发布时间 : 星期四 文章分离工程教案-第5章吸附更新完毕开始阅读
4）作??t图
1.41.210.80.60.40.2001020304050
y = 0.0053x + 0.9881??0.0053?0.00152?1.19?10?8m2/min?1.98?10?6cm2/s 5）k?0.0053，De六、吸附过程的传质速度
1、基本概念
1） 前面已述，吸附传质过程受吸附质分子在界膜中的扩散速度、吸附质分子在吸附剂内的扩散速度和吸附质分子在吸附剂内细孔表面吸附位置上的吸附速度三因素影响。 2）一般情况下，扩散速率小于吸附速率，故重点应为扩散问题 3）扩散分为界膜扩散和颗粒内扩散，可能存在： （1）界膜扩散速率控制： （2）颗粒内扩散控制 （3）两者共同控制
----必须将两者扩散有机结合起来（矛盾的双方在一定条件下转化） 2、多孔吸附剂的性质与参数
1）质量：表示吸附剂的量，符号m，单位kg。
2）密度：单位体积吸附剂具有的质量。密度可分为真密度、颗粒密度和堆积密度。真密度是指吸附剂颗粒的质量及不包括颗粒内微孔体积吸附剂颗粒体积所得到的密度，符号?a(kg/m3)。所谓颗粒度即是由吸附剂颗粒的质量及体积所得到的密度，它包含吸附剂颗粒内的微孔所占的体积，故一般小于吸附剂材料的密度，符号?b(kg/m3)。而堆积密度或者视密度是指由一定质量的吸附剂与由此堆积而成的体积所计算出的密度，符号?v(kg/m3)。显然，对于同一吸附剂，?a??b??v 。真密度不常用，接触较多的是颗粒密度?b和床层密度?v。
3）体积：吸附剂的体积也有两种算法，一是颗粒体积，指一定质量吸附剂颗粒所具有体积（不包括颗粒间空隙），符号为Vb(m)。而堆积体积则指包括吸附剂颗粒和颗粒外空间在内的体积Vv(m)。
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4）表面积： 表面积一般指一定量的吸附剂颗粒所具有的外表面积，符号为AP。必须注意，尽管吸附剂颗粒具有不同的体积，但其表面积是一致的。
5）比表面积：是指单位体积吸附剂所具有的表面积。比表面积也有两种，一是由颗粒体积所计算的比表面积，符号；ab(m2/m3)；二是由堆积体积所计算的表面积，符号为av(m2/m3)。
由前面所述，有：
m??bVb??vVv
AP?abVb?avVv 由上式，有： 由前面，有： 由上两式，有： 上式可写成：
?vVb ??bVvavVb ?abVvav?v ?ab?bavab?v??b
6）球形颗粒的直径d、体积Vb、表面积AP和比表面积ab关系：
Vb??6d3
2 AP??d ab?AP6? Vbd对一定直径的颗粒，比表面积一定；颗粒的直径愈小，比表面积愈大，因此可以根据比表面积的大小，来表示颗粒的大小，特别是微小颗粒。
7）非球形颗粒的当量直径和球形度
(1)体积当量直径de：与实际颗粒体积Vp相等的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的当量直径。即：
de?36Vp?
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(2)表面积当量直径dp：表面积等于实际颗粒表面积Ap的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的表面积当量直径。即： dP?Ap?
(3)比表面积当量直径db:比表面积等于实际颗粒比表面积ab的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的比表面积当量直径。即： db?6 ab(4)形状系数?s：亦称球形度，用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。它定义为体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒的表面积之比，即： ?s?A ?V?Vp时? Ap由于体积相同时，球形颗粒的表面积最小，故非球形颗粒的?s <1,而且颗粒与球形差别愈大，其?s值愈小。对非球形颗粒必须有两个参数才能确定其几何特性，通常选用de和?s来表征。 3、双膜理论及吸附传质速率关系式
事实和前提条件：物质在界膜的扩散速率和物质在颗粒内的扩散速率相同 为了讨论问题简便，首先研究单一颗粒的吸附传质速率问题。若使一球型吸附剂颗粒与含吸附质的流体充分接触，讨论其吸附传质情况。如前所述，会发生界膜扩散和颗粒内扩散。由于内扩散比较复杂，人们将界膜扩散和颗粒内扩散的阻力处理成与吸收过程类似的外内双层膜（流体膜和固膜），并将流态视为稳定状态。该理论假设如下条件：（1）相互接触的流、固体间存在着定态的相界面，界面两侧各有一个有效滞流膜层，吸附质以分子扩散方式通过此二膜层；（2）在膜层以外的区域，吸附质浓度是均匀的，全部组成变化集中在两个有效膜层中；（3）膜内无物质积累，即dQ/dt?0；（4）在相界面上存在吸附平衡。
若外膜传质系数为kf，内膜传质系数为kS，假设外内膜两相界面上流体相界面吸附质浓度为Ci，固体相界面
上吸附量为qi，流体中心吸附质浓度为C，吸附剂内吸附量为q，吸附剂堆积密度为?v，单位体积吸附剂具有的外表面积为av，吸附剂堆积体积为Vv。稳态下，内外膜扩散速率相同，于是有:
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NA?kf?C?Ci??ks?qi?q?
由于相界面上的Ci、qi难以测定，一般以总传质扩散系数形式表示，若以流体相浓度为基准的总传质系数为Kf，以固体相吸附量为基准的总传质系数为KS，当吸附平衡符合亨利定律q??HC(q?HC?)，即与C达到平衡时吸附剂颗粒内吸附质浓度为q?，与q对应的流体相吸附质浓度为C，则传质过程浓度可用q?、q、
?
C?、C表示，有：
NA?KS(q??q)?KSH(C?C?)?Kf(C?C?)
显然，上面两式相等，故有：
111 ??KfkfHkS1H1 ??KSkfkS 并且， Kf?HKS
当外扩散阻力很大时，内扩散阻力可忽略，此时为外扩散控制过程，有： KS?kf/H 或 Kf?kf
扩散由外膜控制称为外膜扩散控制，这种类型扩散是指吸附过程速率是以组分从流体主体通过膜扩散至吸附剂固体相的外表面为控制速率。一般说来，单纯的外扩散控制比较少见。其速率表达式为：
吸附质在单位时间内吸附的量=单位质量的流体经吸附剂颗粒外表面所传质的量
?vVvdqdq?kf(C?Ci)AP??v?Kfav(C?C?) dtdt同理，当内扩散阻力很大时，外阻力可忽略，此时为内扩散控制过程： KS?kS Kf?HkS
扩散由颗粒内扩散控制称为内膜控制。内扩散控制的现象普遍存在的。吸附过程速率由颗粒假设的固体膜扩散系数KS和推动力（q?q）表示：
吸附质在单位时间内吸附的量=单位质量的流体经吸附剂颗粒外表面所传质的量 ?vVv?dqdq?kS(qi?q)Ap??v?Ksav(q??q) dtdt值得注意的是，本节的外膜扩散系数kf与4.3.3节的界膜扩散系数kf为同一物理量，可采用该节所叙述
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