1、分子扩散：分子扩散：ZcDJddAAZcDJddAEAE涡流扩散：涡流扩散：ZcDDJdd)(AEAT总扩散：总扩散：D分子扩散系数，一定物系在温度、压力不变时为常数分子扩散系数，一定物系在温度、压力不变时为常数DE涡流扩散系数，是随流体流动状态、位置等条件变涡流扩散系数，是随流体流动状态、位置等条件变 化的状态参数化的状态参数 由于由于DE难以测定和计算，使上述式难以应用，必须采取难以测定和计算，使上述式难以应用，必须采取 其他处理方法。其他处理方法。 把湍流主体与相界面之间（或反之）的传质称为把湍流主体与相界面之间（或反之）的传质称为对流扩散对流扩散包括分子扩散和涡流扩散。包括分子扩散和涡
2、流扩散。以简单的湿壁塔为例讨论以简单的湿壁塔为例讨论有效膜有效膜概念。概念。气相侧溶质分布气相侧溶质分布 G传质方向传质方向液体液体气体气体层流层流 缓冲层缓冲层 湍流核心湍流核心ppipZ相界面相界面GG虚拟滞流层（或称有效膜），全部传质推动力虚拟滞流层（或称有效膜），全部传质推动力(p-pi)， 即全部阻力都集中在有效膜内。即全部阻力都集中在有效膜内。这可以按有效膜内的分子扩散速率写出有气相到相界面的对这可以按有效膜内的分子扩散速率写出有气相到相界面的对流扩散速率关系，即流扩散速率关系，即)(RiBMGGApppTPDN同样，对液相侧同样，对液相侧如以传热中如以传热中Newton冷却定律的
3、形式表述，则冷却定律的形式表述，则)(iLAcckN气膜气膜液膜液膜)(iGAppkN)(RiBMLLAcccTCDN)(iLAcckN)(iGAppkNkL液相对流动传质分系数（以液膜两端浓度差为推动液相对流动传质分系数（以液膜两端浓度差为推动 力），力），kL=DLC/(L cBM ) ，m/skG气相对流动传质分系数（以气膜两端分压差为推动气相对流动传质分系数（以气膜两端分压差为推动 力），力），kG=DGP/(RTG pBM) ，kmol/m2.s.kpa 提出有效膜概念后，可以用分子扩散速率方程描述对流提出有效膜概念后，可以用分子扩散速率方程描述对流 扩散速率，但是由于扩散速率，但是
4、由于G与与L是虚拟量难以确定，所是虚拟量难以确定，所 以以kG 、 kL不能由定义式算出不能由定义式算出 可以像在传热中处理可以像在传热中处理一样，实验测定一样，实验测定kG 、 kL ，归纳成，归纳成 经验式。经验式。另僻新径另僻新径相间传质。相间传质。 但是，与但是，与不同（导热壁分开），不同（导热壁分开）， kG 、 kL由多由多变的相截面分开，有交互作用，难以测定变的相截面分开，有交互作用，难以测定由于相间传质过程的复杂性，采用由于相间传质过程的复杂性，采用数学模型法数学模型法处理。处理。介绍简单、实用的介绍简单、实用的双膜理论模型双膜理论模型。模型要点：模型要点：ZP p pi C
5、ci c相界面相界面气膜气膜液膜液膜气相主体气相主体液相主体液相主体GL 在相界面两侧，分别存在在相界面两侧，分别存在 呈层流流动的气膜、液膜，呈层流流动的气膜、液膜， 其厚度随流体流动状态变其厚度随流体流动状态变 化，溶质连续通过两膜；化，溶质连续通过两膜； 相界面溶解阻力很小，认为相界面溶解阻力很小，认为 气、液在此达相平衡状态；气、液在此达相平衡状态； 两膜以外的气、液相主体充分湍流，无浓度梯度。两膜以外的气、液相主体充分湍流，无浓度梯度。ZP p pi C ci c相界面相界面气膜气膜液膜液膜气相主体气相主体液相主体液相主体GL双膜理论的局限性：双膜理论的局限性： 由于流体湍流扰动（尤
6、其在板式塔中），不可能保持固由于流体湍流扰动（尤其在板式塔中），不可能保持固 定的相界面；定的相界面；气、液相传质速率方程：气、液相传质速率方程：阻力推动力阻力推动力LiiLAGiiGA/1)(/1)(kcccckNkppppkN其中界面组成其中界面组成 pi、ci 难以测定，下面用双膜理论模型处理。难以测定，下面用双膜理论模型处理。 没有考虑气、液两相的相互影响。没有考虑气、液两相的相互影响。 Henry定律适于气、液相平衡的情况定律适于气、液相平衡的情况据相平衡知识据相平衡知识 p*=c/H据双膜模型要点据双膜模型要点pi=ci/H代入液相传质速率方程式代入液相传质速率方程式NA=kL(c
