化工原理(第四版)譚天恩-第八章-傳質過程導論-dm

名目第八章傳質過程導論第一節(jié)概述一、化工生產中的傳質過程二、相平衡三、相組成的表示方法四、傳質方式其次節(jié)分子集中一、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)分子集中舉例1化工原理》電子教案/名目名目第三節(jié)對流傳質一、對流傳質機理分析二、膜模型三、傳質模型簡介四、對流傳質方程五、對流傳質系數閱歷式第八章小結2化工原理》電子教案/名目第八章傳質過程導論利用某種性質分別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，分別設備的投資占60-70％，分別過程的能耗約占30％。轉下頁-----在濃度差、溫度差、壓力差等推動力作用下，從一處向另一處的轉移過程。包括相內傳質和相際傳質兩類。轉第5頁3可被利用于分別的性質物理化學生物學力學性質密度、表面張力、尺寸、質量等

如重力沉降、過濾熱力學性質熔點、沸點、臨界點、轉變點、蒸汽壓、溶解度、分配系數等。如吸收、精餾電、磁性質電導率、介電常數、遷移率、電荷、淌度、磁化率等輸送性質擴散系數、分子飛行速度反應速度性質反應速度常數熱力學性質反應平衡常數、化學吸附平衡常數、離解常數、電離電位生物學親和力、生物學吸附平衡、生物學反響速度常數返回上頁4第一節(jié)概述一、化工生產中的常規(guī)分別方法5第一節(jié)概述二、相平衡---相際間傳質的最終狀態(tài)

與熱平衡不同之處：▲到達相平衡時，一般兩相

濃度不相等?！嗥胶鈱賱討B(tài)平衡到達相平衡時，傳質過程仍在進展。兩相濃度不變了，到達了平衡，凈傳質量為零了。氣相濃度

液相濃度

6第一節(jié)概述三、相組成的表示方法轉下頁7思考1：雙組分均相物系〔A、B〕的摩爾分數之和等于多少？質量分數之和呢？思考2：xA與wA的關系？思考3：雙組分均相物系中，x與X的關系？w與的關系？思考4：xA與cA的關系？wA與A的關系？返回上頁8思考5：cA與A的關系？思考6：對抱負氣體，c與p的關系？y與p？與p？返回第7頁9第一節(jié)概述四．傳質方式傳質的兩種方式分子集中對流傳質〔給質過程〕---發(fā)生在靜止流體、層流流淌的流體中，

靠分子運動進展的。---發(fā)生在湍流流淌的流體中，

靠流體微團的脈動進展的。返回名目10其次節(jié)分子集中靠分子或原子的無規(guī)章熱運動一、分子集中機理：ABBAAAABBBBBBBB質量中心面組分A的集中量JA,z組分B的集中量JB,zAJA,z------相對集中通量，kmol/m2s11其次節(jié)分子集中二．菲克定律傅立葉定律：1855年Fick用與傅立葉定律類比的方法而不是用試驗方法提出的。

對二元體系DA,B＝DB,A=D----又稱菲克第肯定律，適用于

雙組分體系。比照：牛頓粘性定律：12其次節(jié)分子集中菲克定律的其它表達形式：13一．菲克定律說明：〔1〕JA,z、JB,z是相對集中通量〔確定集中通量用NA,z表示〕組分A移走后，消失空位，其他分子〔可能是A也可能是B〕將會補位，假設A、B分子量不等，那么質量中心會局部發(fā)生漂移。JA,z、JB,z是為了使JA,z＋JB,z＝0而定義的，即JA,z、JB,z是相對于一個移動的集中面而定義的集中通量。組分A的集中量JA,z組分B的集中量JB,zAAAAAAAABBBBBBBB質量中心面〔2〕JA,z＝－JB,z由JA,z＋JB,z＝0可證得。14一．菲克定律〔3〕DA,B是物性。DA,B〔氣〕10-5m2/sDA,B〔液〕10-9m2/sDA,B〔固〕<10-10m2/s每cm3所具有的分子個數：氧氣：2.5×1019

水：3.3×1022銅：7.3×1022

組分A的集中量JA,z組分B的集中量JB,zAAAAAAAABBBBBBBB質量中心面說明：轉下頁〔4〕對二元體系，集中系數的下標可去掉。即對氣體體系有：DA,B＝DB,A

