传质与扩散原理ppt课件.ppt

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1、第三节传质机理与吸收速率物质在相间传递包括三个步骤：由气相主体传递到相界面yyi气液相界面气相液相xxiA相界面上的溶解自相界面向液相主体传递物质在单相中的传递机理有：分子扩散：在静止(或作平行于相界面的层流流动）的流体中，靠分子微观运动导致组分由高浓度向低浓度的传递。类似于传热中的热传导。对流传质：流动流体与相界面之间的物质传递。类似与传热中的对流传热。一、双组分混合物中的分子扩散费克（Fick)定律式中：cA－组分A的浓度，kmol/m3－组分A的浓度梯度（沿浓度增大方向为正），kmol/m4DAB－组分A在介质B中的扩散系数,m2/sJA－组分A的扩散通量，kmol/m2.s对双

2、组分混合物，若总浓度不变，cM=cA+cB=常数2、等分子反向扩散稳定传质时，在静止（或层流）的气体中，若各处总压相等。相界面ip=pA+pB=pAi+pBi=常数若pA>pAi，必有cBcAi，存在JA。B不溶解于液相为惰性组分，为界面阻留，cBi>cB,存在JB。JA相界面QPJB界面处P↓，使得主体与界面产生微小的压差ΔP，促使混合气

3、体向界面流动，产生主体流动。主体流动NNA微小ΔP足以造成必要的主体流动，各处总压仍可认为相等，即JA＝－JB依然成立。扩散方向z单向扩散由于主体流动使单向扩散速率NA比等分子反向扩散速率JA大cM/cBm(或p/pBm)倍。cM/cBm(或p/pBm)恒大于1，当cA较小时，cM/cB(或p/pBm)≈1.0扩散方向浓度δcAcAicBcBi比较等分子反向扩散：单向扩散：二、扩散系数扩散系数为物质的传递性质，与温度、压力和混合气体的浓度有关。1、气体中的扩散系数D0为T0、P0时的扩散系数2、液体中的扩散系数讨论：D气≈105D液，但组分在液体中的摩尔浓度较气体大，N气≈100N液，

4、组分浓度对D液有较大的影响。三、湍流流体中的扩散对流传质：流动的流体与相界面之间的物质传递。对流传质分析：传质方向浓度NM气液相界面静止流体层流湍流组分的浓度分布图2、对流传质速率对流传质现象极为复杂。仿造对流传热，将流体与界面之间的传质速率NA写成与牛顿冷却定律相似的形式。气相与界面的传质速率：式中：kg－以分压差为推动力的气相传质系数，kmol/(m2.s.kPa)ky－以摩尔分数差为推动力的气相传质系数，kmol/(m2.s)NA－对流传质速率，kmol/(m2.s)液相与界面的传质速率：式中：kl－以摩尔浓度差为推动力的液相传质系数，m/skx－以摩尔分数差为推动力的液相传质系

5、数，kmol/(m2.s)3、对流传质系数的关联式A、气体或液体在降膜式吸收器中作湍流流动当Re>2100,Sc=0.6~3000时园管内流体强制湍流时的传热关联式对流传质对流传热SherwoodNumberSh=kd/DNu=αd/λReynoldsNumberRe=duρ/μRe=duρ/μSchmidtNumberSc=μ/ρDPr=cpμ/λB、用水吸收空气中的SO2为例式中：H－溶解度系数，kmol/(m3.kPa)L′－液体的空塔质量流速，kg/(m2.s)G′－气体的空塔质量流速，kg/(m2.s)C、传质单元高度的关联式：式中m值在0.3左右，n值在0.4~0.5左右；

6、q值在0.2~0.3左右。D、准数关联式四、对流传质理论双膜模型：Whiteman在1923年提出相界面ppiδGδcicδl气相若为单向扩散：液相若为单向扩散：即2、溶质渗透模型Higbie在1935年提出。其主要论点为：液体在下流过程中每隔一定时间τ0发生一次完全混合，使液体的浓度均匀化。溶质在液膜内进行不稳定扩散过程。浓度离界面距离界面接触时间增大模型参数τ0称为溶质渗透时间。δ膜厚液相湍流主体3、表面更新模型Danckwerts在1951年提出：流体在下流过程中表面不断更新，即不断有液体从主体转为界面而暴露于气相中，使传质速率大大提高。s为模型参数，称为表面更新频率，代表表面更

7、新的快慢。溶质渗透论与表面更新论的主要区别为前者假定表面更新过程是每隔一定时间τ0周期性地发生一次，而后者认为更新是随时进行的过程。两者得出的传质系数都与D的0.5次方成正比，这点与实验结果比较吻合。三者都认为气液相界面达平衡。四、相际传质总传质速率方程－1y*:与液相浓度x成平衡的气相浓度气液相界面气相yyi液相xxi吸收时的浓度分布图总传质速率方程－2Ky、Kx－以总摩尔分率差（y－y*、x-x*）为推动力的总传质系数，kmol/(m2.s