傳質(zhì)過(guò)程導(dǎo)論

1、目錄第八章 傳質(zhì)過(guò)程導(dǎo)論 第一節(jié) 概述 一、化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程 二、相平衡 三、相組成的表示方法 四、傳質(zhì)方式 第二節(jié) 分子擴(kuò)散 一、費(fèi)克定律 二費(fèi)克定律的另一種常用形式 三雙組分、一維穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散舉例化工原理電子教案/目錄1目錄第三節(jié) 對(duì)流傳質(zhì) 一、對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理分析 二、膜模型 三、傳質(zhì)模型簡(jiǎn)介 四、對(duì)流傳質(zhì)方程 五、對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式第八章 小結(jié)化工原理電子教案/目錄2第八章 傳質(zhì)過(guò)程導(dǎo)論3/36利用某種性質(zhì)分離過(guò)程在全廠的設(shè)備投資費(fèi)和操作費(fèi)上占很大比重。對(duì)一典型的化工廠，分離設(shè)備的投資占60-70，分離過(guò)程的能耗約占30。轉(zhuǎn)下頁(yè)-在濃度差、溫度差、壓力差等推動(dòng)力作用下，從一處向另一處的

2、轉(zhuǎn)移過(guò)程。包括相內(nèi)傳質(zhì)和相際傳質(zhì)兩類(lèi)。轉(zhuǎn)第5頁(yè)4/36可被利用于分離的性質(zhì)物理化學(xué)生物學(xué)力學(xué)性質(zhì)密度、表面張力、尺寸、質(zhì)量等如重力沉降、過(guò)濾熱力學(xué)性質(zhì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、臨界點(diǎn)、轉(zhuǎn)變點(diǎn)、蒸汽壓、溶解度、分配系數(shù)等。如吸收、精餾電、磁性質(zhì)電導(dǎo)率、介電常數(shù)、遷移率、電荷、淌度、磁化率等輸送性質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)、分子飛行速度反應(yīng)速度性質(zhì)反應(yīng)速度常數(shù)熱力學(xué)性質(zhì)反應(yīng)平衡常數(shù)、化學(xué)吸附平衡常數(shù)、離解常數(shù)、電離電位生物學(xué)親和力、生物學(xué)吸附平衡、生物學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)返回上頁(yè)第一節(jié) 概述5/36 一、化工生產(chǎn)中的常規(guī)分離方法第一節(jié) 概述6/36二、相平衡與熱平衡不同之處：達(dá)到相平衡時(shí)，一般兩相 濃度不相等。相平衡屬動(dòng)態(tài)平衡-達(dá)到

3、相平衡時(shí)，傳質(zhì)過(guò)程仍在進(jìn)行，只不過(guò)通過(guò)相界面的某一組分的凈傳質(zhì)量為零。-相際間傳質(zhì)的最終狀態(tài) 第一節(jié) 概述7/36三、相組成的表示方法轉(zhuǎn)下頁(yè)8/36思考1：雙組分均相物系（A、B）的摩爾分?jǐn)?shù)之和等于多少？質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和呢？ 思考2：xA與wA的關(guān)系？ 思考3：雙組分均相物系中，x與X的關(guān)系？w與的 關(guān)系？ 思考4：xA與cA的關(guān)系？wA與A的關(guān)系？ 返回上頁(yè)9/36思考5：cA與A的關(guān)系？ 思考6：對(duì)理想氣體，c與 p的關(guān)系？y與p？與p？ 返回第7頁(yè)第一節(jié) 概述10/36四傳質(zhì)方式傳質(zhì)的兩種方式分子擴(kuò)散對(duì)流傳質(zhì)（給質(zhì)過(guò)程）-發(fā)生在靜止流體、層流流動(dòng)的流體中， 靠分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的。 -發(fā)生在湍流流

4、動(dòng)的流體中， 靠流體微團(tuán)的脈動(dòng)進(jìn)行的。 返回目錄第二節(jié) 分子擴(kuò)散11/36 一菲克定律對(duì)照：牛頓粘性定律：傅立葉定律： -又稱(chēng)菲克第一定律，適用于 雙組分體系。1855年Fick用與傅立葉定律類(lèi)比的方法而不是用實(shí)驗(yàn)方法提出的。AAAAAAAABBBBBBBB質(zhì)量中心面組分A的擴(kuò)散量JA,z組分B的擴(kuò)散量JB,z一菲克定律12/36 菲克定律的其它表達(dá)形式：AAAAAAAABBBBBBBB質(zhì)量中心面組分A的擴(kuò)散量JA,z組分B的擴(kuò)散量JB,z一菲克定律13/36說(shuō)明：（1）JA,z、 JB,z是相對(duì)擴(kuò)散通量 （絕對(duì)擴(kuò)散通量用NA,z表示） 組分A移走后，出現(xiàn)空位，其他分子（可能是A也可能是B）將

