第五章氣體吸收

第一節(jié)概述第二節(jié)氣液相平衡第三節(jié)分子擴散第四節(jié)對流傳質(zhì)第五節(jié)在填料塔低濃度氣體吸收過程的計算第六節(jié)氣體解吸第七節(jié)高濃度氣體吸收§5.1概述

一.傳質(zhì)分離過程簡介二.吸收與傳質(zhì)三.物理吸收和化學(xué)吸收四.吸收與解吸五.溶劑的選擇一.傳質(zhì)分離過程簡介1、傳質(zhì)分離過程的研究對象混合物的分離是化工類生產(chǎn)中的重要過程?；旌衔锏姆诸悾篴）非均相混合物，其分離主要依靠力學(xué)的，即質(zhì)點運動與流體力學(xué)原理進行分離，已在第三章中進行了討論；b）均相混合物，其分離特點主要依靠物質(zhì)的傳遞（分子傳遞和渦流傳遞）特性來實現(xiàn)混合物中各組分的分離。對b）均相混合物的分離稱為傳質(zhì)分離過程另外，對干燥和浸取等一類過程也列入傳質(zhì)分離過程。如：濕物料的干燥，也是依靠水分傳遞到氣相來達到分離目的?！?.1概述

2、傳質(zhì)分離過程的分類平衡分離過程：根據(jù)混合物中諸組分在兩相間的平衡分配不同來實現(xiàn)混合物的分離，這類方法稱為～。例如：蒸餾、吸收、萃取、吸附、干燥etc。速率分離過程：根據(jù)混合物中各組分在某種力場的作用下擴散速度不同的性質(zhì)來實現(xiàn)混合物的分離，這類方法稱為～。例如：氣體擴散、電泳、噴嘴擴散etc。在一般化工生產(chǎn)中主要應(yīng)用平衡分離過程。3、根據(jù)生產(chǎn)目的來分類化工生產(chǎn)中遇到的混合物多種多樣的，它們可以是g、l、s，可以均相，可以非均相，其中各組分的性質(zhì)可以相差很大，也可以是十分相似，各組分的含量可以相差很大，也可以相差不大（處一個量級）分離目的也不盡相同。一般分為四類：分離：將混合物中各組分完全分開，得到各個純組分或若干種產(chǎn)品。eg：air-----N2、O2、各種稀有氣體；原油----汽油、煤油、柴油etc。§5.1概述

提取和回收：從混合物中提取某種或某幾種有用的組分。eg：從礦石中提取有用金屬；從工廠排放的廢料中，回收有價值的物質(zhì)，除去污染環(huán)境的物質(zhì)；另外在醫(yī)藥上中成藥的提取etc。純化：除去混合物中少量雜質(zhì)。eg：合成氨原料氣中含有CO、CO2等有害氣體，易使cat.中毒，現(xiàn)一般采用銅氨液洗滌法、深冷分離法和甲烷化法，這些方法在經(jīng)濟性、選擇性等方面都在不同程度上存在著缺點，吸附分離，特別是PSA方法是新的發(fā)展方向。濃縮：將含有組分少的稀溶液增濃，稱為～。eg：在醫(yī)藥上中成藥的提取，可以通過膜過程對此進行濃縮。4、根據(jù)組分在兩相間的分配差大小來分：相配很大：吸收、萃取、浸取、干燥蒸餾、吸附etc。其特點為：只須引一股流，兩相接觸即可。相配不大：精餾、回流萃取分餾吸附etc。其特點為：須引兩股流，分段形成兩相接觸。§5.1概述

二.吸收與傳質(zhì)1、引子均相混合物分離特點：主要依靠物質(zhì)的分子、渦流傳遞特性來實現(xiàn)混合物中各組分的分離。氣體混合物分離特點：總是根據(jù)混合物中各組分間某種物理化學(xué)性質(zhì)差異而進行的。氣體混合物的分離方法：膜分離------主要依靠篩分作用，尺寸差異；精餾---主要依據(jù)沸點差異，eg：空分得到N2和O2；吸附分離------主要依靠篩分作用，尺寸差異；也有絡(luò)合作用，eg：Cu＋－CO；吸收------主要依靠混合物中各組分在某種溶劑中的溶解度的不同得到分離目的。eg：用水吸收混合氣體中的NH3能使NH3、air加以分離，并回收NH3，其原因為：它們在水中的溶解度差異很大，將它們通入水中，NH3很容易溶解于水中，形成氨水溶液，而air幾乎不溶于水中。§5.1概述

2、吸收定義：氣體溶解于液體的過程，稱之為～。氣體吸收在工業(yè)及環(huán)保中的應(yīng)用回收產(chǎn)品：用洗油（焦化廠副產(chǎn)品，數(shù)十種C、H化合物的混合物）吸收焦?fàn)t煤氣中的苯、甲苯、二甲苯。※有機合成八大基礎(chǔ)原料：三苯、三?。?,3-丁二稀、乙稀、丙?。?、一萘一炔。氣體凈化：合成氨原料氣中含有CO、CO2、CO2S、H2S等有害氣體，易使cat.中毒。對微量CO、CO2現(xiàn)一般采用銅氨液洗滌法、深冷分離法和甲烷化法，但凈化度和能耗高，目前正開發(fā)絡(luò)合變壓吸附（PSA）的技術(shù)是‘無熱源技術(shù)’，是非常節(jié)能的發(fā)展方向。制備某種氣體的溶液：HCl（g)＋H2O----HCl(L)3NO2＋H2O==2HNO3＋NOSO2-----SO3＋H2O---H2SO4一般采用92.5%H2SO4吸收成為98%-----105%H2SO4。實際過程往往同時兼有凈化和回收雙重目的?！?.1概述

3、傳質(zhì)氣體吸收是傳質(zhì)分離過程。前面提到的傳質(zhì)分離過程中，重點是要講述平衡分離過程，是組分在兩相間的分配不同（平衡）來實現(xiàn)分離。氣體吸收過程包含有組分從一相到另一相的轉(zhuǎn)移。過程的推動力為：濃度差C過程簡介以NH3和air用水吸收為例：示意圖如右側(cè)圖一所示過程1)NH3易溶解于水中，其濃度為C0，而air難溶于水，液，而air幾乎不溶于水中；液面處濃度C<主體濃度C0，故NH3由氣相主體向氣液界面轉(zhuǎn)移；2)界面處液相中NH3濃度CL>液相主體濃度CL0，故在液相中從界面向深處移動；3)隨著吸收的進行，氣相中NH3濃度減少，液相中NH3濃度增加，推動力C減少；4)當(dāng)氣液相達到平衡時，C＝0，NH3的轉(zhuǎn)移速率＝0?！?.1概述

氣體吸收過程的特點需加入另一物質(zhì)，使該物質(zhì)與原均相混合物接觸構(gòu)成并存的兩相；判斷是否發(fā)生組分的相際轉(zhuǎn)移？可以假想：每一相中各組分的濃度都均勻一致，若轉(zhuǎn)移的組分在兩相中的濃度偏離平衡態(tài)越遠，則該組分的轉(zhuǎn)移速率越大；當(dāng)轉(zhuǎn)移的組分在兩相中呈平衡態(tài)，則該組分的轉(zhuǎn)移速率為零。相關(guān)術(shù)語介紹溶質(zhì)氣體或吸收質(zhì)：混合氣體中容易溶解的組份稱為～，用A表示，eg：NH3；惰性成分或載體：混合氣體中很難溶解的組份稱為～，用B表示，eg：空氣（air);吸收劑或溶劑：吸收中所用的能夠溶解某一組分的物質(zhì)稱為～，用S表示，eg：水；吸收液：吸收操作中溶劑吸收了溶質(zhì)氣體后所得的溶液稱為～，用S+A表示;吸收尾氣：吸收操作中排除的氣體稱為～，用（A）+B表示單組分吸收：溶質(zhì)氣體為單組分的吸收過程，稱為～單組分吸收：溶質(zhì)氣體為多組分的吸收過程，稱為～。§5.1概述

