簡介
停滯膜模型又稱為雙膜模型,由惠特曼(Whitman)於1923年提出,是對流傳質模型中最早提出的模型。對流傳質係數就是以停滯膜模型為依據的,該模型一直到現在還被廣泛用來解釋傳質機理和作為設計計算的重要依據。
停滯膜模型假定,在不互溶的兩相流體之間進行傳質時,兩相中的湍流運動在界面附近即行消失,整個傳質阻力均集中在界面兩側的兩層虛擬的停滯膜中,通過膜的傳質方式為分子擴散,界面上處於相平衡狀態。由於假定兩層流體膜的厚度很薄,任一時刻溶質在兩膜內的實際存在量與擴散穿過膜的量相比微不足道,於是可以認為在雙膜內無溶質累積,穿過兩膜溶質的擴散為穩態擴散。
停滯膜模型為傳質理論奠定了初步基礎。但另一方面,該模型對傳質機理的解釋過於簡單化,因此對於許多傳質設備,特別是不存在固定相界面的傳質設備,雙膜模型並不能反映出傳質機理的真實情況。
基本論點
雙膜理論的基本論點如下:
(1)當氣液兩相接觸時,兩相之間有一個相界面,在相界面兩側分別存在著呈層流流動的穩定膜層,即前述的有效層流膜層。溶質必須以分子擴散的方式連續通過這兩個膜層。即使氣液兩相主體中呈湍流狀態,這種現象依然存在。膜層的厚度主要隨流速而變,流速越大厚度越小。
(2)在相界面上氣液兩相互成平衡。
(3)在膜層以外的主體內,由於充分的湍動,溶質的濃度基本上是均勻的,即認為主體中沒有濃度梯度存在,換句話說,濃度梯度全部集中在兩個膜層內。
通過上述三個假定把吸收簡化為經氣液兩膜層的分子擴散,這兩個膜層構成了吸收過程的主要阻力,溶質以一定的分壓及濃度差克服兩膜層的阻力,膜層以外幾乎不存在阻力。如圖即為雙膜理論示意圖。
注意事項
套用吸收速率方程式時,應注意以下幾點:
(1) 必須注意各速率方程式中吸收係數與推動力的正確搭配及其單位的一致性,吸收係數的倒數即表示吸收阻力,阻力的表達形式也應與推動力的表達形式相對應。
(2) 所有吸收速率方程式,都只適用於描述穩態操作的吸收塔內任一橫截面上的速率關係,不能直接用來描述全塔的吸收速率。在塔內不同橫截面上,氣、液兩相的組成各不相同,吸收速率也不同。
(3) 若採用以總係數表達的吸收速率方程式時,在整個吸收過程所涉及的組成範圍內,平衡關係須為直線,符合亨利定律,否則,總係數仍會隨組成而變化,這將不便於用來進行吸收塔的計算。
(4) 對於具有中等溶解度的氣體而平衡關係不為直線時,不宜採用總係數表示的速率方程式。