吸收论文资料

PAGEPAGE5双膜理论作者：陈志姗（05）陈秀珍（04）甘璐璐（08）王军武（26）彭俊龙（23）摘要：本文以气体吸收的双膜模型为理论基础,应用分子扩散的费克定律推导出气、液膜分子扩散速率方程以及气体吸收速率方程.同时指出,若要提高吸收速度,首先应了解过程的控制类型,有针对性地采取措施;应用吸收速率方程时,要注意传质推动力与传质系数的对应关系及各传质系数之间的关系;气体吸收速率方程仅适用于稀溶液体系.Basedonthefictitioustwo-filmtheoryandtheficklawformoleculediffusionandtheHenrylawofthinsolution,therateequationforgasabsorptionwasexpounded,theresultwasdiscussed.Thispapershowsthattheresultappliestothinsolutionsystem.Tworealityexamplewereanswerintheendofthepaper关键词：双膜理论气液反应双膜模型吸收速率KeyWord：two-filmtheory,absorbspeed，two-filmmodel,gas-liquidresponse引言：双膜理论（two-filmtheory），是一经典的传质机理理论，于1923年由惠特曼和刘易斯提出，作为界面传质动力学的理论，该理论较好地解释了液体吸收剂对气体吸收质吸收的过程。（1）相互接触的气液两流体之间存在着一个稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的有效滞流膜层，吸收质以分子扩散的方式通过此二膜层；

⑵在相界面处，气液达于平衡；

⑶在膜以下的中心区，由于流体充分滞流，吸收质浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度皆为零，全部浓度变化集中在两个有效膜层内。双膜理论基于双膜模型，它把复杂的对流传质过程描述为溶质以分子扩散形式通过两个串联的有效膜，认为扩散所遇到的阻力等于实际存在的对流传质阻力。论点：一种关于两个流体相在界面传质动力学的理论。主要论点：

（1）在传质过程中，两相间有一个相界面。相界面两边具有传质薄膜，在任何流体力学条件下，都呈滞流状态；

（2）尽管传质两层膜很薄，仍是传质过程的主要阻力所在；

（3）不论何时，在两层薄膜间的相界面处的浓度关系，假定已经达到平衡。双膜理论将传质过程的机理大大简化，而变为通过传质两层薄膜的分扩散过程。但在反映客观实际和指导生产方面，都有缺点和局限性。气体吸收是气相中的吸收质经过相际传递到液相的过程。当气体与液体相互接触时，即使在流体的主体中已呈湍流，气液相际两侧仍分别存在有稳定的气体滞流层（气膜）和液体滞流层（液膜),而吸收过程是吸收质分子从气相主体运动到气膜面，再以分子扩散的方式通过气膜到达气液两相界面，在界面上吸收质溶入液相，再从液相界面以分子扩散方式通过液膜进入液相主体。针对气体吸收传质过程，双膜理论的基本论点如下：1、相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，相界面两侧的传质阻力全部集中于这两个停滞膜内，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体；2、在相界面处，气、液两项瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力，溶质在界面上两相的的组成存在平衡关系，即所需的传质推动力为零或气、液两相达到平衡。3、在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分湍动，不存在浓度梯度，物质组成均匀。溶质在每一相中的传质阻力都集中在虚拟的停滞膜内。根据双膜理论，气、液相界面附近的浓度分布如右图所示。\o"查看图片"

