质量传输之传质原理,费克定律和斯蒂芬定律ppt课件

1、质量传输.传质：物质的分子总是处于不规那么的热运动中，在有两种或两种以上物质组成的混合物中，假设存在着浓度差，物质分子就会从浓度高的区域向浓度低的区域转移，从而产生质交换即质量传送，简称传质。即：质量传送的先决条件是浓度差即浓度梯度。工业消费中很多过程都涉及传质过程，如物料枯燥、燃料熄灭、物料烧结、固体在液体中的溶解等。.1.传质原理 两种或两种以上物质组成的混合物中，各组成成分在混和物中常用浓度来表示，如质量浓度、摩尔浓度等。 B的质量浓度/ m3为：质量浓度：单位体积的混合物中所含某组成成分的质量称为该组分的质量浓度。如：A、B两种物质的混合物，其体积为Vm3，质量分别为mA、mB那么 A

2、的质量浓度/ m3为：.对于混和气体，由理想气体形状方程.1.1传质的根本方式传质的根本方式分为：分子分散和湍流分散。 用质流量表示质量传送的速率。质流量：单位时间、单位传质面积所传送质量的千克数， /m2h。 传质分为稳定传质和不稳定传质。 稳定传质：传质过程中浓度场不随时间而改动。 不稳定传质：浓度场随时间而改动。.1.2 传质过程的根本方程式1.2.1费克定律等摩尔逆分散定律。费克定律普通表达式 式中：g分散质流量，/m2h； D分散系数，m2/h； 对于气体，费克定律用分压表示.与傅立叶定律和牛顿粘性定律方式类似.容器中间用很薄的隔板隔开，两侧是同温度同压强的两种气体，隔板抽开后上面两

3、式两边分别除以相对应的分子量，得各组分的分散摩尔质流量：*.根据道尔顿定律，得在稳定情况下，NA=NB(等摩尔逆分散过程)，得DAB=DBA=D对*式积分得实践运用式，.1.2.2 斯蒂芬定律单向分散定律 单向分散：只需一种组分进展分散，并无相反方向的分散。如枯燥过程。单向分散质流量推导： 槽口上端有一股空气平缓流过，槽内水做等温蒸发.对于x-x截面水蒸气的分散质流量为： 空气的分散质流量为： 在稳定形状下，gA常数，gB0，得 1. 22式代入式得 .将式积分，(pA1 - pA2=pB2 - pB1)得 在通常情况下P/pBm 1。 当P/pBm1时，可直接用费克定律。 .1.2.3 分散

4、系数 分散系数：沿分散方向，在单位时间内每单位浓度降的情况下，经过单位外表积所分散的物质量，m2/h或cm2/s。它表示物质在介质中的分散才干，它是物质的物理特征之一。吉里兰半阅历公式： 式中：T-热力学温度，K； P-气体的总压，Pa；MA、MB-气体A、B的分子量；VA、VB -气体A、B在正常沸点下的液态分子容积,cm3/mol.在非规范形状下的分散系数需求经过如下换算公式：式中：D0、P0、T0分别为规范形状下的分散系数、压 强和温度； D、P、T分别为非规范形状下的分散系数、压 强和温度。 .1.3 对流传质的根本公式 对流传质过程可看作分子分散和湍流分散过程的综合，其质流量可表示为

5、：DE为湍流分散系数，它不是流体的物性参数，它随湍流的程度而变化。 .以空气擦过静止水面为例。做湍流流动的空气流经静止的水面，在水的外表有一层极薄的层流底层厚度x1，层流以外是过渡区，再外是湍流主体。 假设有一厚度为l的膜层，在此膜层内传质只靠分子分散，且在此膜层中水蒸气分散所遇到的阻力和水蒸气由界面分散到气流中心区所遇到的总阻力相当。 .对流传质质流量为： (*).*式与牛顿冷却公式类似aD称为对流传质系数，它表示单位时间内，在单位浓度差的情况下，单位面积内所传送的质量。. 和对流换热系数a的求解类似，对流传质系数aD的求解通常采用类似实际指点实验的方法。 运用类似实际时首先建立描画该景象的

6、微分方程式，接着求出类似准数，然后在类似实际的指点下进展实验并整理数据，这样就能够用少数实验得到的数据找出景象的普遍规律。.1.4 对流传质微分方程式及对流传质类似 1.4.1对流传质微分方程式它和流动流体导热微分方程式是类似的。.假设只思索一个方向，如x方向，有：.1.4.2 对流传质类似问题 1.4.2.1普通性准数关系式两个单相介质中的物质分散类似，包括几何类似、流膂力学的类似和坚持运动介质内的物质分散类似。 贝克利准数 施密特准数或称传质的普朗特准数Pr 宣乌特准数或称对流传质的努赛特准数Nu准数式中：D-物质在介质中 的分散系数，m2/h； u-流体的流速，m/s； l-定形尺寸，m

7、； aD-对流传质系数，m/h .对流传质过程的普通性准数关系为：在介质强迫流动的情况下，重力影响可以不计，上式可写成当A、m、n的数值由实验确定后，对流传质系数可求得在稳定延续的强迫流动中：对流换热的准数关系为： 1.4.2.2对流换热与对流传质的类比对流传质的准数关系为：.由两式，得 在湍流情况下，刘易斯关系式依然成立，可以以为Nu=Sh。在层流情况下，刘易斯关系式只适用于D=a的特定情况。.1.4.2.3准数方程流体在管内受迫流动时的传质 适用于2000Re35000和0.6Sc2.5，包括在准数中的定形尺寸用管壁内径，速度用气体对管壁外表的绝对速度。 流体沿平壁流动时的传质层流时Re1

8、05 式中定形尺寸用沿流动方向平壁的长度，速度用边境层外的气流速度，计算所得的aD为整个壁面上的平均值 当流体与壁面之间既有传质又有传热时.例题1：有不断径为30mm的容器，底部盛有20的水，水面至容器口为200mm。流过容器口的空气温度为20，总压强P为1atm，容器出口处的水蒸气分压pA2=700Pa，水往空气中的分散系数为0.088m2/h。求：水的蒸发速率。.解：水外表的水蒸汽分压相当于水温时的饱和水蒸气压。20水的饱和蒸气压为pA1=2338Pa那么PB1=PpA1101325-233898987 Pa pB2=PpA2101325-700100625 Pa 由于水蒸气分压小，空气分压接近于大气压，因此可直接用费克定律计算水分蒸发量为：.例题2： 空气以3.1m/s的速度沿程度砖坯外表流动，湿砖坯外表温度为15，其上空气温度为20，空气中水蒸气分压为750