7、i-c)=kLH(pi-p*)在稳态下在稳态下iGA*iLAppkNppHkN两式相加两式相加GL*A11kHkppNKG气相传质总系数，气相传质总系数，kmol/m2.s.kpaKL液相传质总系数，液相传质总系数，m/sKG=HKL NA=KG(p-p*)LGL11kkHKGLG1 11kkHK令得总传质速率方程式得总传质速率方程式同理同理 NA=KL(c*-c) 总传质速率方程的分析总传质速率方程的分析 传质推动力的图示传质推动力的图示HcpcckNppkN/)()(iiiLAiGAGLiikkccpp由点由点(p,c)已知已知 kL,kGpi,ciNAA平衡线平衡线pc-kL/kGppi
8、c ci气膜液膜平衡线平衡线pcAPp*c c*气相液相HcpccKNppKN/)()(*LA*GA 平衡线上方的平衡线上方的A A点离平衡线近点离平衡线近总推动力总推动力由气由气 到液到液; ; A A点在平衡线上点在平衡线上总推动力总推动力=0;=0; A A点在平衡线下方点在平衡线下方总推动力总推动力00传质由液到气。传质由液到气。 传质阻力与过程的控制步骤传质阻力与过程的控制步骤LGLLGG11111kkHKHkkK已知已知与与(p-p*)对应的总阻力对应的总阻力 1/KG 气膜阻力气膜阻力 1/kG 液膜阻力液膜阻力 1/HkL与与(c*-c)对应的总阻力对应的总阻力 1/KL 气膜
9、阻力气膜阻力 H/kG 液膜阻力液膜阻力 1/kL 其中其中kG 、kL对一定设备变化范围不大（对一定设备变化范围不大（10-410-5左右），左右）， 但溶解度系数但溶解度系数H对不同物系相差很大。对不同物系相差很大。 溶解度很大的气体溶解度很大的气体易溶气体，如水吸收易溶气体，如水吸收NH3、HCl等，等， 其其H很大很大1/HkL1/kGKGkG气膜阻力控制。气膜阻力控制。 溶解度很小的气体溶解度很小的气体难溶气体，如水吸收难溶气体，如水吸收O2、CO2等，等， 其其H很小很小 H/kG 1/kLKLkL液膜阻力控制。液膜阻力控制。 控制步骤的确定为强化过程提供了依据。控制步骤的确定为强
10、化过程提供了依据。 以摩尔分数差为推动力的传质速率方程以摩尔分数差为推动力的传质速率方程工程上常以摩尔分数表示浓度，下面作转换。工程上常以摩尔分数表示浓度，下面作转换。注意：此部分内容在教材中没有，但对以后的学注意：此部分内容在教材中没有，但对以后的学习有帮助，请注意听。习有帮助，请注意听。xyy*yAii*GyiyiGiGA11)(,)()()(kmkKyyKNmxymxyPkkyykPpPpPkppkNKx=mKy 以上总传质系数式仅适于平衡线服从以上总传质系数式仅适于平衡线服从Henry定律定律(直线直线)的情的情 况，如为曲线，则通常采用分传质系数和界面浓度计算。况，如为曲线，则通常采
11、用分传质系数和界面浓度计算。xyx*xAii*LxixiLiLA111)(,)()()(kmkKxxKNmxymxyCkkxxkCcCcCkcckN 相间传质是一串联速率过程相间传质是一串联速率过程，了解各相内传质阻力的相对大，了解各相内传质阻力的相对大小，以及整个过程中的小，以及整个过程中的控制控制步骤步骤，对强化传质过程是重要的，对强化传质过程是重要的，它能指出过程强化目标。它能指出过程强化目标。 对流扩散对流扩散包括分子扩散和涡流扩散，由于流体的流动，尤包括分子扩散和涡流扩散，由于流体的流动，尤其是涡流的混合作用，大大其是涡流的混合作用，大大强化了传质过程强化了传质过程。 引入引入有效膜
12、模型有效膜模型后，虽然使对流扩散过程的数学描述得以后，虽然使对流扩散过程的数学描述得以简化，但由于有效膜厚及界面浓度难以测定，工程计算问题并简化，但由于有效膜厚及界面浓度难以测定，工程计算问题并未得到解决。未得到解决。 实际传质过程多数为相间传质，由于相界面传递过程的复实际传质过程多数为相间传质，由于相界面传递过程的复杂性，过程的描述采用了数学模型法，杂性，过程的描述采用了数学模型法，双膜模型双膜模型是最简单且是是最简单且是目前工程上仍使用的相间传质模型，用此模型建立的相间传质目前工程上仍使用的相间传质模型，用此模型建立的相间传质速率方程回避了难以测定的界面浓度，速率方程回避了难以测定的界面浓