双膜理论示意图理论表达式双膜理论将相际传质过程简化为经两膜层的稳定分子扩散的串联过程。吸收过程则为溶质通过气膜和液膜的分子扩散过程。所以，两项间传质的速率方程分别为气膜：(NA)g=Kg(Pa-Pa1)液膜：(NA)l=KL(Ca-Ca1)式中：(NA)g，(NA)l——溶质通过气膜和液膜的传质通量，kmol/(m2·s)Pa，Ca——溶质在气、液两相主题中的压力(Pa)和浓度(kmol/m3)14—1中SO2的溶解度曲线)，即气液两相的浓度成正比。这就是著名的亨利定律：p*＝Ex(14－1)式中x——被吸收组分在液相中的摩尔分数；E——亨利系数，Pa。亨利系数可由有关手册查得，也可由实验测定。对于一定体系，正是温度的函数，一般来说，温度上升则E值增大，不利于气体的吸收。在同一溶剂中，难溶气体正值大，反之则小。亨利定律还有多种表示方式。当溶液中溶质含量用C(kmol／m3)表示时，亨利定律表示为：(14－2)式中H——溶解度系数，kmol／(m3·Pa)，H值由实验测定。在亨利定律适用的范围内，H是温度的函数，随温度升高而减小，且因溶质、溶剂的特性不同而异，其数值等于平衡分压1．01×105Pa时的溶解度。H值的大小反映了气体溶解的难易程度，易溶气体H值大。所以又称H为溶解度系数。对于稀溶液，正与H有如下近似关系：(14－3)式中ρ——溶液的密度，kg／m3；M——溶液的相对分子质量。当溶质在气相和液相中的溶度均以摩尔分数表示时，亨利定律又可表示为，y*=mx(14－4)式(14—4)为亨利定律最常用的形式之一，称为气液平衡关系式，m为相平衡常数，无量纲。m与E又有下述关系：(14－5)式中P——气相的总压。相平衡常数m也是由实验结果计算出来的数值，对于一定的物系，它是温度和压强的函数；由m值的大小同样可以看出气体溶解度的大小，在同一溶剂中，难溶气体m值大，反之则小，由式(14—5)亦可看出，温度升高，总压下降，则m值变大，不利于吸收操作。当溶质在气相和液相中的浓度均以摩尔比来表示时，亨利定律又变成第四种表达方式：Y*=mX(14—6)式(14－6)表明，当液相中溶质浓度足够低时，平衡关系在Y-X图中也可近似地表示成一条通过原点的直线，其斜率为m。

三、吸收过程的机理

吸收过程是一个相际传质过程。工业上的吸收过程一般均是溶质先从气相主体扩散到气液界面，穿过界面，再向液相主体扩散。关于吸收这样的相际传质机理，刘易斯(W．K．Lewis)和惠特曼(W．G．Whitman)在20世纪20年代提出的双膜理论一直占有重要地位。双膜理论的基本要点如下。(1)相互接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的有效滞流膜层，吸收质以分子扩散方式通过此两膜层。(2)在相面处，气、液两相达到平衡。(3)在膜层以外的中心区，由于流体充分湍动，吸收质浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度皆为零，全部浓度变化集中在两个有效膜层内。通过以上假设，就把整个相际传质过程简化为经由气、液两膜的分子扩散过程，图14－2即为双膜理论的示意。

图14－2双膜理论示意

双膜理论认为，相界面上处于平衡状态，即图14－2中的pi与Ci符合平衡关系。这样，整个相际传质过程的阻力便决定了传质速率的大小，因此双膜理论也可以称为双阻力理论。双膜理论把复杂的相际传质过程大为简化。对于具有固定相界面的系统及速度不高的两流体间的传质，双膜理论与实际情况是相当符合的，根据这一理论的基本概念确定的相际传质速率关系，至今仍是传质设备设计的主要依据。这一理论对于生产实际具有重要的指导意义。但是，对具有自由相界面的系统，尤其是高度湍动的两流体间的传质，双膜理论表现出它的局限性，因为在这种情况下，相界面已不再是稳定的，界面两侧存在稳定的有效滞流膜层及物质以分子扩散的形式通过此两膜层的假设都很难成立。另外，某些特殊情况下的传质过程，相界面上的平衡状态也不存在。四、局限性由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度以及界面上浓度都难以确定；双膜理论存在着一定局限性，例如对具有自由相界面或高度湍动的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的，因此界面两侧存在稳定的等效膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以成立；针对双膜理论的局限性，后来相继提出了一些新的理论，如薄膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论、界面动力状态理论等，这些理论对于相际传质过程中的界面状况及流体力学因素的影响等方面的研究和描述有所前进，但目前尚不能据此进行传质设备的计算或解决其他实际问题结束语：本文通过双膜理论分析了气液反应的吸收机理，提出气液反应的吸收速率的计算式。吸收过程进行的方向与极限取决于溶质(气体)在气液两相中的平衡关系。吸收过程是一个相际传质过程。工业上的吸收过程一般均是溶质先从气相主体扩散到气液界面，穿过界面，再向液相主体扩散。由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度以及界面上浓度都难以确定。参考文献：[1]王晓玲精馏塔板上流体三维流场及传质的模拟;[D];天津大学;2003年

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