习题课及总复习.ppt

MassTransferinMulticomponentMixtures 10 FinalExamStudyGuide LiuHuiStateKeyLabofChemicalResourceEngineering BUCT2011 关于考试 开卷考试 11月17日 13 00 15 00 地点教321 带课本和计算器 作业 下周四 11月10 前上传到公用信箱 PART1 ProcessModeling TheMaxwell StefanFormulation 对象 不同的过程单元 多组分蒸馏 萃取等 透析和气体分离 渗透蒸发 渗透汽化 和反渗透 电解和电渗析 离子交换和吸附 多孔介质中的渗透和催化反应 对象 膜 上的多组分传质过程 Membrane Film 统一的模型化描述 力的平衡 驱动力 热力学 源于组分的势梯度 包括浓度梯度 或更精确说是活度梯度 电场势梯度 压力梯度 离心场梯度及其它梯度 摩擦力 动力学 源于不同组分间的速度差 MSformulation thestartingpoint thedrivingforceonaspeciesiinamixture thesumofthefrictionforcesbetweeniandtheotherspeciesj thefrictionexertedbyjoniisproportional tothefractionofjinthemixtureand tothedifferenceinvelocitybetweeniandj drivingforce frictionwithotherspecies j GoverningEqs MS EquationwithFourDrivingForces 模型方程构成 Thebootstraps mainlyconcerningvelocity fluxBoundaryconditions forintegration exact ordifferenceTransportcoefficients diffusivity frictioncoefficientormasstransfercoefficient 精确解与近似解 积分与差分结构和非结构化处理 传递系数 Fick和Maxwell Stefan意义下的摩擦系数 互 扩散系数和传质系数 以及自扩散系数 插值规则 模型方程的数学求解速度或通量 附加关系 等摩尔 化学计量学 电化学 Thedifferentdrivingforces Thefrictionforcesandfrictioncoefficient drivingforceoni frictioncoefficientbetweeniandj molefractionofj diffusive speciesvelocities N moli Bootstraprelations 膜 membrane 传递过程中影响通量的主要因素 主控方程 事件分析 空白 不重要 一点 次要 两点 很重要 PART2 TheoreticalAnalysisofProcessPerformance 习题15 2和15 5 习题16 1和16 2 习题17 3 blood rinsingsolution 0 97 0 03 0 99 0 01 a b 1 water 2 urea 1 水 2 尿素 transportcoefficients MS equations Example 通量的计算 1 水 2 尿素 习题18 2 速率控制的过程 vacuum lowpressureofTCE water 1 saturatedwithTCE 2 apolarmembrane TCE swollen TCEfromGroundWater 污染水中三氯乙烯 TCE 的脱除 膜材料性质的选择 相 相 相 film particle accented solvent s matrix M majorfrictiontermsforiareusually and theirratiois frictioninthe film becomesimportantforlowexternalconcentrations WhichResistanceDominates 哪一个阻力占主导 传递速率控制步骤 连续条件 习题18 4 驱动力相关 溶剂1溶质2 OsmoticPressure proteininwater purewater osmoticpressure membranenotpermeablefortheprotein equilibriumbetweenwateronthetwosides 平衡关系 渗透压的定义 thedrivingforceonwateriszerowhen osmoticpressuredifference 0 onlytransportofwatertotherightwhen OsmoticPressure 海水的渗透压差 activity pressure centrifugal frictionforces electrical H2O 1 NaCl 2 水作为溶剂的解答 换一种溶剂后的解答 习题19 5 驱动力的表出问题 电渗析的驱动力问题 设负电性电渗析膜上施加有电势差Df 该驱动力作用在电荷数z 的正离子组分上 组分的摩尔分数在膜两端的溶液中各不相同 在膜界面a处和b处 两相均达到平衡 因此可以如下两种方式计算势差 1 由a 外侧膜面 至b 外侧膜面 以及 2 由a 内侧膜面 至b 内侧膜面 由第一种方式得到总势差为 再看第二种方式 对于较低外部电解质浓度 膜内反离子的浓度大体为常数并且等于固定电荷浓度 因此 膜的Dx项消失 第二种方式得到的势差为 两种方法应该给出同样的答案 检查是否忘记了什么 在我 JAW 第一次发表的电渗析文章中就发生了这样的事情 至今犹感有一些惭愧 关于界面平衡关系 两种驱动力的情形 外侧势 内侧势 counterionattractedbymembrane co ionrepelledbymembrane with effectiveco ionexclusionforlowx3 DonnanEquilibrium 两种离子的Donnan平衡 膜的同离子排除效应 负电性膜 阳离子交换膜1 水 2 反离子3 同离子 4 膜上同离子 习题20 1 双价 单价平衡问题 最简单的离子交换平衡是图20 4中两种单价离子的交换 1 1交换 此处考虑稍为复杂的情况 即二价钙和一价氢间的交换平衡 也即如下的2 1交换 平衡关系为 两相中正电荷的总浓度为液相 颗粒相 液相浓度可在大范围内变化 但交换剂容量是由制造商固定的 两种离子的电荷分数为钙 氢 同图20 4中的示例一样 试基于分数写出平衡关系 注意也有不同 因为平衡状态与液相中的总浓度有关 在最后的结果中不能消去总浓度 回答是在浓度较高时还是在浓度较低时钙的吸附大 能否设想出一种利用这种效应的实用方法 来自相平衡 热力学 的启示 Questionsforreview 1 MassTransferinMulticomponentmixtures 1 Around10points Concepts 1 1Defineordescribemasstransferprocesses e g dialysis gasseparation adsorption membranemodule etc 1 2Describeorexplainmasstransferphenomenaortheories Fick slaw filmtheory 2 Around30points HowtosetupaMSmodelformasstransfer 2 1ConcerningtheMSeqs units velocityandfluxforms differentialanddifferenceforms structuredandnon structured 2 2Concerningthedrivingforces multipleforces idealityandthermodynamicmodel Questionsforreview 2 MassTransferinMulticomponentmixtures 2 3Concerningthefrictionforces transportcoefficientsincludingdiffusivity frictioncoefficientandmasstransfercoefficient howmanyneeded interpolationformula etc 2 4Concerningthebootstraps 3 Around10points Derivationorproofing Refertothefollowingslide 4 Around20points Calculationofspeciesvelocity flux Dealingwithnotmoretha