對液體體系有：DA,B

DB,A對氣體體系由JA,z＝－JB,z可證得。對液體體系當

＝常數時可證得。15集中系數的閱歷估算式：對于二元氣體集中系數的估算，通常用較簡潔的由福勒〔Fuller〕等提出的公式：〔低壓，室溫〕對于很稀的非電解質溶液〔溶質A+溶劑B〕，其集中系數常用Wilke-Chang公式估算：固體中的集中系數需靠試驗確定。如何解釋此規(guī)律？如何解釋此規(guī)律？返回上頁16菲克定律的另一種常用形式-----NA,z與

JA,z的關系式(vA,z-vM,z)相對集中通量JA、JB確定集中通量NA、NB、N----相對于靜止面的摩爾傳質速率，kmol/m2svA,z-----A的摩爾速度vB,z-----B的摩爾速度vM,z-----摩爾平均速度vA,z不是一個分子的瞬時速度，而是微元體積中全部A分子的速度的算術平均值。----相對于移動面〔以vM,z大小在運動〕的摩爾傳質速率，kmol/m2s17菲克定律的另一種常用形式-----NA,z與

JA,z的關系式于是：---不常用18二．雙組分、一維穩(wěn)態(tài)分子集中舉例1．等摩爾相互集中由前面的介紹可知，還有191．等摩爾相互集中cA2cA1-----cA〔或pA〕隨z呈線性變化202．單向集中所謂單向集中是指組分A通過停滯〔或不集中〕組分B的分子集中。由前面的介紹可知，還有212．單向集中222．單向集中漂流因數〔均>1〕代表總體流淌的影響或寫成23思考：為什么單向集中比等摩爾相互集中多一個大于1的漂流因數？在等分子相互集中中，組分A移走后，消失的空位會由組分B補位，故Nz＝0，即無總體流淌。在單向集中中，組分A移走后，消失的空位會由四周混合物〔A＋B〕補位，故Nz0，即有總體流淌?？紤]到這局部由總體流淌引起的組分A的集中通量，因而單向集中的集中通量要比等分子相互集中的大。思考：混合物中A組分的濃度愈高，漂流因數則如何變化？為什么？242．單向集中前面已推得：假設將式中帶有下標2的各項的下標去掉，可得：-----cB〔或cA〕隨z呈對數函數變化返回名目作業(yè)：25第三節(jié)對流傳質回憶：如圖，得到假想的氣膜和液膜，并認為在氣〔液〕膜中傳質方式均為分子集中。于是對流傳質的阻力就都集中在假想的氣膜和液膜中。對流傳質---發(fā)生在湍流流淌的流體中，

靠流體微團的脈動進展的。相界面?zhèn)髻|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阻力；層流底層傳質方式為分子集中，阻力最大；過渡區(qū)〔湍流主體與層流底層之間〕傳質方式為分子集中和對流傳質〔脈動〕。一、對流傳質機理分析：二、膜模型：26第三節(jié)對流傳質三、傳質模型簡介〔詳見教材P60第九章第五節(jié)〕---即膜模型---即膜模型27第三節(jié)對流傳質1、雙膜模型要點：(1)

相界面兩側流體的對流傳質阻力全部集中在界面兩側的兩個停滯膜內，膜內傳質方式為分子集中。(2)相界面上沒有傳質阻力，即可認為所需的傳質推動力為零，或氣液兩相在相界面處到達平衡。氣膜液膜回憶：膜模型28第三節(jié)對流傳質對流傳質方程：假設為單向集中，在液相中有：比照對流傳質方程，可知：可見，kLDL29第三節(jié)對流傳質雙膜模型缺陷：

③界面阻力不計，這是一個尚有爭議的問題。①只適用與有固定相界面的情形；②，與實際不符；30第三節(jié)對流傳質2、溶質滲透模型：希格比〔Higbie〕1935年提出31第三節(jié)對流傳質由丹克沃茨〔Danckwerts〕1951年提出，是溶質滲透模型的修正。3、外表更新模型總之，由于傳質的簡單性，目前尚沒有一個完善的傳質理論可用。32第三節(jié)對流傳質四、對流傳質方程回憶：牛頓冷卻定律q=(t-tw)影響對流傳質系數k的因素：流淌狀況物性操作溫度和壓力傳質面幾何特性等。留意，與類似，不是物性---施密特數Sc=/D，與Pr相當---舍伍德數