t－变化时间，s
液态A物质
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气体在气相中的扩散
• 扩散系数
– 物质的特性常数之一 – 影响因素：
• • • • 介质的种类 温度 压强 浓度
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• 在气相中的扩散（Gilliland 方程）
DAB 1.8 104 T 0.5 [V
0.5 A 0.5 2 B
V ] A
MA
[
1 1 0.5 ] MA MB
能使组分之间几乎完全分离。这就是传质分离的物理基础。
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传质是一个速率过程，其传质推动力是化学位差，包 括浓度差、温度差、压力差等，但常见的传质过程都是 由浓度差引起的。其传质阻力则须视具体情况而定，在 实际计算中，常把传质阻力看成是传质系数的倒数，即： 传质速率= 传质推动力/传质阻力=传质系数 × 浓度差
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Fick定律
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
J A, z DAB
扩散通量，kmol/m2s
dC A dz
相界面
气相
液相 传质方向
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
Fick定律的其它表达形式：
J A, z DAB
dc A d p A RT DAB dp A DAB dz dz RT dz
p0 T 3 D D0 ( )2 p T0来自10扩散系数的测量
• Stephan过程
DAB
2 A1 L2 L RT 2 1 P ln( pB1 / pB 2 ) M A 2t
A1－液体A的密度，g/m3
L1－液体的初始高度，cm
L2 －液体的最终高度，cm
pB 2 －分别为L1、L2时空气分压 pB1、
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在传质过程中，组分是从高浓度区传至低浓度区。当两 相接触的时间足够长，组分在两相间的传递将达到平衡， 此时两相的组成将维持恒定，但并不相同。在大多数传质 操作中，互相接触的两相往往只能部分互溶。当达到平衡 以后，两相的组成和接触之前相比会有改变。 把两相分开以后，组分就可以获得一定的分离效果。如 果将两相的接触与分离适当地组织起来反复进行，则有可
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扩散系数D是物性参数，表示物质在某介质中的扩散 能力，其值与扩散物质与介质的种类有关，且随温度 的上升和压力的下降而增大。 扩散系数的数值应由实验方法求得，也可在相关手 册或文献中查得。若无可靠数据也可通过相应的经验 公式计算获得。若已知温度T0，压力为p0下的扩散系 数D0，也可通过下式计算条件为T、P时的D值：
J A D AB dcA dz
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上式表示A与B的混合物中，A沿Z方向扩散的速率。 式中 JA—A的扩散速率或称扩散通量，kmol/m2.s ； dc A —A的浓度梯度； dz DAB—A在AB混合物中的扩散系数，m2/s ； “-”—负号表明扩散是沿浓度下降的方向进行的。 上式告诉我们，当物质A在A、B混合物中扩散时， 任一点处的扩散通量与该位置上的浓度梯度成正比，它是 对物质分子扩散现象基本规律的描述。
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( M B )0.5 T
BV
0.5 A
B－液体的粘度，cp －溶剂的缔结因数，水2.6，甲醇1.9，乙醇1.5， 非缔结如苯、乙醚为1.0
– 扩散系数随溶液浓度变化很大 – 上式只适用于稀溶液
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气体在液相中的扩散
• 某些物质在水中的扩散系数（20oC，稀溶液）
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（2）对流扩散 对流扩散是湍流主体与相界面之间的涡流扩散和分 子扩散这两种传质作用的总称。 物质在湍流流体中传递，主要是依靠流体质点的无 规则运动，湍流中发生的旋涡，引起各部流体间的剧烈 混合，在有浓度差存在的条件下，物质便向其浓度降低 的方向传递。这种凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物 质的现象，称为涡流扩散。 在流体的扩散研究中，由于涡流扩散，传质过程比 较复杂，常常把对流扩散中的涡流扩散进行简化，用分 子扩散来描述。
前者是发生在静止或滞流流体中，凭借流体分子的热运 动传递物质； 后者发生在湍流流体中，凭借流体质点的湍动和旋涡传 递物质。
将一勺糖投于一杯水中，稍候，整杯水就会变甜，这就是 分子扩散的表现；而如果用勺搅动，则将甜得更快更匀， 这便是对流扩散的效果。

气体扩散过程
分子扩散－分子运动引起 湍流扩散－流体质点运动引起
T－绝对温度，K
DAB－扩散系数，cm2/s M－气体的摩尔质量
3 V －气体在沸点下呈液态时的摩尔体积,cm /mol A－气体密度，g/cm3
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气体在气相中的扩散
• 部分气体在空气中的扩散系数（0oC，101.33kPa）
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气体在液相中的扩散
• 在液相中的扩散系数
– 估算方程
DAB 7.4 10
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（1）菲克（Fick）定律 在静止或滞流流体中，分子的运动是漫无边际的， 若一处某种分子的浓度较邻近的另一处为高，则这种分 子离开的便比进入的多，其结果自然是物质从浓度较高 的区域扩散到浓度较低的区域，两处的浓度差，便成了 扩散的推动力。 用来描述分子扩散速率的定律是著名的菲克定律， 或称菲克第一扩散定律。即：
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研究一下湿壁塔中气 液的传质。图1-1(a) 示意 绘出湿壁塔的一段。考虑 稳定吸收中任何一横截面 m－n上相界面的气相一侧 溶质A浓度分布情况。在 图1-1（b）中，横轴表示 离开相界面距离Z，纵轴 表示溶质A的分压p 。气 体虽呈湍流流动，但靠近 相界面处仍有一个滞流内 层，其厚度以Z’G表示，湍 动程度愈高，Z’G愈小
气体吸收基本原理
马双忱
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1.2.1吸收法气态污染物控制原理
燃煤电厂气态污染物的脱除过程，可以是一个烟气中混 合物分离的过程，一般主要采用气体吸收或吸附的方法， 这些方法皆涉及到气体扩散； 也可以不把污染物从混合物中分离，而采用化学转化 的方法将污染物转化为环境无害物，一般采用催化转化法。 这些基本都是化工行业通用的单元操作过程，其内容包括 流体输送、热量传递和质量传递。 其中气体吸收、吸附和催化转化都涉及到质量传递过 程，简称传质。
这样，确定传质速率的关键问题就在于如何求取不同 条件下的传质系数。
气体的传质过程是借助于气体扩散过程来实现的。
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气态污染物控制技术基础
• 气体扩散
– 气体在气相中的扩散
– 气体在液相中的扩散
• 气体吸收
– 吸收机理
– 气液平衡
– 物理吸收
– 化学吸收
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1.2.1.1气体扩散
气体扩散的方式有分子扩散和对流扩散。