第5章 传质过程..ppt

固体浸取索氏萃取装置 对一定物系DAB为定值，在定态操作条件下p、T、c0、pBm、cBm均为定值，但由于虚拟膜层的厚度无法直接计算或测出，还需通过实验确定kG和kL.其特征数关联式为： 式中Sh —舍伍德（Sherwood）数，Sh = kd/DAB；k为kG或kL ；d为特性尺寸，可以是塔径、填料直径等； Re—雷诺数， de为填料当量直径，m; u为流体通过填料实际速度，m.s-1; Sc—施米特(Schmit)数, ;u为流体粘度，Pa.s; ρ为流体密度。 (5-25) 例如：对于采用拉西环的填料，计算气膜传质系数的特征数关联式为： (5-26) 上式适用范围为Re=2x103~3.5x104, Sc=0.6~2.5, p=101~303KPa（绝压)。式中的特性尺寸为拉西环填料外径。 ②总吸收速率方程 系统分压差和气相摩尔比差表示吸收总推动力时，总吸收速率方程为 式中 KG—以系统分压差(p-p*)为总推动力时的总传质系数，kmol·m-2·s-1·Pa-1 p— 吸收质在气相中的分压，Pa； p*— 与液相浓度相平衡的气相平衡分压，Pa； KY— 以气相摩尔比差(Y-Y*)为总推动力时的总传质系数，kmol·m-2·s-1 Y—吸收质在气相中的摩尔比； Y*—与液相摩尔比相平衡的气相摩尔比。 (5-28) (5-27) 当用系统液相浓度差和液相摩尔比差表示总推动力，总吸收速率方程为 式中 KL— 以系统浓度差（c*一 c）为总推动力时的总传质系数; c— 吸收质在液相中的浓度； c*— 与气相分压相平衡的液相平衡浓度； KX— 以液相摩尔比差（X*一X）为总推动力时的总传质系数; X— 吸收质在液相中的摩尔比； X*— 与气相摩尔比相平衡的液相摩尔比。 (5-29) (5-30) 根据双膜理论，相界面上气液两相浓度达到平衡，服从亨利定律，则 代入式(5-22)中，并经整理有 (5-31) 同理，气相速率方程可写成 (5-32) 上两式相加，并整理得： (5-33) 此两式表明，吸收总阻力为气相阻力和液相阻力两 者之和。 将上式与(5-27)比较并整理有 (5-34) 同理可得 (5-35) 将pi = py, pi*= py*, 代入式(5-27)得： (5-36) 当吸收质在气、液相中浓度很低时,X*和X都很小，则 将式(5-36)与(5-28)比较并整理有 (5-37) 当吸收质在气、液相中浓度很低时，Y和Y*都较小， 则： 同理，可推得： (5-38) (5-39) (5-40) 一般手册可查到得或通过关联计算的，多是kG和kL。通过kG和kL可利用以上传质系数间关系，求出KG与KL和KY与KX。 ③气膜控制与液膜控制 当气体容易溶解时，溶解度系数H较大，液相阻力非常小， KG≈kG 即易溶气体的吸收阻力主要集中在气膜内，称为气膜控制。 当气体难于溶解时，溶解度系数小，气膜阻力非常小， KL ≈ kL 即难溶气体的吸收阻力主要集中在液膜内，称为液膜控制。 ①分子扩散速率 定态条件下 单向扩散，斯蒂芬定律 等分子逆向扩散，费克(Fick)定律： ②涡流扩散速率 湍流流体中，涡流扩散和分子扩散同时起着传质作用 气膜内 液膜内 式中 —分别为虚拟气膜和液膜的厚度 （3）吸收速率方程 ①单相吸收速率方程 液相 气相 kG—气相传质系数, kL—液相传质系数 Sh = kd/DAB；k为kG或kL ；d为特性尺寸 ②总吸收速率方程 溶液很稀 例5-2 110kPa下操作的氨吸收塔的某截面上，含氨摩尔分数为0.03的气体与氨浓度为1kmol.m-3 的氨水相遇，已知气相传质系数，kG为5×10-9 kmol.m-2.s-1.Pa-1，液相传质系数kL为1.5 ×10-4 m.s-1，氨水的平衡关系可用亨利定律表示，溶解度系数H为7.3 ×10-4 kmol.m-3.Pa-1，试计算： (1) 气、液界面上的两相组成； (2) 以分压差和摩尔浓度差表示的总推动力、总传质系数和传质速率； (3) 气膜与液膜阻力的相对大小。 110kPa NH3 y= 0.03 kG kL H ci pi C=1kmol.m-3 解: (1) 相界面上气液两相组成相互平衡，即 根据气、液相速率方程 N = kG(p - pi) = 5×10-9(110 ×1000