化工原理傳質(zhì)概論

1、化工原理傳質(zhì)概論第1頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)過(guò)程導(dǎo)論第八章 傳 質(zhì) 過(guò) 程 導(dǎo) 論第一節(jié) 概述一、傳質(zhì)過(guò)程（Mass transfer process)物質(zhì)從一相 另一相的傳遞過(guò)程 （轉(zhuǎn)移到）氣體的吸收(absorption):分離氣體混合物氣液 氣空氣 NH3液水 NH3吸收解吸第2頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論液體的蒸餾(distillation):分離液體混合物 液汽液乙醇 水乙醇 水汽固體的干燥(drying):固氣固聚丙烯 水 水氣空氣聚丙烯濕餅（含水35%）聚丙烯產(chǎn)品（含水0.1%）第3頁(yè)

2、，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論萃?。╡xtraction)：液液（固）系統(tǒng)(圖8-1:c、d）吸附（adsorption)：液（氣）固系統(tǒng)(圖8-1:f）氣體增(減)濕： 液-氣 (圖8-1:b）結(jié)晶： 液-固 (圖8-1:e）第4頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二過(guò)程速率 = 過(guò)程推動(dòng)力過(guò)程阻力傳熱速率 = 傳熱推動(dòng)力傳熱阻力=溫度差傳熱阻力傳質(zhì)速率 = 傳質(zhì)推動(dòng)力傳質(zhì)阻力=濃度差傳質(zhì)阻力第5頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論本課程的傳質(zhì)學(xué)習(xí)中一般考慮雙組分：A、B以吸收為例：氣相A：

3、可溶氣體、溶質(zhì)氣體（solute gas)氨氣B：惰性氣體、難溶氣體（inert gas) 空氣液相A：可溶氣體A溶于液體 氨B：溶 劑 （solvent) 水二、濃度常用的表示方法及其換算第6頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論濃度表示 A組分 B組分 備 注 質(zhì)量分率 a aA=WA/W aB=WB/W WA+ WB=W( kg); aA + aB=1 以混合物為計(jì)算基準(zhǔn) 摩爾分率 x, y 氣相yAg=nAg/ng液相 xAl= Al/nl yBg=nBg/ng xBl=nBl/nl nAg+ nBg= ng( kmol)； nAl+ nBl= n

4、l( kmol) yA+yB=1; xA+xB=1;比質(zhì)量分率A AA=WA/WB AB=WB/WB=1 AA可大于，小于，等于1 以不變物質(zhì)為計(jì)算基準(zhǔn) 比摩爾分率X,Y 氣相YAg=nAg/nBg液相 XAl=nAl/nBl YBg=nBg/nBg=1 XBl= nBl/nBl =1 YA可大于，小于，等于1XA可大于，小于，等于1 摩爾濃度C (kmol/m3 ) CA = nA / V CB = nB / V V：混合物體積（m3）總摩爾濃度Cm = (nA+ nB) / V 分壓p (kPa) pA= CA RT PB= CB RT 理想氣體適用 第7頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20

5、日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論濃 度 換 算4、質(zhì)量分率aA與摩爾濃度cA 1、質(zhì)量分率aA與摩爾分率xA3、摩爾分率xA與摩爾濃度cA2、摩爾分率yA與比摩爾分率YA（質(zhì)量分率與比質(zhì)量分率）由濃度的基本定義導(dǎo)出換算關(guān)系式例：81（P4）第8頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二第9頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論與傳熱規(guī)律有所不同傳熱兩流體不必直接接觸傳熱不必有介質(zhì)，如輻射推動(dòng)力一、相內(nèi)傳質(zhì)1、擴(kuò)散（diffusion)從高濃度轉(zhuǎn)移低濃度處擴(kuò)散平衡：?jiǎn)蜗鄡?nèi)各處濃度相等第二節(jié) 擴(kuò)散原理第10頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月

6、20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論1-1 分子擴(kuò)散流體無(wú)任何質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動(dòng)，無(wú)旋渦運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散只靠微觀的分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行。定量規(guī)律：費(fèi)克定律（Fick定律）在一定的T、P及CM下，均相混合物的分子擴(kuò)散通量為：dCAdZ- DABJA = JA A組分的擴(kuò)散通量， kmol/m2.s；dCA /dZ 濃度梯度， kmol/m4 ； DAB A組分在A、B混合物中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s； 負(fù)號(hào) 擴(kuò)散沿濃度降低的方向進(jìn)行。dtdr- lq =傅立葉定律durdr- mt =牛頓粘性定律第11頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論注意：D不絕對(duì)是物性常數(shù) 對(duì)氣

