第十章-传质的基本概念.ppt

第十章传质的基本概念,简介传质是指在两种或两种以上的组元构成的混合物系中，如果其中各处浓度不同(存在浓度差)时，则必发生减少浓度不均匀性的过程，各组元将由浓度大的地方向浓度小的地方迁移，即质量传递现象。,分子扩散（扩散）；传热和传质的推动力传质的八种形式；质量传递的基本形式；分子扩散;质量对流;对流扩散重（质）量比;容积比浓度的定义质量浓度；质量分数摩尔浓度；摩尔分数,10-1传质的基本原理,分子扩散（扩散）：在有两种以上物质组成的混合物中，如果各区域存在浓度差别，由于分子运动的随机性，物质的分子会从浓度高的区域向浓度低的区域转移。,传热的推动力温度差传质的推动力浓度差,一、传质基本形式基本原理,1浓度梯度引起的分子(普通)扩散2温度梯度引起的热扩散3压力梯度引起的压力扩散4除重力以外的其他外力引起的强迫扩散5强迫对流传质6自然对流传质7紊流传质8相际传质,传质现象归结为八种形式：,质量传递的基本形式：分子扩散和对流扩散对流扩散：分子扩散和质量对流的联合作用质量对流：依靠流体各部分间的宏观相对位移引起的质量传递。质量交换、热量交换、动量交换三者在机理上是类似的。,二、基本定义和公式,理想气体状态方程式:pVmRgTpV=nRTpvRgTp=RgT道尔顿定律:piVniRTpi=p亚美格定律:pViniRTVi=V重（质）量比gi=Gi/G=mi/mgi=1容积比ri=Vi/Vri=1,1.理想混合气体,2.浓度和成分,浓度定义：单位容积中物质的量称为浓度。浓度表示方法：质量浓度(m/V):单位为kg/m3或g/cm3摩尔浓度(n/V):单位为kmol/m3或mol/cm3,组分A的质量浓度A:单位容积混合物中含有组分A的质量若混合物由几种组分构成，则混合物的质量浓度为:,质量浓度,组分A的质量浓度与总质量浓度之比，称为质量分数：,组分A的摩尔浓度c：单位容积混合物中含有组分A的摩尔数。,摩尔浓度,摩尔分数：固体和液体：xA=cA/c气体：yA=cA/cyA=pA/p,例题10-1,温度为25和压力为10/m的干空气主要由下列两种组分组成：yO20.21；yN20.79。氧的摩尔质量为0.032kg/mol，氮的摩尔质量为0.028kg/mol。试确定:(1)氧和氮的质量分数，(2)干空气的平均分子量。,解：对于一摩尔干空气：氧：（1mol)0.21(0.032kg/mol)=0.00672kg氮：（1mol)0.79(0.028kg/mol)=0.0221kg总质量：0.00672+0.0221=0.0288kg即干空气的平均分子量为0.0288kg/mol质量分数：,小结,质量传递的基本形式：分子扩散、对流传质质量浓度（密度）质量分数摩尔浓度摩尔分数分压力pi=ciRT（pV=nRT）pi=iRgiT（pVmRgT）,浓度表示方法,10-2分子扩散概念,在静止的系统中，由于浓度梯度而产生的质量传递称为分子扩散。,一、分子扩散速度和通量,1.分子扩散速度,混合气体中存在浓度梯度,分子扩散,气体的整体移动,在扩散过程中要产生混合气体的整体流动,整体流动的质量平均速度:整体流动的摩尔平均速度:,混合气体的整体流动速度等于混合气体中各组成气体速度的平均值,整体流动速度,ui表示组分i的速度；ui-u表示组分i相对于整体流动的质量平均速度u的扩散速度；ui-uM表示组分i相对于整体流动的摩尔平均速度uM的扩散速度。,扩散速度,2.通量,通量(即扩散速率)是指在垂直于浓度梯度方向的单位面积上，单位时间内所通过的物质量，简称通量。通量是浓度和速度的乘积，其单位由相应的浓度和速度的单位决定，可以是质量通量kg/(m2s)或摩尔通量mol/(m2s)等。,净通量:对于i组分，其相对于固定坐标的通量叫该组分的净通量。ni:组分的净质量通量，Ni:组分的净摩尔通量分子扩散通量:对于i组分，其相对于相对坐标的通量叫该组分的分子扩散通量。分子扩散质量通量ji:相对于质量平均速度的通量分子扩散摩尔通量Ji:相对于摩尔平均速度的通量,各种通量的定义式为：净质量通量niiui净摩尔通量Niciui分子扩散质量通量jii(uiu)分子扩散摩尔通量Jici(uiuM）由上面关系可以得到扩散方程：ni=ji+iuNi=Ji+ciuM,3.通量、速度、浓度关系式,根据上述通量的概念，可以得到流体混合物平均速度的另一种表示方法:,小结,二、斐克第一定律,1.分子扩散通量的斐克定律表达式：,若双组分混合物的浓度不变与傅立叶定律比较：,DAB的物理意义：质量扩散能力（类比）,2.净通量斐克定律表达式：,净通量有两部分：一部分是浓度梯度引起的分子扩散通量；一部分是从整体流动中携带出来的组分A的通量。,在纳维埃司托克斯方程式中要考虑扩散时，则选用n和j；在化学反应中，则应选用J和N；在传质设备的工程计算中，则用n和N；在扩散室中测量扩散系数时，则应选用JA和j。,3.各方程的使用情况：,例题10-2,有一管道内充满了氮(N）氦(He)混合气体，其温度为300K，总压力为1105N/m2，一端氮的分压力为pA10.6105N/m2，另一端为pA20.1105m2，两端相距30cm，已知扩散系数DHe0.68710-4ms，试计算稳态下氮的分子扩散摩尔通量。,10-3对流传质,一、定义：在运动着的流体和相界面之间，或者在两个不相混合的运动着的流体之间的质量传递称为对流传质。二、计算：NA=kccA（10-25）kc传质膜系数，它不仅取决于流态、流体物性、系统的几何形状与位置，还与浓度差有密切的关系式（10-