傳質(zhì)過程基礎(chǔ)課件

1.1

傳質(zhì)概論與傳質(zhì)微分方程1.1.1傳質(zhì)過程概論第

1

章傳質(zhì)過程基礎(chǔ)1.1傳質(zhì)概論與傳質(zhì)微分方程1.1.1傳質(zhì)過程概論第

1.傳質(zhì)速率與傳質(zhì)通量三、傳質(zhì)的速度與通量傳質(zhì)速率：傳質(zhì)靜止平面kg/s單位時間傳遞物質(zhì)的量kmol/s傳質(zhì)通量：單位時間單位面積傳遞物質(zhì)的量kg/(m2·s)kmol/(m2·s)質(zhì)量速率摩爾速率質(zhì)量通量摩爾通量1.傳質(zhì)速率與傳質(zhì)通量三、傳質(zhì)的速度與通量傳質(zhì)速率：傳靜速度×濃度＝通量

質(zhì)量通量摩爾通量速度

(m/s)

(m/s)

(kmol/m3)(kg/m3)濃度＝kg/(m2·s)＝kmol/(m2·s)通量三、傳質(zhì)的速度與通量速度×濃度＝通量質(zhì)量通量摩爾通量速度

2.傳質(zhì)速度的表示方法設(shè)系統(tǒng)由A、B兩組分組成，在傳質(zhì)過程中各組分均以不同的速度運動，各組分的運動是由分子擴散和主體流動兩部分組成。傳質(zhì)三、傳質(zhì)的速度與通量A組分擴散B組分擴散混合物主體流動2.傳質(zhì)速度的表示方法設(shè)系統(tǒng)由A、B兩組分組成3.5傳質(zhì)理論①有效膜理論

k∝D定態(tài)②溶質(zhì)滲透理論

k∝D0.5非定態(tài)③表面更新理論

k∝D0.5非定態(tài)實際k∝D?降膜式k實測∝D0.673.5傳質(zhì)理論4相際傳質(zhì)步驟：①氣相→界面②界面溶解③界面→液相4.1相際傳質(zhì)速率方程氣相NA=ky(y-yi)界面相平衡yi=mxi液相NA=kx(xi-x)消去xi,yi4相際傳質(zhì)總傳質(zhì)系數(shù)同樣NA=Kx(xe-x),

有什么條件？傳質(zhì)過程基礎(chǔ)課件4.2阻力控制總阻力當時，氣相阻力控制

Ky≈ky，Kx≈mky

，yi≈ye例如，水吸收NH3,HCl(易溶)當時，液相阻力控制

Ky≈kx/m，Kx≈kx

，xi≈xe

例如，水吸收H2,CO2,O2(難溶)4.2阻力控制傳質(zhì)的速度傳質(zhì)uAuBudAudBuf組分A總傳質(zhì)速度（絕對速度）混合物移動速度（主體流動速度）組分A分子擴散速度（擴散速度）靜止平面三、傳質(zhì)的速度與通量傳質(zhì)的速度傳uAuBudAudBuf組分A總傳質(zhì)速度混合物移各速度的關(guān)系為

即絕對速度＝擴散速度＋主體流動速度三、傳質(zhì)的速度與通量各速度的關(guān)系為即絕對速度＝擴散速度

(1)以絕對速度表示的傳質(zhì)通量組分A的總質(zhì)量通量組分B的總質(zhì)量通量kg/(m2·s)kg/(m2·s)3.傳質(zhì)通量的表示方法總傳質(zhì)通量三、傳質(zhì)的速度與通量(1)以絕對速度表示的傳質(zhì)通量組分A的總質(zhì)量通量組分B的總混合物的總質(zhì)量通量由此可得質(zhì)量平均速度的定義式為三、傳質(zhì)的速度與通量混合物的總質(zhì)量通量由此可得質(zhì)量平均速度的定義式為三、傳質(zhì)的速組分A的總摩爾通量組分B的總摩爾通量kmol/(m2·s)kmol/(m2·s)三、傳質(zhì)的速度與通量組分A的總摩爾通量組分B的總摩爾通量kmol/(m2·s)k混合物的總摩爾通量由此可得摩爾平均速度的定義式為三、傳質(zhì)的速度與通量混合物的總摩爾通量由此可得摩爾平均速度的定義式為三、傳質(zhì)的速

