传质过程讲义

1、5传质过程n平衡分离过程平衡分离过程 平衡分离过程是借助分离媒介（如能量、溶剂和吸附剂），使均相混合物变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡中的两相中不等同的分配为依据而实现分离。典型的单元操作有蒸馏、蒸发、结晶、凝聚等n优先选择以能量为媒介的分离方法。优先选择以能量为媒介的分离方法。n速率分离过程速率分离过程-新型分离技术n速率分离过程是在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，利用各组分扩散速度的差异实现组分的分离。典型的单元操作有加压扩散、热扩散（气态同位素分离）、泡沫分离、色谱分离等。对于需要在选择性膜的配合下进行的速率分离过程，称为膜分离。 传质速度与通量 组分

2、的绝对速度 uA uB 主体流动速度（混合物的平均速度）n上述方程也可用摩尔浓度表示例 5.1.3-1)uu(1uBBAA 组分的相对速度 uA-u uB-u 组分运动速度不同是能够进行分离的原因。 扩散通量 )uu(Jiii (费可第二定律) 传质通量 iiiuN 例5.1.3-1 364n各种速度计算5.2传质基础理论 n费克（第一）定律n由两组分A和B组成的混合物，在恒定温度、总压条件下，则任一点处组分A的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比，此定律称为菲克定律。dzdcDJAABA 混合物的总浓度在各处是相等的，即BAccc常数 得到 JA=JB DAB=DBA=D 在双组分混合物中，组分

3、 A 在组分 B 中的扩散系数等于组分B 在组分 A 中的扩散系数。 应用等分子反向扩散：21AAAccDN 单向扩散：组分 A 通过停滞（不扩散组分）B 的扩散 ，如吸收操作或由一自由表面进行蒸发 )(BAAAANNxdzdcDN )(A2A1BmAcczcDcN B1B2B1B2Bmlnccccc 用气相分压表示的方程等分子反向扩散 5.2.2-2 单向扩散 5.2.2-3Bmpp、Smcc称为“漂流因子漂流因子”或“移动因子移动因子” ，无因次。 漂流因子的大小反映了总体流动对传质速率的影响程度， 溶质的浓度愈大，其影响愈大。其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。 漂流因子大

4、于 1 当混合物中溶质 A 的浓度较低时，总体流动可以忽略不计。 例5.2.2-1 368n该题比较难n1 扩算面积是变化的 扩算距离从萘球表面到空气中（无穷大） 无法直接用公式，需用（5.2.1-4）积分计算 例5.2.3-1 371n单相扩散n单位换算 质量分数换算为摩尔分数n漂流因子求取n求扩散通量扩散通量n求局部浓度分子扩散系数n在常压下，气体扩散系数约为10-510-4m2/s。n气体中的扩散系数与温度T的1.5次方成正比，与p 成反比。n液体中的扩散系数液体中的扩散系数n液体的扩散系数，比气体的扩散系数小得多，其值一般在110-10110-9m2/s范围内，这主要是由于液体中的分子

5、比气体中的分子密集得多的缘故。n液体中的扩散系数与温度T成正比，与液体的粘度成反比。 对流传质对流传质 n流动着的流体与壁面之间或两个有限互溶的流动流体之间发生的传质，通常称为对流传质。 n静止或层流流动的流体内 分子扩散n湍流核心区 涡流扩散 （流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象）AcAckN kc：气（液）相（膜）传质系数或传质分系数，kmol/（m2.s.推动力） 。 随传质推动力形式不同，有多种形式，注意传质系数与船只推动力之间的对应关系。 相际对流传质模型 n双膜理论要点：n气液两相相互接触时，气液两相间存在着稳定的相界面，两侧各有一个很薄的静止膜。A分子通过两层膜的传质方式：定态

6、的分子扩散；n*：相界面上气液两相处于相平衡状态；n*：膜外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动，各处浓度均匀一致。n对流传质系数 k k正比于扩散系数的一次方正比于扩散系数的一次方n与实际情况大体符合，只有表面活性剂存在时或结晶界面阻力大一些，据此模型所确定的传质速率关系，至今仍是传质设备设计的主要依据，可给出许多数据，具有普遍意义。 溶质渗透理论 n要点：气液两相在高度湍动状况下互相接触，不可能存在一个稳定的相界面，且不会存在两个稳定的静止膜层。n气液接触时间很短，流体单元在界面上停留一定的时间后被更换（停留时间相同）n气体通过不稳定扩散方式不断地向流体单元中渗透；平均对流传质系数：02DkL 特点：放弃了定态扩散，并指出了液体定期混合对传质的作用 缺点：停留时间0的求算较为困难 表面更新理论 n对渗透理论的修正 n否认表面上的流体单元具有相同的溶质渗透时间，认为液体表面是由不同溶质渗透时间（年龄）的液面单元所构成。n假设：不论界面上液面单元暴露时间多长，被置换的概率是均等的，即更新频率与年龄无关。确定对流传质系数：DSkL 模型参数：S：表面更新率：单位时间内表面被置换的分率 优点： 没有规定固定不变的停留时间， 表面更新是随机发生的，指明了强化传质