化工原理吸收过程的传质速率

化工原理吸收过程的传质速率第1页，共25页，2023年，2月20日，星期一一、分子扩散与菲克定律分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。AB扩散速率（rateofdiffusion）：单位时间通过单位面积扩散的物质量，J表示，kmol/(m2·s)。第2页，共25页，2023年，2月20日，星期一费克（Fick）定律：

—组分A沿扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m4）；JA—组分A扩散速率，kmol/（m2·s）；

DAB—分子扩散系数（moleculardiffusivity），或简称扩散系数，m2/s。①负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着浓度降低的方向进行；②下标AB表示组分A在组分B中扩散。第3页，共25页，2023年，2月20日，星期一理想气体：式中pA—气体混合物中组分A的分压力，kPa；T—热力学温度，K；R—摩尔气体常数，8.314kJ/（kmol·K）.第4页，共25页，2023年，2月20日，星期一分子扩散两种形式：①双组分等摩尔相互扩散，或称等摩尔逆向扩散(equimolarcounterdiffusion)。②单向扩散(unidirectionaldiffusion)，或称

组分A通过组分B的扩散(diffusionofAthroughstagnentB）。第5页，共25页，2023年，2月20日，星期一二、等摩尔逆向扩散JAJBTPpA2pB2TPpA1pB112pA1pB1pB2pA2PZ1Z2Z第6页，共25页，2023年，2月20日，星期一等摩尔逆向扩散：A、B两个组分相互扩散的物质量nA、nB相等，此时两组分的扩散速度相等，但方向相反。总压一定因为：JA=－JB

所以：DAB=DBA=D第7页，共25页，2023年，2月20日，星期一1.总体流动：因溶质Ａ扩散到界面溶解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差，使得混合物向界面处的流动。2.总体流动的特点：①因分子本身扩散引起的宏观流动。②

A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。三、单向扩散NAM、NBM—整体移动中组分A、B的传递速率，kmol/(m2·s)；pA、pB—组分A、B的分压力，kPa。A扩散JAB扩散JB整体移动中B的传递NBM整体移动中A的传递NAMp总压ppB1pA1pA2pB2pBpA气相主体0ZZ图单向扩散界面第8页，共25页，2023年，2月20日，星期一气相侧：第9页，共25页，2023年，2月20日，星期一液相侧：第10页，共25页，2023年，2月20日，星期一漂流因数意义：其大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，其值为总体流动的传质速率较单纯分子扩散速率的倍数。漂流因数的影响因素：

A浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。A低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。

——漂流因子或移动因子(driftfactor)第11页，共25页，2023年，2月20日，星期一四、分子扩散系数扩散系数的意义：反映某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常数之一，单位：m2/s。D的来源：查手册；半经验公式；测定D的影响因素：介质种类、温度、压力、浓度气相：液相：第12页，共25页，2023年，2月20日，星期一五、相际传质的双膜理论相际对流传质三大模型：双膜模型、溶质渗透模型、表面更新模型。（一）双膜模型pAcA气相液相GLPAiCAi（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩散方式通过气膜和液膜。（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。（3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以涡流扩散的形式传质。

第13页，共25页，2023年，2月20日，星期一1.气相传质速率方程传质速率＝气膜传质系数×（气相主体的参数-界面处的参数）第14页，共25页，2023年，2月20日，星期一2.液相传质速率方程传质速率＝液膜传质系数×（界面处的参数－液相主体的参数）第15页，共25页，2023年，2月20日，星期一六、总传质速率方程（一）总传质速率方程1.以（Y-Y*）为推动力的总传质速率方程第16页，共25页，2023年，2月20日，星期一在稳态传质过程中，溶质通过气相与通过液相的传质速率相等。传质总阻力总传质速率方程YkkmYYN1X*A+-=推动力第17页，共25页，2023年，2月20日，星期一相间传质总阻力＝气膜阻力+液膜阻力KY—气相总传质系数，kmol/(m2·s)第18页，共25页，2023年，2月20日，星期一2.以（X*-X）为推动力的总传质速率方程第19页，共25页，2023年，2月20日，星期一在稳态传质过程中，溶质通过气相与通过液相的传质速率相等。传质总阻力总传质速率方程YmkkXXN11X*A+-=推动力第20页，共25页，2023年，2月20日，星期一相间传质总阻力＝气膜阻力+液膜阻力KX—液相总传质系数，kmol/(m2·s)第21页，共25页，2023年，2月20日，星期一（二）气膜控制与液膜控制（1）溶质的溶解度很大溶质的溶解度很大，m很小传质阻力集中于气膜中，称为气膜阻力控制或气膜控制(gas-filmcontrol)第22页，共25页，2023年，2月20日，星期一YIYiXXiY*OX*气相总推动力气膜推动力(a)气膜控制（易溶气体属于气膜控制）提高传质速率的措施：1.提高气体流速；2.加强气相湍流程度。第23页，共25页，2023年，2月20日，星期一（2）溶质的溶解度很小溶质的溶解度很小，m很大传质阻力集中于液膜中，称为液膜阻力控制或液膜控制(liquid-filmc