三.物理吸收和化學(xué)吸收物理吸收定義：溶質(zhì)氣體溶于液相中不發(fā)生顯著化學(xué)反應(yīng)的吸收過程，稱之為～例如：CO2＋H2O＝H2CO3HCl（g）＋H2O＝HCl（L）丙酮（g）＋H2O＝丙酮（L）化學(xué)吸收定義：液相中有某種組分，能夠與溶質(zhì)氣體（溶解于L）進行化學(xué)反應(yīng)的吸收過程，促進了吸收過程的進行速率；例如：Na2CO3（K2CO3)

＋CO2＋H2O=Na2HCO3

（KHCO3)四.吸收與解吸一個完整的吸收分離過程一般包括吸收和解吸兩部分。解吸：從溶液中釋放出溶解吸收的溶質(zhì)氣體的操作，稱為～解吸的方法：加熱，因溫度升高，溶解度降低；減壓，因壓力降低，溶解度降低；惰性氣體與溶液逆流接觸，一般采用過熱蒸汽，一方面由于較高溫度，另一方面由于惰性氣體可以降低溶質(zhì)氣體的分壓，從而帶出溶質(zhì)氣體?！?.1概述

吸收與解吸聯(lián)合操作圖5-1吸收與解吸聯(lián)合操作§5.1概概述述從焦?fàn)t煤煤氣中回回收粗苯苯（苯、、甲苯、、二甲苯苯等）的的生產(chǎn)流流程圖如如圖5-1所所示。在吸收塔塔內(nèi)：焦焦?fàn)t煤氣氣與洗油油（焦化化廠副產(chǎn)產(chǎn)品，數(shù)數(shù)十種C、H化化合物的的混合物物）逆流流接觸，，氣相中中粗苯蒸蒸汽被洗洗油吸收收，脫苯苯煤氣從從吸收塔塔頂排出出；吸收收粗苯后后的洗油油，稱為為富油；；在解吸塔塔內(nèi)：利利用過熱熱蒸汽對對其解吸吸，在解解吸塔頂頂排出的的氣相為為過熱水水蒸汽和和粗苯蒸蒸汽混合合物；相分離器器的原理理是兩種種液體不不互溶，，且密度度有差異異。在相分離離器內(nèi)：：過熱水水蒸汽和和粗苯蒸蒸汽混合合物冷凝凝后因兩兩種凝液液不互溶溶，并依依據(jù)密度度不同而而分層，，粗苯在在上，水水在下。。分別引引出則可可以得到到粗苯產(chǎn)產(chǎn)品，從從而實現(xiàn)現(xiàn)混合物物的分離離；解吸后的的液相成成為貧油油，經(jīng)過過冷卻器器降溫后后，再進進入吸收收塔循環(huán)環(huán)使用；；如此循環(huán)環(huán)往復(fù)，，從而實實現(xiàn)吸收收和解吸吸的聯(lián)合合操作過過程?！?.1概概述五.溶溶劑的選選擇溶劑又稱稱吸收劑劑，選擇擇良好的的吸收劑劑是設(shè)計計吸收過過程的重重要一環(huán)環(huán)；選擇原則則吸收劑對對溶質(zhì)應(yīng)應(yīng)有較大大的溶解解度，以以提高吸吸收速率率，減少少吸收劑劑的用量量；同時為了便便于吸收劑劑的再生回回用，其溶溶解度應(yīng)隨隨操作條件件的改變有有顯著的差差異；吸收劑對溶溶質(zhì)應(yīng)有良良好的選擇擇性，即對對于混合氣氣中待吸收收組分的溶溶解度要大大，對其余余組分的溶溶解度要小??；溶劑的揮發(fā)發(fā)性要小，，即蒸氣壓壓低，以減減少溶劑的的損失量；；溶劑的粘度度要低，這這樣有利于于氣、液接接觸，提高高吸收速率率，也便于于輸送；無毒；難燃；腐蝕性小；；易得價廉；；易于再生利利用；不污染環(huán)境境。§5.2氣液相平衡衡一.氣液液平衡關(guān)系系二.亨利定定律三.過程程方向判斷斷與過程推推動力引子：溶質(zhì)在氣、、液相間的的平衡關(guān)系是分析判判斷溶質(zhì)在在相間傳遞遞過程中的方向向、極限以以及確定傳傳遞過程推動力力大小的依依據(jù)。一.氣液液平衡關(guān)系系本節(jié)只討論論單組分物物理吸收的氣液平衡衡關(guān)系，即即：氣相中只有有溶質(zhì)A和惰性性氣體B兩個組分分，液相中中只有溶質(zhì)質(zhì)A和吸收劑（溶溶劑）S兩兩個組分分。單組分物理理吸收的氣氣液平衡關(guān)系如圖5-2所示示。圖5-2單單組分物物理吸收氣氣液平衡§5.2氣液相平衡衡1、氣液平平衡關(guān)系的的確定（1）根據(jù)據(jù)相律，單單組分物理理吸收體系系的自由度度F應(yīng)為：：F＝C－＋2＝3－2＋2＝3式中：相數(shù)數(shù)＝2（（為G、L）組分?jǐn)?shù)C＝＝3（分別別為A、、B、S））（2）由F＝3知：：三組分氣氣液兩相平衡時，，在溫度t和總壓P和氣、液組成四個個變量中，，有三個是是獨立變量，另另一個是它它們的函數(shù)數(shù)。（3）約束束條件說明明：G:yA＋yB＝1L:XA＋XS＝1所以:P、、t、yA、XA中知道三個個,氣、液平衡衡就確定了了。（4）小結(jié)結(jié)：在溫度度t和總壓壓P一定的條件下下，氣液相相平衡時，，氣相組成是液液相組成的的單值函數(shù)數(shù)。（5）平衡衡時氣液相相組成的表表示氣相中溶質(zhì)質(zhì)的分壓，，稱為平衡衡分壓或或飽和分壓壓；液相中溶質(zhì)質(zhì)的組成，，稱為平衡衡組成，，或者稱為為氣體在液液體中的溶溶解度；（6）實際際上，對于于多數(shù)體系系，在總壓P不很很高的情況況下，可以以認(rèn)為氣體在液相相中的溶解解度只取決決于該氣體在氣氣相中的分分壓，與P無關(guān)?！?.2氣液相平衡衡2、氣液平平衡關(guān)系的的測定氣液平衡關(guān)關(guān)系一般通通過實驗測出。前人人做了很多多的工作，，故我們可以查查閱文獻和和有關(guān)手冊冊得到部分需要要的氣液平平衡數(shù)據(jù)。。3、氣液平平衡關(guān)系的的表示方法法列表關(guān)系式-----如如：Hery定律圖線。用二維坐標(biāo)標(biāo)繪成的氣氣液相平衡衡關(guān)系曲線，又又稱為溶解解度曲線。。參見《化工工原理》P204圖圖5-3、、5-4、、5-5所示。分別從這三三圖中查得得在P＝60kPa、t＝20℃時NH3、SO2、O2在水中的溶解度為為：390g/1000g、68g/1000g、0.025g/1000g。3、溶質(zhì)濃濃度的表示示方法1）對氣相相(GasPhase)采采用兩種:分壓P摩爾分率y2）對液相相(LiquidPhase)采用用三種:溶質(zhì)A與溶溶劑S質(zhì)量量比x’’，其單位位為：gA/1000gs體積摩爾濃濃度C－－kmol/m3摩爾分率x－mol/mol§5.2氣液相平衡衡二.亨利定定律1.內(nèi)容1）定義：：對于稀溶溶液或難溶溶氣體，在在一定溫度度t和總壓壓不大的情情況下，溶溶質(zhì)在液相相中的溶解解度與它在在氣相中的的分壓呈正正比，這一一關(guān)系稱為為亨利定律律（Hery）。