《传质过程导论》PPT课件.ppt

1、第八章 传质过程导论Introduction of Mass Transfer,说明 Announcements,1、作业：每周二交作业 Assignments submission : every Tuesday 2、答疑：每周一次，19:00-21:00，地点：6446 Tutorial: 19:00-21:00 once a week in Room 6446 3、考核方式：平时成绩20%，期末笔试80% Assignment 平时作业、实验 : 10% Auditorium 出勤情况(包括答疑) : 10% Final Examination 期末考试 : 80%,Content,分类

2、：相内传质和相际传质。 目的：分离均相混合物。 实现方法：加入分离剂，加入能量，加入场,8.1.1 传质过程定义,物质在浓度差、温度差、压力差等推动力作用下的位移。,8.1.2 化工生产中的传质,吸收 adsorption 脱吸 desorption (第九章) 蒸馏 distillation 蒸馏 (第十章) 萃取 exaction 萃取 (第十二章) 干燥 drying 增湿 (第十三章) 吸附 absorption，结晶 crystallizaiotn，浸取 leaching，离子交换 ion exchange，膜分离membrane separation (第十四章),气-液 汽-液

3、液-液 气-固-液,8.1.2 化工生产中的传质,8.1.2 化工生产中的传质,过程的方向与极限：相平衡 phase equilibrium 过程速率：传质速率= 传质推动力/传质阻力,概念原理 工艺流程 过程计算 设备,8.1.3 相组成的表示方法,1.质量分率 mass fraction，wi : wi=1 摩尔分率 mole fraction，xi(液相)/yi(气相),计算基准：惰性组分的量或质量,双组分物系,8.1.3 相组成的表示方法,3.浓度 concentration： 质量浓度Ci 物质的量浓度ci,理想气体物系：,Content,8.2.1 基本概念,传质机理： 分子扩散：

4、分子无规则热运动造成 静止或传质垂直方向层流流体中 热传导 对流传质：流体质点的湍流和漩涡引起 湍流流体中，强度更大 对流传热 扩散通量JA，flux；传质通量NA ；相界面interface,8.2.2 菲克定律 Ficks Law,前提：无反应，T、P恒定，二元物系。 起因：浓度差,“-”: 传质方向与浓度梯度方向相反,DAB: 扩散系数，物性常数，m2/s,JA：扩散通量，kmol/m2s,：浓度梯度，指向浓度增加的方向。,费克定律的其它表达形式：,双组分混合物，在总浓度(气相也可说总压) 各处相等的前提下，有:,8.2.2 菲克定律 Ficks Law,传质与传热区别:分子占据体积“分

5、子对称面”,等摩尔相互扩散 Equimolar (counter) diffusion 无净物流 N=0，无主体流动 组分A的浓度分布为直线 对气相(理想气体),8.2.3 一维稳定分子扩散,仅分子扩散一种传质机制,Review,传质概念，常见传质种类 (2)浓度表示：w，x(y)；w，X/Y；ci，Ci，pi (3)菲克定律：分子扩散的计算 (4)一维稳定分子扩散： 等摩尔相互扩散：精馏，仅分子扩散,单向扩散 One-way diffusion,8.2.3 一维稳定分子扩散,分子扩散：JA=-JB。 主/总体流动：A进入液相而B反向扩散，界面总压低于气相主，混合气体向界面流动，Nb。,总体流

6、动bulk flow of the mixture净物流net flow 但总体流动速率Nb=净物流速率N,扩散：单组分A或B的流动总体流动：混合物总体的宏观流动,单向扩散,8.2.3 一维稳定分子扩散,浓度分布为对数,气相：,单向扩散,8.2.3 一维稳定分子扩散,组分A通过停滞(或不扩散)组分B的分子扩散,漂流因子：,总体流动对运动组分A传质的影响，1 总体流动加速A的传质，而阻碍B的传质 漂流因子，总体流动越利于A传质 若cA很小，漂流因子1 ，总体流动可忽略,总结： 等摩尔相互扩散： 工业实例精馏 无净物流 N=0，NA=JA，NB=JB，JA=-JB，浓度直线分布,8.2.3 一维稳

7、定分子扩散,单向扩散： 工业实例吸收,NB=0，JA=-JB，浓度对数分布，引入漂流因子,8.2.4 扩散系数 Diffusivity,扩散系数，D，m2/s: 和 ,物理意义：单位浓度梯度下的扩散通量 物性常数：物质扩散快慢 影响因素：种类(两种物质)、浓度、P、T 数量级 ： D气体 D液体 D固体 D气10-5m2/s；D液10-9m2/s；D固10-10m2/s 获得途径：试验测定；手册；经验半经验公式估算。,8.2.4 扩散系数 Diffusivity,气体的扩散系数：,液体的扩散系数：极稀的非电解质溶液,固体的扩散系数：渗透率代替 生命物质中的扩散系数：大分子,Wilke-Chan

8、g式,Fuller式,Content,8.3.1 流体对传质的贡献,流体静止：分子扩散,流体层流：扩散，但流动改变了截面的浓度分布,流体湍流：最常见，促进了横向(传质方向)传质，流体主体的浓度均化，界面处浓度梯度进一步增加 层流底层扩散，其余对流，传质强化,传质增强,8.3.2 湍流流体中的传质,DE：涡流扩散系数eddy diffusivity 湍流主体：涡流扩散，DED 层流底层：分子扩散，DED 过渡区 ：漩涡扩散和分子扩散，DE与D相当 对流扩散速率分子扩散菲克定律进行计算, G：有效膜厚,气膜传质系数kG,8.3.3 对流传质速率方程,气相(与界面)的传质速率方程 气相分传质速率方程

9、,液相(与界面)的传质速率方程 液相分传质速率方程,比较以上各式可得,：以气相摩尔分率、分压，液相摩尔分率、摩尔浓度为推动力时的分传质系数或传质阻力的倒数,8.3.4 传质系数求取,传质速率方程=传质系数传质推动力 =传质推动力/传质阻力,找出影响传质系数的因素 k=f(,u,d,D) 因次分析，得出无因次数群的函数表达式： Sh=f(Re,Sc)，Sh=kd/D，Re=du/，Sc=/D 由试验测定函数的定量关系,降膜式吸收器,8.4 三传类比 (自学),三传间类似的规律类比研究,Content,8.5 传质设备简介,塔设备(第十一章内容)Tower,填料塔packed ： 填料为接触元件

10、连续接触设备,板式塔plate ： 塔板为接触元件 级式接触设备,作 业,p18：8-2，8-4，8-7 提示：8-2：总的物质的量变化，而空气不变，以空气量为计算基准，用质量比或摩尔比来表示CCl4的浓度。 8-4：要蒸发的水的量为V/M水=Ah/M水 传质截面积=A， 故时间=需传质的量/(A传质速率),习 题 8-2.,解：压缩：P；冷凝： P T；冷却？ (1)压缩前后，气相中CCl4所占分率(y, w)不变 冷凝前，p1=p*s,313K=28 kPa， p0=? y0=y1=28 /1013=0.02763 w0=w1=0.02763154/(0.02763154)+(0.9723729)=0.1311 c0=p0/RT0=2.8/(8.314 293)= 0.00115 kmol/m3 c1=p1/RT1=28/(8.314 313)= 0.01076 kmol/m3,习 题 8-2.,解：冷凝后： P ，pi ，Tpi？ 冷凝后，气体离开温度T3=300 K， p3=p*s,300K=16.4 kPa y3=16