第八章 传质过程导论.ppt

化工原理电子教案/目录,1,目录,第八章传质过程导论第一节概述一、化工生产中的传质过程二、相平衡三、相组成的表示方法四、传质方式第二节分子扩散一、费克定律二费克定律的另一种常用形式三双组分、一维稳态分子扩散举例,化工原理电子教案/目录,2,目录,第三节对流传质一、对流传质机理分析二、膜模型三、传质模型简介四、对流传质方程五、对流传质系数经验式第八章小结,3/37,第八章传质过程导论,分离过程在全厂的设备投资费和操作费上占很大比重。对一典型的化工厂，分离设备的投资占60-70，分离过程的能耗约占30。,转下页,-在浓度差、温度差、压力差等推动力作用下，从一处向另一处的转移过程。包括相内传质和相际传质两类。,转第5页,4/37,可被利用于分离的性质,生物学亲和力、生物学吸附平衡、生物学反应速度常数,返回上页,5/37,第一节概述,一、化工生产中的常规分离方法,6/37,第一节概述,二、相平衡,与热平衡不同之处：达到相平衡时，一般两相浓度不相等。相平衡属动态平衡-达到相平衡时，传质过程仍在进行，只不过通过相界面的某一组分的净传质量为零。,-相际间传质的最终状态,7/37,第一节概述,三、相组成的表示方法,转下页,8/37,思考1：双组分均相物系（A、B）的摩尔分数之和等于多少？质量分数之和呢？,思考2：xA与wA的关系？,思考3：双组分均相物系中，x与X的关系？w与的关系？,思考4：xA与cA的关系？wA与A的关系？,返回上页,9/37,思考5：cA与A的关系？,思考6：对理想气体，c与p的关系？y与p？与p？,返回第7页,10/37,第一节概述,四传质方式,传质的两种方式,分子扩散,对流传质（给质过程）,-发生在静止流体、层流流动的流体中，靠分子运动进行的。,-发生在湍流流动的流体中，靠流体微团的脉动进行的。,返回目录,11/37,第二节分子扩散,一菲克定律,对照：牛顿粘性定律：,傅立叶定律：,-又称菲克第一定律，适用于双组分体系。,1855年Fick用与傅立叶定律类比的方法而不是用实验方法提出的。,A,A,A,A,A,A,A,A,B,B,B,B,B,B,B,B,质量中心面,组分A的扩散量JA,z,组分B的扩散量JB,z,12/37,一菲克定律,菲克定律的其它表达形式：,A,A,A,A,A,A,A,A,B,B,B,B,B,B,B,B,质量中心面,组分A的扩散量JA,z,组分B的扩散量JB,z,13/37,一菲克定律,说明：（1）JA,z、JB,z是相对扩散通量（绝对扩散通量用NA,z表示）,组分A移走后，出现空位，其他分子（可能是A也可能是B）将会补位，若A、B分子量不等，那么质量中心会局部发生漂移。JA,z、JB,z是为了使JA,zJB,z0而定义的，即JA,z、JB,z是相对于一个移动的扩散面而定义的扩散通量。,组分A的扩散量JA,z,组分B的扩散量JB,z,A,A,A,A,A,A,A,A,B,B,B,B,B,B,B,B,质量中心面,（2）JA,zJB,z,由JA,zJB,z0可证得。,14/37,一菲克定律,（3）DA,B是物性。,DA,B（气）10-5m2/sDA,B（液）10-9m2/sDA,B（固）1）代表总体流动的影响,或写成,24/37,思考：为什么单向扩散比等摩尔相互扩散多一个大于1的漂流因数？,在等分子相互扩散中，组分A移走后，出现的空位会由组分B补位，故Nz0，即无总体流动。在单向扩散中，组分A移走后，出现的空位会由周围混合物（AB）补位，故Nz0，即有总体流动。考虑到这部分由总体流动引起的组分A的扩散通量，因而单向扩散的扩散通量要比等分子相互扩散的大。,思考：混合物中A组分的浓度愈高，漂流因数则如何变化？为什么？,25/37,2单向扩散,前面已推得：,若将式中带有下标2的各项的下标去掉，可得：,-cB（或cA）随z呈对数函数变化,返回目录,作业：,26/37,第三节对流传质,回忆：,如图，得到假想的气膜和液膜，并认为在气（液）膜中传质方式均为分子扩散。于是对流传质的阻力就都集中在假想的气膜和液膜中。,对流传质-发生在湍流流动的流体中，靠流体微团的脉动进行的。,相界面,传质,层流底层,气体,液体,cAL,cAG,cAi,湍流主体,湍流主体,边界层,边界层,湍流主体因浓度均一无传质阻力；,层流底层传质方式为分子扩散，阻力最大；,过渡区（湍流主体与层流底层之间）传质方式为分子扩散和对流传质（脉动）。,一、对流传质机理分析：,二、膜模型：,27/37,第三节对流传质,三、传质模型简介,（详见教材P58第五节）,-即膜模型,-即膜模型,28/37,第三节对流传质,1、双膜模型,要点：(1)相界面两侧流体的对流传质阻力全部集中在界面两侧的两个停滞膜内，膜内传质方式为分子扩散。(2)相界面上没有传质阻力，即可认为所需的传质推动力为零，或气液两相在相界面处达到平衡。,回忆：膜模型,29/37,第三节对流传质,对流传质方程：,若为单向扩散，在液相中有：,对照对流传质方程，可知：,可见，kLDL,30/37,第三节对流传质,双膜模型缺陷：,界面阻力不计，这是一个尚有争议的问题。,只适用于有固定相界面的情形；,，与实际不符；,31/37,第三节对流传质,2、溶质渗透模型：希格比（Higbie）1935年提出,32/37,第三节对流传质,由丹克沃茨（Danckwerts）1951年提出，是溶质渗透模型的修正。,3、表面更新模型,总之，由于传质的复杂性，目前尚没有一个完善的传质理论可用。,33/37,第三节对流传质,四、对流传质方程,回忆：牛顿冷却定律q=(t-tw),影响对流传质系数k的因素：,流动状况物性操作温度和压力传质面几何特性等。,注意，与类似，不是物性,-施密特数Sc=/D，与Pr相当,-舍伍德数，与Nu相当,34/37,第三节对流传质,五、对流传质系数经验式,获取k的途径：实验方法,湿壁塔：,返回目录,（详见教材P58第五节）,35/37,小结,一重要概念分子扩散、对流传质、扩散通量、绝对扩散通量、总体流动通量