2）數(shù)學(xué)表表達式：P*A=ExA式中p*A--溶質(zhì)A在氣相中中的平衡分分壓，單位位：mmHg，atm，Paetc；；E----Hery系數(shù),與P*A單位一致;xA---溶質(zhì)質(zhì)A在液相相中的摩爾爾分?jǐn)?shù)。4、不同溶溶質(zhì)濃度間間的關(guān)系：：x=(x’/MA)/(x’’/MA+1000/MS)C=(x’/MA)/(x’’+1000)/C=x/[xMA+(1－－x)MS]/說明：（1）在公公式的轉(zhuǎn)換換過程中主主要利用的基本本原理是化化學(xué)中的相相關(guān)內(nèi)容，即：：質(zhì)量＝物質(zhì)質(zhì)的量×摩摩爾質(zhì)量物質(zhì)的量＝＝質(zhì)量÷摩摩爾質(zhì)量溶液體積＝＝質(zhì)量/溶溶液密度（2）x’’g＋＋1000gx-----mol，（1－x）溶溶劑§5.2氣液相平衡衡3）亨利系數(shù)特性亨利系數(shù)的的值決定于于物系的特特性及體體系的溫溫度。溶質(zhì)質(zhì)或溶液不不同，體系系不同，E也就不同同。E的大小反反映了氣相相組分在該該溶劑中溶溶解度的大大小。E越越大，溶解解度越小。。因為：氣體體在液體中中的溶解度度隨溫度的的升高而降降低，故：E隨著著溫度T升升高而E升升高。2.亨利定定律的不同同表示方法法1)原因：：由于氣液相相中溶質(zhì)A的組成有有各種不同的的表示方法法，因此：：Hery定定律有不同同的表示方方法。2)采用摩摩爾濃度時時的Hery形式P*A=CA/HCA—溶質(zhì)A在在溶液中的的摩爾濃度度kmol/m3H—溶解度度系數(shù)其單單位為：(kmol/m3)/(mmHg或atm或kPa)§5.2氣液相平衡衡3)濃度采采用摩爾分分?jǐn)?shù)時Hery形形式y(tǒng)*A=mxAy*—與組成為為XA的溶解呈平平衡的氣相中溶質(zhì)質(zhì)A的摩爾爾分?jǐn)?shù)m—相平衡衡常數(shù)4)常數(shù)H、m的特特性H與E相反反，H愈大大，溶解度度愈大，且且隨溫度T的升高H而降低；m與E類似似，m愈大大，溶解度度愈小，且且隨溫度T升高而m升高。3.Hery定律律中E、H、m間關(guān)系1）確定依依據(jù)根據(jù)組成之之間關(guān)系及及道爾頓分壓定律，，即可確定定E、H、、m之間的關(guān)系。。2)確定過過程因為：P*A=ExA代入y*A=P*A/P得:y*A=(E/P)XA與y*A=mxA對照得:m=E/P因為:XA=CA/C代入P*A=CA/H得:P*A=CXA/H與P*A=ExA對照得:E=C/Hm=C/H*P式中：C——溶液的總總摩爾濃度度§5.2氣液相平衡衡3)注意事事項對于稀溶液液，CA很小，C=/MS一般認(rèn)為總總壓在5atm以下下，E、H值與總壓壓無關(guān)。4)參考文文獻RHPerry.CHChilton.《ChemicalEngineersHandbook》》5thed.NewYork,McGraw—Hill.Inc.1973RCWeast.《HandbookofChemicalandPhysics》》59thed.CRC.Press,Inc.1997—1978三.過程方向判判斷與過程程的推動力力1、過程方方向的判斷斷01x1xy1y1*b(y1,x1)aca)y1=mx1,g-L平衡衡，推動力力△=0b)y1>mx1,y1>y1*,吸收,△=y1-y1*c)y1<mx1,y1<y1*,解吸,△=y1*-y1m§5.2氣液相平衡衡2、推動力力可以有兩兩種表示方方法：（yA-yA*）——氣相相組成濃度度差表示的的吸收推動動力(xA*-xA)——液相相組成濃度度差表示的的吸收推動動力兩者△越大大，過程速速率也就越越快3、確定過過程的極限限1）所謂過過程的極限限是指兩相相經(jīng)充分接接觸后，各各自組成變變化的最大大可能性。。這和兩相相的量比有有關(guān)，也和和兩相的接接觸方式（（逆、并））有關(guān)。2)今以逆逆流接觸吸吸收塔為例例：1)若塔塔高增加加，吸收收劑量(L/G)減小,則則塔底出出口的x1必將增高高，但即使塔塔高h趨趨向無窮窮大，L很少，x1也不會無無限增大大，其極極限為氣相y1的平衡組組成x1*：x1max＝x1*＝y(tǒng)1/m尾氣y2混合氣y1吸收劑Lx2吸收液x1§5.2氣液相平平衡2)另一一方面,如果塔塔高h（增加），L（（增加）），即液液氣比L/G（增增加），，那么出出口y2將降低。。但即使塔塔高h趨趨向無窮窮大，L很大，，出口y2也不會不不會低于吸收收劑入口口組成x2的平衡濃濃度y2*，即：y2min＝y(tǒng)2*＝mx23)結(jié)論論：由此可見見，由相相平衡關(guān)關(guān)系和液液氣比，便可可確定吸吸收液出出口的最最高組成x1max和混合氣氣出口的的最低組組成y2min。習(xí)題：p234頁1、3、4§5.3分子擴散散（傳質(zhì)分分離過程程的動力力學(xué)）一.引言言二.分子子擴散速速率方程程----Fick定律三.分子子擴散傳傳質(zhì)速率率四.組分分在氣相相中的分分子擴散散系數(shù)五.組分分在液相相中的分分子擴散散系數(shù)六.單相相中的穩(wěn)穩(wěn)態(tài)分子子擴散七.渦流流擴散一.引言言1、傳質(zhì)質(zhì)分離過過程的分分類傳質(zhì)分離離過程分分為兩類類：過程的熱熱力學(xué)（（或稱靜靜力學(xué)））和過程的的動力學(xué)學(xué)。分述述如下：：（1）過過程的熱熱力學(xué)：：前面說明明了如何何利用混混合物中中諸組分在兩兩相間平平衡時分分配的不不同性質(zhì),人人為地使使之形成成兩相體體系，使組分在在相間傳傳遞，實實現(xiàn)混合合物地分離，，這些是是傳質(zhì)分分離過程程的一方面，，即過程程的熱力力學(xué)；§5.3分子擴散散（傳質(zhì)分分離過程程的動力力學(xué)）（2）過過程的動動力學(xué)：：傳質(zhì)分離離過程的的另一方方面是過程的動動力學(xué)，，它討論論傳質(zhì)分分離過程的機機理和速速率，即即組分如如何從一個相相傳遞到到另一個個相和傳傳遞的速率。。2.物質(zhì)質(zhì)在相間間的傳遞遞步驟一般說物物質(zhì)從一一相傳遞遞到另一相的過過程可以以分為三三步：（1）物物質(zhì)從一一相主體體擴散到到兩相的界界面；（2）在在界面上上物質(zhì)從從一相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入另一相相；（平平衡）（3）物物質(zhì)從界界面的另另一相向向其主體擴擴散。3.本節(jié)節(jié)主要討討論內(nèi)容容為了認(rèn)識識兩相間間的物質(zhì)質(zhì)傳遞（傳質(zhì)）），首先先要討論論物質(zhì)從從流體主體到到界面和和從界面面到流體體主體的擴散散，即單單相中的的擴散。。