2第二章第一節(jié)吸收原理(編輯修改稿)
2025-08-20 06:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ： 式中 D—分子擴散系數(shù)，m2/s ；De—渦流擴散系數(shù)，m2/s ；—A沿Z方向的濃度梯度，kmol/m4； J—擴散通量，kmol/（m2s）。渦流擴散系數(shù)不是物性常數(shù)，它與湍動程度有關(guān)，且隨位置而不同。由于渦流擴散系數(shù)難于測定和計算，因而常將分子擴散與渦流擴散兩種傳質(zhì)作用結(jié)合起來予以考慮。（二）對流擴散對流擴散是湍流主體與相界面之間的渦流擴散和分子擴散這兩種傳質(zhì)作用的總稱。在流體的擴散研究中，由于渦流擴散，傳質(zhì)過程比較復雜，常常把對流擴散中的渦流擴散進行簡化，用分子擴散來描述。 研究一下濕壁塔中氣液的傳質(zhì)。圖22(a) 示意繪出濕壁塔的一段?？紤]穩(wěn)定吸收中任何一橫截面m—n上相界面的氣相一側(cè)溶質(zhì)A濃度分布情況。在圖22（b）中，橫軸表示離開相界面距離Z，縱軸表示溶質(zhì)A的分壓p 。氣體雖呈湍流流動，但靠近相界面處仍有一個滯流內(nèi)層，其厚度以Z’G表示，湍動程度愈高，Z’G愈小。 吸收質(zhì)A自氣相主體向界面轉(zhuǎn)移，由于吸收過程的存在，氣相中A的分壓愈靠近界面便愈小。在穩(wěn)定狀態(tài)下，m—n截面上不同Z值各點處的物質(zhì)傳遞速率應相同，但由于在流體的中心區(qū)主要是渦流擴散，而滯流內(nèi)層主要是分子擴散。使這兩個區(qū)域內(nèi)的濃度梯度相差很大。在湍流區(qū)，濃度梯度幾乎等于零，p—z曲線為一水平線。而在滯流層內(nèi)，由于吸收質(zhì)A的傳遞完全靠分子擴散，使?jié)舛忍荻群艽?，p—z曲線較為陡峭，而在這二個區(qū)中間的過渡區(qū)，既存在著分子擴散，也存在著渦流擴散，傳質(zhì)是分子擴散和渦流擴散的總和。在此區(qū)域內(nèi)，由一端幾乎是純分子擴散產(chǎn)生的總傳質(zhì)，逐漸而非突然地向主要是渦流擴散的另一端過渡，因此濃度梯度的變化出現(xiàn)了一個過渡區(qū)，p—z曲線逐漸由陡峭轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄?。延長滯流內(nèi)層的分壓線使其與氣相主體的水平分壓線相交于一點，令此交點H與相界面的距離為ZG，設想在相界面附近即存在著一個厚度為ZG的滯流膜層，此膜層稱為虛擬滯流膜層或有效滯流膜層，膜層以內(nèi)的流動純屬滯流，因而其中的物質(zhì)傳遞形式純屬分子擴散。經(jīng)過這樣的處理，就等于把渦流擴散的傳遞作用轉(zhuǎn)化為分子擴散的傳質(zhì)。由圖可見，整個有效滯流膜層的傳質(zhì)推動力即為氣相主體與相界面處的分壓之差，這意味著從氣相主體到相界面處的全部傳質(zhì)阻力都包括在此有效滯流膜層之中。于是便可按有效滯流膜層內(nèi)的分子擴散速率寫出由氣相中心區(qū)到相界面的對流擴散速率方程，即； 式中 NA——溶質(zhì)A的對流擴散速率，kmol/（m2s）； ZG——氣相有效滯流膜層厚度，m ； p——氣相主體中溶質(zhì)A分壓，Pa ；pi——相界面處的溶質(zhì)A分壓，Pa ；pBm——惰性組分B在氣相主體與相界面處的分壓的對數(shù)平均值，Pa。同理，有效滯流膜層的概念，也完全適用于相界面的液相一側(cè)，在液相一側(cè)的對流擴散速率方程可寫為： 式中 D`——溶質(zhì)A在液相中的擴散系數(shù)； ZL——液相有效滯流膜層厚度，m； c——液相主體中溶質(zhì)A濃度， kmol/m3；ci——相界面處溶質(zhì)A濃度，kmol/m3 ；csm——溶劑在液相主體中與相界面處的濃度對數(shù)平均值，kmol/m3，（其它符號的意義與單位同前）。對于一個穩(wěn)定的傳質(zhì)過程，可將式（29）和（210）簡化。令則前二式變?yōu)椋? kG與kL分別稱作氣膜傳質(zhì)系數(shù)和液膜傳質(zhì)系數(shù)或稱傳質(zhì)分系數(shù)。kG與kL可以用實驗直接測定，而不必知道膜厚。三、吸收過程的機理吸收過程是一個相際傳質(zhì)過程，前面我們討論的是物質(zhì)在一相內(nèi)的傳質(zhì)問題，而工業(yè)上所遇到的吸收過程是一個相間的傳質(zhì)過程，即溶質(zhì)先從氣相主體擴散到氣液界面，穿過界面，再向液相主體擴散。關(guān)于吸收這樣的相際傳質(zhì)機理，劉易斯（Lewis，W18
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