
【化】 gas phase mass transfer coefficient
气相传质系数的定义与核心要素
气相传质系数(gas-phase mass transfer coefficient,常记为 (k_G) 或 (k_y))是化工、环境工程等领域描述气体组分从气相主体向相界面(如气-液或气-固界面)传递速率的物理量。其定义为:在单位传质推动力下,单位时间内通过单位相界面的气体组分传递量。数学表达式为:
$$
NA = kG cdot (P{A,G} - P{A,i})
$$
其中:
物理意义与影响因素
气相传质系数量化了气体分子扩散和对流作用的综合效率,其值受以下因素影响:
典型应用场景
关联公式与单位
常用无量纲数关联 (k_G) 与其他参数,如施伍德数((Sh))与雷诺数((Re))、施密特数((Sc))的关系:
$$
Sh = frac{k_G cdot L}{D_G} = f(Re, Sc)
$$
式中 (L) 为特征长度。单位方面,(k_G) 的国际单位为mol·m⁻²·s⁻¹·Pa⁻¹,亦常见m·s⁻¹(当推动力为浓度差时)。
权威参考文献
气相传质系数是描述气相中物质传递效率的关键参数,其核心定义和特性如下:
气相传质系数表示在单位传质面积、单位推动力作用下,气相中物质传递的速率。其基本公式为: $$G = K cdot F cdot Delta{text{均}}$$ 其中,( K )为传质系数,( F )为相际接触面积,( Delta{text{均}} )为浓度差或压力差的平均推动力。在气相中,该系数特指物质通过气膜(气相边界层)的传质能力,与气膜阻力直接相关。
根据双膜理论,气相传质系数与气膜阻力成反比。在色谱分析中,气相传质阻力系数(( C_g ))的公式为: $$C_g = frac{0.01kd_p}{(1+k)D_g}$$ 式中,( k )为容量因子,( d_p )为固定相颗粒直径,( D_g )为组分在气相中的扩散系数。这表明:
传质系数的单位取决于推动力的表达形式。例如:
气相传质系数与液相总传质系数的关系可通过双膜理论串联表示:总阻力为气膜与液膜阻力之和。例如,气相总传质系数( K_G )满足: $$frac{1}{K_G} = frac{1}{k_g} + frac{H}{k_l}$$ 其中( k_g )、( k_l )分别为气、液膜分系数,( H )为亨利常数。
如需进一步了解实际工程中的计算案例或单位换算细节,可参考化工传质教材或专业文献。
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