兩相間的的物質(zhì)傳傳遞也是是屬于過程動力力學(xué)的內(nèi)內(nèi)容，但但本書安安排在下一節(jié)節(jié)討論?！?.3分子擴擴散（傳質(zhì)質(zhì)分離離過程程的動動力學(xué)學(xué)）二.分分子擴擴散速速率方方程----Fick定律物質(zhì)在在流體體相中中的擴擴散可可依靠分子子擴散散和渦渦流擴擴散來來實現(xiàn)現(xiàn)，它們與與傳熱熱中的的熱傳傳導(dǎo)和和對流流類似。物質(zhì)在在流體體主體體與界界面間間的擴散，，亦與與流體體與壁壁面間間的對對流傳熱（（給熱熱）類類似，，并稱稱之為為對流傳質(zhì)質(zhì)。（（綜合合作用用）1．分分子擴擴散定義：：依靠靠物質(zhì)質(zhì)分子子的熱熱運動動，物物質(zhì)從從一處處轉(zhuǎn)移移到另另一處處的過過程稱稱為分分子擴擴散。。機理：在任任何物體中中物質(zhì)的分分子始終處處于不停的的運動當(dāng)中中，由于這這種運動，，物質(zhì)可以以從一處向向另一處擴擴散。平衡態(tài)：當(dāng)當(dāng)流體中各各處的物質(zhì)質(zhì)濃度相同同時，在任任意位置上上正方向的的擴散速度度相同，所所以在流體體各處沒有有組分的凈凈轉(zhuǎn)移。§5.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）舉例說明：：只要濃度度差△C存存在,就會有有分子擴散散引起的物物質(zhì)傳遞。如果靜止的的流體中存存在濃度差差(△C)，由于分分子擴散的的原因，物物質(zhì)從高濃濃度地方擴擴散到低濃濃度的地方方。在層流的流流體中，如如果與垂直直的方向存存在濃度差差(△C)，亦可由由高C向低低C方向擴擴散。在任意渦流流擴散的流流體中，只只要存在△△C，也將將有物質(zhì)通通過分子擴擴散從高C處→低C處，擴散散機理除分分子擴散外外，主要是是依靠渦流流擴散。2、分子擴擴散速率方方程——費費克（Fick）定定律分子擴散的的速率：用單位時間間內(nèi)通過單單位截面積的量表示示，稱為分分子擴散通通量。費克（Fick）定定律內(nèi)容對于兩組分分物系，某某種組分的擴散通量量（JA）,與該組組分方向上的濃度梯梯度成正比比，此關(guān)系系在1855年年由費克（（Fick）在實驗驗的基礎(chǔ)上提出出，稱為費費克定律。?！?.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）Fick定定律數(shù)學(xué)表表達式JA=－DAB(dCA/dz)kmol/(s.m2)式中：JA——混合物物中某處組組分A在z方向上的的分子擴散散通量，單單位為：kmol/(s.m2)；dCA/dz——混合物物中該處組組分A在z方向上的濃濃度梯度，，單位為：：kmol/(m3.m)；DAB——組分A在介質(zhì)B中的擴散散系數(shù)，單位為為：m2/s‘－’——因為組分A是沿著濃濃度降低的方向擴散散，為使沿沿此方向的的JA為正值，式式中右側(cè)加加“一”號號。同樣對B而而言，混合物中某某處組分A在z方向上上的分子擴擴散通量為為：JB=－DBA(dCB/dz)Fick定定律對氣體體(gas)的表達達式對氣體（gas））,摩爾濃度可可以用分壓表示示：CA=PA/(RT)則Fick定律變?yōu)椋篔A=－(DAB/RT)(dPA/dz)式中：PA—組分A的分分壓PaR—8341J/(kmol.k)or8.314J/(mol.k)T—氣體(gas)的的溫度，K.§5.3分子擴散（傳質(zhì)分離過過程的動力學(xué)學(xué)）DAB和DBA關(guān)系★氣相：對于靜止的A、B兩組分分的混合氣體體，設(shè)其中濃濃度差，則A、B兩組組分將產(chǎn)生分分子擴散。就就某一截面而而言，兩組分分的擴散通量量分別為：JA=－DAB(dCA/dz)JB=－DBA(dCB/dz)A和B的擴散散方向恰好相相反；若氣相為理想想氣體(idealgas)，其中各處處的溫度T和和壓力P相同同，則氣體各各處的總濃度度CT均相同：CT＝CA+CBdCA/dz+dCB/dz=0dCA/dz=－－dCB/dz因為氣體因為氣體處于于靜止?fàn)顟B(tài)，沒有整體體的流動，所所以必須有：JA=－JB即有－－DAB(dCA/dz)=DBA(dCB/dz)DAB=DBA結(jié)論：：由上上可見見，對對于兩兩組分分氣體體混合合物，，組分分A在在介質(zhì)質(zhì)B中中的擴擴散系系數(shù)DAB與組分分B在在介質(zhì)質(zhì)A中中的擴擴散系系數(shù)DBA★液相相：對對于液液體混混合物物，因因為通常CM總濃度度不是是常數(shù)數(shù)，∴∴液相相組分分的擴擴散系系數(shù)不不存在在上述述類似似的關(guān)關(guān)系。?！?.3分子擴擴散（傳質(zhì)質(zhì)分離離過程程的動動力學(xué)學(xué)）3.適用范范圍：(1)雙組組分物物系；；(2)一維維分子子擴散散；(3)定態(tài)態(tài)過程程;(4)描述述空間間一點點(point)。。三.分分子擴擴散傳傳質(zhì)速速率（（傳質(zhì)質(zhì)通量量1.三三傳類類似在氣體體中三三者的的傳遞遞機理理也很很類似似：質(zhì)質(zhì)量傳傳遞中中費克克定律律形式式：JA=－DAB(dCA/dz)動量傳傳遞中中的牛牛頓粘粘性定定律：：=±(d/dy)熱量傳傳遞中中的付付立葉葉定律律：q=－(dT/dz)2.擴擴散通通量的的計算算基準(zhǔn)準(zhǔn)與傳動動、傳傳熱類類似，，費克克定律律表述的擴擴散通通量也也是以以流體體中某某截面面為基準(zhǔn)的的分子子擴散散通量量。B反向向擴散§5.3分子擴擴散（傳質(zhì)質(zhì)分離離過程程的動動力學(xué)學(xué)）3.擴擴散散通量量實際際基準(zhǔn)準(zhǔn)選擇擇及計計算實際上上，在在討論論相間間傳質(zhì)質(zhì)過程程時，，常以以設(shè)備備總某某個截截面為為基準(zhǔn)準(zhǔn)（即即以空空間中中的某某個截截面為為基準(zhǔn)準(zhǔn)）來來分析析通過過此截截面的的傳質(zhì)質(zhì)通量量。這里除除了按按Fick定律計計算的的分子子擴散散通量量外，，還包包括流流體整整體流流動（（主體體流動動，同同時攜攜帶A、B）提提供的的通量量。擴散通通量的的計算算如圖所所示，，取設(shè)設(shè)備中中的截截面I-I討論。。