流传质系数k

6、D优点：简单，与实际情况大体符合特别对具有固定传质表面、周围流体又是高度湍动的系统据此模型所确定的传质速率关系，至今仍是传质设备设计的主要依据，可给出许多数据，具有普遍意义缺点：对传质机理假定过于简单，尤其是不存在固定相界面的高度湍动传质设备（相界面较大，旋涡往往使表面不断更新），而且浓度梯度不稳定双膜理论并不能反映出传质的真实情况实际kGDG0.67，证明膜厚不仅与流动状态有关，而且与D有关，不易测定液液系统内的界面不能忽略其阻力(2)溶质渗透理论penetrationtheoryHigbie（汉格比），1935年非定态模型针

7、对双膜理论的缺点，气液两相在高度湍动状况下互相接触，不可能存在一个稳定的相界面，且不会存在两个稳定的静止膜层a、假定：液面由无数个微小的流体单元所构成，到界面处会停滞下来0时，流体单元中：cA=cA0（起始浓度）>0时，z=0（相界面处）：cA=cAi：气液平衡τ延长，A通过非定态扩散方式不断地向流体单元中渗透，时间越长，渗透越深，但τ有限0时，旧的流体单元被新的所置换回到液相主体中：（流体单元深处)：cA=cA0；流体单元不断被更换，每批流体单元在界面更新的时间都一样界面无阻力，气液两相达平衡开始时(θ=0)，液体具

8、有均匀的浓度c0，位于液相表面的液相流体单元的浓度也为c0气液一旦接触(θ>0)，界面上的浓度立即变为平衡浓度ci(cz=0=ci)此时其它部位仍保持着c0，出现(dc/dz)max；导致A从界面向附近液体进行不稳定扩散，溶质渗入液相内随着扩散的进