化工原理(第四版)谭天恩-第八章-传质过程导论-dm

名目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、传质方式其次节分子集中一、费克定律二．费克定律的另一种常用形式三．双组分、一维稳态分子集中举例1化工原理》电子教案/名目名目第三节对流传质一、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、对流传质系数阅历式第八章小结2化工原理》电子教案/名目第八章传质过程导论利用某种性质分别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，分别设备的投资占60-70％，分别过程的能耗约占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3可被利用于分别的性质物理化学生物学力学性质密度、表面张力、尺寸、质量等

如重力沉降、过滤热力学性质熔点、沸点、临界点、转变点、蒸汽压、溶解度、分配系数等。如吸收、精馏电、磁性质电导率、介电常数、迁移率、电荷、淌度、磁化率等输送性质扩散系数、分子飞行速度反应速度性质反应速度常数热力学性质反应平衡常数、化学吸附平衡常数、离解常数、电离电位生物学亲和力、生物学吸附平衡、生物学反响速度常数返回上页4第一节概述一、化工生产中的常规分别方法5第一节概述二、相平衡---相际间传质的最终状态

与热平衡不同之处：▲到达相平衡时，一般两相

浓度不相等。▲相平衡属动态平衡到达相平衡时，传质过程仍在进展。两相浓度不变了，到达了平衡，净传质量为零了。气相浓度

液相浓度

6第一节概述三、相组成的表示方法转下页7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8思考5：cA与A的关系？思考6：对抱负气体，c与p的关系？y与p？与p？返回第7页9第一节概述四．传质方式传质的两种方式分子集中对流传质〔给质过程〕---发生在静止流体、层流流淌的流体中，

靠分子运动进展的。---发生在湍流流淌的流体中，

靠流体微团的脉动进展的。返回名目10其次节分子集中靠分子或原子的无规章热运动一、分子集中机理：ABBAAAABBBBBBBB质量中心面组分A的集中量JA,z组分B的集中量JB,zAJA,z------相对集中通量，kmol/m2s11其次节分子集中二．菲克定律傅立叶定律：1855年Fick用与傅立叶定律类比的方法而不是用试验方法提出的。

对二元体系DA,B＝DB,A=D----又称菲克第肯定律，适用于

双组分体系。比照：牛顿粘性定律：12其次节分子集中菲克定律的其它表达形式：13一．菲克定律说明：〔1〕JA,z、JB,z是相对集中通量〔确定集中通量用NA,z表示〕组分A移走后，消失空位，其他分子〔可能是A也可能是B〕将会补位，假设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,z＋JB,z＝0而定义的，即JA,z、JB,z是相对于一个移动的集中面而定义的集中通量。组分A的集中量JA,z组分B的集中量JB,zAAAAAAAABBBBBBBB质量中心面〔2〕JA,z＝－JB,z由JA,z＋JB,z＝0可证得。14一．菲克定律〔3〕DA,B是物性。DA,B〔气〕10-5m2/sDA,B〔液〕10-9m2/sDA,B〔固〕<10-10m2/s每cm3所具有的分子个数：氧气：2.5×1019

水：3.3×1022铜：7.3×1022

组分A的集中量JA,z组分B的集中量JB,zAAAAAAAABBBBBBBB质量中心面说明：转下页〔4〕对二元体系，集中系数的下标可去掉。即对气体体系有：DA,B＝DB,A

对液体体系有：DA,B

DB,A对气体体系由JA,z＝－JB,z可证得。对液体体系当

＝常数时可证得。15集中系数的阅历估算式：对于二元气体集中系数的估算，通常用较简洁的由福勒〔Fuller〕等提出的公式：〔低压，室温〕对于很稀的非电解质溶液〔溶质A+溶剂B〕，其集中系数常用Wilke-Chang公式估算：固体中的集中系数需靠试验确定。如何解释此规律？如何解释此规律？返回上页16菲克定律的另一种常用形式-----NA,z与

JA,z的关系式(vA,z-vM,z)相对集中通量JA、JB确定集中通量NA、NB、N----相对于静止面的摩尔传质速率，kmol/m2svA,z-----A的摩尔速度vB,z-----B的摩尔速度vM,z-----摩尔平均速度vA,z不是一个分子的瞬时速度，而是微元体积中全部A分子的速度的算术平均值。----相对于移动面〔以vM,z大小在运动〕的摩尔传质速率，kmol/m2s17菲克定律的另一种常用形式-----NA,z与

JA,z的关系式于是：---不常用18二．双组分、一维稳态分子集中举例1．等摩尔相互集中由前面的介绍可知，还有191．等摩尔相互集中cA2cA1-----cA〔或pA〕随z呈线性变化202．单向集中所谓单向集中是指组分A通过停滞〔或不集中〕组分B的分子集中。由前面的介绍可知，还有212．单向集中222．单向集中漂流因数〔均>1〕代表总体流淌的影响或写成23思考：为什么单向集中比等摩尔相互集中多一个大于1的漂流因数？在等分子相互集中中，组分A移走后，消失的空位会由组分B补位，故Nz＝0，即无总体流淌。在单向集中中，组分A移走后，消失的空位会由四周混合物〔A＋B〕补位，故Nz0，即有总体流淌。考虑到这局部由总体流淌引起的组分A的集中通量，因而单向集中的集中通量要比等分子相互集中的大。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？242．单向集中前面已推得：假设将式中带有下标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名目作业：25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集中。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---发生在湍流流淌的流体中，

靠流体微团的脉动进展的。相界面传质层流底层气体液体cALcAGcAi气膜液膜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集中，阻力最大；过渡区〔湍流主体与层流底层之间〕传质方式为分子集中和对流传质〔脉动〕。一、对流传质机理分析：二、膜模型：26第三节对流传质三、传质模型简介〔详见教材P60第九章第五节〕---即膜模型---即膜模型27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集中。(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到达平衡。气膜液膜回忆：膜模型28第三节对流传质对流传质方程：假设为单向集中，在液相中有：比照对流传质方程，可知：可见，kLDL29第三节对流传质双膜模型缺陷：

③界面阻力不计，这是一个尚有争议的问题。①只适用与有固定相界面的情形；②，与实际不符；30第三节对流传质2、溶质渗透模型：希格比〔Higbie〕1935年提出31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、外表更新模型总之，由于传质的简单性，目前尚没有一个完善的传质理论可用。32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：流淌状况物性操作温度和压力传质面几何特性等。留意，与类似，不是物性---施密特数Sc=/D，与Pr相当---舍伍德数