已知知此截截面上上組分分A、、B的濃濃度度分分別別為為：：CA和CB，CA0>CACBJANMJBCB0>CBLII→zNGLCBG>CBLA吸吸收收形成成局局部部真真空空已知知此截截面面上上組組分分A、、B的的濃度度梯梯度度分分別別為為：：(dCA/dz)和和(dCB/dz)。?！?.3分子子擴擴散散（傳傳質(zhì)質(zhì)分分離離過過程程的的動動力力學(xué)學(xué)））★則則通通過過I-I的的組組分分A的的傳傳質(zhì)質(zhì)通通量量為為分分A的的分分子子擴擴散散通通量量JA和流流體體主主體體流流動動引引起起的的組組分分A的的通通量量NMA之和和。。即即：：NA=JA+NM(CA/CM)式中中：：NA———組組分分A的的傳傳質(zhì)質(zhì)通通量量，，單位位為為：：kmol/(s.m2)；；NM———通通過過主主體體流流動動經(jīng)經(jīng)過過I-I面面的的通通量量。?！锿砝恚海篘B=JB+NM(CB/CM)★通通過過主主體體流流動動經(jīng)經(jīng)過過I-I面面組組分分A和B的的總總通通量量：：N=NM+JA+JB四.組組分分在在氣氣相相中中的的分分子子擴擴散散系系數(shù)數(shù)1.擴擴散散系系數(shù)數(shù)（1））定定義義：：擴擴散散系系數(shù)數(shù)是是物物質(zhì)質(zhì)很很重重要要的的傳傳遞遞特特性性，，它它表表示示物物質(zhì)質(zhì)分分子子擴擴散散速速度度的的大大小小，，擴擴散散系系數(shù)數(shù)大大，，表表示示分分子子擴擴散散快快。。（2））單單位位：：m2/s或或cm2/s；；擴散散系系數(shù)數(shù)的的單單位位可可由由式式JA=－－DAB(dCA/dz)導(dǎo)導(dǎo)出出。。NB：這與熱傳導(dǎo)導(dǎo)中的導(dǎo)溫溫系數(shù)和流體的運運動粘度＝/的單位相同。。其中又稱為熱擴擴散系數(shù)＝/(CP)§5.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）（3）影響響因素：不僅取決于于組分本身身；而且還與介介質(zhì)(與它它共存的其其他物質(zhì))；組分的濃度度以及溫度度、壓力等等因素有關(guān)關(guān)。（4）獲取取方法：★物質(zhì)在不不同條件下下的擴散系系數(shù)一般需需要通過實實驗測定；；P210例5-2說明了如如何用實驗驗法求取物物質(zhì)在氣體體中擴散系系數(shù)?！锍Ｒ娢锵迪档腄可在在手冊中查查取;★當(dāng)查不到到數(shù)據(jù)時，，可用實驗驗測，或用用適當(dāng)?shù)?半)經(jīng)驗驗公式估算算。2.組分在在氣相中的的分子擴散散系數(shù)經(jīng)驗驗公式介紹紹(1)物質(zhì)質(zhì)在氣體中中的擴散系系數(shù)主要取取決于溫度度T、壓力P和氣體組組分的性質(zhì)質(zhì)，當(dāng)壓力力P不高時時，擴散系系數(shù)基本上上與物質(zhì)在在氣體中的的濃度無關(guān)關(guān)。大致范范圍為：10-1～1cm2/sor10-5-10-4m2/s.(2)當(dāng)沒有擴散散系數(shù)的實實驗數(shù)據(jù)時時，可應(yīng)用用文獻上介介紹的半經(jīng)經(jīng)驗公式。。這些公式式都是根據(jù)據(jù)氣體分子子動力理論論，先經(jīng)理理論推導(dǎo)，，然后加以以適當(dāng)修正正而得，式式中的特性性常數(shù)由實實驗確定。。§5.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）(3)經(jīng)驗驗公式：椐分子動力力論而得：：D＝bT3/2(1/MA+1/MB)1/2/P/(VA1/3+VB1/3)2Gilliland（1934年）用用實驗確定定了常數(shù)b，得b＝＝4.3610-5式中:D———分子擴擴散系數(shù)，，m2/s；；P———總壓，kPa；；MA、MB——A、B的分子量量；T———溫度度，K；；VA、VB——A、B正常沸點點(bp.)下的分分子體積，，cm2/mol組分的分子子體積可根根據(jù)正常bp.下液液態(tài)純組分分的密度求求得，P212表5-2和表表5-3列列出的是分分子體積和和原子體積積。分分子體體積可據(jù)原原子體積按按柯普（koop））加和法則則近似估算算。誤差達達20%。。Hirschbelderetc(1948,1949)提出出，適用中中等P和T(接近常常壓室溫):D＝4.3610-5T3/2(1/MA+1/MB)1/2/P/（（AB2QD)式中:AB—碰撞直徑徑,QD—碰撞積分分,是kT/AB函數(shù),AB＝(AB)1/2NB：當(dāng)變變化T、P時，可據(jù)據(jù)上式得到到：D＝D0(P0/P)(T/T0)1.5§5.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）五.組分分在液相中中的分子擴擴散系數(shù)1.研究現(xiàn)現(xiàn)狀物質(zhì)在液體體中的擴散散系數(shù)與組組分的性質(zhì)質(zhì)、溫度以以及濃度有有關(guān)。對其其研究不如如氣體那么么廣泛，這這主要是由由于液體中中分子之間間的作用比比較復(fù)雜，，理論分析析不夠成熟熟，所以現(xiàn)現(xiàn)有估算液液相DL的關(guān)系式可可靠性不如如氣體。2.液相中中分子擴散散系數(shù)的量量級液體中的分分子比氣體體中密集,分子運運動不如在在氣體中自自由，所以：可以以通過預(yù)計計物質(zhì)在液液體中的擴擴散系數(shù)DL要比在氣體體中小的多多，一般兩兩者相差約約104-105倍，但由于于氣體中組組分的摩爾爾濃度比liquid中小，，所以氣體體中的擴散散通量只比比liquid大大10-102倍。3.經(jīng)驗公公式對于很稀的的非電解質(zhì)質(zhì)溶液，DAB可由下式估估算(Wilke-Chang)：DAB＝7.410-8T(MB)1/2/(VA0.6)式中：DAB—分子擴擴散系數(shù),m2/s;MB—溶劑B的分子量量；§5.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）T—溫度度，K；—溶液粘度度，cP；；VA—A在正常常沸點(bp.)下下的分子子體積，，cm2/mol—溶劑的締締合因子；；值：H2O為2.6，甲醇為為1.9，，乙醇為1.5，苯苯、乙醚非非締合溶劑為為1.0。。對電解質(zhì)溶溶液的擴散散系數(shù)，擴擴散是離子子而不是分分子。然而而，在無電電勢的情況況下，純（（單一）鹽鹽的擴散可可按分子擴擴散來處理理。