吸收過程中的質量傳遞質量傳遞在具有濃度差的混合.ppt

7.2 吸收過程中的質量傳遞 質量傳遞：在具有濃度差的混合物中，一個或幾個組分從一處 轉移到另一處的過程。工程上，簡稱為傳質過程。 吸收過程： 氣相主體 相界面 液相主體 單向傳質 界面溶解 單向傳質,7.2.1 傳質的基本方式 單相內的傳質機理： （1）分子擴散: 分子隨機熱運動的宏觀結果。 固體、靜止的流體和作層流流動的流體內部單獨存在。 （2）渦流擴散：質點的湍動和旋渦的擾動引起。 湍流流動的流體內（分子擴散的影響可忽略）。 對流傳質：流體與固體壁面之間或流體與相界面之間的質量傳遞。,7.2.2 組分運動速度及傳質通量,(1) 流體中組分的速度,a） 組分的絕對速度 ui,i 組分通過空間某一靜止平面的速度。,b） 物系的平均速度 u,u-混合體系的平均速度，m/s； c0-混合物的表觀物質的量濃度，kmol/m3； N- 單位面積上混合物系的摩爾流量，kmol/(m2s)。,由于：,所以：,c）組分的擴散速度 uki,擴散是由于自身的濃度差引起的質量傳遞。,通過空間某一靜止平面的傳質通量：,（2）組分的傳質通量,混合物系中某組分在單位時間內通過空間某一平面單位 面積上的質量或物質的量。,擴散通量Ji：通過以平均速度移動的平面的傳質通量。,在工程上，以組分通過空間某固定平面計算傳質通量。,又因為：,所以：,總體流動造成的質量通量。,7.2.3 分子擴散,分子隨機熱運動引起的質量傳質過程，只要有組分的濃度差存在，就存在分子擴散，當過程進行到組分的濃度差消失時，宏觀的傳質通量為零，但微觀的分子熱運動仍在進行，只是組分的擴散和反向擴散的速率相當，系統(tǒng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)。 分子擴散通量可用費克定律描述。,（1）費克定律,表明：分子擴散速率正比于濃度梯度，方向沿濃度降低的方向。,即：,（2）雙組分等分子反向擴散,系統(tǒng)內各處總濃度相等，溫度恒定不變。發(fā)生分子擴散過程。,CA1CA2、 CB2CB1,則有：,對于氣相：,對于該系統(tǒng)：,所以：,(3) 單向擴散,A可溶于液相 B完全不溶于液相 液相不揮發(fā),總體流動：在壓力差的作用下，單相主體向界面移動稱為總體 流動，總體流動造成A，B向同一方向移動。 組分A在z軸方向上總的傳質通量為：,組分B在z軸方向上總的傳質通量為：,于是：,所以：,表明：對于有總體流動的穩(wěn)態(tài)分子擴散過程，兩組分的分子 擴散通量仍然是數(shù)值相等而方向相反。,對于單向穩(wěn)態(tài)分子擴散，由于 NB=0，所以 N=NA，,令,則有：,對于氣相物系：,其中,其中 和 稱為漂流因子，其值大于1,意義：漂流因子反映了總體流動對傳質速率的影響，其值愈大 總體流動作用越強。,當A很低時， ， ， 則漂流因子 1，總體流動的影響消失。,（4）分子擴散系數(shù) 物質傳遞性質的度量參數(shù)，表達組分擴散難易程度。 物理意義：單位濃度梯度下的擴散通量。 影響因素：系統(tǒng)的溫度、壓力和物系的組成。 數(shù)據(jù)來源：一般由實驗確定、半經驗公式計算。, 液體中的分子擴散系數(shù)（10-9 10-10 m2/s）,7.2.4 渦流擴散,渦流擴散通量表示方法，借助于費克定律。,De渦流擴散系數(shù)，不僅和物性有關，而且與流動狀況有關。,雙組分氣體混合物，組分的擴散系數(shù)：, 氣體分子擴散系數(shù)（ 10-5 10-4 m2/s）,7.2.5 對流傳質,對流擴散速率，既有分子擴散又有渦流擴散。,（1）流體沿相界面呈層流流動,質量傳遞：以分子擴散的方式進行。 說明：傳質方向上的濃度分布為曲線分布。,（2）在湍流流動條件下 層流內層：以分子擴散的方式進行質量傳遞； 湍流中心：主要以渦流擴散的方式進行； 過渡層： 兩種擴散方式同時存在。,（3）對流傳質的停滯膜模型及傳質速率方程 1）停滯膜模型 模型要點： 相界面處存在一層虛擬的停滯膜; 膜外為流體流動的湍流區(qū)； 停滯膜非常薄，膜內無物質累積， 為穩(wěn)態(tài)分子擴散 ； 對流傳質阻力全部集中于停滯膜內。,基于停滯膜模型，可以利用分子擴散理論描述對流傳質問題。,2） 傳質速率方程,對于氣相,對于液相,kL：液膜傳質系數(shù),kG：氣膜傳質系數(shù),則有：,令 ky=PkG kx=c0kL,式中：ky 以氣相mol分數(shù)差為推動力的氣膜傳質系數(shù)； kx 以液相mol分數(shù)差為推動