(2)以擴散速度表示的傳質(zhì)通量擴散速度udA

=uA－

uf

udB

=uB－

uf

混合物的主體流動速度即為平均速度u＝

uf

（um＝

uf

）

擴散通量三、傳質(zhì)的速度與通量(2)以擴散速度表示的傳質(zhì)通量擴散速度udA=uA－udA

=uA－

u組分A的擴散速度udA

=uA－

um

udB

=uB－

u組分B的擴散速度udB

=uB－

um

質(zhì)量基準摩爾基準質(zhì)量基準摩爾基準三、傳質(zhì)的速度與通量udA=uA－u組分A的組分A的擴散質(zhì)量通量組分B的擴散質(zhì)量通量kg/(m2·s)kg/(m2·s)三、傳質(zhì)的速度與通量組分A的擴散質(zhì)量通量組分B的擴散質(zhì)量通量kg/(m2·s)組分A的擴散摩爾通量組分B的擴散摩爾通量kmol/(m2·s)kmol/(m2·s)三、傳質(zhì)的速度與通量組分A的擴散摩爾通量組分B的擴散摩爾通量kmol/(m2·s設(shè)組分A通過組分B擴散A、B兩組分混合物組分B通過組分A擴散三、傳質(zhì)的速度與通量設(shè)組分A通過組分B擴散A、B兩組分混合物組分B通過組分A擴散由費克第一定律三、傳質(zhì)的速度與通量由費克第一定律三、傳質(zhì)的速度與通量(3)以主體流動速度表示的傳質(zhì)通量組分A的主體流動質(zhì)量通量組分B的主體流動質(zhì)量通量主體流動通量三、傳質(zhì)的速度與通量(3)以主體流動速度表示的傳質(zhì)通量組分A的主體流動質(zhì)組分A的主體流動摩爾通量組分B的主體流動摩爾通量三、傳質(zhì)的速度與通量組分A的主體流動摩爾通量組分B的主體流動摩爾通量三、傳質(zhì)的速4.各傳質(zhì)通量間的關(guān)系由故三、傳質(zhì)的速度與通量4.各傳質(zhì)通量間的關(guān)系由故三、傳質(zhì)的速度與通量由故三、傳質(zhì)的速度與通量由故三、傳質(zhì)的速度與通量費克第一定律通用表達式組分的總傳質(zhì)通量分子擴散通量主體流動通量三、傳質(zhì)的速度與通量費克第一組分的總傳質(zhì)通量分子擴主體流三、傳質(zhì)的速度與通量傳質(zhì)過程基礎(chǔ)課件主體流動現(xiàn)象示例：用水吸收空氣

中的氨相界面氣相（A＋B）液相S主體流動在多組分系統(tǒng)中，各組分在進行分子擴散的同時其微團常處于運動狀態(tài)—主體流動現(xiàn)象。三、傳質(zhì)的速度與通量主體流動現(xiàn)象示例：用水吸收空氣

1.1

傳質(zhì)概論與傳質(zhì)微分方程1.1.1傳質(zhì)過程概論第

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章傳質(zhì)過程基礎(chǔ)1.1.2傳質(zhì)微分方程1.1傳質(zhì)概論與傳質(zhì)微分方程1.1.1傳質(zhì)過程概論第一、傳質(zhì)微分方程的推導1.質(zhì)量守恒定律表達式微分質(zhì)量衡算（x,y,z）流體微元采用歐拉方法推導邊長、、體積質(zhì)量一、傳質(zhì)微分方程的推導1.質(zhì)量守恒定律表達式微分質(zhì)量衡算（x輸入流體微元的質(zhì)量速率反應生成的質(zhì)量速率+輸出流體微元的質(zhì)量速率=+流體微元內(nèi)累積的質(zhì)量速率

