冶金传输原理-第13章 相间传质2010-01.pptVIP

表面反应为控制性环节时，有 X与t为直线关系。 实际情况（见图13.7） 扩散初期，表面反应为控制环节， X呈直线增加； 扩散进行到一定阶段，原子扩散为 控制环节，X呈抛物线增加。 ↑ ↓ 总反应速度为控 制环节（最慢） 的速度 第13章 相间传质 * * * 第13章 相间传质 13.1 相间阻力传质理论（双膜理论） 13.2 气相——液相反应中的扩散 _ 13.3 气相——固相反应中的扩散 _ 13.4 相变扩散_ 13.4.1 相变扩散的基本概念 13.4.2 相变扩散速率 第13章 相间传质 常见相间传质实例 气—液：铝合金液通氮气脱氢； 液—液：钢液中脱磷、脱硫； 气—固：燃烧时的氧化反应。 相间传质——物质由某一相穿过界面向另一相内传递， 传质发生在互相接触的两相之间。 第13章 相间传质 第13章 相间传质 13.1 相间阻力传质理论（双膜理论） 双膜理论包括以下三点： （1）两相接触时（以气-液相为例），在两相间的界面二侧，各自 形成有效浓度边界层(薄膜），如下图示。 图中 ——组分A在气相主体和液相主体中的分压和浓度； ——组分A在界面处的分压和浓度。 图13.1 互相接触的两相之间的浓度分布_ ↑ ↓ 当界面化学反应达到平衡时，由亨利定律： （2）相间传质包括三个步骤：首先是某组分从一个相的内部向界 面上传输，然后是穿过界面向第二相传输，最后向第二相内 部传输。 （3) 在界面处的二相，处于稳定的平衡状态，传质过程的阻力只 存在于薄膜内。 第13章 相间传质 ↑ ↓ 传质过程的控制环节（速度最慢，即阻力最大的环节） (1) 物质迁移的快慢所控制 界面化学反应迅速达到平衡，过程进行速度由反应物的浓度或生长物中某一组分或几个组分的移动所控制。 (2) 界面化学反应速度所控制 界面化学反应速度很慢，控制过程进行。 第13章 相间传质 ↑ ↓ 第13章 相间传质 ↑ ↓ 互相接触的两相之间的浓度分布 组分A在界面两侧Z方向上 的传质通量为: 影响相间传质的因素 式中: 在稳态条件下，在第一相的质量通量等于第二相的 质量通量 两个对流传质系数的比值为 第13章 相间传质 ↑ ↓ 定义总传质系数为： 式中 气相的主体状态的分压； 组分A与液相主体浓度cAL平衡的分压； 基于分压驱动力的总传质系数。 ↑ ↓ 用主体分压pAG 和浓度cAL来表示传 质系数和传质通量。 平衡曲线 A在液相中的浓度 A在气体中的分压 图13.2 双膜理论的浓度驱动力 第13章 相间传质 总传质系数也可以用浓度驱动力来表示，其定义式为 第13章 相间传质 ↑ ↓ 式中 液相主体浓度； 基于浓度驱动力的总传质系数。 △pA总 △pAL △pAG △cA总 △cAL △cAG 平衡曲线 图13.2 双膜理论的浓度驱动力 每一相的传质阻力和总传质阻力的比值为(见图13.2） ↑ ↓ 斜率m 第13章 相间传质 如果界面上的压力与浓度之间平衡关系为线性，则有： 将式（13.4）重新排列后可得 若用m表示，则为 ↑ ↓ 式中 m——亨利常数（H） 第13章 相间传质 对于 也可导出一个类似的表达式，即 由（13.10）和（13.11）两式可以看出，影响总传质系数KG、KL 的因素有： 实例分析—— 双膜理论的局限性:只适用于在粘性较大同时不受强烈搅动情况下运动流体与固体壁面之间或不互溶运动流体之间的传质。 ↑ ↓ _ 第13章 相间传质 13.2 气相——液相反应中的扩散 西华特定律: 式中 ——平衡常数 金属液中的吸气与排气过程： 各基元过程均可能单独控制过程的总速度。 1、气相中的传质； 2、液相中的传质； 3、界面化学反应； 4、新相（气泡）生成。 第13章 相间传质 ↑ ↓ 第13章 相间传质 ↑ ↓ 传质系数模型——薄膜理论 等效边界层δ ↓ ↑ 符号意义说明： P*——界面上化学反应达到平衡时的气体分压力（气相侧）； Pi——界面上的实际气体分压力（气相侧）； P——气相内的主体压力； c——液相内的主体压力； ci——界面上的液相浓度（液相侧） 熔融金属吸气 第13章 相间传质 ↑ ↓ 无化学反应阻力 无气膜传质阻力 故气体吸收率为 1、液膜控制总速率 图13.3 液膜控制总速率 该条件下有 特点： ↑ ↓ 第13章 相间传质 2、气膜控制总速率 无化学反应阻力 故气体吸收率为 无液膜传质阻力 图13.3 气膜控制总速率