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化工单元过程与操作-吸收机理:溶质在气液传质过程中的规律

时间:2023-10-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:吸收操作是溶质从气相转移到液相的传质过程,吸收过程包括三个步骤: 溶质由气相主体传递到相界面气相一侧 。因此,讨论吸收过程的机理,首先要说明物质在单相 中的传递规律。分子扩散速率与其在扩散方向上的浓度梯度及扩散系数成正比。扩散系数大,表示分子扩散快。温度升高,压力降低,扩散系数增加。同一物质在不同介质中扩散系数不同。扩散系数一般由实验方法求取,有时也可由物质的基础物性数据及状态参数估算。

化工单元过程与操作-吸收机理:溶质在气液传质过程中的规律

吸收操作是溶质从气相转移到液相的传质过程,吸收过程包括三个步骤:

(1) 溶质由气相主体传递到相界面气相一侧( 气相内物质传递) 。

(2) 溶质跨越相界面——溶解而进入液相。

(3) 溶质由界面液相一侧转移到液相主体( 液相内物质传递) 。

传质过程分两种情况:

(1) 物质在一相内部传递——单相中的物质传递。

(2) 界面上的溶解——一般溶解阻力很小,界面两侧的浓度满足相平衡关系。

因此,讨论吸收过程的机理,首先要说明物质在单相( 气相或液相) 中的传递规律。(www.xing528.com)

物质在单一相( 气相或液相) 中的传递依赖于扩散作用。发生在流体中的扩散有分子扩散与涡流扩散两种:一般发生在静止或层流的流体里,凭借流体分子的热运动而进行物质传递的是分子扩散; 发生在湍流流体里,凭借流体质点的湍动和旋涡而传递物质的是涡流扩散。

1.分子扩散 分子扩散是物质在一相内部有浓度差异的条件下,由流体分子的无规则热运动而引起的物质传递现象。习惯上常把分子扩散称为扩散。

分子扩散速率主要决定于扩散物质和流体的某些物理性质。分子扩散速率与其在扩散方向上的浓度梯度及扩散系数成正比。分子扩散系数D 是物质性质之一。扩散系数大,表示分子扩散快。温度升高,压力降低,扩散系数增加。同一物质在不同介质中扩散系数不同。对不太大的分子而言,在气相中的扩散系数值约为0.1 ~1cm2/s 的量级; 在液体中约为在气体中的1/105 ~1/104。这主要是因为液体的密度比气体的密度大得多,其分子间距小,故而分子在液体中扩散速率要慢得多。扩散系数一般由实验方法求取,有时也可由物质的基础物性数据及状态参数估算。

2.涡流扩散 在有浓度差异的条件下,物质通过湍流流体的传递过程称涡流扩散。涡流扩散时,扩散物质不仅靠分子本身的扩散作用,并且借助湍流流体的携带作用而转移,而且后一种作用是主要的。涡流扩散速率比分子扩散速率大得多。由于涡流扩散系数难于测定和计算,常将分子扩散与涡流扩散两种传质作用结合起来予以考虑,即对流扩散过程。

3.对流扩散 与传热过程中的对流传热相类似,对流扩散就是湍流主体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散两种传质作用过程。由于对流扩散过程极为复杂,影响因素很多,所以对流扩散速率也采用类似对流传热的处理方法,依据实验测定。对流扩散速率比分子扩散速率大得多,主要取决于流体的湍流程度。

想一想 能举例说明分子扩散和对流扩散吗?

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