它可以以使用Nernst-Haskell方方程：DAB＝RT(1/n＋+1/n－)/F2/(1/＋0+1/－0)式中：DAB—分子擴擴散系數(shù),cm2/s;T—溫度度，K；R—8.314J/mol.K；＋0、－0—極限(零零濃度)離離子電導(dǎo)，單單位為：Acm-2(Vcm-1)(g-equivcm-3)n＋、n－—陰陽離子子的價數(shù)；；F—法拉拉第常數(shù)，，其值為：：96500C(g-equivcm-3)-1§5.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）六.單相中中的穩(wěn)態(tài)分分子擴散1.引言當(dāng)兩相互相相接觸,物物質(zhì)在相間間進行物質(zhì)質(zhì)傳遞時,從一相的的主體到界界面將建立立起一定的的濃度分布布,在組分分?jǐn)U散的方方向上,組組分的濃度度逐漸降低低,經(jīng)過較較長時間,過程達到到穩(wěn)態(tài),此此時各處的的濃度保持持定值,不不再隨時間間變化而變變化,組分分的擴散速速率也變?yōu)闉槎ㄖ?。相間的傳質(zhì)質(zhì)有兩種典典型情況:1)等摩爾爾反向擴散散2)單向向擴散。單相中的傳傳質(zhì)也有這這兩種情況況。2.等摩爾爾反向擴散散舉例eg：兩組組分混合物物的精餾過過程是等摩摩爾反向擴擴散的典型型例子。在該過程中(如甲苯苯-苯體系系),易揮揮發(fā)的組分分從Liquid→gas相傳遞遞,難揮發(fā)發(fā)組分則從從gas→→Liquid相相傳遞。若若兩種組分分的汽化潛潛熱r相同同，那么1mol難難揮發(fā)組分分從氣相冷冷凝傳入液液相時所放放出的熱量量恰好使1mol易易發(fā)揮組分分從Liquid→→gas。。這樣，在氣氣、液兩相相中這兩種種組分就形成了等摩摩爾反向擴擴散?！?.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）特征1）擴散過過程:在汽汽相中難揮揮發(fā)的組分分從氣相主主相向氣、、液界面擴擴散易揮發(fā)發(fā)組分從界界面向氣相相主體擴散散；在液相相中難揮發(fā)發(fā)組分從氣氣界面向液液相主體擴擴散，易揮揮發(fā)組分從從液相主體體向界面擴擴散。2）兩者擴擴散通量大大小相同，，方向相反反。傳質(zhì)速率的的計算現(xiàn)討論在穩(wěn)穩(wěn)態(tài)條件下下，兩組分分（A、B））混合物在在氣相內(nèi)的的傳質(zhì)速率率。如圖取界面的氣氣相側(cè)和離離界面z的的兩個截面面①和②，，在截面上的濃度分別別為：A:CA1(PA1)，CA2(PA2)；B:CB1(PB1)，CB2(PB2)；CA1(PA1)CB1(PB1)JA＝NAJB＝NB0→→z界面①液相氣相側(cè)②CA2(PA2)CB2(PB2)JA＝NAJB＝NB§5.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）計算：A、、B的傳質(zhì)質(zhì)通量。解：取截面面①與②之間的空間間為系統(tǒng)作作物衡，i）一方面面∵穩(wěn)態(tài)等等摩爾反向向擴散∴通過1、、2面通量量有如下關(guān)關(guān)系：NA1＝NA2NB1＝NB2∴沿z方向向上的NA和NB均為常數(shù)。。ii）另一一方面：∵截面①與②之間無物質(zhì)質(zhì)的增減∴無主體流流動，即NM＝0據(jù)：NA=JA+NM(CA/CM)[NB=JB+NM(CB/CM)]得：NA=JA=－DAB(dCA/dz)∴NA=－(DAB/RT)(dPA/dz)=－DAB(dCA/dz)=Constant由此可知：：CA(PA)隨z的變變化為線性性關(guān)系（即即直線關(guān)系系）。iii)積積分(NB:CA1＋CB1＝CA2＋CB2）截面①→②積分上式可可得：NA=(DAB/z)(CA1－_CA2)=(DAB/zRT)(PA1－PA2)iv)同同理理NB=(DAB/z)(CB1－_CB2)=(DAB/zRT)(PB1－PB2)v））結(jié)結(jié)論論：：NA=－－NBvi））對對于于液液相相內(nèi)內(nèi)傳傳質(zhì)質(zhì),如如總總濃濃度度CM視為為常常數(shù)數(shù),也也可可應(yīng)應(yīng)用用NA=－－NB?！?.3分子子擴擴散散（傳傳質(zhì)質(zhì)分分離離過過程程的的動動力力學(xué)學(xué)））2））單單向向擴擴散散舉例例eg：：吸吸收收過過程程是是單單向向擴擴散散的的例例子子。。在吸吸收收過程程中(eg:用用水水吸吸收收氨氨-空空氣氣混混合合中中的的NH3)，，只只有有被被液液體體吸吸收收的的組組分分從從氣氣相相相相向向液液相相傳傳遞遞，，沒沒有有物物質(zhì)質(zhì)從從液液相相向向氣氣相相傳傳遞遞(假假設(shè)設(shè)少少量量液液體體溶溶劑劑的的汽汽化化可可忽忽略略不不計計)。。特征征溶質(zhì)質(zhì)A的的單單向向擴擴散散傳質(zhì)質(zhì)速速率率的的計計算算現(xiàn)討討論論在在穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)條條件件下下被被吸吸收收組組分分A在在氣氣相相內(nèi)內(nèi)的的傳傳質(zhì)質(zhì)通通量量。。如如圖圖取界界面面的的氣氣相相側(cè)側(cè)和和離離界界面面z的的兩兩個個截截面面①①和和②②，，在截截面面上上的濃濃度度分分別別為為：：A:CA1(PA1)，CA2(PA2)；；B:CB1(PB1)，，CB2(PB2)；；CA2(PA2)CB2(PB2)NANB＝0氣相相側(cè)側(cè)①CA1(PA1)CB1(PB1)NM主體體流流動動JBNB＝0界面面②液相相JANMANMB0z§5.3分子子擴擴散散（傳傳質(zhì)質(zhì)分分離離過過程程的的動動力力學(xué)學(xué)））計算算：：組組分分A的的傳傳質(zhì)質(zhì)速速率率。。解：：取取截截面面①與②之間間的的空空間間為為系系統(tǒng)統(tǒng)作作物物衡衡，，i））∵∵穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)單單向向擴擴散散∴組組分分A：：NA1＝NA2組分分B：：NB1＝NB2＝0∴NA=JA+NM(CA/CM)NB=JB+NM(CB/CM)＝＝0（（*1））式中中：：NM———主主體體流流動動形形成成的的混混合合氣氣體體的的傳傳質(zhì)質(zhì)通通量量，，它它的的產(chǎn)產(chǎn)生生是是由由于于組組分分B的的分分子子擴擴散散。。ii））分析析:截截面面①①上上因因為為分分子子擴擴散散，，組組分分B從界界面面向向主主體體進進行行的的。?！