【文章內(nèi)容簡介】 任務二： 吸收操作的理論基礎 吸收傳質(zhì)機理 吸收過程的相平衡關系 氣體吸收速率方程 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 吸收傳質(zhì) 機理 （ 1）流體中的 分子擴散， 簡稱擴散 ? 分子擴散是物質(zhì)在一相內(nèi)部有 濃度差 異的條件下，由流體分子的無規(guī)則熱運動而引起的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。這種擴散發(fā)生在 靜止流體 或 層流 流體 中相鄰流體層間的傳質(zhì)。分子擴散在氣相、液相和固相 中 均能發(fā)生。 （ 2） 渦流擴散 ? 憑藉流體質(zhì)點的 湍動和漩渦 來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象，稱為渦流擴散。 （ 3） 對流擴散 ? 實際上，在湍流流體中，由分子運動而產(chǎn)生的分子擴散是與渦流擴散同時發(fā)揮著傳遞作用，這種擴散稱為對流擴散，它與傳熱過程中的對流傳熱相類似。 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 吸收傳質(zhì) 機理 描述 分子擴散 過程的基本定律 — 費克第一定律 。 dzdcD AABA ??Nkmol/(m2 s ) 費克定律 DAB — 組分 A在組分 B中的 擴散系數(shù)， m2/s NA— 組分 A的擴散通量（擴散速率） 與熱傳導類似，與 濃度梯度 成正比 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 吸收傳質(zhì)機理 分子擴散 通常 ， 擴散系數(shù)與系統(tǒng)的溫度 、 壓力 、 總濃度 以及物質(zhì)的性質(zhì)有關 。 對于 雙組分 氣體 混合物 ， 組分的擴散系數(shù)在低壓下與濃度無關 ， 只是 溫度及壓力 的函數(shù) 。 其 值一般 在 m2/s 范圍內(nèi) 。 54 101~101 ?? ?? 液體 中溶質(zhì)的擴散系數(shù)不僅與物系的種類 、 溫度 有關 ，而且隨 溶質(zhì)的 濃度 而變 。 液體 中的擴散系數(shù) ， 其值 一般 在 m2/s 范圍內(nèi) 。 109 101~101 ?? ??《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 吸收傳質(zhì)機理 渦流擴散 由于流體質(zhì)點的湍動和旋渦而形成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象 — 渦流擴散 。 ? 渦流擴散在 湍流流體中 發(fā)生 ? 在渦流擴散中時刻存在分子擴散 ? 渦流擴散的通量遠大于分子擴散的通量 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 吸收傳質(zhì)機理 渦流擴散 dzdc AeAeN D??— 渦流擴散系數(shù)， m2/s eD kmol/(m2 s ) 描述 渦流擴散 速率 的 方程為 NA—— 渦流擴散 通量 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 吸收傳質(zhì)機理 對流擴散 運動流體與固體表面之間，或兩個有限互溶的運動流體之間的質(zhì)量傳遞過程 — 對流傳質(zhì) 。 對流 傳質(zhì) 自然 對流傳質(zhì) 強制層流傳質(zhì) 強制湍流傳質(zhì) √ 強制對流傳質(zhì) √ 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 吸收傳質(zhì)機理 對流擴散機理 所謂對流傳質(zhì)的機理是指在傳質(zhì)過程中 ， 流體以哪種方式進行傳質(zhì) 。 研究 對流傳質(zhì)速率 需首先弄清對流傳質(zhì)的機理 。 層流內(nèi)層 緩沖層 湍流中心 Aic Afc )(rfA ?