（輸出–

輸入）＋（累積）–（生成）=0根據(jù)質(zhì)量守恒定律，可得出以下衡算式一、傳質(zhì)微分方程的推導輸入流體微元的質(zhì)量速率反應生成的質(zhì)量速率+輸出流體微元的質(zhì)量2.各項質(zhì)量速率的分析(1)輸出與輸入流體微元的質(zhì)量流率差設(shè)在點（x、y、z）處質(zhì)量通量流體的質(zhì)量平均速度一、傳質(zhì)微分方程的推導2.各項質(zhì)量速率的分析(1)輸出與輸入流體微元的質(zhì)量流率差輸入的總質(zhì)量流率輸出的總質(zhì)量流率輸出與輸入流體微元的質(zhì)量流率差組分

A

沿

x

方向一、傳質(zhì)微分方程的推導輸入的總質(zhì)量流率輸出的總質(zhì)量流率輸出與輸入流體微元的質(zhì)量流率y方向的質(zhì)量流率差z方向的質(zhì)量流率差一、傳質(zhì)微分方程的推導y方向的質(zhì)量流率差z方向的質(zhì)量流率差一、傳質(zhì)微分方程的推導三個方向上的總質(zhì)量流率差一、傳質(zhì)微分方程的推導三個方向上的總質(zhì)量流率差一、傳質(zhì)微分方程的推導(2)流體微元內(nèi)累積的質(zhì)量速率設(shè)組分A的質(zhì)量濃度為ρA

流體微元中任一瞬時組分A的質(zhì)量為質(zhì)量累積速率為一、傳質(zhì)微分方程的推導(2)流體微元內(nèi)累積的質(zhì)量速率設(shè)組分A的質(zhì)量濃度為ρA

(3)反應生成的質(zhì)量速率設(shè)系統(tǒng)內(nèi)有化學反應發(fā)生，單位體積流體中組分A的生成質(zhì)量速率為rAkg/(m3·s)

反應生成的質(zhì)量速率=當A為反應物rA為負當A為產(chǎn)物rA為正一、傳質(zhì)微分方程的推導(3)反應生成的質(zhì)量速率設(shè)系統(tǒng)內(nèi)有化學反應發(fā)生3.通用的傳質(zhì)微分方程將各項質(zhì)量速率代入質(zhì)量守恒定律表達式，得一、傳質(zhì)微分方程的推導3.通用的傳質(zhì)微分方程將各項質(zhì)量速率代入質(zhì)量守恒定律表達式，展開可得一、傳質(zhì)微分方程的推導展開可得一、傳質(zhì)微分方程的推導即由費克第一定律一、傳質(zhì)微分方程的推導即由費克第一定律一、傳質(zhì)微分方程的推導代入整理得寫成向量形式通用的傳質(zhì)微分方程一、傳質(zhì)微分方程的推導代入整理得寫成向量形式通用的一、傳質(zhì)微分方程的推導若以摩爾平均速度um為基準推導，同樣可得寫成向量形式組分A的摩爾生成速率，kmol/(m3·s)一、傳質(zhì)微分方程的推導若以摩爾平均速度um為基準推導，同樣可得寫成向量形式組練習題目思考題作業(yè)題:3、4、51.對于兩組分擴散，為何JA=-JB？2.對于兩組分擴散，為何DAB=DBA

？3.總傳質(zhì)通量、分子擴散通量、主體流動通量有

何不同？4.如何采用歐拉方法推導傳質(zhì)微分方程？練習題目思考題作業(yè)題:3、4、51.對于兩組分擴1.1

傳質(zhì)概論與傳質(zhì)微分方程1.1.1傳質(zhì)過程概論第

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章傳質(zhì)過程基礎(chǔ)1.1傳質(zhì)概論與傳質(zhì)微分方程1.1.1傳質(zhì)過程概論第

1.傳質(zhì)速率與傳質(zhì)通量三、傳質(zhì)的速度與通量傳質(zhì)速率：傳質(zhì)靜止平面kg/s單位時間傳遞物質(zhì)的量kmol/s傳質(zhì)通量：單位時間單位面積傳遞物質(zhì)的量kg/(m2·s)kmol/(m2·s)質(zhì)量速率摩爾速率質(zhì)量通量摩爾通量1.傳質(zhì)速率與傳質(zhì)通量三、傳質(zhì)的速度與通量傳質(zhì)速率：傳靜速度×濃度＝通量

