相際傳質

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相際傳質（英文名稱interphase mass transfer），相（phase）是指系統內部物理和化學性質均勻，有明顯的邊界，用機械的方法可以分離出來的部分，稱為相，例如氣相、固相、液相。兩個物相(例如氣-液相、液-固相)相互接觸時，在一相中的某組分可能越過兩相的界面傳遞到另一相中去的過程，稱為相際傳質。某物質在兩相中的化學位不同，引起該物質由一相向另一相的質量傳遞，如在精餾和吸收過程中，物質在汽相與液相之間傳遞；在萃取過程中，物質在兩液相之間傳遞。這是化工生產中最常見的傳質方式。通過物質在相際的傳遞，可以將混合物分離，提純、精製成產品。回收流失的產品和有害化學品，淨化空氣，保護環境等。

相際傳質機理至今未能完全闡明。已提出的幾種理論，主要有雙膜理論、溶質滲透理論和表面更新理論。 （1）雙膜理論：1923年由美國麻省理工學院教授W.K.劉易斯和W.惠特曼提出的一種描述氣液兩相相際傳質的模型。其基本論點為：①氣液兩相接觸時存在一個穩定的相界面，在界面兩側各存在一層膜，氣相一側稱為氣膜，液相一側稱為液膜，不管兩相主體內湍流程度如何劇烈，兩層膜始終保持層流狀態；②在兩相界面上，被傳遞的組分達到相平衡（即組分在兩相界面處的化學位相等），界面上不存在傳質阻力；③在層流膜內，通過分子擴散實現質量傳遞，傳遞的阻力完全集中於兩層膜內；④質量傳遞過程是定態的。根據雙膜理論，每一相的傳質分係數正比於傳遞組分在該相中的分子擴散係數，反比於層流膜的厚度。相際傳質的總阻力等於兩相傳質的分阻力之和。 雙膜理論簡單、直觀，隨着傳質過程的強化和對傳質現象的深入研究，發現雙膜理論關於兩相界面狀態和定態分子擴散的假設都與實際情況有明顯差別，但總傳質阻力為兩相阻力之和以及界面上不存在傳質阻力的論點，仍被廣泛採用。 （2）溶質滲透理論:1935年由R.希格比提出。他將相際傳質過程設想為：工業吸收設備中氣液接觸、溶質從液面滲入液內而形成濃度梯度、混合、消失濃度梯度的交替過程。由於接觸時間很短，擴散過程難以發展到定態，因此傳質是靠非定態的分子擴散。 這種理論與吸收傳質的實驗結果比較符合，放棄了定態擴散的觀點，揭示了過程的非定態特性，並指出了液體定期混合對傳質的作用。 （3）表面更新理論：1951年英國人P.V.丹克沃茨提出這一理論。他超脫了前雙膜和滲透兩理論關於在界面兩側是兩層無湍流旋渦的層流膜概念。兩相的流體旋渦在界面上接觸一定的時間進行傳質後，又由於湍流的作用分別被帶回各自的流體主流中去。這樣就使兩相的接觸界面不斷更新。湍流愈激烈，表面更新也愈頻繁。旋渦在界面上的停留時間可長可短，有一年齡分布，但是它們被新的旋渦置換的概率都一樣。 （4）其他理論：隨着相際傳質機理研究的逐步深化，還提出了一些新的傳質理論：如 Β.Γ.列維奇提出的擴散邊界層理論；也有一些是由前述幾種理論加以組合和改進的理論，如膜滲透理論、滲透表面更新理論、無規則旋渦的表面更新理論以及表面拉伸理論等。這些理論各有特點，都能說明一定的問題，但都包含了一些難以求得的參數。相際傳質機理和自由相界面的湍流運動密切相關，而目前對此研究得還很不充分。此外，伴隨着相際傳質，常引起界面湍流，這對相際傳質有着重要的影響。只有在湍流基本理論，特別是兩相湍流理論的研究，取得更多的實質性進展時，相際傳質理論的研究才能取得新的突破。

相際傳質是指兩相或多相間的傳質過程，過程包括通過相界面的的兩個或多個相內傳遞串聯組合而成。例如對於一氣體吸收過程，即組分由氣相(y)主體傳遞到與之接觸的液相(x)主體的歷程，可分為三步：①組分由氣相主體傳遞到氣相邊界；②組分穿過界面從氣相進入液相；③組分由液相邊界傳遞到液相主體，三步串聯組合而成。傳遞過程總阻力是各個相內阻力之和。

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