【化工原理 課件】第二章 吸收第三次課

1,以液相及氣相為推動力的傳質(zhì)速率方程： 、 稱為漂流因子，其值大于1。 有主體流動存在的傳質(zhì)速率大于單純的分子擴散反映主體流動對傳質(zhì)速率的貢獻。 描述吸收過程的傳質(zhì)：氣相中的A不斷溶解，B不能進入液相。,2,2-2-3 渦流擴散與對流傳質(zhì)Eddy current diffusion,1. 渦流擴散：湍流流體中出現(xiàn)質(zhì)點脈動和大量旋渦，造成組分?jǐn)U散。 借助于費克定律形式: De為渦流擴散系數(shù)， 不僅和物性有關(guān)，而且與流動狀況有關(guān) 2. 對流傳質(zhì)速率 : 即有分子擴散又有渦流擴散 Convective mass transfer,3,湍流區(qū)，氣液相在主體 渦流擴散分子擴散 濃度梯度 0,過渡區(qū)，有渦流擴散 D，De兩者均不可忽略 濃度梯度減小,層流區(qū), 靠近界面 分子擴散渦流擴散 濃度梯度大,4,渦流擴散系數(shù)De規(guī)律復(fù)雜，難以用式子表達(dá)。 可把渦流擴散阻力當(dāng)作相當(dāng)于某個厚度的滯流膜內(nèi)的分子擴散阻力處理。 即認(rèn)為總傳質(zhì)阻力當(dāng)作厚度為e的滯流膜的分子擴散阻力，膜外阻力為0，則對流擴散速率可通過距離為e的分子擴散計算。,氣相擴散速率 Gas diffusion rate,液相擴散速率 liquid diffusion rate,5,令,其中，kg：氣相對流傳質(zhì)系數(shù)，kmolm-2s-1Pa-1; Gas flow mass transfer coefficient kl：液相對流傳質(zhì)系數(shù)，ms-1。 liquid flow mass transfer coefficient,氣液相對流傳質(zhì)速率方程：,6,吸收過程-相際間傳質(zhì)：氣相主體-相界面-液相主體,2-2-4 吸收過程（相際傳質(zhì)）的雙膜模型 （有效膜模型Double membrane model）,7,有效膜模型Double membrane model要點： a.氣液相間有穩(wěn)定的相界面，在界面處氣液濃度成平衡 ，可用相平衡關(guān)系描述 pi=f(ci) b.相界面兩側(cè)各有一停滯膜（虛擬膜或者有效膜）（氣膜和液膜），膜內(nèi)傳質(zhì)以分子擴散 方式進行 c.傳質(zhì)阻力全部集中在虛擬膜內(nèi)， 膜外主體高度湍流，傳質(zhì)阻力為0。,8,2.2.5 吸收過程傳質(zhì)速率方程式,傳質(zhì)阻力全部折算到虛擬膜內(nèi)，則吸收過程的傳質(zhì)速率方程可表示為以分子擴散形式表示的傳質(zhì)速率 在穩(wěn)態(tài)的條件下， N氣相主體與界面=N界面=N界面至液相主體,9,1.膜內(nèi)傳質(zhì)速率方程,氣膜內(nèi)傳質(zhì)速率方程：,10,液膜內(nèi)傳質(zhì)速率方程,c液相主體溶質(zhì)組分的摩爾濃度； ci界面上溶質(zhì)組分摩爾濃度； c0-液相的總摩爾濃度，即溶劑濃度+溶質(zhì)濃度。 kg,kl 氣液相膜傳質(zhì)系數(shù)。 x液相主體溶質(zhì)組分的摩爾分率；xi界面上溶質(zhì)組分的摩爾分率。 kx,ky以摩爾分率差為推動力時的氣液相膜傳質(zhì)系數(shù)，kmol/m2.s。,11,2.總傳質(zhì)速率方程Total mass transfer rate equation,Kg，Ky，Kl，Kx氣、液相總傳質(zhì)系數(shù)；pe ，ce分別為氣液相的平衡分壓及平衡摩爾濃度。,12,3.氣液相總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系,穩(wěn)態(tài)吸收,由亨利定律,（1）,（2）,Kg=HKl,13,由亨利定律,（3）,（4）,Kx=Kym,14,4.氣相總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系,5.液相總傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系,15,6.總傳質(zhì)系數(shù)與膜傳質(zhì)系數(shù)Mass transfer coefficient的關(guān)系,穩(wěn)態(tài)吸收,推出,即,16,或者根據(jù)：,總阻力=氣膜阻力gas film resistance+液膜阻力liquid film resistance,氣膜阻力：,液膜阻力：,17,液膜,draw,that is,18,以摩爾分?jǐn)?shù)差Molar fraction difference為推動力的總傳質(zhì)系數(shù),推出,即,19,同理可推出,液相總傳質(zhì)系數(shù),20,膜傳質(zhì)速率方程：,7. 吸收過程傳質(zhì)速率方程總結(jié),kx=kym,kg=Hkl,21,總傳質(zhì)速率方程:,Kg=HKl,Kx=Kym,22,總傳質(zhì)系數(shù)與膜傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系,23,溶解度對傳質(zhì)系數(shù)的影響,a.氣膜阻力控制 ：對于易溶氣體，溶解度很大，H很大,m很小,如以水吸收NH3,Kgkg,傳質(zhì)阻力主要集中氣相側(cè)膜內(nèi)，故稱之為氣膜控制 gas film control。,Kyky,24,氣膜控制 增加氣相流率和 提高ky, 加快吸收過程；增加液相流速，效果不明顯。,25,b.液膜阻力控制 ：,難溶氣體，溶解度很小，H很小,m很大，,Kl kl Kx kx,總阻力=液相傳質(zhì)阻力 主要集中液相側(cè)膜內(nèi)，液膜控制。,如以水吸收CO2。,26,液膜控制Liquid film control,增加液相湍動程度如提高液相流率, 提高kx, 加快吸 收過程；增加氣相流速，效果不明顯。,27,C.雙膜阻力聯(lián)合控制，兩者均不可忽略,對溶質(zhì)的溶解度比較適中的吸收過程，則界面兩側(cè)的傳質(zhì)阻力相當(dāng)，對過程傳質(zhì)速率的影響相當(dāng)，故表現(xiàn)為界面兩側(cè)的膜對傳質(zhì)速率具有相同控制作用。,