傳質(zhì)過程的滲透論

1、溶質(zhì)滲透理論簡(jiǎn)介溶質(zhì)滲透理論簡(jiǎn)介徐艷 左羨第 馬磊目目 錄錄 傳遞過程簡(jiǎn)介 溶質(zhì)滲透理論 相關(guān)注意說明 兩相接觸時(shí)，由于某物質(zhì)在兩相中的化學(xué)位不同，引起該物質(zhì)由一相向另一相的質(zhì)量傳遞，這是化工生產(chǎn)中最常見的對(duì)流傳質(zhì)方式。如在精餾和吸收過程中，物質(zhì)在汽（氣）相與液相之間傳遞；在萃取過程中，物質(zhì)在兩液相之間傳遞。傳遞過程簡(jiǎn)介 兩個(gè)物相(例如氣-液相、液-固相)相互接觸時(shí)，在一相中的某組分可能越過兩相的界面?zhèn)鬟f到另一相中去的過程，這是相間傳質(zhì)過程。傳遞過程簡(jiǎn)介 吸收過程中,組分由氣(y)相主體傳遞到與之接觸的液(x)相主體的歷程分為三步(見圖)：組分由氣相主體傳遞到氣相邊界；組分穿過界面從氣相進(jìn)入液

2、相；組分由液相邊界傳遞到液相主體。相際傳質(zhì)機(jī)理至今未能完全闡明。傳遞過程簡(jiǎn)介目前已提出的幾種理論，主要有雙膜理論、溶質(zhì)滲透理論和表面更新理論。雙膜理論：1923年由美國麻省理工學(xué)院教授W.K.劉易斯和W.惠特曼提出的。溶質(zhì)滲透理論：1935年由R.希格比提出。表面更新理論：1951年英國人P.V.丹克沃茨提出。 這一模型考慮了為上述膜模型所忽略的形成濃度梯度的過渡時(shí)間。希格比(Higbie)在1935年指出這一過渡時(shí)間并不能忽略。例如在填料塔中，液體沿填料表面流過其交接處時(shí)，每隔一定時(shí)間0發(fā)生一次完全的混合而使?jié)舛染鶆蚧?。故在流過每一個(gè)填料后，都要在液膜內(nèi)重新建立濃度梯度，而流過一個(gè)填料的時(shí)間

3、是相當(dāng)短的。在0時(shí)間內(nèi)，液相中發(fā)生的不再是定態(tài)的擴(kuò)散過程，而是非定態(tài)的擴(kuò)散過程。傳遞過程簡(jiǎn)介 又如在鼓泡設(shè)備中，液體與每個(gè)氣泡接觸的時(shí)間就更短。經(jīng)估算，每次這樣的接觸時(shí)間約為0.011s；而由于液相內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)很小，故自溶質(zhì)開始從界面進(jìn)入液膜到建立起穩(wěn)定濃度梯度的時(shí)間，通常還可能更長一些。在這一過渡時(shí)間中，有一個(gè)溶質(zhì)從相界面向液膜深度方向逐步滲透的過程，如圖1和圖2所示，故稱之為溶質(zhì)滲透模型(簡(jiǎn)稱滲透模型)。傳遞過程簡(jiǎn)介傳遞過程簡(jiǎn)介 工工業(yè)設(shè)備中進(jìn)行的氣液傳質(zhì)過程，相界面上的流體總是不斷地與主流混合而暴露出新的接觸表面。 赫格比（Higbie）認(rèn)為流體在相界面上暴露的時(shí)間很短，溶質(zhì)不可能在膜內(nèi)

4、建立起如雙膜理論假設(shè)的那種穩(wěn)定的濃度分布。溶質(zhì)滲透理論溶質(zhì)滲透理論 增加界面cAicA0距相界面的距離液相濃度cA 溶質(zhì)通過分子擴(kuò)散由表面不斷地向主體滲透，每一瞬時(shí)均有不同的瞬時(shí)濃度分布和與之對(duì)應(yīng)的界面瞬時(shí)擴(kuò)散速率（與界面上的濃度梯度成正比）。 流體表面暴露的時(shí)間越長，膜內(nèi)濃度分布曲線就越平緩，界面上溶質(zhì)擴(kuò)散速率隨之下降。溶質(zhì)滲透理論 直到時(shí)間為c 時(shí)，膜內(nèi)流體與主流發(fā)生一次完全混合而使?jié)舛戎匦戮鶆蚝蟀l(fā)生下一輪的表面暴露和膜內(nèi)擴(kuò)散。 c 稱為汽、液接觸時(shí)間或溶質(zhì)滲透時(shí)間，是溶質(zhì)滲透理論的模型參數(shù)，氣、液界面上的傳質(zhì)速率應(yīng)是該時(shí)段內(nèi)的平均值。 此式指出kp與D的12次方成正比，這一點(diǎn)能與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

5、較好地符合，但式中的0還只是在少數(shù)簡(jiǎn)單情況下才能準(zhǔn)確得出。 經(jīng)過推導(dǎo)，在每次氣液接觸的時(shí)間(最大年齡或“壽命”)0甚短，滲入深度僅占膜厚e的一小部分時(shí)，可得出傳質(zhì)系數(shù)(時(shí)間平均值)kp的表達(dá)式為 cABcDk2溶質(zhì)滲透理論 考慮了形成穩(wěn)定濃度梯度的過渡時(shí)間。此段時(shí)間內(nèi)，有一個(gè)溶質(zhì)從相界面向液膜深度方向逐步滲透的過程。 該理論指出傳質(zhì)系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)DAB 的0.5次方成正比，比雙膜理論更加接近于實(shí)驗(yàn)值，表明其對(duì)傳質(zhì)機(jī)理分析更加接近實(shí)際。缺陷：仍然基于膜模型，只是采用了非定態(tài)擴(kuò)散，強(qiáng)調(diào)液相的過渡階段，主要是針對(duì)難溶氣體的液膜控制的吸收過程。溶質(zhì)滲透理論1）假設(shè) 流體流動(dòng)由微元的運(yùn)動(dòng)引起，微元短暫、重復(fù)的與界面接觸； 微元的壽命很短，組分在微元中的滲透深度有限，即微元與界面間的傳質(zhì)作為一維半無窮大的非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)，可用菲可第二定律進(jìn)行描述。1流體2流體C0C0C0CCC0ysC溶質(zhì)滲透理論15et)(2)(1000CCtDdtCCtDtJSesteeectDk2Dkcetck在 時(shí)間內(nèi)平均擴(kuò)散速度 ，在很多情況下合乎實(shí)際，（平均壽命）但很難知道，故不能對(duì) 預(yù)估。 溶質(zhì)滲透理論相關(guān)注意說明(1)滲透模型