化工原理_22渦流擴(kuò)散現(xiàn)象

1、7.1 概述第七章 傳質(zhì)與分離過(guò)程概論7.2.1 分子傳質(zhì)（擴(kuò)散）7.2 質(zhì)量傳遞的方式與描述7.2.2 對(duì)流傳質(zhì) 1.渦流擴(kuò)散 由于流體質(zhì)點(diǎn)的湍動(dòng)和旋渦而形成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象渦流擴(kuò)散。 v 渦流擴(kuò)散在湍流流體中發(fā)生一、渦流擴(kuò)散現(xiàn)象v 在渦流擴(kuò)散中時(shí)刻存在分子擴(kuò)散v 渦流擴(kuò)散的通量遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散的通量2.渦流擴(kuò)散通量方程dzdcJAMeA渦流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s Mkmol/(m2 s )一、渦流擴(kuò)散現(xiàn)象描述渦流擴(kuò)散通量的方程為渦流擴(kuò)散通量1.對(duì)流傳質(zhì)的類型 運(yùn)動(dòng)流體與固體表面之間，或兩個(gè)有限互溶的運(yùn)動(dòng)流體之間的質(zhì)量傳遞過(guò)程對(duì)流傳質(zhì)。 二、對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì)自然對(duì)流傳質(zhì)強(qiáng)制層流傳質(zhì)強(qiáng)制湍流傳質(zhì)強(qiáng)制對(duì)

2、流傳質(zhì)2.對(duì)流傳質(zhì)的機(jī)理 所謂對(duì)流傳質(zhì)的機(jī)理是指在傳質(zhì)過(guò)程中，流體以哪種方式進(jìn)行傳質(zhì)。研究對(duì)流傳質(zhì)速率需首先弄清對(duì)流傳質(zhì)的機(jī)理。 層流內(nèi)層緩沖層湍流中心AicAfc)(rfcA湍流流體流體與管壁間的濃度分布二、對(duì)流傳質(zhì)湍流主體層流內(nèi)層緩沖層傳質(zhì)機(jī)理：分子傳質(zhì)傳質(zhì)機(jī)理：渦流傳質(zhì)為主濃度分布：為一陡峭直線傳質(zhì)機(jī)理濃度分布：為一漸緩曲線濃度分布：為一平坦曲線分子傳質(zhì)渦流傳質(zhì)在與壁面垂直的方向上分為三層 二、對(duì)流傳質(zhì)2.對(duì)流傳質(zhì)速率方程 描述對(duì)流傳質(zhì)的基本方程對(duì)流傳質(zhì)速率方程。 對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2sc)Lk)(AfAiLAcckNkmol/(m2 s )二、對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì)速率方程對(duì)流傳質(zhì)

3、通量7.1 概述第七章 傳質(zhì)與分離過(guò)程概論7.2.1 分子傳質(zhì)（擴(kuò)散）7.2 質(zhì)量傳遞的方式與描述7.2.2 對(duì)流傳質(zhì)7.2.3 相際間的傳質(zhì)一、相際間的對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程 設(shè)組分 A從氣相傳遞到液相（如吸收），該過(guò)程由以下3步串聯(lián)而成： 組分A從氣相主體擴(kuò)散到相界面； 在相界面上組分A由氣相轉(zhuǎn)入液相； 組分A由相界面擴(kuò)散到液相主體。 一般來(lái)說(shuō)，相界面上組分A從氣相轉(zhuǎn)入液相的過(guò)程很快，相界面?zhèn)髻|(zhì)阻力可以忽略。因此，相際間傳質(zhì)的阻力主要集中在氣相和液相中。若其中一相傳質(zhì)阻力較另一相大得多，則另一相傳質(zhì)阻力可以忽略，此種傳質(zhì)過(guò)程即稱之為“該相控制”。 一、相際間的對(duì)流傳質(zhì)過(guò)程 相際間的傳質(zhì)二、相際間對(duì)流

4、傳質(zhì)模型 1.雙膜模型 惠特曼(Whiteman) 于1923年提出，最早提出的一種傳質(zhì)模型。pbcb停滯膜模型（雙阻力模型）雙膜模型示意圖播放動(dòng)畫32：雙膜模型停滯膜模型的要點(diǎn) 當(dāng)氣液兩相相互接觸時(shí)，在氣液兩相間存在著穩(wěn) 定的相界面，界面的兩側(cè)各有一個(gè)很薄的停滯 膜氣膜和液膜，溶質(zhì)A經(jīng)過(guò)兩膜層的傳質(zhì)方式 為分子擴(kuò)散。 在氣液相界面處，氣液兩相處于平衡狀態(tài)，無(wú) 傳質(zhì)阻力。 在氣膜、液膜以外的氣、液兩相主體中，由于流 體強(qiáng)烈湍動(dòng)，各處濃度均勻一致，無(wú)傳質(zhì)阻力。 二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 )(AiAbBMGABApppRTzpDN總)(AbAiBMLABAcccczDN總 依據(jù)雙膜模型，組分A通過(guò)氣

5、膜、液膜的擴(kuò)散通量方程分別為二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 設(shè)對(duì)流傳質(zhì)速率方程分別為 比較得)(AiAbGAppkN)(AbAiLAcckNBMGABGpRTzpDk總BMLABLczcDk總氣膜對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)液膜對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 根據(jù)雙膜模型，導(dǎo)出 停滯膜模型的模型參數(shù)液膜厚度 zL氣膜厚度 zGGkABD二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 LkABD或 2.溶質(zhì)滲透模型 希格比( Higbie )于1935年提出，為非穩(wěn)態(tài)模型。溶質(zhì)滲透模型示意圖二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 播放動(dòng)畫33：溶質(zhì)滲透模型溶質(zhì)滲透模型的要點(diǎn) 液面由無(wú)數(shù)微小的液體單元所構(gòu)成，當(dāng)氣液兩 相相互接觸時(shí)，液相主體中的某些單元運(yùn)動(dòng)