13、度，方便了工程计算方便了工程计算。 吸收塔某截面气液两相浓度分别为吸收塔某截面气液两相浓度分别为 y=0.05，x=0.01 (摩摩尔分率尔分率)，在操作温度下气液平衡关系为，在操作温度下气液平衡关系为y=2x，气液两侧的，气液两侧的体积传质系数体积传质系数 kya=kxa=0.026kmol/(m3.s)，试求：，试求： 该截面的两相传质总推动力、传质总阻力、传质速率及该截面的两相传质总推动力、传质总阻力、传质速率及推动力在气液两侧的分配；推动力在气液两侧的分配； 若降低吸收剂的温度，使相平衡关系变为若降低吸收剂的温度，使相平衡关系变为y=0.4x，假设，假设两相浓度及传质系数保持不变，传质
14、推动力、传质总阻力、两相浓度及传质系数保持不变，传质推动力、传质总阻力、传质速率及推动力的分配等的变化。传质速率及推动力的分配等的变化。吸收塔某截面吸收塔某截面 处：处：y=0.05，x=0.01 ，操作条件下：操作条件下：y*=2x，kya=kxa=0.026kmol/(m3.s)。解：解： 传质总推动力传质总推动力(y=2x) 传质总推动力传质总推动力(y=0.4x) 用气相浓度差表示用气相浓度差表示 y=y-mx=0.05-20.01=0.03用液相浓度差表示用液相浓度差表示x=y/m-x=0.05/2-0.01=0.015或或 x=y/m=0.03/2=0.015与气相总推动力相配与气
15、相总推动力相配用气相浓度差表示用气相浓度差表示 y=y-mx=0.05-0.40.01=0.046用液相浓度差表示用液相浓度差表示x=y/m-x=0.05/0.4-0.01=0.115或或 x=y/m=0.046/0.4=0.115传质总阻力与总传质系数传质总阻力与总传质系数传质总阻力与总传质系数传质总阻力与总传质系数与气相总推动力相配与气相总推动力相配.s/kmolm4 .115026. 02026. 01113xyyakmakaK.s/kmolm8 .53026. 04 . 0026. 01113xyyakmakaK与气相总推动力相配与气相总推动力相配与气相总推动力相配与气相总推动力相配吸
16、收塔某截面吸收塔某截面 处：处：y=0.05，x=0.01 ，操作条件下：操作条件下：y*=2x，kya=kxa=0.026kmol/(m3.s)。与液相总推动力相配与液相总推动力相配Kya=0.00867 kmol/(m3.s).s/kmolm7 .572026. 01026. 011113yxxamkakaKKxa=0.0173 kmol/(m3.s)与液相总推动力相配与液相总推动力相配Kya=0.0186 kmol/(m3.s).s/kmolm6 .1344 . 0026. 01026. 011113yxxamkakaKKxa=0.00743 kmol/(m3.s)或或 Kxa= Kya
17、m =0.008672 =0.0173 kmol/(m3.s)或或 Kxa= Kyam =0.008670.4 =0.00743 kmol/(m3.s)NA=Kyay=0.008670.03=2.6010-4 kmol/(m3.s)传质速率传质速率传质速率传质速率NA=Kyay=0.01860.046=8.5510-4 kmol/(m3.s)吸收塔某截面吸收塔某截面 处：处：y=0.05，x=0.01 ，操作条件下：操作条件下：y*=2x，kya=kxa=0.026kmol/(m3.s)。或或NA=Kxax=0.01730.015 =2.6010-4 kmol/(m3.s)或或NA=Kxax=
18、0.007430.115 =8.5510-4 kmol/(m3.s)5 . 0026. 0/2026. 0/1/1xyeiiakmakyyyy5 . 0026. 0/1)2026. 0/(1/1/1xyiieakamkxxxx m=2时，液相阻力占总阻力时，液相阻力占总阻力2/3，总推动力的，总推动力的2/3用于液相传质用于液相传质推动力与阻力的分配推动力与阻力的分配推动力与阻力的分配推动力与阻力的分配5 . 2026. 0/4 . 0026. 0/1/ /1xyeiiakmakyyyy5 . 2026. 0/1)4 . 0026. 0/(1/1/1xyiieakamkxxxx 温度降低后，液
