
【化】 gas film mass transfer coefficient
氣膜傳質系數(gas film mass transfer coefficient)是描述氣-液或氣-固兩相間物質傳遞速率的關鍵參數,其定義為:在單位濃度差驅動下,單位時間内通過單位氣膜面積的傳質量,單位為m/s。該參數反映了氣相邊界層對傳質過程的阻力特性。
從傳質機理分析,氣膜傳質系數($k_G$)遵循雙膜理論模型,其數學表達式為: $$ J = k_G (P_G - P_i) $$ 其中$J$為傳質通量,$P_G$為氣相主體分壓,$P_i$為界面分壓。該公式表明傳質速率與分壓梯度呈線性關系。
影響該系數的主要因素包括:
在工程設計中,該參數可通過Sherwood數關聯式确定: $$ Sh = frac{k_G d}{D} = C Re^m Sc^n $$ 其中$C$、$m$、$n$為設備特征常數(《單元操作與傳遞現象》,餘國琮著)。實驗測定多采用濕壁塔或穩态傳質法(《分離工程》,鄧修著)。
氣膜傳質系數是描述氣體吸收過程中溶質通過氣膜傳遞效率的關鍵參數,其定義和影響因素可結合雙膜理論及相關研究綜合說明:
根據雙膜理論,氣膜傳質系數(符號為$k_g$)表示在氣相分壓差推動下,溶質通過氣膜的傳質速率。其物理意義為單位推動力(分壓差)下單位時間通過單位面積的溶質摩爾量,即: $$ N_A = k_g (pA - p{Ai}) $$ 式中$N_A$為傳質通量(kmol/(m²·s)),$pA$和$p{Ai}$分别為氣相主體與界面處的分壓(Pa)。
氣膜傳質系數的單位為kmol/(m²·s·Pa),其倒數對應氣膜傳質阻力。總傳質阻力由氣膜和液膜阻力疊加構成。
氣膜傳質系數通常通過實驗測定或經驗公式計算,在吸收塔設計和優化中用于評估氣相傳質效率。例如,在界面平衡條件下,結合相平衡關系可推導界面濃度分布。
如需進一步了解總傳質系數(如$K_G$)的推導或具體工程應用案例,可查閱文獻中的雙膜理論擴展分析。
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