2第二章第一節(jié)吸收原理(編輯修改稿)
2025-08-20 06:39 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ： 式中 D—分子擴(kuò)散系數(shù)，m2/s ；De—渦流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s ；—A沿Z方向的濃度梯度，kmol/m4； J—擴(kuò)散通量，kmol/（m2s）。渦流擴(kuò)散系數(shù)不是物性常數(shù)，它與湍動(dòng)程度有關(guān)，且隨位置而不同。由于渦流擴(kuò)散系數(shù)難于測(cè)定和計(jì)算，因而常將分子擴(kuò)散與渦流擴(kuò)散兩種傳質(zhì)作用結(jié)合起來(lái)予以考慮。（二）對(duì)流擴(kuò)散對(duì)流擴(kuò)散是湍流主體與相界面之間的渦流擴(kuò)散和分子擴(kuò)散這兩種傳質(zhì)作用的總稱。在流體的擴(kuò)散研究中，由于渦流擴(kuò)散，傳質(zhì)過(guò)程比較復(fù)雜，常常把對(duì)流擴(kuò)散中的渦流擴(kuò)散進(jìn)行簡(jiǎn)化，用分子擴(kuò)散來(lái)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(kāi)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(dòng)，但靠近相界面處仍有一個(gè)滯流內(nèi)層，其厚度以Z’G表示，湍動(dòng)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(guò)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(diǎn)處的物質(zhì)傳遞速率應(yīng)相同，但由于在流體的中心區(qū)主要是渦流擴(kuò)散，而滯流內(nèi)層主要是分子擴(kuò)散。使這兩個(gè)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(kuò)散，使?jié)舛忍荻群艽?，p—z曲線較為陡峭，而在這二個(gè)區(qū)中間的過(guò)渡區(qū)，既存在著分子擴(kuò)散，也存在著渦流擴(kuò)散，傳質(zhì)是分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散的總和。在此區(qū)域內(nèi)，由一端幾乎是純分子擴(kuò)散產(chǎn)生的總傳質(zhì)，逐漸而非突然地向主要是渦流擴(kuò)散的另一端過(guò)渡，因此濃度梯度的變化出現(xiàn)了一個(gè)過(guò)渡區(qū)，p—z曲線逐漸由陡峭轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄?。延長(zhǎng)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(diǎn)，令此交點(diǎn)H與相界面的距離為ZG，設(shè)想在相界面附近即存在著一個(gè)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(dòng)純屬滯流，因而其中的物質(zhì)傳遞形式純屬分子擴(kuò)散。經(jīng)過(guò)這樣的處理，就等于把渦流擴(kuò)散的傳遞作用轉(zhuǎn)化為分子擴(kuò)散的傳質(zhì)。由圖可見(jiàn)，整個(gè)有效滯流膜層的傳質(zhì)推動(dòng)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(kuò)散速率寫出由氣相中心區(qū)到相界面的對(duì)流擴(kuò)散速率方程，即； 式中 NA——溶質(zhì)A的對(duì)流擴(kuò)散速率，kmol/（m2s）； ZG——?dú)庀嘤行髂雍穸?，m ； p——?dú)庀嘀黧w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(duì)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(duì)流擴(kuò)散速率方程可寫為： 式中 D`——溶質(zhì)A在液相中的擴(kuò)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(duì)數(shù)平均值，kmol/m3，（其它符號(hào)的意義與單位同前）。對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定的傳質(zhì)過(guò)程，可將式（29）和（210）簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)直接測(cè)定，而不必知道膜厚。三、吸收過(guò)程的機(jī)理吸收過(guò)程是一個(gè)相際傳質(zhì)過(guò)程，前面我們討論的是物質(zhì)在一相內(nèi)的傳質(zhì)問(wèn)題，而工業(yè)上所遇到的吸收過(guò)程是一個(gè)相間的傳質(zhì)過(guò)程，即溶質(zhì)先從氣相主體擴(kuò)散到氣液界面，穿過(guò)界面，再向液相主體擴(kuò)散。關(guān)于吸收這樣的相際傳質(zhì)機(jī)理，劉易斯（Lewis，W18
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