【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 任務(wù)二： 吸收操作的理論基礎(chǔ) 吸收傳質(zhì)機(jī)理 吸收過(guò)程的相平衡關(guān)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(jī)理 （ 1）流體中的 分子擴(kuò)散， 簡(jiǎn)稱擴(kuò)散 ? 分子擴(kuò)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(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而引起的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。這種擴(kuò)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(kuò)散在氣相、液相和固相 中 均能發(fā)生。 （ 2） 渦流擴(kuò)散 ? 憑藉流體質(zhì)點(diǎn)的 湍動(dòng)和漩渦 來(lái)傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象，稱為渦流擴(kuò)散。 （ 3） 對(duì)流擴(kuò)散 ? 實(shí)際上，在湍流流體中，由分子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的分子擴(kuò)散是與渦流擴(kuò)散同時(shí)發(fā)揮著傳遞作用，這種擴(kuò)散稱為對(duì)流擴(kuò)散，它與傳熱過(guò)程中的對(duì)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(jī)理 描述 分子擴(kuò)散 過(guò)程的基本定律 — 費(fèi)克第一定律 。 dzdcD AABA ??Nkmol/(m2 s ) 費(fèi)克定律 DAB — 組分 A在組分 B中的 擴(kuò)散系數(shù)， m2/s NA— 組分 A的擴(kuò)散通量（擴(kuò)散速率） 與熱傳導(dǎo)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(jī)理 分子擴(kuò)散 通常 ， 擴(kuò)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(guān) 。 對(duì)于 雙組分 氣體 混合物 ， 組分的擴(kuò)散系數(shù)在低壓下與濃度無(wú)關(guān) ， 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(kuò)散系數(shù)不僅與物系的種類 、 溫度 有關(guān) ，而且隨 溶質(zhì)的 濃度 而變 。 液體 中的擴(kuò)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(jī)理 渦流擴(kuò)散 由于流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦而形成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象 — 渦流擴(kuò)散 。 ? 渦流擴(kuò)散在 湍流流體中 發(fā)生 ? 在渦流擴(kuò)散中時(shí)刻存在分子擴(kuò)散 ? 渦流擴(kuò)散的通量遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)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(jī)理 渦流擴(kuò)散 dzdc AeAeN D??— 渦流擴(kuò)散系數(shù)， m2/s eD kmol/(m2 s ) 描述 渦流擴(kuò)散 速率 的 方程為 NA—— 渦流擴(kuò)散 通量 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 吸收傳質(zhì)機(jī)理 對(duì)流擴(kuò)散 運(yùn)動(dòng)流體與固體表面之間，或兩個(gè)有限互溶的運(yùn)動(dòng)流體之間的質(zhì)量傳遞過(guò)程 — 對(duì)流傳質(zhì) 。 對(duì)流 傳質(zhì) 自然 對(duì)流傳質(zhì) 強(qiáng)制層流傳質(zhì) 強(qiáng)制湍流傳質(zhì) √ 強(qiáng)制對(duì)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(jī)理 對(duì)流擴(kuò)散機(jī)理 所謂對(duì)流傳質(zhì)的機(jī)理是指在傳質(zhì)過(guò)程中 ， 流體以哪種方式進(jìn)行傳質(zhì) 。 研究 對(duì)流傳質(zhì)速率 需首先弄清對(duì)流傳質(zhì)的機(jī)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(jī)理 對(duì)流擴(kuò)散機(jī)理 湍流 主體 層流 內(nèi)層 緩沖 層 傳質(zhì)機(jī)理：分子傳質(zhì) 傳質(zhì)機(jī)理：渦流傳質(zhì)為主 濃度分布：為一陡峭直線 傳質(zhì)機(jī)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(guò)程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過(guò)程 ， 可分為三個(gè)步驟： 氣相主體 液相主體 相界面 溶解 氣相擴(kuò)散 液相擴(kuò)散 ① 溶質(zhì) A從氣相主體擴(kuò)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(guò)界面的傳質(zhì) )； ③ 溶質(zhì) A由相界面擴(kuò)散到液相主體 (液相內(nèi)傳質(zhì) )。 吸收傳質(zhì) 機(jī)理 際間 的對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程 《 化工產(chǎn)品分離精制與控制 》 課程組 際間的對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程 相際間的傳質(zhì) 一般來(lái)說(shuō) ， 相界面上組分 A從氣相轉(zhuǎn)入液相的過(guò)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(guò)程即稱之為 “ 該相控制 ” 。 吸收傳質(zhì)機(jī)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(yīng)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(jī)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(diǎn) 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(cè)各有一個(gè)很薄的停 滯膜 —?dú)饽ず鸵耗ぃ?質(zhì)以分子擴(kuò)散的方式經(jīng) 過(guò)兩膜 層。 ②在氣膜、液膜以外的氣、液兩相主體中，由亍流體強(qiáng)烈湍動(dòng)，各處濃度均勻一致，無(wú)傳質(zhì)阻力， 全部阻力和濃度 變化集中在兩個(gè)有效膜層中。 ③溶質(zhì)穿過(guò)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(guān)系 。 吸收傳質(zhì)機(jī)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(dāng)成是穩(wěn)定的，只有在氣、液相相對(duì)速率很小時(shí)才能成立；隨著相對(duì)速率增加，相界面將由靜止到波動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生漩渦 — 湍動(dòng)，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(cè)定； ③按雙模理論，傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)成正比，與實(shí)驗(yàn)所得關(guān)聯(lián)式有較大偏差。 傳質(zhì)與傳熱區(qū)別（復(fù)雜所在）： ①平衡關(guān)系：熱平衡即溫度相等，相平衡不能簡(jiǎn)單認(rèn)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(yīng)也有多種。 一、吸收過(guò)程的機(jī)理 ——傳質(zhì)機(jī)理 吸收傳質(zhì)機(jī)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(fù)雜所在）： ①平衡關(guān)系：熱平衡即溫度相等，相平衡不能簡(jiǎn)單認(rèn)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(yīng)也有多種。 一、吸收過(guò)程的機(jī)理 ——傳質(zhì)機(jī)理 吸收傳質(zhì)機(jī)理 T TW tW t 熱流體 冷流體 間壁式換熱過(guò)程 p cA pi ci 液相 ?G ?L E 氣相 吸收過(guò)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 (