吸收传质机理

式中 s为表面更新频率。表面更新理论对溶质渗透理论作了进一步的发展,但表面 更新频率s是未知的，仅在某些条件下可从实验中得到。 随着相际传质机理研究的逐步深化，还提出了一些新的传质理论：如 Β.Γ.列 维奇提出的扩散边界层理论；也有一些是由前述几种理论加以组合和改进的理论， 如膜渗透理论、渗透表面更新理论、无规则旋涡的表面更新理论以及表面拉伸理 论等。这些理论各有特点，都能说明一定的问题，但都包含了一些难以求得的参 数。相际传质机理和自由相界面的湍流运动密切相关，而目前对此研究得还很不 充分。此外，伴随着相际传质，常引起界面湍流，这对相际传质有着重要的影响。 只有在湍流基本理论，特别是两相湍流理论的研究，取得更多的实质性进展时， 相际传质理论的研究才能取得新的突破。
表面更新理论1



1951年英国人P.V.丹克沃茨提出这一理论。他超脱了前两理论关于在界面两侧 是两层无湍流旋涡的层流膜概念。两相的流体旋涡在界面上接触一定的时间进行 传质后，又由于湍流的作用分别被带回各自的流体主流中去。这样就使两相的接 触界面不断更新。湍流愈激烈，表面更新也愈频繁。旋涡在界面上的停留时间可 长可短，有一年龄分布，但是它们被新的旋涡置换的概率都一样。这样由非定态 传质的概念出发，并从统计上考虑表面更新的时间因素，导得公式如下： 算式
在相界面上气液两相相互成平衡。 在膜层以外的主体内，由于流体的充分湍动，溶质的浓度分
布均匀，可认为两相主体中的浓度梯度为零，即浓度梯度全部
集中在两个有效膜层中。
用双膜理论解释具有固定相界面的系统及速度不高的两流体 间的传质过程（如湿壁塔），与实际情况是大致相符合的。
双膜理论与具有固定相界面的系统及速度
（三）双膜理论的局限性
双膜理论对于那些具有固定传质界面的吸收
设备而言，具有重要的指导意义，为我们的 设计计算提供了重要的依据。
当气液两相接触时，两相之间有一个相界面，在相界面两侧
分别存在着呈层流流动的稳定膜层（有效层流膜层）。溶质必 须以分子扩散的形式连续的通过这两个膜层，膜层的厚度主要
随流速而变，流速愈大厚度愈小。
一、双膜理论基本论点：
(1)当气、液两相接触时，两相间有一个相界面；界 面两侧分别存在着层流流动的稳定膜层——停滞膜， 溶质A以分子扩散的方式通过这两层膜，膜外的流 体仍是湍流流动；膜层厚度与流体流动状态有关。 (2)在相界面处，气液两相达平衡。 (3)在气液两相的主体中，由于流体充分湍动，物质 浓度均匀。
相界面 pA 气 膜 pA,i 液 膜
溶 质 A 在 液 相 中 的 摩 尔 浓 度
溶 质 A 在 气 相 中 的 分 压
气相主体
cA,i
液相主体
cA
传质方向
图 双膜理论示意图
总结
通过上述三个假定，吸收过程简化成为经过
气液两膜的分子扩散过程，吸收过程的主要 阻力集中于这两层膜中，膜层之外的阻力忽 略不计，吸收过程的推动力主要来源于气相 的分压差和液相的浓度差。
吸收传质机理
课件制作：汪长明
复习对流传热
图4-9 间壁两侧流体传 热过程
物质传递原理
传质分离操作在生产中的应用
分离过程包括机械分离和传质分离。
机械分离：过滤、沉降等 传质分离：吸收、蒸馏、干燥、萃取、膜分离等 在含有两个或两个以上组分的混合体系中，如果存在浓 度梯度，某一组分（或某些组分）将有高浓度区向地浓度区 移动的趋势，该移动过程称为传质过程。
传质机理
气相 界面 液动。发
p
ci
pi
A
生在 c
静止流体中
∥界面滞流流体中
涡流扩散 —借流体质点的湍动 扩散 和旋涡传递物质。发生在湍 流主体。
扩散 溶解
吸收过程的机理
在吸收过程中： (1)溶质由气相主体扩散到气、液相界面的气侧； (2)溶质在界面上溶解，进入液相； (3)溶质由相界面液侧扩散到液相主体。 在相界面及界面附近流体的流动状况和传质过 程复杂，目前尚无完美的传质机理，尚以双膜理论 为依据建立相间的传质速率方程。
界面
气相 主体
组分
组分
液相 主体

谢谢大家!
不高的两流体间的实际传质过程基本相符。由
此确定的传质速率关系，至今仍是传质设备计
算的主要依据。
D p ( N A )G ( p A p Ai ) RTZG pBm
p
pi zG
D C (N A )L (c Ai c A ) Z L cSm
争议：在吸收的实际情况中，
⑴溶质可能在膜内积累； ⑵界面及膜不一定稳定； ⑶气液间界面阻力确实小至可略；但液-液界面 间的阻力不容忽略。 ☆新提出的理论对于相际传质中，界面状况及 流体力学因素的影响有新的论述，但尚未建立可用 于实际设备设计的数学模型，有局限性。
表面更新理论2
假定：表面上各单元流体的年龄（液体在气 体中暴露的时间 s ）不同，为0~。但被置换 更新的机会相同。
将单位时间内表面被置换的分率称为“更新
频率”—s，相应的传质速率 ：
N A D s c Ai c0
回顾 物质传递的三个步骤：
1 扩散物质从一相的主体扩散到两相界面（单相中的扩散）； 2 在界面上的扩散物质从一相进入另一相（相际间传质）； 3 进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩散（单相中的扩散）；
介质一端到达另一端的物理理论。常用于研究生 态流在景观中的扩散过程。
理论解释
渗透理论是溶质渗透模型的简称。传质理论模型之一，由希
格比（Higbie）于1935年提出。这一模型考虑了为双膜理论 所忽略的、形成浓度梯度的过度时间。它的理论是：在设备 中进行传质过程而当气液还未接触时，整个气相或液相内的 溶质是均匀的。当气液一开始接触，溶质才渐渐溶于液相中， 随着气液接触时间的增长，积累在液膜内的溶质量也逐渐增 多，溶质从相界面向液膜深度方向逐步渗透，直至建立起稳 定的浓度梯度。这一段时间称为过度时间。按渗透理论预计 的传质速率比双膜理论的为大。本理论建立在双膜理论的基 础之上，只是强调了形成浓度梯度的过度阶段；因讨论的是 从气液界面至液相主体的传质，渗透理论的主要对象为液膜 控制的吸收。
叶落
该理论反映出：膜层中
二、溶质渗透 理论
ci s
的浓度分布，是由瞬变过程
发展为稳定过程的；期间溶
c0 =0
质在膜中有积累。
NA
4 D
s
c Ai co
（2－29）
s——液体微团暴露于气相中的时间。
补充知识：了解
渗透理论；
定义：
当介质密度达到某一临界值, 渗透物突然能够从