傳質(zhì)過程講義

1、5傳質(zhì)過程n平衡分離過程平衡分離過程 平衡分離過程是借助分離媒介（如能量、溶劑和吸附劑），使均相混合物變成兩相系統(tǒng)，再以混合物中各組分在處于相平衡中的兩相中不等同的分配為依據(jù)而實現(xiàn)分離。典型的單元操作有蒸餾、蒸發(fā)、結晶、凝聚等n優(yōu)先選擇以能量為媒介的分離方法。優(yōu)先選擇以能量為媒介的分離方法。n速率分離過程速率分離過程-新型分離技術n速率分離過程是在某種推動力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，利用各組分擴散速度的差異實現(xiàn)組分的分離。典型的單元操作有加壓擴散、熱擴散（氣態(tài)同位素分離）、泡沫分離、色譜分離等。對于需要在選擇性膜的配合下進行的速率分離過程，稱為膜分離。 傳質(zhì)速度與通量 組分

2、的絕對速度 uA uB 主體流動速度（混合物的平均速度）n上述方程也可用摩爾濃度表示例 5.1.3-1)uu(1uBBAA 組分的相對速度 uA-u uB-u 組分運動速度不同是能夠進行分離的原因。 擴散通量 )uu(Jiii (費可第二定律) 傳質(zhì)通量 iiiuN 例5.1.3-1 364n各種速度計算5.2傳質(zhì)基礎理論 n費克（第一）定律n由兩組分A和B組成的混合物，在恒定溫度、總壓條件下，則任一點處組分A的擴散通量與該處A的濃度梯度成正比，此定律稱為菲克定律。dzdcDJAABA 混合物的總濃度在各處是相等的，即BAccc常數(shù) 得到 JA=JB DAB=DBA=D 在雙組分混合物中，組分

3、 A 在組分 B 中的擴散系數(shù)等于組分B 在組分 A 中的擴散系數(shù)。 應用等分子反向擴散：21AAAccDN 單向擴散：組分 A 通過停滯（不擴散組分）B 的擴散 ，如吸收操作或由一自由表面進行蒸發(fā) )(BAAAANNxdzdcDN )(A2A1BmAcczcDcN B1B2B1B2Bmlnccccc 用氣相分壓表示的方程等分子反向擴散 5.2.2-2 單向擴散 5.2.2-3Bmpp、Smcc稱為“漂流因子漂流因子”或“移動因子移動因子” ，無因次。 漂流因子的大小反映了總體流動對傳質(zhì)速率的影響程度， 溶質(zhì)的濃度愈大，其影響愈大。其值為總體流動使傳質(zhì)速率較單純分子擴散增大的倍數(shù)。 漂流因子大

4、于 1 當混合物中溶質(zhì) A 的濃度較低時，總體流動可以忽略不計。 例5.2.2-1 368n該題比較難n1 擴算面積是變化的 擴算距離從萘球表面到空氣中（無窮大） 無法直接用公式，需用（5.2.1-4）積分計算 例5.2.3-1 371n單相擴散n單位換算 質(zhì)量分數(shù)換算為摩爾分數(shù)n漂流因子求取n求擴散通量擴散通量n求局部濃度分子擴散系數(shù)n在常壓下，氣體擴散系數(shù)約為10-510-4m2/s。n氣體中的擴散系數(shù)與溫度T的1.5次方成正比，與p 成反比。n液體中的擴散系數(shù)液體中的擴散系數(shù)n液體的擴散系數(shù)，比氣體的擴散系數(shù)小得多，其值一般在110-10110-9m2/s范圍內(nèi)，這主要是由于液體中的分子

5、比氣體中的分子密集得多的緣故。n液體中的擴散系數(shù)與溫度T成正比，與液體的粘度成反比。 對流傳質(zhì)對流傳質(zhì) n流動著的流體與壁面之間或兩個有限互溶的流動流體之間發(fā)生的傳質(zhì)，通常稱為對流傳質(zhì)。 n靜止或?qū)恿髁鲃拥牧黧w內(nèi) 分子擴散n湍流核心區(qū) 渦流擴散 （流體質(zhì)點的湍動和旋渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象）AcAckN kc：氣（液）相（膜）傳質(zhì)系數(shù)或傳質(zhì)分系數(shù)，kmol/（m2.s.推動力） 。 隨傳質(zhì)推動力形式不同，有多種形式，注意傳質(zhì)系數(shù)與船只推動力之間的對應關系。 相際對流傳質(zhì)模型 n雙膜理論要點：n氣液兩相相互接觸時，氣液兩相間存在著穩(wěn)定的相界面，兩側(cè)各有一個很薄的靜止膜。A分子通過兩層膜的傳質(zhì)方式：定態(tài)

6、的分子擴散；n*：相界面上氣液兩相處于相平衡狀態(tài)；n*：膜外的氣液兩相主體中，由于流體的強烈湍動，各處濃度均勻一致。n對流傳質(zhì)系數(shù) k k正比于擴散系數(shù)的一次方正比于擴散系數(shù)的一次方n與實際情況大體符合，只有表面活性劑存在時或結晶界面阻力大一些，據(jù)此模型所確定的傳質(zhì)速率關系，至今仍是傳質(zhì)設備設計的主要依據(jù)，可給出許多數(shù)據(jù)，具有普遍意義。 溶質(zhì)滲透理論 n要點：氣液兩相在高度湍動狀況下互相接觸，不可能存在一個穩(wěn)定的相界面，且不會存在兩個穩(wěn)定的靜止膜層。n氣液接觸時間很短，流體單元在界面上停留一定的時間后被更換（停留時間相同）n氣體通過不穩(wěn)定擴散方式不斷地向流體單元中滲透；平均對流傳質(zhì)系數(shù)：02DkL 特點：放棄了定態(tài)擴散，并指出了液體定期混合對傳質(zhì)的作用 缺點：停留時間0的求算較為困難 表面更新理論 n對滲透理論的修正 n否認表面上的流體單元具有相同的溶質(zhì)滲透時間，認為液體表面是由不同溶質(zhì)滲透時間（年齡）的液面單元所構成。n假設：不論界面上液面單元暴露時間多長，被置換的概率是均等的，即更新頻率與年齡無關。確定對流傳質(zhì)系數(shù)：DSkL 模型參數(shù)：S：表面更新率：單位時間內(nèi)表面被置換的分率 優(yōu)點： 沒有規(guī)定固定不變的停留時間， 表面更新是隨機發(fā)生的，指明了強化傳質(zhì)