29 第八章 气体吸收3.pptx

第1页：第三节扩散和单相传质

第三节扩散和单相传质

• ①可溶组分由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；
• ②溶质在相界面上的溶解，由气相传入液相，即界面上的溶解；
• ③溶质自界面被传递至液相主体，即物质在液相内的传递

第2页：分子扩散

分子扩散

传质的方式：1、分子扩散—在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。

2、对流传质—气（液）相流体的宏观流动造成的溶质分子的相内传递。

（对流传质）

第3页：子扩散现象

子扩散现象

第4页：一、双组分混合物中的分子扩散

一、双组分混合物中的分子扩散

双组分A(被吸收)+B（惰性组分）也称单组分吸收1、费克定律扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积扩散的物质量，J表示kmol/(m2·s)。

费克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。

第5页：扩散沿着浓度降低的方向进行理

扩散沿着浓度降低的方向进行理

式中CA——A组分的浓度kmol/m3JA——组分A的扩散通量。亦叫扩散速率kmol/s·m2DAB——组分A在组分B中的扩散系数m2/s负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反；扩散沿着浓度降低的方向进行理想气体cA=pAdzRTdzRTdcA1dpA=JA=−DABdpARTdz

第6页：总压或总浓度定值

总压或总浓度定值

热量传递：dTdn物性参数，........λdy........q=−λ动量传递：τ=−μdu........μDAB也是物性参数，DAB要有实验测定。

讨论问题的前提：①双组分、②定态、③总压或总浓度定值，温度一定。

AMC=C+C=常数(但并不意味C、C为定值)BAB=0dCA+dCB对双组分混合物dZdZDAB=DBAJA=−JB

第7页：分子扩散

分子扩散

2、分子扩散与主体流动①等分子反向扩散TPpB2TPpA1pB112pA2JAJB

第8页：必在界面上以同样的速率溶解

必在界面上以同样的速率溶解

因为气相主体与界面间存在浓度差，，所以组分A将=CA+CB=常数CM气相内各处总压相等，即，JA以的速率由气相主体向界面扩散。

由于是定态过程，界面处没有总物质的积累，也就是说组分A必在界面上以同样的速率溶解并传递到液相中去，所以液相A组分浓度升高，而CM不变，所以CB必下降。

组分B将以同样的速率JB由界面向气相主体扩散，则通过气层任一截面PQ仅存在着两个扩散流JA和JB，即JA=-JB或JA+JB=0.结论：扩散方向上没有流体的宏观流动，通过断面PQ的净物质量为零，这种现象称为等分子反向扩散→下章的精馏。

第9页：气体吸收

气体吸收

②单向扩散实际过程严格的等分子反向扩散是不多见的，比如在气体吸收中，液相中不存在组分B，不可能向界面提供组分B，因此吸收过程所发生的是组分A的单向扩散，而不是等分子反向扩散。

对吸收过程：CA扩散到相界面上被溶解吸收到液相中去，组分B被滞留在相界面上，则B的浓度CBi>CA。

∴B反向扩散，在界面上A溶解，B扩散。

∴Cmi下降，的存在，必定使混合气体向界面流动，这种流动为主体流动。

−PMi=ΔP即界面上气体总压降低，由于P主

第10页：主体流动气夜界面

主体流动气夜界面

N(净物流）NMJBQ扩散方向Z图8-10主体流动与扩散流PJA

第11页：扩散流与主体流动的区别扩散流

扩散流与主体流动的区别扩散流

③扩散流与主体流动的区别扩散流：分子微观运动的宏观结果，传递的是纯组分A或纯组分B。

主体流动：指宏观运动，同时携带组分A与B流向界面。

主体流动所带组分B的量必定恰好等于组分B的反向扩散，这样CBi保持定态。

主体流动的特点：1）因分子本身扩散引起的宏观流动。

2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。

ccAMMAN=NccBMMBN=N

第12页：物料衡算

物料衡算

3、分子扩散的速率方程MCM=J+NNA=JA+NAAx1ACA.........(N⋅x)对平面PQ做总物料衡算，可的通过平面PQ的净物流N=NM+JA+JB∵JA=-JB∴N=NM结论：主体流动的速率等于净物流速率，等分子反向扩散时，无净物流，也无主体流动。

对组分A做物料衡算得双组分物系N(净物流)=NA+NB

第13页：分子扩散

分子扩散

CMAAABN=J+(N+N)CA组分A的分子扩散速率方程12JBJANMcA/cMBNc/c总体流动NM

第14页：分子扩散

分子扩散

dZAAdCN=J=−DA定态扩散∴NA=常数NA=D(CA1−CA2)δA2A1A(P−P)N=DδRT对于理想气体PAV=nARTCA=nA=PAVRT4、静止流体中分子扩散速率的积分式：①等分子反向扩散时，没有净物流，即N=0→NA=-NB

第15页：分子扩散（续）

分子扩散（续）

讨论：3）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中扩散距离z0pA2z2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。

pppB2pB1pA11）NA∝pA1−pA2

第16页：单向扩散

单向扩散

②单向扩散例如吸收过程，惰性组分B的净传递速率NB=0CAACMAN=J+N为常数(定态条件)AdCCAdZACMA.........NAN(1−)=−DA1A2AMAMCMACMANNNCMCBMCA1A2CA2A1(C−C)=DCA1−CA2=DC=DC=DClnCM−CA2CM−CA1(CM−CA2)−(CM−CA1)CM−CA1lnCM−CA2dCACM−CA∫∫δδdCACM−CAδδN=−DCδ

第17页：单向扩散（续）

单向扩散（续）

B1CCB2BMC−CB1CM−CA1lnCM−CA2=(CM−CA2)−(CM−CA1)=CB2在气相扩散pcA=ARTlnpc=DpRTdpAAART(p−p)dzN=−A1ANRTzp−p=Dplnp−pA2B1ARTzpN=DplnpB2——积分式∫∫0AA1pA2pzRT(p-pA)−DpdpANdz=

第18页：单向扩散（续）

单向扩散（续）

p=pA1+pB1=pA2+pB2RTzDppA1−pA2pB2−pB1ln(pB2pB1)=DpB1B2B1pB2pB2−pB1×p−pNA=RTzlnpBmlnB2pB1pp−pB1=pB2

第19页：的浓度与扩散距离

的浓度与扩散距离

讨论1）组分A的浓度与扩散距离z为指数关系2)——漂流因数，无因次PBMCBMPCM

第20页：传质速率

传质速率

漂流因数意义：其大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩＞1PBM散增大的倍数。

PMCBMC＞1漂流因数的影响因素：浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。

低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。

3）单向扩散体现在吸收过程中。

第21页：反映某组

反映某组

3．扩散系数扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常数之一；D，m2/s。

D的影响因素：A、B、T、P、浓度D的来源：查手册；半经验公式；测定

第22页：反映某组（续）

反映某组（续）

（1）气相中的D范围：10-5～10-4m2/sp↑⇒D↓T↑⇒D↑pT1.75经验公式D=f(T，p)D∝（2）液相中的D范围：10-10～10-9m2/sD∝TT↑⇒D↑μ↑⇒D↓μD=f(T，μ)