質(zhì)量通量摩爾通量速度

(m/s)

(m/s)

(kmol/m3)(kg/m3)濃度＝kg/(m2·s)＝kmol/(m2·s)通量三、傳質(zhì)的速度與通量速度×濃度＝通量質(zhì)量通量摩爾通量速度

2.傳質(zhì)速度的表示方法設(shè)系統(tǒng)由A、B兩組分組成，在傳質(zhì)過程中各組分均以不同的速度運動，各組分的運動是由分子擴散和主體流動兩部分組成。傳質(zhì)三、傳質(zhì)的速度與通量A組分擴散B組分擴散混合物主體流動2.傳質(zhì)速度的表示方法設(shè)系統(tǒng)由A、B兩組分組成3.5傳質(zhì)理論①有效膜理論

k∝D定態(tài)②溶質(zhì)滲透理論

k∝D0.5非定態(tài)③表面更新理論

k∝D0.5非定態(tài)實際k∝D?降膜式k實測∝D0.673.5傳質(zhì)理論4相際傳質(zhì)步驟：①氣相→界面②界面溶解③界面→液相4.1相際傳質(zhì)速率方程氣相NA=ky(y-yi)界面相平衡yi=mxi液相NA=kx(xi-x)消去xi,yi4相際傳質(zhì)總傳質(zhì)系數(shù)同樣NA=Kx(xe-x),

有什么條件？傳質(zhì)過程基礎(chǔ)課件4.2阻力控制總阻力當時，氣相阻力控制

Ky≈ky，Kx≈mky

，yi≈ye例如，水吸收NH3,HCl(易溶)當時，液相阻力控制

Ky≈kx/m，Kx≈kx

，xi≈xe

例如，水吸收H2,CO2,O2(難溶)4.2阻力控制傳質(zhì)的速度傳質(zhì)uAuBudAudBuf組分A總傳質(zhì)速度（絕對速度）混合物移動速度（主體流動速度）組分A分子擴散速度（擴散速度）靜止平面三、傳質(zhì)的速度與通量傳質(zhì)的速度傳uAuBudAudBuf組分A總傳質(zhì)速度混合物移各速度的關(guān)系為

即絕對速度＝擴散速度＋主體流動速度三、傳質(zhì)的速度與通量各速度的關(guān)系為即絕對速度＝擴散速度

(1)以絕對速度表示的傳質(zhì)通量組分A的總質(zhì)量通量組分B的總質(zhì)量通量kg/(m2·s)kg/(m2·s)3.傳質(zhì)通量的表示方法總傳質(zhì)通量三、傳質(zhì)的速度與通量(1)以絕對速度表示的傳質(zhì)通量組分A的總質(zhì)量通量組分B的總混合物的總質(zhì)量通量由此可得質(zhì)量平均速度的定義式為三、傳質(zhì)的速度與通量混合物的總質(zhì)量通量由此可得質(zhì)量平均速度的定義式為三、傳質(zhì)的速組分A的總摩爾通量組分B的總摩爾通量kmol/(m2·s)kmol/(m2·s)三、傳質(zhì)的速度與通量組分A的總摩爾通量組分B的總摩爾通量kmol/(m2·s)k混合物的總摩爾通量由此可得摩爾平均速度的定義式為三、傳質(zhì)的速度與通量混合物的總摩爾通量由此可得摩爾平均速度的定義式為三、傳質(zhì)的速

