上海交通大学：《生物工程单元操作原理》课程教学资源_气体吸收_Absorption_2

第二节传质机理与吸收速率 >吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤： 气相内的物质传递； 相界面 溶质在相界面上的溶解； 气相主体 液相主体 液相内的物质传递。 溶解 气相扩散 液相扩散 分子扩散 单相内的传质 对流传质

第二节 传质机理与吸收速率 吸收过程涉及两相间的物质传递，包括三个步骤： 气相内的物质传递； 溶质在相界面上的溶解； 液相内的物质传递。 气相主体 液相主体 相界面 溶解 气相扩散 液相扩散 单相内的传质 分子扩散 对流传质

分子扩散与菲克定律 1.分子扩散 >一相内部有温度梯度、 压强梯度、浓度梯度的条件下，由 于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。 分子扩散的速率可用单位时间内通过单位截面积扩散的物 质量来表示，即扩散通量。 > 分子扩散速率与物质性质、浓度差和扩散距离等因素有关。 > 在恒温恒压条件下，当流体内组分A相对于组分B作定常态 分子扩散时，分子扩散速率可以用费克定律(ick)描述

一、分子扩散与菲克定律 1. 分子扩散  一相内部有温度梯度、压强梯度、浓度梯度的条件下，由 于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象。  分子扩散的速率可用单位时间内通过单位截面积扩散的物 质量来表示，即扩散通量。  分子扩散速率与物质性质、浓度差和扩散距离等因素有关。  在恒温恒压条件下，当流体内组分A相对于组分B作定常态 分子扩散时，分子扩散速率可以用费克定律（Fick）描述

一 分子扩散与菲克定律 2.菲克定律 JA=-DAB dc A dz J,-组分的扩散通量，kmol/(m2.s) dc4-组分在扩散方向z上的浓度梯度，单位为kol/m DAB-组分A在A、B双组分混合物中的扩散系数，m/s 费克定律表明，只要混合物中存在浓度梯 度，必产生物质的扩散流

2. 菲克定律 费克定律表明，只要混合物中存在浓度梯 度，必产生物质的扩散流。 d d / A A AB J A c z D A s     2 4 2 组分 的扩散通量，kmol/(m s) 组分在扩散方向z上的浓度梯度,单位为kmol/m 组分 在A、B双组分混合物中的扩散系数,m d d A A AB c J D z   一、分子扩散与菲克定律

分子扩散与菲克定律 3.扩散系数 >分子扩散系数简称扩散系数，是物质的一种传递性质。 >同一物质的扩散系数随介质的种类、温度、压强及浓度的不 同而变化。 >由A、B两种物质所构成的混合物中，A与B的扩散系数相等。 >物质在不同条件下的扩散系数一般需要通过实验测定

3. 扩散系数  分子扩散系数简称扩散系数，是物质的一种传递性质。  同一物质的扩散系数随介质的种类、温度、压强及浓度的不 同而变化。  由A、B两种物质所构成的混合物中，A与B的扩散系数相等。  物质在不同条件下的扩散系数一般需要通过实验测定。 一、分子扩散与菲克定律

物质在气体中的扩散系数 >与温度成正比，与总压成反比： >其值一般在105~104m2/5。 物质在液体中的扩散系数 >与温度成正比，与粘度成反比 >比在气体中的要小，约为气体的10-5倍

物质在气体中的扩散系数  与温度成正比，与总压成反比；  其值一般在10-５～10-４m2/s。 物质在液体中的扩散系数  与温度成正比，与粘度成反比  比在气体中的要小，约为气体的10-5倍

二、分子扩散 1.等分子反向扩散 分子扩数现象 口护数t ■档板 ● 组分A ●◆8 例如精馏过程

1．等分子反向扩散 例如精馏过程 二、分子扩散

传递速率： 在任一固定的空间位置上，单位时间通过单位面积的A 物质量，称为A的传递速率，以Ns表示(kmol/m2.s): N4=J4=-D 边界条件：z=0,C4=C41z=δ，CA=CA2 N-(Ca-Ca) N4=RTòpu-pa)

传递速率： 在任一固定的空间位置上，单位时间通过单位面积的A 物质量，称为A的传递速率，以NA表示（ kmol/m2·s ）： d z d c N J D A A  A   1 2 ( ) A A A D N c c    边界条件： 1 2 0, , A A A A z c c z c c      1 2 ( ) A A A D N p p RT  

二、分子扩散 2.单向扩散 吸收过程中组分A不断被界面液体所吸收，惰性组分B 则被界面阻留，故组分B在界面处的浓度高于主体气相， 导致组分B的反向扩散流； 组分A被吸收和组分B的反向扩散，将导致界面处气体 总压降低，使气相主体与界面之间产生微小压差： 这压差必定促使混合气体向界面流动，此流动称为主 体流动

2. 单向扩散  吸收过程中组分A不断被界面液体所吸收，惰性组分B 则被界面阻留，故组分B在界面处的浓度高于主体气相， 导致组分B的反向扩散流；  组分A被吸收和组分B的反向扩散，将导致界面处气体 总压降低，使气相主体与界面之间产生微小压差；  这压差必定促使混合气体向界面流动，此流动称为主 体流动。 二、分子扩散

主体流动和单向扩散示意图 气液界面 主体流动 NM N N=Nv+J+JB=NM

主体流动和单向扩散示意图 气 液 界 面 P Q 主体流动 NM B J A J N N N J J N     M A B M

主体流动和扩散流的区别 扩散流是分子微观运动的宏观结果，它所传递 的是纯组分A或纯组分B; ,主体流动是宏观流动，它同时携带组分A和组 分B流向界面： 在定态条件下，主体流动所带组分B的量必恰 好等于组分B的反向扩散

主体流动和扩散流的区别  扩散流是分子微观运动的宏观结果，它所传递 的是纯组分A或纯组分B；  主体流动是宏观流动，它同时携带组分A和组 分B流向界面；  在定态条件下，主体流动所带组分B的量必恰 好等于组分B的反向扩散