質(zhì)量傳輸之傳質(zhì)原理,費(fèi)克定律和斯蒂芬定律ppt課件

1、質(zhì)量傳輸.傳質(zhì)：物質(zhì)的分子總是處于不規(guī)那么的熱運(yùn)動中，在有兩種或兩種以上物質(zhì)組成的混合物中，假設(shè)存在著濃度差，物質(zhì)分子就會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生質(zhì)交換即質(zhì)量傳送，簡稱傳質(zhì)。即：質(zhì)量傳送的先決條件是濃度差即濃度梯度。工業(yè)消費(fèi)中很多過程都涉及傳質(zhì)過程，如物料枯燥、燃料熄滅、物料燒結(jié)、固體在液體中的溶解等。.1.傳質(zhì)原理 兩種或兩種以上物質(zhì)組成的混合物中，各組成成分在混和物中常用濃度來表示，如質(zhì)量濃度、摩爾濃度等。 B的質(zhì)量濃度/ m3為：質(zhì)量濃度：單位體積的混合物中所含某組成成分的質(zhì)量稱為該組分的質(zhì)量濃度。如：A、B兩種物質(zhì)的混合物，其體積為Vm3，質(zhì)量分別為mA、mB那么 A

2、的質(zhì)量濃度/ m3為：.對于混和氣體，由理想氣體形狀方程.1.1傳質(zhì)的根本方式傳質(zhì)的根本方式分為：分子分散和湍流分散。 用質(zhì)流量表示質(zhì)量傳送的速率。質(zhì)流量：單位時間、單位傳質(zhì)面積所傳送質(zhì)量的千克數(shù)， /m2h。 傳質(zhì)分為穩(wěn)定傳質(zhì)和不穩(wěn)定傳質(zhì)。 穩(wěn)定傳質(zhì)：傳質(zhì)過程中濃度場不隨時間而改動。 不穩(wěn)定傳質(zhì)：濃度場隨時間而改動。.1.2 傳質(zhì)過程的根本方程式1.2.1費(fèi)克定律等摩爾逆分散定律。費(fèi)克定律普通表達(dá)式 式中：g分散質(zhì)流量，/m2h； D分散系數(shù)，m2/h； 對于氣體，費(fèi)克定律用分壓表示.與傅立葉定律和牛頓粘性定律方式類似.容器中間用很薄的隔板隔開，兩側(cè)是同溫度同壓強(qiáng)的兩種氣體，隔板抽開后上面兩

3、式兩邊分別除以相對應(yīng)的分子量，得各組分的分散摩爾質(zhì)流量：*.根據(jù)道爾頓定律，得在穩(wěn)定情況下，NA=NB(等摩爾逆分散過程)，得DAB=DBA=D對*式積分得實(shí)踐運(yùn)用式，.1.2.2 斯蒂芬定律單向分散定律 單向分散：只需一種組分進(jìn)展分散，并無相反方向的分散。如枯燥過程。單向分散質(zhì)流量推導(dǎo)： 槽口上端有一股空氣平緩流過，槽內(nèi)水做等溫蒸發(fā).對于x-x截面水蒸氣的分散質(zhì)流量為： 空氣的分散質(zhì)流量為： 在穩(wěn)定形狀下，gA常數(shù)，gB0，得 1. 22式代入式得 .將式積分，(pA1 - pA2=pB2 - pB1)得 在通常情況下P/pBm 1。 當(dāng)P/pBm1時，可直接用費(fèi)克定律。 .1.2.3 分散

4、系數(shù) 分散系數(shù)：沿分散方向，在單位時間內(nèi)每單位濃度降的情況下，經(jīng)過單位外表積所分散的物質(zhì)量，m2/h或cm2/s。它表示物質(zhì)在介質(zhì)中的分散才干，它是物質(zhì)的物理特征之一。吉里蘭半閱歷公式： 式中：T-熱力學(xué)溫度，K； P-氣體的總壓，Pa；MA、MB-氣體A、B的分子量；VA、VB -氣體A、B在正常沸點(diǎn)下的液態(tài)分子容積,cm3/mol.在非規(guī)范形狀下的分散系數(shù)需求經(jīng)過如下?lián)Q算公式：式中：D0、P0、T0分別為規(guī)范形狀下的分散系數(shù)、壓 強(qiáng)和溫度； D、P、T分別為非規(guī)范形狀下的分散系數(shù)、壓 強(qiáng)和溫度。 .1.3 對流傳質(zhì)的根本公式 對流傳質(zhì)過程可看作分子分散和湍流分散過程的綜合，其質(zhì)流量可表示為