(2)以擴散速度表示的傳質(zhì)通量擴散速度udA

=uA－

uf

udB

=uB－

uf

混合物的主體流動速度即為平均速度u＝

uf

（um＝

uf

）

擴散通量三、傳質(zhì)的速度與通量(2)以擴散速度表示的傳質(zhì)通量擴散速度udA=uA－udA

=uA－

u組分A的擴散速度udA

=uA－

um

udB

=uB－

u組分B的擴散速度udB

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質(zhì)量基準摩爾基準質(zhì)量基準摩爾基準三、傳質(zhì)的速度與通量udA=uA－u組分A的組分A的擴散質(zhì)量通量組分B的擴散質(zhì)量通量kg/(m2·s)kg/(m2·s)三、傳質(zhì)的速度與通量組分A的擴散質(zhì)量通量組分B的擴散質(zhì)量通量kg/(m2·s)組分A的擴散摩爾通量組分B的擴散摩爾通量kmol/(m2·s)kmol/(m2·s)三、傳質(zhì)的速度與通量組分A的擴散摩爾通量組分B的擴散摩爾通量kmol/(m2·s設(shè)組分A通過組分B擴散A、B兩組分混合物組分B通過組分A擴散三、傳質(zhì)的速度與通量設(shè)組分A通過組分B擴散A、B兩組分混合物組分B通過組分A擴散由費克第一定律三、傳質(zhì)的速度與通量由費克第一定律三、傳質(zhì)的速度與通量(3)以主體流動速度表示的傳質(zhì)通量組分A的主體流動質(zhì)量通量組分B的主體流動質(zhì)量通量主體流動通量三、傳質(zhì)的速度與通量(3)以主體流動速度表示的傳質(zhì)通量組分A的主體流動質(zhì)組分A的主體流動摩爾通量組分B的主體流動摩爾通量三、傳質(zhì)的速度與通量組分A的主體流動摩爾通量組分B的主體流動摩爾通量三、傳質(zhì)的速4.各傳質(zhì)通量間的關(guān)系由故三、傳質(zhì)的速度與通量4.各傳質(zhì)通量間的關(guān)系由故三、傳質(zhì)的速度與通量由故三、傳質(zhì)的速度與通量由故三、傳質(zhì)的速度與通量費克第一定律通用表達式組分的總傳質(zhì)通量分子擴散通量主體流動通量三、傳質(zhì)的速度與通量費克第一組分的總傳質(zhì)通量分子擴主體流三、傳質(zhì)的速度與通量傳質(zhì)過程基礎(chǔ)課件主體流動現(xiàn)象示例：用水吸收空氣

中的氨相界面氣相（A＋B）液相S主體流動在多組分系統(tǒng)中，各組分在進行分子擴散的同時其微團常處于運動狀態(tài)—主體流動現(xiàn)象。三、傳質(zhì)的速度與通量主體流動現(xiàn)象示例：用水吸收空氣

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傳質(zhì)概論與傳質(zhì)微分方程1.1.1傳質(zhì)過程概論第

1

章傳質(zhì)過程基礎(chǔ)1.1.2傳質(zhì)微分方程1.1傳質(zhì)概論與傳質(zhì)微分方程1.1.1傳質(zhì)過程概論第一、傳質(zhì)微分方程的推導1.質(zhì)量守恒定律表達式微分質(zhì)量衡算（x,y,z）流體微元采用歐拉方法推導邊長、、體積質(zhì)量一、傳質(zhì)微分方程的推導1.質(zhì)量守恒定律表達式微分質(zhì)量衡算（x輸入流體微元的質(zhì)量速率反應生成的質(zhì)量速率+輸出流體微元的質(zhì)量速率=+流體微元內(nèi)累積的質(zhì)量速率

（輸出–

輸入）＋（累積）–（生成）=0根據(jù)質(zhì)量守恒定律，可得出以下衡算式一、傳質(zhì)微分方程的推導輸入流體微元的質(zhì)量速率反應生成的質(zhì)量速率+輸出流體微元的質(zhì)量2.各項質(zhì)量速率的分析(1)輸出與輸入流體微元的質(zhì)量流率差設(shè)在點（x、y、z）處質(zhì)量通量流體的質(zhì)量平均速度一、傳質(zhì)微分方程的推導2.各項質(zhì)量速率的分析(1)輸出與輸入流體微元的質(zhì)量流率差輸入的總質(zhì)量流率輸出的總質(zhì)量流率輸出與輸入流體微元的質(zhì)量流率差組分

A

沿

x

方向一、傳質(zhì)微分方程的推導輸入的總質(zhì)量流率輸出的總質(zhì)量流率輸出與輸入流體微元的質(zhì)量流