5、會(huì)補(bǔ)位，若A、B分子量不等，那么質(zhì)量中心會(huì)局部發(fā)生漂移。JA,z、 JB,z是為了使JA,z JB,z0而定義的，即JA,z、 JB,z是相對(duì)于一個(gè)移動(dòng)的擴(kuò)散面而定義的擴(kuò)散通量。組分A的擴(kuò)散量JA,z組分B的擴(kuò)散量JB,zAAAAAAAABBBBBBBB質(zhì)量中心面（2）JA,z JB,z由JA,z JB,z0可證得。一菲克定律14/36（3）DA,B是物性。DA,B（氣） 10-5m2/sDA,B（液） 10-9m2/s DA,B（固） 1）代表總體流動(dòng)的影響或?qū)懗?23/36思考：為什么單向擴(kuò)散比等摩爾相互擴(kuò)散多一個(gè)大于1的漂流因數(shù)？在等分子相互擴(kuò)散中，組分A移走后，出現(xiàn)的空位會(huì)由組分B補(bǔ)位

6、，故Nz0，即無(wú)總體流動(dòng)。在單向擴(kuò)散中，組分A移走后，出現(xiàn)的空位會(huì)由周?chē)旌衔铮ˋB）補(bǔ)位，故Nz0，即有總體流動(dòng)。考慮到這部分由總體流動(dòng)引起的組分A的擴(kuò)散通量 ，因而單向擴(kuò)散的擴(kuò)散通量要比等分子相互擴(kuò)散的大。思考：混合物中A組分的濃度愈高，漂流因數(shù)則如何變化？為什么？2單向擴(kuò)散24/36前面已推得：若將式中帶有下標(biāo)2的各項(xiàng)的下標(biāo)去掉，可得：-cB（或cA）隨z呈對(duì)數(shù)函數(shù)變化返回目錄作業(yè)：第三節(jié) 對(duì)流傳質(zhì)25/36回憶： 如圖，得到假想的氣膜和液膜，并認(rèn)為在氣（液）膜中傳質(zhì)方式均為分子擴(kuò)散。 于是對(duì)流傳質(zhì)的阻力就都集中在假想的氣膜和液膜中。對(duì)流傳質(zhì)-發(fā)生在湍流流動(dòng)的流體中， 靠流體微團(tuán)的脈動(dòng)進(jìn)

7、行的。 相界面?zhèn)髻|(zhì)層流底層氣體液體cALcAGcAi氣膜液膜湍流主體湍流主體邊界層邊界層湍流主體因濃度均一無(wú)傳質(zhì)阻力；層流底層傳質(zhì)方式為分子擴(kuò)散，阻力最大；過(guò)渡區(qū)（湍流主體與層流底層之間）傳質(zhì)方式為分子擴(kuò)散和對(duì)流傳質(zhì)（脈動(dòng)）。一、對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理分析：二、膜模型：第三節(jié) 對(duì)流傳質(zhì)26/36三、傳質(zhì)模型簡(jiǎn)介（詳見(jiàn)教材P58第五節(jié)）-即膜模型-即膜模型第三節(jié) 對(duì)流傳質(zhì)27/361、雙膜模型 要點(diǎn)： (1)相界面兩側(cè)流體的對(duì)流傳質(zhì)阻力全部集中在界面兩側(cè)的兩個(gè)停滯膜內(nèi)，膜內(nèi)傳質(zhì)方式為分子擴(kuò)散。 (2)相界面上沒(méi)有傳質(zhì)阻力，即可認(rèn)為所需的傳質(zhì)推動(dòng)力為零，或氣液兩相在相界面處達(dá)到平衡。氣膜液膜回憶：膜模型第三

8、節(jié) 對(duì)流傳質(zhì)28/36對(duì)流傳質(zhì)方程：若為單向擴(kuò)散，在液相中有：對(duì)照對(duì)流傳質(zhì)方程，可知：可見(jiàn)，kLDL第三節(jié) 對(duì)流傳質(zhì)29/36雙膜模型缺陷： 界面阻力不計(jì)，這是一個(gè)尚有爭(zhēng)議的問(wèn)題。只適用與有固定相界面的情形；，與實(shí)際不符；第三節(jié) 對(duì)流傳質(zhì)30/362、溶質(zhì)滲透模型：希格比（Higbie）1935年提出第三節(jié) 對(duì)流傳質(zhì)31/36 由丹克沃茨（Danckwerts）1951年提出，是溶質(zhì)滲透模型的修正。3、表面更新模型 總之，由于傳質(zhì)的復(fù)雜性，目前尚沒(méi)有一個(gè)完善的傳質(zhì)理論可用。第三節(jié) 對(duì)流傳質(zhì)32/36四、對(duì)流傳質(zhì)方程回憶：牛頓冷卻定律q = ( t -tw)影響對(duì)流傳質(zhì)系數(shù) k 的因素：流動(dòng)狀況物性操作溫度和壓力傳質(zhì)面幾何特性等。注意，與類(lèi)似，不是物性-施密特?cái)?shù)Sc=/D，與Pr相當(dāng)-舍伍德數(shù)，與Nu相當(dāng)?shù)谌?jié) 對(duì)流傳質(zhì)五、對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式獲取k的途徑：實(shí)驗(yàn)方法濕壁塔：（詳