叻址肿幼訑U擴散散JB=－－DBA(dCB/dz)但界界面面上上無無B的的傳傳入入∴如如果果沒沒有有其其它它物物質(zhì)質(zhì)有有引引入入，，將將引引起起①①②②之之間間組組總總濃濃度度（（即即總總壓壓））的的降降低低，，這這必必然然引引起起氣氣相相整整體體向向界界面面方方向向的的移移動動以以彌彌補補其其不不足足（（組組分分B的的分分子子擴擴散散使使其其減減少少）），，而而使使其其總總壓壓不不變變。。iii））關(guān)關(guān)系系：：氣氣體體主主體體流流動動與與B的的擴擴散散之之間間必必須須保保持持：：NB=JB+NM(CB/CM)=0即NB=0，，可見：B在設(shè)備備空間沒有有流動，又又稱為停滯滯介質(zhì)中的的擴散?！?.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）iv）∵∵JA=－JB再結(jié)合（*1）式得得：NM=－JB(CM/CB)=JA(CM/CA)CA＋CB=CM代入NA=JA+NM(CA/CM)中得：NA=JA+(1+CA/CB)＝JA(CM/CB)＝JA[CM/(CM－CA)]=－DAB[CM/(CM－CA)](dCA/dz)=constant（常數(shù)））或:NA=－(DAB/RT)P/(P－－PA)(dPA/dz)＝constant（常數(shù)））v）積分截面①→②積分上式可可得：NA=－(DABP/zRT)?ln[(P－PA2)/(P－PA1)]在式中的ln[(P－PA2)/(P－PA1)]項同×和÷÷[(P－－PA2)－(P－－PA1)]可得到：ln[(P－PA2)/(P－PA1)]＝[(PA1－PA2)/(PB2－PB1)]?ln(PB2/PB1)=(PA1－PA2)/PBm式中：PBM為組分B①①②兩界面面上分壓的的對數(shù)平均均值?！?.3分子擴散（傳質(zhì)分離離過程的動動力學(xué)）vi）結(jié)論論：☆NA=－(DAB/zRT)??(P/PBm)(PA1－PA2)☆若若以濃度度代替分壓壓和總壓，，則得：NA=－(DAB/z)??(CM/CBm)(CA1－CA2)（（☆☆☆）vii）注注意事項☆與等等摩爾反向向擴散的傳傳質(zhì)通量相相比，多一一項(P/PBm)或(CM/CBm)；主要是由于于：組分B在相內(nèi)的的分子擴散散而引起的的主體流動動使組分A的通量隨隨之增大，，故(P/PBm)稱之為為漂流因子子，當(dāng)A的的CA較低時，PBm=1.0。。☆對于Liquid的傳質(zhì)質(zhì)，CM若視為常數(shù)數(shù)，也可應(yīng)應(yīng)用（☆☆☆）式式；☆ 對于非非等摩爾反反向擴散和和單向擴散散，也可根根據(jù)以下三三式：NA=JA+NM(CA/CM)、NB=JB+NM(CB/CM)及N＝NM+JA+JB求出：NA和NB§5.3分子擴散（傳質(zhì)分離過過程的動力學(xué)學(xué)）七.渦流擴散散1.它與分分子擴散的區(qū)區(qū)別一般分子擴散散的速度很小小，eg:紅色的擴散很很慢，這是因因為靜止的水水中物質(zhì)只依依靠分子擴散散。為了加快紅色色的擴散，可可以加攪拌，，此時由于水水的質(zhì)點運動動使紅色擴散散很快擴散。。因此：渦流擴擴散的速度相相對較大。2.定義：：這種依靠流體體質(zhì)點的運動動而引起的物物質(zhì)擴散稱為為～。3.三傳類似似流體湍流運動動（傳動）=(d/dy)＋εε(d/dy)=分子傳遞＋＋渦流傳遞(脈動)熱量傳遞Q=－(+εH)(dT/dz)傳質(zhì)NA=－(D+εεD)(dCA/dz)式中：D——分子擴散系數(shù)數(shù)；εD——渦流擴散，非非物性，與流動狀態(tài)有關(guān)關(guān)，與流動系系統(tǒng)的幾何形狀，尺寸寸，所處位置置、流速、以及流體的物物性有關(guān)?！?.4對流傳質(zhì)一.引子二.吸收過過程中溶質(zhì)氣氣體由氣相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移至液相的的過程三.吸收機機理模型四.對流傳傳質(zhì)速率五.總傳質(zhì)質(zhì)系數(shù)一.引子1.對流傳質(zhì)質(zhì)的定義流動的流體與與兩相界面之之間的傳質(zhì)，，稱為～。2.本節(jié)屬性性本節(jié)仍是《傳傳質(zhì)分離過程程的動力學(xué)》》內(nèi)容的一部部分。3.本節(jié)重點點討論內(nèi)容本節(jié)重點討論論吸收過程(processofabsorption)，內(nèi)容主要包括括：吸收過程機理理模型吸收速率方程程§5.4對流傳質(zhì)二.吸收過程程溶質(zhì)氣體由由氣相轉(zhuǎn)移至至液相的過程程1. 吸收過過程包括三個個步驟：單相對流傳質(zhì)質(zhì)——溶質(zhì)氣體體自氣相主體體轉(zhuǎn)移至氣液液界面的氣相相一側(cè)；溶質(zhì)氣體在氣氣液界面處溶溶解——一一般認(rèn)為：溶溶解阻力可略略，界面氣液液處于相平衡衡狀態(tài)（并由由氣相轉(zhuǎn)入液液相）單相對流傳質(zhì)質(zhì)——溶質(zhì)自氣氣液界面轉(zhuǎn)移移(擴散)至至液相主體。。（液相一側(cè)側(cè)）2.對步驟的的分析結(jié)果由以上分析可可知：吸吸收速率率取決于單相相對流傳質(zhì)，，且受其中傳傳質(zhì)能力弱的的方控制。因此，有必要要對對流傳質(zhì)質(zhì)的機理進行行介紹。3.研究進展展目前，對其特特點、規(guī)律及及氣液界面處處氣液相濃度度關(guān)系已開展展了大量的研研究工作。至至今已有三種種著名的吸收收機理模型提提出?！?.4對流傳質(zhì)4.處理方法法處理方法的兩兩種類型a)工程處理理方法——依靠實驗驗解決傳質(zhì)速速率問題，不不作理論探討討。b)理論方法法工程處理方法法a）在傳熱的的工程處理中中得到三個準(zhǔn)準(zhǔn)數(shù)，即：Nu=d/Re=ud/Pr=Cp/b)采用用類似的方法法對傳質(zhì)過程程進行無因次化：,u，，d，D，，k(傳質(zhì)質(zhì)系數(shù))，得得到三個準(zhǔn)數(shù)：舍伍德數(shù)(Sherwood)Sh=kd/D雷諾數(shù)(Reynolds)Re=ud/施米特數(shù)(Schmit)Sc=/D式中：d為傳傳質(zhì)設(shè)備特性性尺寸。