介面傳遞

　　在彼此分隔的兩相介面上，物質從一個相傳到另一個相的過程。這種傳遞是吸收、萃取、氣-液相反應和液-液相反應等過程的基礎。

　　介面傳質理論　闡明物質通過兩相介面傳遞的機理的理論。主要有下列幾種：

　　①雙膜理論　設想在兩相（例如氣－液）介面兩側分別存在著一層氣膜和液膜，膜內沒有法向流動，隻有擴散。傳遞。又假設膜外的流體主體中因湍流的擴散作用而不存存在濃度梯度，傳質阻力完全集中於膜內（圖1）。

在界面上，組分在氣相中的分壓 p _i與它在液相中的濃度 C _i成正比，即 p _i= HC _i，式中 H稱分配系數或亨利系數。在穩態下，單位時間、單位相界面上傳遞物質的摩爾分子數 N可表示為：

　　　　　　N＝k_g(p-p_i)＝k₁(C_i-C)，

式中下標i系指相界面上的值；k_g和k₁分別為氣膜和液膜傳質系數；(p-p_i)和(C_i-C)分別為氣相和液相中的傳質推動力，p為氣相主體中的分壓；C為液相主體中的濃度。上式也可用總括的推動力表示，以避免不易測得界面上值的困難。於是，

式中 K _g和 K ₁稱總括氣膜傳質系數和總括液膜傳質系數。它們與膜系數 k _g和 k ₁的關系如下：

各傳質系數需由實驗求得，它們與設備和流體特性以及流動狀況有關。雙膜理論具有簡明的特色，多年來成功地應用於各種不相混的兩流體相系統。

　　②滲透理論　這一理論把吸收過程看作是向半無限靜止液體中進行不穩定擴散的過程，氣相在液相中濃度的分佈乃是時間的函數。這一理論的物理概念更接近於真實，算得的結果與雙膜理論的結果相差甚微。

　　③表面更新理論　這一理論是以相界面在不斷變化、不斷更新為依據的。因而引出瞭“表面年齡”的概念，算得的結果與雙膜理論的結果相差很小。

　　擴散邊界層　緊靠兩相界面、濃度起激烈變化的流體薄層稱為擴散邊界層或傳質邊界層。

　　表征物質對流傳遞和擴散傳遞的一個重要參數是佩克立數Pe。它是雷諾數Re與施密特數Sc的乘積：

，

式中 u ₀為流體速度； L為特征長度； D為擴散系數； ρ和 μ分別為流體的密度和動力粘性系數。當 Pe足夠大時，分子擴散可略去不計，濃度分佈主要由對流傳遞決定； Pe足夠小時，則對流傳遞可以忽略，濃度分佈主要由擴散傳遞決定。對於液體， Sc較大，故在一般的 Re下， Pe》1，起決定作用的是對流傳遞；但是在速度邊界層底層速度極小的薄層內， Re極小， Pe《1，起決定作用的便是分子擴散傳遞瞭。

　　擴散邊界層厚度δ、速度邊界層厚度δ₀（圖2）可表為：

式中 ν＝ μ/ ρ為流體運動粘性系數； x為離物體前緣駐點（流體速度為零之點）的距離。對 層內濃度的迅速變化，在一級近似中可當作是線性的。

　　擴散邊界層不具有明顯的界線。物質的擴散系數不同，擴散邊界層也就不同。在給定攪拌條件下，幾種物質同時擴散時，可同時存在幾個擴散邊界層。

　　

參考書目

　天津大學等合編：《化工傳遞過程》，化學工業出版社，北京，1980。