19、相阻力大幅度减少，气相阻力的绝对值虽未温度降低后，液相阻力大幅度减少，气相阻力的绝对值虽未改变，但在总阻力所占比例相对增大而成为主要阻力。相应总改变，但在总阻力所占比例相对增大而成为主要阻力。相应总阻力的大部分也用于气相传质阻力的大部分也用于气相传质 吸收塔某截面吸收塔某截面 处：处：y=0.05，x=0.01 ，操作条件下：操作条件下：y*=2x，kya=kxa=0.026kmol/(m3.s)。 一填料吸收塔，在操作条件下一填料吸收塔，在操作条件下kya=kxa=0.026kmol/(m3.s)，已知已知kyG 0.7，试分别计算，试分别计算m=0.1及及m=5两种情况下，气体流两种情况下
20、，气体流量增加一倍时，总传质阻力减少的百分数。量增加一倍时，总传质阻力减少的百分数。解：解：m=0.1时，原工况的时，原工况的总传质阻力为：总传质阻力为：m=5时，原工况的总传质阻力为：时，原工况的总传质阻力为：.s/kmolm3 .42026. 01 . 0026. 01113xyyakmakaK或或.s/kmolm4231 . 0026. 01026. 011113yxxamkakaK.s/kmolm7 .230026. 05026. 01113xyyakmakaK或或.s/kmolm1 .465026. 01026. 011113yxxamkakaK填料吸收塔，在操作条件下：填料吸收塔，
21、在操作条件下：kya=kxa=0.026kmol/(m3.s)，已知，已知kyG 0.7，试分别计算试分别计算m=0.1及及m=5两种情况下，气体流量增加一倍时，总传质阻力两种情况下，气体流量增加一倍时，总传质阻力减少的百分数。减少的百分数。当气体流量增加一倍，总传当气体流量增加一倍，总传质阻力减少为：质阻力减少为：当气体流量增加一倍，总传当气体流量增加一倍，总传质阻力减少为：质阻力减少为：.s/kmolm5 .27026. 01 . 0026. 02121137 . 0 xy7 . 0yakmakaK或或.s/kmolm2751 . 0026. 021026. 01211137 . 0y7
22、. 0 xxamkakaK.s/kmolm216026. 05026. 02121137 . 0 xy7 . 0yakmakaK或或.s/kmolm2 .435026. 021026. 01211137 . 0y7 . 0 xxamkakaK两工况的传质阻力之比为：两工况的传质阻力之比为：两工况的传质阻力之比为：两工况的传质阻力之比为：65. 03 .425 .27/1/1yyaKaK936. 07 .230216/1/1yyaKaK填料吸收塔，在操作条件下：填料吸收塔，在操作条件下：kya=kxa=0.026kmol/(m3.s)，已知，已知kyG 0.7，试分别计算试分别计算m=0.1及及
23、m=5两种情况下，气体流量增加一倍时，总传质阻力两种情况下，气体流量增加一倍时，总传质阻力减少的百分数。减少的百分数。或或65. 0423275/1/1xxaKaK或或936. 01 .463 .42/1/1xxaKaK精品课件精品课件！精品课件精品课件！ 对于易溶气体对于易溶气体(m较小较小)，传质阻力通常集中在气侧，传质阻力通常集中在气侧，气体，气体流量的大小及其湍动情况对传质阻力的影响很大。流量的大小及其湍动情况对传质阻力的影响很大。对于难溶对于难溶气体气体(m较大较大)，传质阻力通常集中在液侧，传质阻力通常集中在液侧，此时气体流量的，此时气体流量的大小及其湍动情况虽可改变气侧阻力，但对总阻力的影响很大小及其湍动情况虽可改变气侧阻力，但对总阻力的影响很小。同样道理，液体流量大小及其湍动情况对传质总阻力的小。同样道理，液体流量大小及其湍动情况对传质总阻力的影响，与气体相反。影响，与气体相反。
