傳質(zhì)過程導論

1、目錄第八章 傳質(zhì)過程導論 第一節(jié) 概述 一、化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程 二、相平衡 三、相組成的表示方法 四、傳質(zhì)方式 第二節(jié) 分子擴散 一、費克定律 二費克定律的另一種常用形式 三雙組分、一維穩(wěn)態(tài)分子擴散舉例化工原理電子教案/目錄1目錄第三節(jié) 對流傳質(zhì) 一、對流傳質(zhì)機理分析 二、膜模型 三、傳質(zhì)模型簡介 四、對流傳質(zhì)方程 五、對流傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗式第八章 小結(jié)化工原理電子教案/目錄2第八章 傳質(zhì)過程導論3/36利用某種性質(zhì)分離過程在全廠的設備投資費和操作費上占很大比重。對一典型的化工廠，分離設備的投資占60-70，分離過程的能耗約占30。轉(zhuǎn)下頁-在濃度差、溫度差、壓力差等推動力作用下，從一處向另一處的

2、轉(zhuǎn)移過程。包括相內(nèi)傳質(zhì)和相際傳質(zhì)兩類。轉(zhuǎn)第5頁4/36可被利用于分離的性質(zhì)物理化學生物學力學性質(zhì)密度、表面張力、尺寸、質(zhì)量等如重力沉降、過濾熱力學性質(zhì)熔點、沸點、臨界點、轉(zhuǎn)變點、蒸汽壓、溶解度、分配系數(shù)等。如吸收、精餾電、磁性質(zhì)電導率、介電常數(shù)、遷移率、電荷、淌度、磁化率等輸送性質(zhì)擴散系數(shù)、分子飛行速度反應速度性質(zhì)反應速度常數(shù)熱力學性質(zhì)反應平衡常數(shù)、化學吸附平衡常數(shù)、離解常數(shù)、電離電位生物學親和力、生物學吸附平衡、生物學反應速度常數(shù)返回上頁第一節(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：達到相平衡時，一般兩相 濃度不相等。相平衡屬動態(tài)平衡-達到

3、相平衡時，傳質(zhì)過程仍在進行，只不過通過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8/36思考1：雙組分均相物系（A、B）的摩爾分數(shù)之和等于多少？質(zhì)量分數(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9/36思考5：cA與A的關(guān)系？ 思考6：對理想氣體，c與 p的關(guān)系？y與p？與p？ 返回第7頁第一節(jié) 概述10/36四傳質(zhì)方式傳質(zhì)的兩種方式分子擴散對流傳質(zhì)（給質(zhì)過程）-發(fā)生在靜止流體、層流流動的流體中， 靠分子運動進行的。 -發(fā)生在湍流流

4、動的流體中， 靠流體微團的脈動進行的。 返回目錄第二節(jié) 分子擴散11/36 一菲克定律對照：牛頓粘性定律：傅立葉定律： -又稱菲克第一定律，適用于 雙組分體系。1855年Fick用與傅立葉定律類比的方法而不是用實驗方法提出的。AAAAAAAABBBBBBBB質(zhì)量中心面組分A的擴散量JA,z組分B的擴散量JB,z一菲克定律12/36 菲克定律的其它表達形式：AAAAAAAABBBBBBBB質(zhì)量中心面組分A的擴散量JA,z組分B的擴散量JB,z一菲克定律13/36說明：（1）JA,z、 JB,z是相對擴散通量 （絕對擴散通量用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、會補位，若A、B分子量不等，那么質(zhì)量中心會局部發(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是相對于一個移動的擴散面而定義的擴散通量。組分A的擴散量JA,z組分B的擴散量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）代表總體流動的影響或?qū)懗?23/36思考：為什么單向擴散比等摩爾相互擴散多一個大于1的漂流因數(shù)？在等分子相互擴散中，組分A移走后，出現(xiàn)的空位會由組分B補位

6、，故Nz0，即無總體流動。在單向擴散中，組分A移走后，出現(xiàn)的空位會由周圍混合物（AB）補位，故Nz0，即有總體流動?？紤]到這部分由總體流動引起的組分A的擴散通量 ，因而單向擴散的擴散通量要比等分子相互擴散的大。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單向擴散24/36前面已推得：若將式中帶有下標2的各項的下標去掉，可得：-cB（或cA）隨z呈對數(shù)函數(shù)變化返回目錄作業(yè)：第三節(jié) 對流傳質(zhì)25/36回憶： 如圖，得到假想的氣膜和液膜，并認為在氣（液）膜中傳質(zhì)方式均為分子擴散。 于是對流傳質(zhì)的阻力就都集中在假想的氣膜和液膜中。對流傳質(zhì)-發(fā)生在湍流流動的流體中， 靠流體微團的脈動進

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傳質(zhì)阻力；層流底層傳質(zhì)方式為分子擴散，阻力最大；過渡區(qū)（湍流主體與層流底層之間）傳質(zhì)方式為分子擴散和對流傳質(zhì)（脈動）。一、對流傳質(zhì)機理分析：二、膜模型：第三節(jié) 對流傳質(zhì)26/36三、傳質(zhì)模型簡介（詳見教材P58第五節(jié)）-即膜模型-即膜模型第三節(jié) 對流傳質(zhì)27/361、雙膜模型 要點： (1)相界面兩側(cè)流體的對流傳質(zhì)阻力全部集中在界面兩側(cè)的兩個停滯膜內(nèi)，膜內(nèi)傳質(zhì)方式為分子擴散。 (2)相界面上沒有傳質(zhì)阻力，即可認為所需的傳質(zhì)推動力為零，或氣液兩相在相界面處達到平衡。氣膜液膜回憶：膜模型第三

8、節(jié) 對流傳質(zhì)28/36對流傳質(zhì)方程：若為單向擴散，在液相中有：對照對流傳質(zhì)方程，可知：可見，kLDL第三節(jié) 對流傳質(zhì)29/36雙膜模型缺陷： 界面阻力不計，這是一個尚有爭議的問題。只適用與有固定相界面的情形；，與實際不符；第三節(jié) 對流傳質(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)的復雜性，目前尚沒有一個完善的傳質(zhì)理論可用。第三節(jié) 對流傳質(zhì)32/36四、對流傳質(zhì)方程回憶：牛頓冷卻定律q = ( t -tw)影響對流傳質(zhì)系數(shù) k 的因素：流動狀況物性操作溫度和壓力傳質(zhì)面幾何特性等。注意，與類似，不是物性-施密特數(shù)Sc=/D，與Pr相當-舍伍德數(shù)，與Nu相當?shù)谌?jié) 對流傳質(zhì)五、對流傳質(zhì)系數(shù)經(jīng)驗式獲取k的途徑：實驗方法濕壁塔：（詳