湍流流體 流體與管壁間的濃度分布 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 吸收傳質(zhì)機理 對流擴散機理 湍流 主體 層流 內(nèi)層 緩沖 層 傳質(zhì)機理：分子傳質(zhì) 傳質(zhì)機理：渦流傳質(zhì)為主 濃度分布：為一陡峭直線 傳質(zhì)機理 濃度分布：為一漸緩曲線 濃度分布：為一平坦曲線 分子傳質(zhì) 渦流傳質(zhì) 在與壁面垂直的方向上分為三層 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 吸收過程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過程 ， 可分為三個步驟： 氣相主體 液相主體 相界面 溶解 氣相擴散 液相擴散 ① 溶質(zhì) A從氣相主體擴散到相界面 （ 氣相內(nèi)傳質(zhì) )； ② 在相界面上溶質(zhì) A由氣相轉(zhuǎn)入液相 ， 即溶解 (通過界面的傳質(zhì) )； ③ 溶質(zhì) A由相界面擴散到液相主體 (液相內(nèi)傳質(zhì) )。 吸收傳質(zhì) 機理 際間 的對流傳質(zhì)過程 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 際間的對流傳質(zhì)過程 相際間的傳質(zhì) 一般來說 ， 相界面上組分 A從氣相轉(zhuǎn)入液相的過程很快 ， 相界面?zhèn)髻|(zhì)阻力可以忽略 。 因此 ， 相際間傳質(zhì)的阻力主要集中在 氣相和液相 中 。 若其中一相傳質(zhì)阻力較另一相大得多 ， 則另一相傳質(zhì)阻力可以忽略 ， 此種傳質(zhì)過程即稱之為 “ 該相控制 ” 。 吸收傳質(zhì)機理 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 （ 1）雙膜模型 惠特曼 (Whiteman) 亍 1923年提出 ，應用最為廣泛一 種傳質(zhì)模型。 pb cb 停滯 膜模型 （雙阻力模型） 雙膜模型示意圖 吸收傳質(zhì)機理 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 （ 2）雙膜理論的基本論點 ① 相虧接觸的氣液兩相間 存在著 穩(wěn)定 的 相界 面 ，界 面的兩側各有一個很薄的停 滯膜 —氣膜和液膜，溶 質(zhì)以分子擴散的方式經(jīng) 過兩膜 層。 ②在氣膜、液膜以外的氣、液兩相主體中，由亍流體強烈湍動，各處濃度均勻一致，無傳質(zhì)阻力， 全部阻力和濃度 變化集中在兩個有效膜層中。 ③溶質(zhì)穿過相界面的阻力極小，因次在 氣液相界面處，氣液兩相處亍平衡狀態(tài)，即 p和 c符合相平衡關系 。 吸收傳質(zhì)機理 雙膜理論 的示意圖 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 （ 3） 雙膜理論 的 局限 ① 將相界面當成是穩(wěn)定的，只有在氣、液相相對速率很小時才能成立；隨著相對速率增加，相界面將由靜止到波動，進而產(chǎn)生漩渦 — 湍動，傳質(zhì)速率顯著加快； ②停滯 膜厚度及相界面氣液相組成難以測定； ③按雙模理論，傳質(zhì)系數(shù)與擴散系數(shù)成正比，與實驗所得關聯(lián)式有較大偏差。 傳質(zhì)與傳熱區(qū)別（復雜所在）： ①平衡關系：熱平衡即溫度相等，相平衡不能簡單認為組成相等； ②組成有多種表示方法，故傳質(zhì)速率方程形式相應也有多種。 一、吸收過程的機理 ——傳質(zhì)機理 吸收傳質(zhì)機理 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 傳質(zhì)與傳熱區(qū)別（復雜所在）： ①平衡關系：熱平衡即溫度相等，相平衡不能簡單認為組成相等； ②組成有多種表示方法，故傳質(zhì)速率方程形式相應也有多種。 一、吸收過程的機理 ——傳質(zhì)機理 吸收傳質(zhì)機理 T TW tW t 熱流體 冷流體 間壁式換熱過程 p cA pi ci 液相 ?G ?L E 氣相 吸收過程 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 溶質(zhì) 滲透模型 希格比 (