传质与扩散原理详解VIP免费

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1.费克（Fick)定律dzdcDJAABA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/m4dzdcADAB－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对双组分混合物，若总浓度不变，cM=cA+cB=常数dzdcDJBBAB,ABABBAdcdcDDdzdz＝－BAJJAABAAApDdpcJRTRTdz对气体：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，促使混合气体向界面流动，产生主体流动。主体流动NMAccNMBccNNA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z0MBBBccNJNAMMABBAABAAAMAAAcccJcccJccJJccNJNMBBAccNJJBMAccJN单向扩散AMMAAMMAAcccdzdcDcccJN＝－AiABmMAAiMMAccccDccccDcNMlnBBiBBiBmccccclnRTpcAiABmAppppRTDN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AiAAAppRTDJNAiAAccDN称为漂流因子或BmBmMppccBBiBBiBmpppppln扩散方向浓度δcAcAicBcBi比较等分子反向扩散：AiAAAppRTDJNAiAAccDN单向扩散：AiABmAppppRTDNAiABmMAccccDN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ppTTDD075.100D0为T0、P0时的扩散系数2、液体中的扩散系数000TTDD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，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。1.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dzdcDJAEAE涡流扩散通量为：dzdcDDJAEABAT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：igAppkNiyAyykN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：cckNilAxxkNixA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33.083.0023.0ceSRSh园管内流体强制湍流时的传热关联式0.800.3~0.40.023erNuRP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25.07.0482.0)(1049.6)(111LGHLbakHakaKGLL＝式中：H－溶解度系...