9.3吸收过程的机理及传质速率方程.ppt

第三节 吸收过程的机理及传质速率方程一、 吸收过程的机理二、 传质速率方程式 吸收过程是溶质由气相向液相转移的相际传递过程，可分为三个步骤： 气相主体 液相主体 相界面溶解气相扩散 液相扩散 (1) 溶质由气相主体扩散至两相界面气相侧(气相内传质)；(2) 溶质在界面上溶解(通过界面的传质)；(3) 溶质由相界面液相侧扩散至液相主体(液相内传质) 一、吸收过程的机理第三节 吸收过程的机理及传质速率方程1.双膜理论 由W.K.Lewis 和 W.G.Whitman 在上世纪二十年代提出，是最早出现的传质理论双膜理论的基本论点是： (1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄（等效厚度分别为1和2）的流体膜层溶质以分子扩散方式通过此两膜层 (2) 相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态 (3) 在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中在两个膜层内 气相主体 液相主体 相界面pi = Ci / Hp 12pi Ci C 气膜液膜第三节 吸收过程的机理及传质速率方程两相相内传质速率可用下面的形式表达为： DG、DL 溶质组分在气膜与液膜中的分子扩散系数；P/pBm 气相扩散漂流因子；cm/cBm 液相扩散漂流因子；1、2 界面两侧气液相等效膜层厚度，待定参数。

双膜理论将两流体相际传质过程简化为经两膜层的稳定分子扩散的串联过程对吸收过程则为溶质通过气膜和液膜的分子扩散过程 第三节 吸收过程的机理及传质速率方程 按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验所得的关联式的结果相差较大； 由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度 1 和 2 以及界面上浓度 pi 和 Ci 都难以确定； 双膜理论存在着很大的局限性，例如对具有自由相界面或高度湍动的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的，因此界面两侧存在稳定的等效膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以成立； 该理论提出的双阻力概念，即认为传质阻力集中在相接触的两流体相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算中得到了广泛承认，仍是传质过程及设备设计的依据； 本书后续部分也将以该理论为讨论问题的基础 第三节 吸收过程的机理及传质速率方程二、 传质速率方程式 在吸收过程中，相际传质由三个步骤串联而成按照流体与界面间的对流传质速率方程式，可将传质速率分别写成：液相气相或气相液相第三节 吸收过程的机理及传质速率方程对气相，当总压不很高时，根据分压定律可知： 第三节 吸收过程的机理及传质速率方程同理可推第三节 吸收过程的机理及传质速率方程对于稳定的吸收过程，气、液两相中的传质速率相等：第三节 吸收过程的机理及传质速率方程1.界面组成的确定 计算法： 对稳定的吸收过程，气、液两相内传质速率应相等。

若两相浓度均以摩尔分数表示，有 相平衡关系第三节 吸收过程的机理及传质速率方程yxoyxxiyiA作图法：E由 在y-x图上作出平衡线 在y-x图上找到点A(x,y) 过点A作斜率为-kx/ky的直线，交相平衡线于点B(xi,yi)B第三节 吸收过程的机理及传质速率方程2. 总传质速率方程 根据双膜理论，界面上气、液两相互成平衡，则令与液相主体浓度x成平衡的气相浓度为ye，则第三节 吸收过程的机理及传质速率方程传质速率方程式可以写为：令以yye为总推动力的总传质速率方程第三节 吸收过程的机理及传质速率方程同理传质速率方程式可以写为：令以xex为总推动力的总传质速率方程第三节 吸收过程的机理及传质速率方程讨论：vKy是以(y-ye)为推动力的总传质系数，单位为 kmol/(m2 s)v1/Ky为气、液两相总传质阻力v总传质阻力1/Ky等于气相传质阻力1/ky与液相传质阻力m/kx之和v因为总阻力1/Ky以气相为基准，所以液相阻力1/kx需乘以换算系数mv气、液传质总推动力为两相的相内传质推动力之和以yye为总推动力的总传质速率方程第三节 吸收过程的机理及传质速率方程以液相浓度差为基准的总传质速率方程vKx是以(xe-x)为推动力的总传质系数，单位为kmol/(m2s)。

v1/Kx代表了以液相为基准的吸收传质过程的总传质阻力v总传质阻力1/Kx等于液相传质阻力1/kx与气相传质阻力1/mky之和v因为总阻力1/Kx以液相为基准，所以气相阻力1/ky需除以换算系数mv气、液传质总推动力为两相的相内传质推动力之和第三节 吸收过程的机理及传质速率方程对易溶气体，平衡常数m值小，这时： 传质阻力主要集中在气相，此类传质过程称为气相阻力控制过程，或称气膜控制过程 采用总传质速率方程进行计算可避开难以确定的相界面组成xi和 yi这与通过间壁对流传热问题中用总传热速率方程可避开固体壁面两侧温度是相似的 总传质阻力取决于气、液两相的传质阻力但对一些吸收过程，气、液两相传质阻力在总传质阻力中所占的比例相差甚远，可对问题进行简化处理第三节 吸收过程的机理及传质速率方程对难溶气体，平衡常数 m 值大,这时： 传质阻力主要集中在液相，此类过程称为液相阻力控制过程，或液膜控制过程 分析气、液两相中传质阻力所占的比例，对于强化传质过程，提高传质速率有重要的指导意义例如，以气相阻力为主的吸收操作，增加气体流速，可减薄气膜层的厚度，从而降低气相传质阻力，有效地提高吸收速率；而增加液体流速吸速率则不会有明显改变。

第三节 吸收过程的机理及传质速率方程吸收传质速率方程的几种形式相平衡方程 吸收传质速率方程 总传质系数 相内或同基准的传质系数换算 相际或不同基准传质系数换算 。