吸收第三节.ppt

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第三节 吸收过程的速率 * * 吸收过程的三个步骤: 1. 溶质由气相主体传递到气液界面(气相内物质传递) 2. 溶质在相界面的溶解 3. 溶质从界面传递到液相主体(液相内物质传递) 气液界面上的溶解过程阻力很小,认为界面上气液两相满足相平衡关系。 传质机理: 1. 分子扩散 2. 对流传质 3-1 分子扩散与费克定律 对恒温恒压下一维定态扩散,其统计规律为: 费克定律 ——扩散速率,kmol/m2·s ——A在双组分混合物中扩散系数,m2/s ——组分A在扩散方向 Z上的浓度梯度,kmol/m4 负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反 对于理想气体: R——摩尔气体常数,8.314 kJ/kmol·K 比较:表明三个传递的相似性 费克定律 牛顿粘性定律 傅立叶定律 对于双组分混合物,在产生A的扩散流JA的同时,必定伴有大小相同、方向相反的B的扩散流,按费克定律: 等分子反向扩散 3-2 气相中的稳定分子扩散 在定态传质过程中,设气液界面气相一侧有一厚度为Z的静止气层,气层内各处总压相等。 组分B由界面向气相主体扩散。 有两种情况: 等分子反向扩散 通过另一静止组分的扩散 单向扩散 若 pA pAi 组分A必向界面扩散 一、等分子反向扩散 二、组分 A通过另一静止组分B的扩散 单向扩散 主体流动同时携带着 A、B两组分流向界面,其中所携带B的量正好补偿组分B的反向扩散。 pAi + pBi pA + pB 主体流动 漂流因子 3-3 液相中的稳定分子扩散 3-4 对流传质 对流传质理论: 双膜理论 溶质渗透理论 表面更新理论 双膜理论(有效膜理论)论点: 扩散方向 双膜理论示意图 相界面 气膜 液膜 气相主体 液相主体 ZG ZL pA cA pi ci G L 传质分系数关联式 使用量纲分析法,可得k f(ρ,μ,u,d,D) Sherwood准数: 对照传热 Reynolds准数: Schmidt准数: 传质速率方程 仿照对流传热,写出类牛顿冷却定律形式: 气相 液相 3-5 总吸收速率方程式 由于界面参数(pi,Ci)难以确定,故建立以总推动力为基准的总传质速率方程式。 一、 总传质速率方程式 总推动力: 以气相表示 kPa 以液相表示 kmol/m3 总传质系数:气相 KG kmol/m2·s·kPa 液相 KL kmol/m2·s· kmoL/m3 总阻力: 以气相表示 1/KG 以液相表示 1/KL 二、 总系数与分系数的关系 应用加和性法则 总阻力 气膜阻力+ 液膜阻力 同样,用液相来表示 三、气液两相界面浓度与传质阻力 由传质分速率方程得: O 0 p pi pe C Ci Ce -kL/kG 平衡线 主体浓度与界面浓度 由上图可见,由O点 引斜率为 的直线, 交平衡线之点即为界面状态 当 时, 表示传质阻力集中在气膜中,称气膜控制。 在气膜控制时,要提高吸收速率,应考虑减少气膜 厚度ZG,增强气流湍流程度。 气膜控制和液膜控制 对 当 时, 表示传质阻力集中在液膜中,称液膜控制。 在液膜控制时,要提高吸收速率,应考虑减少液膜 厚度ZL,增强液体湍流程度。 四、用比摩尔分率表示的传质速率方程 稀溶液

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