c)在濕壁塔塔中液體沿壁壁管呈膜狀流流動流下時，，氣體自下而而上通過管子子，根據(jù)揮發(fā)發(fā)性液體(水水/甲苯)汽汽化向氣相傳傳遞的實驗結(jié)結(jié)果得到：Sh=0.023Re0.38Sc0.44d)G.L在在降降膜膜式式吸吸收收器器內(nèi)內(nèi)作作瑞瑞流流流流動動：：Re>2100,Sc=0.6～～300時時：：Sh=0.023Re0.83Sc0.33§5.4對流流傳傳質(zhì)質(zhì)e））我我們們可可以以注注意意到到d)的的情情況況與與園園直直管管湍湍流流傳傳熱熱的的公公式式類類似似。。Nu=0.23Re0.8Pr0.3~0.4由于于塔塔型型的的復(fù)復(fù)雜雜多多樣樣，，流流動動的的復(fù)復(fù)雜雜性性，，工工程程處處理理的的方方法法有有一一定定的的作作用用，，但但不不完完善善，，理論論方方法法a)傳傳質(zhì)質(zhì)模模型型的的方方法法為了了揭揭示示傳傳質(zhì)質(zhì)系系數(shù)數(shù)的的物物理理本本質(zhì)質(zhì)，，從從理理論論上上說說明明各各因因素素對對它它影影響響，，不不少少研研究究者者提提出出假假想想的的傳傳質(zhì)質(zhì)模模型型，，采采用用數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型的的方方法法加加以以研研究究。。b)求求解解中中存存在在的的問問題題由于于對對流流傳傳質(zhì)質(zhì)設(shè)設(shè)備備復(fù)復(fù)雜雜性性，，難難以以作嚴(yán)嚴(yán)格格的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)描描述述，，自自然然也也無無從從解析析求求解解。。c)模模型型的的簡簡化化不同同研研究究者者試試圖圖根根據(jù)據(jù)各各自自對對過過程程的的理解解,抓抓住住主主要要的的因因素素,由由此此構(gòu)構(gòu)成成對對流傳傳質(zhì)質(zhì)的的簡簡化化圖圖象象,稱稱之之為為物物理理模模型,對對其其進進行行適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡臄?shù)數(shù)學(xué)學(xué)描描述述,即即得得到數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型(MathematicsModel)M.D.，，然后后對對簡簡化化的的M.D.解析析求求解，，得得到到傳傳質(zhì)質(zhì)分分系系數(shù)數(shù)的的理理論論式式，，最最后將將理理論論式式與與實實驗驗結(jié)結(jié)果果比比較較，，便便可可以檢檢驗驗其其準(zhǔn)準(zhǔn)確確性性和和合合理理性性。?！?.4對流流傳傳質(zhì)質(zhì)三.吸吸收收機機理理模模型型1)引引子子對吸吸收收機機理理的的認(rèn)認(rèn)識識異異同同由于于相相界界面面附附近近流流體體流流動動狀狀況況和和傳傳質(zhì)質(zhì)過過程程很很復(fù)復(fù)雜雜，，人人們們對對上上述述三三步步的的認(rèn)認(rèn)識識不不同同，，提提出出了了各各種種不不同同的的傳傳質(zhì)質(zhì)模模型型來來描描述述整整個個傳傳質(zhì)質(zhì)機機理理。。但至今今仍沒沒有一一個完完整的的理論論能說說明兩兩流體體相間間在各各種不不同情情況下下的傳傳質(zhì)機機理。。吸收機機理模模型的的種類類本書介介紹吸吸收機機理模模型的的種類類主要有有三種種，即：雙雙膜論論、溶溶質(zhì)滲滲透模模型和和表面面更新新模型型。主要內(nèi)內(nèi)容重點介介紹：：1923年whitman惠特特曼提提出的的雙膜論論較為普普遍，，并以以此建建立相相間傳傳質(zhì)速速率方方程。。了解內(nèi)內(nèi)容：：介紹紹溶質(zhì)滲滲透模模型和表面更更新模模型，作為為了解解的內(nèi)內(nèi)容。?！?.4對流傳傳質(zhì)2）雙雙膜理理論內(nèi)容雙雙膜理理論對對傳質(zhì)質(zhì)過程程進行行可簡簡化，，有一一定的的適用用范圍圍。目前對對該理理論有有各種種不同同的敘敘述方方法，，可以以歸納納成以以下兩兩部分分：☆流體流流動模模型i））互相相接觸觸的氣氣液兩兩相間間有一一固定定的界界面；；ii））界面面兩側(cè)側(cè)分別別存在在兩層層膜：：氣膜膜和液液膜，，膜內(nèi)的的流體體是層層流，，膜外外流體體為湍湍流流流動。?！顐髻|(zhì)模模型i)傳質(zhì)質(zhì)過程程為定定態(tài)的的傳質(zhì)質(zhì)過程程，因因此沿沿傳質(zhì)質(zhì)方向向組分分的的傳傳質(zhì)速速率為為常數(shù)數(shù)；ii)界面面無傳傳質(zhì)阻阻力，，在界界面上上氣、、液兩兩側(cè)的的溶質(zhì)質(zhì)在瞬瞬間即即可達達到平平衡了了，即即溶質(zhì)質(zhì)A在在界面面的兩兩相組組成是是平衡衡關(guān)系系；iii)在界界面兩兩側(cè)的的兩層層膜內(nèi)內(nèi)，物物質(zhì)以以分子子擴散散的形形式進進行傳傳質(zhì)型型；iv)膜外外湍流流區(qū)由由于流流體湍湍動大大，傳傳質(zhì)速速率很很高，，傳質(zhì)質(zhì)阻力力可以以忽略略不計計?！睢钚⌒〗Y(jié)：：因此，，相間間的傳傳質(zhì)阻阻力決決定于于界面面兩側(cè)側(cè)膜的的阻力力，故故該模模型由由稱為為雙阻阻力模模型。。§5.4對流傳傳質(zhì)雙膜模模型的的濃度度分布布（界界面附附近））相界附附近的的濃度度分布布如圖圖示解解釋：：（與與書中中相異異）虛線為為真實實濃度度分布布曲線線實線為為修正正濃度度分布布曲線線ii)由圖圖可見見，在在同一一傳質(zhì)質(zhì)速率率條件件下，，湍流流區(qū)濃濃度曲曲線較較平緩緩，而而層流流區(qū)則則較陡陡。iii)原原因分分析：：流體湍湍流部部分主主要是是：渦渦流擴擴散，，傳質(zhì)質(zhì)能力力強；；層流流區(qū)靠靠分子子擴散散，傳傳質(zhì)能能力弱弱。因此：：湍流流部分分修正正曲線線為水水平線線—平平均濃濃度，，層流流部分分是實實際濃濃度的的延伸伸。氣相主體液相主主體PAPAiCAiCA氣膜液膜GL相界面面?zhèn)髻|(zhì)方向距離zi）根根據(jù)雙雙膜理理論，，吸收收過程程中氣氣液§5.4對流傳傳質(zhì)意義i)層層流流層溶溶質(zhì)氣氣體傳傳質(zhì)機機理是是分子子擴散散，有有了可可靠的的傳質(zhì)質(zhì)速速率計計算方方法；；又由由于層層流的的阻力力占總總阻力力的絕絕大部部分，，使對對流傳傳質(zhì)的的速率率有了了具有有理論論計算算基礎(chǔ)礎(chǔ)的計計算式式。ii)論點點簡明明，在在氣液液湍流流程度度不高高時有有一定定準(zhǔn)確確性，，至今今仍廣廣泛采采用。。但對對于任任意情情況下下均存存在穩(wěn)穩(wěn)定的的氣、、液層層流膜膜的假