化工原理傳質概論

化工原理傳質概論第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質過程導論第八章傳質過程導論第一節(jié)概述一、傳質過程（Masstransferprocess)物質從一相

另一相的傳遞過程

（轉移到）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，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論液體的蒸餾(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%）聚丙烯產品（含水0.1%）第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論萃?。╡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）結晶：液------固(圖8-1:e）第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一過程速率=過程推動力過程阻力傳熱速率=傳熱推動力傳熱阻力=溫度差傳熱阻力傳質速率=傳質推動力傳質阻力=濃度差傳質阻力第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論本課程的傳質學習中一般考慮雙組分：A、B以吸收為例：氣相A：可溶氣體、溶質氣體（solutegas)——氨氣B：惰性氣體、難溶氣體（inertgas)——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，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論濃度表示A組分B組分備注質量分率aaA=WA/WaB=WB/WWA+WB=W(kg);aA+aB=1

以混合物為計算基準

摩爾分率

x,y氣相yAg=nAg/ng液相xAl=Al/nl

yBg=nBg/ngxBl=nBl/nl

nAg+nBg=ng(kmol)；

nAl+nBl=nl(kmol)yA+yB=1;xA+xB=1;比質量分率AAA=WA/WB

AB=WB/WB=1AA可大于，小于，等于1以不變物質為計算基準比摩爾分率X,Y氣相YAg=nAg/nBg液相XAl=nAl/nBl

YBg=nBg/nBg=1XBl=nBl/nBl=1YA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/VCB=nB/VV：混合物體積（m3）總摩爾濃度Cm=(nA+nB)/V分壓p(kPa)pA=CARTPB=CBRT理想氣體適用第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論濃度換算4、質量分率aA與摩爾濃度cA

1、質量分率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（質量分率與比質量分率）由濃度的基本定義導出換算關系式例：8—1（P4）第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論與傳熱規(guī)律有所不同傳熱兩流體不必直接接觸傳熱不必有介質，如輻射推動力一、相內傳質1、擴散（diffusion)從高濃度轉移低濃度處擴散平衡：單相內各處濃度相等第二節(jié)擴散原理第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論1-1分子擴散——流體無任何質點的宏觀運動，無旋渦運動，擴散只靠微觀的分子運動進行。定量規(guī)律：費克定律（Fick定律）在一定的T、P及CM下，均相混合物的分子擴散通量為：dCAdZ-DABJA

=

JA——A組分的擴散通量，kmol/m2.s；dCA/dZ——濃度梯度，kmol/m4；

DAB——A組分在A、B混合物中的擴散系數，m2/s；

負號——擴散沿濃度降低的方向進行。dtdr-lq=傅立葉定律durdr-mt

=牛頓粘性定律第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論注意：D不絕對是物性常數對氣體：D=f(一對組分，T，P），D是物性常數；對液體：D=f(一對組分，T，C），D不是物性常數；對稀溶液：D?f(一對組分，T），D可近似視為物性常數。1-2、渦流擴散：dCAdZ-DeJA

=De——渦流擴散系數（eddydiffusivitycoefficient)De=f（流體流動狀態(tài)），絕非物性常數1-3、對流擴散：對流擴散=分子擴散+渦流擴散JA

=DedCAdZ-（DAB+）第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一氣體擴散系數第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一液體的擴散系數：

對于很稀的非電解質溶液第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一NA=-NB化工原理下冊——傳質概論2、兩種基本的傳質過程（Twobasicdiffusionprocesses)2-1、等摩爾反向傳質(equimolarcountertransfer)

等摩爾反向擴散(equimolarcounterdiffusion)總體流動—整個相沿著擴散方向宏觀的定向運動。等摩爾反向傳質沒有總體流動，傳質由分子擴散引起。O2N2O2N2總摩爾濃度Cm為定值：JA=-JBNA=JA；

NB=JBDAB=DBA=DNA

、NB：A、B組分的傳質通量，kmol/m2.s第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論穩(wěn)定的分子擴散：NA=dCAdZ-DJA

=穩(wěn)定傳質為常數物料、體系定，D確定NA=D/d(CA1-CA2)=kc(CA1-CA2)CA1CA2>Z=0Z=dNA第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一P7例8-2第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一氣流主體界面Air:CBNH3：CACAi

,CBi液相主體H20;NH3化工原理下冊——傳質概論2、通過停滯的B組分層的傳質（單相擴散）

(diffusionofAthroughastagnantB)JANA'JBNB'特點：有總體流動總體流動的產生（1）（2）（3）總體流動通量Nb:kmol/m2.sA組分的總體流動通量NAb:NAb=xANbB組分的總體流動通量NBb:NBb=xBNb第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論∴A組分的傳質通量NA=JA+NAb=JA+xANbB組分的傳質通量NB=JB+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

=0NA=Nb∴NA=JA+xANb

=JA+xANA

NA=JA/

(1-xA)=JA/

xB物理意義：總體流動的存在，加強了分子擴散的效果，使A組分的傳質通量增大。第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論+CA1CA2>Z=0Z=

dNACB1CB2<CmCm對穩(wěn)定分子擴散,dCAdZ-DJA

=-JA/xB=-NA

=dCAdZDxBdCBCm=dZCBD第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論NA=[D(Cm/CBm)/d](CA1-CA2)=kc(CA1-CA2)Cm/CBm（或：P/PBm

）——漂流因子，它代表了由于總體流動存在，其傳質通量比分子擴散通量增加的倍數。也是通過停滯的B組分層的傳質通量與等摩爾反向傳質通量的比值。Cm/CBm>1。NA=[D(P/PBm)/RTd](PA1-PA2)=kg(PA1-PA2)第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一p9第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論三、兩相間物質運動過程以吸收為例：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氣相內部傳質液相內部傳質界面?zhèn)髻|液相主體H20+NH31、氣相主體相界面氣相一側NH32、界面氣相一側界面液相一側NH3液相主體NH33、界面液相一側三者串聯(lián)過程。試比較間壁換熱器中冷熱流體傳熱過程的異同第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論相內傳質的要點是相內傳質速率方程式的表示，傳質系數的單位搞清楚復習一、擴散JA分子擴散渦流擴散三、相內傳質速率方程式等摩爾反向傳質單相傳質二、兩種基本傳質過程NAdCAdZ-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，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工原理下冊——傳質概論JA、NA、N、NA’、NB’的意義JA—