6、至 相界面便停滯下來(lái)。在氣液未接觸前，液體單 元中溶質(zhì)的濃度和液相主體的濃度相等，接觸 開始后，相界面處立即達(dá)到與氣相平衡狀態(tài)。 隨著接觸時(shí)間的延長(zhǎng)，溶質(zhì) A通過(guò)不穩(wěn)態(tài)擴(kuò) 散方式不斷地向液體單元中滲透。 二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 液體單元在界面處暴露的時(shí)間是有限的，經(jīng) 過(guò)時(shí)間c后，舊的液體單元即被新的液體單 元所置換而回到液相主體中去。在液體單元 深處，仍保持原來(lái)的主體濃度不變。 液體單元不斷進(jìn)行交換，每批液體單元在界 面暴露的時(shí)間c 都是一樣的。 二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 根據(jù)溶質(zhì)滲透模型，可導(dǎo)出 )(40AAicABccDAN二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 設(shè)對(duì)流傳質(zhì)速率方程分別為 )(AbAiLAc

7、ckN比較可得 溶質(zhì)滲透模型的模型參數(shù)暴露時(shí)間cLk2/1ABDcABLDk4二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 3.表面更新模型 丹克沃茨(Danckwerts) 于1951年提出，為非穩(wěn)態(tài)模型。表面更新模型的要點(diǎn) 溶質(zhì)向液相內(nèi)部傳質(zhì)為非穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散過(guò)程。 界面上液體單元有不同的暴露時(shí)間或稱年齡，界 面上各種不同年齡的液體單元都存在。 不論界面上液體單元暴露時(shí)間多長(zhǎng)，被置換的概 率是均等的。單位時(shí)間內(nèi)表面被置換的分率稱為 表面更新率，用符號(hào)S 表示。 二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 根據(jù)表面更新模型，可導(dǎo)出二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 )(0AAiAccNSDAB設(shè)對(duì)流傳質(zhì)速率方程分別為 )(AbAiLAcckN表面

8、更新模型的模型參數(shù)表面更新率S比較可得Lk2/1ABDSDABLk二、相際間對(duì)流傳質(zhì)模型 7.1 概述第七章 傳質(zhì)與分離過(guò)程概論7.3.1 傳質(zhì)設(shè)備的分類與性能要求7.2 質(zhì)量傳遞的方式與描述7.3 傳質(zhì)設(shè)備簡(jiǎn)介一、傳質(zhì)設(shè)備的分類 傳質(zhì)設(shè)備氣液傳質(zhì)設(shè)備按所處理物系相態(tài)分類液液傳質(zhì)設(shè)備氣固傳質(zhì)設(shè)備液固傳質(zhì)設(shè)備傳質(zhì)設(shè)備按兩相的接觸方式分類逐級(jí)接觸式設(shè)備微分接觸式設(shè)備按促使兩相混合與接觸動(dòng)力分類傳質(zhì)設(shè)備無(wú)外加能量式設(shè)備有外加能量式設(shè)備二、傳質(zhì)設(shè)備的性能要求 v單位體積中，兩相的接觸面積應(yīng)盡可能大對(duì)傳質(zhì)設(shè)備的基本要求v兩相分布均勻，避免或抑制溝流、短路及返混等 現(xiàn)象發(fā)生v流體的通量大，單位設(shè)備體積的處

9、理量大v流動(dòng)阻力小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)力消耗低 v操作彈性大，對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng) v結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，操作調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行安全 可靠 7.1 概述第七章 傳質(zhì)與分離過(guò)程概論7.3.1 傳質(zhì)設(shè)備的分類與性能要求7.2 質(zhì)量傳遞的方式與描述7.3 傳質(zhì)設(shè)備簡(jiǎn)介7.3.2 典型的傳質(zhì)設(shè)備一、板式塔 板式塔為逐級(jí)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它主要由圓柱形殼體、塔板、溢流堰、降液管及受液盤等部件構(gòu)成。 板式塔的結(jié)構(gòu) 1. 殼體2. 塔板3. 溢流堰4. 受液盤5. 降液管板式塔液相連續(xù)相汽相分散相二、板式塔篩孔塔板示意圖 1. 篩孔2. 鼓泡層3. 泡沫層4. 降液管 填料塔為連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它主要由圓柱形殼體、液體分布器、填料支承板、塔填料、填料壓板及液體再分布裝置等部件構(gòu)成。 1.塔殼體；2.液體分布器；3.填料壓板；4.填料；5.液體再分布器；6.填料支承板。填料塔結(jié)構(gòu)示意圖填料塔液相連續(xù)相氣相分散相二、填料塔與板式塔相比，填料塔具有以下特點(diǎn)：v 生產(chǎn)能力大v 側(cè)線進(jìn)料和出料較難v 壓力降小，持液量小v 操作彈性大v 分離效率高v 造價(jià)較高v 易堵塞二、填料塔練 習(xí) 題 目思考題作業(yè)題: 6、7、81. 對(duì)流傳質(zhì)有哪些類型，其傳質(zhì)機(jī)理如何？2. 提出