7、體：D = f ( 一對(duì)組分，T，P），D是物性常數(shù)； 對(duì)液體： D = f ( 一對(duì)組分，T，C），D不是物性常數(shù)； 對(duì)稀溶液： D f ( 一對(duì)組分，T），D可近似視為物性常數(shù)。1-2、渦流擴(kuò)散：dCAdZ- DeJA =De渦流擴(kuò)散系數(shù)（eddy diffusivity coefficient)De = f（流體流動(dòng)狀態(tài)），絕非物性常數(shù)1-3、對(duì)流擴(kuò)散：對(duì)流擴(kuò)散=分子擴(kuò)散+渦流擴(kuò)散 JA =DedCAdZ-（DAB+）第12頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二氣體擴(kuò)散系數(shù)第13頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二第14頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月

8、20日，0點(diǎn)34分，星期二第15頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二液體的擴(kuò)散系數(shù)：對(duì)于很稀的非電解質(zhì)溶液第16頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二第17頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二NA = - NB化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論2、兩種基本的傳質(zhì)過(guò)程（ Two basic diffusion processes)2-1、等摩爾反向傳質(zhì) (equimolar counter transfer) 等摩爾反向擴(kuò)散 ( equimolar counter diffusion)總體流動(dòng)整個(gè)相沿著擴(kuò)散方向宏觀的定向運(yùn)動(dòng)。等摩爾反向傳質(zhì)沒有總體流動(dòng)

9、，傳質(zhì)由分子擴(kuò)散引起。O2N2O2N2 總摩爾濃度Cm為定值：JA = -JBNA = JA； NB = JBDAB = DBA = DNA 、NB ： A、B組分的傳質(zhì)通量，kmol/m 2.s第18頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論穩(wěn)定的分子擴(kuò)散：NA =dCAdZ- DJA =穩(wěn)定傳質(zhì)為常數(shù)物料、體系定，D確定NA= D/d (CA1-CA2) = kc(CA1-CA2) CA1CA2Z=0Z=dNA第19頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二P7 例8-2第20頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二氣流主體界

10、面Air: CBNH3：CACAi , CBi液相主體H20;NH3化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論2、通過(guò)停滯的B組分層的傳質(zhì)（單相擴(kuò)散） ( diffusion of A through a stagnant B)JANA JBNB 特點(diǎn)：有總體流動(dòng)總體流動(dòng)的產(chǎn)生（1）（2）（3）總體流動(dòng)通量Nb: kmol/m2.sA組分的總體流動(dòng)通量NAb: NAb = xANbB組分的總體流動(dòng)通量NBb: NBb = xBNb第21頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論 A組分的傳質(zhì)通量 NA = JA + NAb = JA + xANb B組分的傳質(zhì)通量 NB = JB

11、+ NBb = JB + xBNb 由于 Cm 一定， JA = -JB 仍然存在， 則 NA + NB = JA + JB + xANb + xBNb = Nb又 JB = -NBb NB = 0 NA=Nb NA = JA + xANb = JA + xANA NA= JA/ (1 -xA) = JA / xB物理意義：總體流動(dòng)的存在，加強(qiáng)了分子擴(kuò)散的效 果，使A組分的傳質(zhì)通量增大。第22頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論+CA1CA2Z=0Z= dNACB1CB2 1。NA=D (P / PBm ) /RTd (PA1-PA2) = kg(PA1

12、-PA2)第24頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二p9第25頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二第26頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論三、兩相間物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程以吸收為例：空氣氨氣混合氣體中的氨如何到液相的界面氣相主體NH3NH3Air +NH3氣相內(nèi)部 傳質(zhì)液相內(nèi)部 傳質(zhì)界面?zhèn)髻|(zhì)液相主體H20 +NH31、氣相主體相界面氣相一側(cè)NH32、界面氣相一側(cè)界面液相一側(cè)NH3液相主體NH33、界面液相一側(cè)三者串聯(lián)過(guò)程。試比較間壁換熱器中冷熱流體傳熱過(guò)程的異同第27頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二

13、化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論相內(nèi)傳質(zhì)的要點(diǎn)是相內(nèi)傳質(zhì)速率方程式的表示，傳質(zhì)系數(shù)的單位搞清楚復(fù) 習(xí)一、擴(kuò)散 JA分子擴(kuò)散渦流擴(kuò)散三、相內(nèi)傳質(zhì)速率方程式等摩爾反向傳質(zhì)單相傳質(zhì)二、兩種基本 傳質(zhì)過(guò)程N(yùn)AdCAdZ- DABJA =dCAdZ- DeJA =NA = - NB =JANA= D/d (CA1-CA2) = kc(CA1-CA2) NB = 0 ; NB = -JANA = JA / xB = D/d (CA1-CA2)CM / CmB 第28頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，0點(diǎn)34分，星期二化工原理下冊(cè)傳質(zhì)概論JA 、 NA 、 N 、 NA 、 NB的意義JA 擴(kuò)散通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間，單位面積 上由分子擴(kuò)散傳遞的物質(zhì)量NA 傳質(zhì)通量：