5、：DE為湍流分散系數(shù)，它不是流體的物性參數(shù)，它隨湍流的程度而變化。 .以空氣擦過靜止水面為例。做湍流流動的空氣流經(jīng)靜止的水面，在水的外表有一層極薄的層流底層厚度x1，層流以外是過渡區(qū)，再外是湍流主體。 假設(shè)有一厚度為l的膜層，在此膜層內(nèi)傳質(zhì)只靠分子分散，且在此膜層中水蒸氣分散所遇到的阻力和水蒸氣由界面分散到氣流中心區(qū)所遇到的總阻力相當(dāng)。 .對流傳質(zhì)質(zhì)流量為： (*).*式與牛頓冷卻公式類似aD稱為對流傳質(zhì)系數(shù)，它表示單位時間內(nèi)，在單位濃度差的情況下，單位面積內(nèi)所傳送的質(zhì)量。. 和對流換熱系數(shù)a的求解類似，對流傳質(zhì)系數(shù)aD的求解通常采用類似實(shí)際指點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的方法。 運(yùn)用類似實(shí)際時首先建立描畫該景象的

6、微分方程式，接著求出類似準(zhǔn)數(shù)，然后在類似實(shí)際的指點(diǎn)下進(jìn)展實(shí)驗(yàn)并整理數(shù)據(jù)，這樣就能夠用少數(shù)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)找出景象的普遍規(guī)律。.1.4 對流傳質(zhì)微分方程式及對流傳質(zhì)類似 1.4.1對流傳質(zhì)微分方程式它和流動流體導(dǎo)熱微分方程式是類似的。.假設(shè)只思索一個方向，如x方向，有：.1.4.2 對流傳質(zhì)類似問題 1.4.2.1普通性準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式兩個單相介質(zhì)中的物質(zhì)分散類似，包括幾何類似、流膂力學(xué)的類似和堅(jiān)持運(yùn)動介質(zhì)內(nèi)的物質(zhì)分散類似。 貝克利準(zhǔn)數(shù) 施密特準(zhǔn)數(shù)或稱傳質(zhì)的普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr 宣烏特準(zhǔn)數(shù)或稱對流傳質(zhì)的努賽特準(zhǔn)數(shù)Nu準(zhǔn)數(shù)式中：D-物質(zhì)在介質(zhì)中 的分散系數(shù)，m2/h； u-流體的流速，m/s； l-定形尺寸，m

7、； aD-對流傳質(zhì)系數(shù)，m/h .對流傳質(zhì)過程的普通性準(zhǔn)數(shù)關(guān)系為：在介質(zhì)強(qiáng)迫流動的情況下，重力影響可以不計(jì)，上式可寫成當(dāng)A、m、n的數(shù)值由實(shí)驗(yàn)確定后，對流傳質(zhì)系數(shù)可求得在穩(wěn)定延續(xù)的強(qiáng)迫流動中：對流換熱的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系為： 1.4.2.2對流換熱與對流傳質(zhì)的類比對流傳質(zhì)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系為：.由兩式，得 在湍流情況下，劉易斯關(guān)系式依然成立，可以以為Nu=Sh。在層流情況下，劉易斯關(guān)系式只適用于D=a的特定情況。.1.4.2.3準(zhǔn)數(shù)方程流體在管內(nèi)受迫流動時的傳質(zhì) 適用于2000Re35000和0.6Sc2.5，包括在準(zhǔn)數(shù)中的定形尺寸用管壁內(nèi)徑，速度用氣體對管壁外表的絕對速度。 流體沿平壁流動時的傳質(zhì)層流時Re1

8、05 式中定形尺寸用沿流動方向平壁的長度，速度用邊境層外的氣流速度，計(jì)算所得的aD為整個壁面上的平均值 當(dāng)流體與壁面之間既有傳質(zhì)又有傳熱時.例題1：有不斷徑為30mm的容器，底部盛有20的水，水面至容器口為200mm。流過容器口的空氣溫度為20，總壓強(qiáng)P為1atm，容器出口處的水蒸氣分壓pA2=700Pa，水往空氣中的分散系數(shù)為0.088m2/h。求：水的蒸發(fā)速率。.解：水外表的水蒸汽分壓相當(dāng)于水溫時的飽和水蒸氣壓。20水的飽和蒸氣壓為pA1=2338Pa那么PB1=PpA1101325-233898987 Pa pB2=PpA2101325-700100625 Pa 由于水蒸氣分壓小，空氣分壓接近于大氣壓，因此可直接用費(fèi)克定律計(jì)算水分蒸發(fā)量為：.例題2： 空氣以3.1m/s的速度沿程度磚坯外表流動，濕磚坯外表溫度為15，其上空氣溫度為20，空氣中水蒸氣分壓為750