环境工程原理第05章质量传递

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1、第五章质量传递第五章质量传递第一节环境工程中的传质过程第二节质量传递的基本原理第三节分子传质第四节对流传质本章主要内容气体混合物中组分分离吹脱去除挥发性组分汽提液体混合物中组分分离染料废水处理样品石油烃分离测定气体和液体混合物中组分分离活性炭吸附水中有机物去除水中阴阳离子制作纯水去除水中重金属高分子薄膜为分离介质，组分选择性地透过膜制作纯水截留某些组分去除水、气体和固体中污染物的过程吸收萃取吸附膜分离离子交换——传质过程：……分离中的传质过程：第一节环境工程中的传质过程反应中的传质过程：石灰/石灰水洗涤烟气脱硫催化氧化法净化汽车尾气第一节环境工程中的传质过程质量传递的推动力温度差压

2、力差电场或磁场的场强差浓度差第一节环境工程中的传质过程一个含有两种或两种以上组分的体系组分A的浓度分布不均匀组分A由浓度高的区域向浓度低的区域的转移物质传递现象——传质过程质量传递过程需要解决两个基本问题：过程的极限:过程的速率:相平衡关系以浓度差为推动力的传质过程：质量传递研究内容！第一节环境工程中的传质过程环境工程中常遇到的传质过程：两相间的传质气体的吸收：萃取：吸附、膜分离、生物膜反应：在气相与液相之间传质在液——液两相之间传质在气/液相和固相之间传质单相中的传质流体流过可溶性固体表面溶质在流体中的溶解气固相催化反应单相中的传质速率？第一节环境工程中的传质过程一、传质机理二、

3、分子扩散三、涡流扩散本节的主要内容第二节质量传递的基本原理蓝色由最初的位置慢慢散开，即蓝墨水的分子由高浓度处向低浓度处移动向一杯水中加入一滴蓝墨水————质量传递静止——蓝色由最初的位置慢慢散开，经过较长一段时间后，杯中水的颜色趋于一致搅拌一下——？由分子的微观运动引起——工程上为了加速传质，通常使流体介质处于运动状态——湍流状态，涡流扩散的效果占主要地位——慢由流体微团的宏观运动引起——分子扩散——快涡流扩散第二节质量传递的基本原理一、传质机理分子扩散过程只有在固体、静止流体或层流流动的流体中才会单独发生。由分子的不规则热运动而导致的传递（一）费克定律在某一空间充满A、B组分组成

4、的混合物，无总体流动或处于静止状态分子热运动的结果将导致A分子由浓度高的区域向浓度低的区域净扩散，即发生由高浓度处向低浓度处的分子扩散分子扩散的速率？第二节质量传递的基本原理二、分子扩散在一维稳态情况下，单位时间通过垂直于z方向的单位面积扩散的组分A的量为单位时间在z方向上经单位面积扩散的A组分的量，即扩散通量，也称为扩散速率，kmol/（m2·s）组分A的物质的量浓度，kmol/m3组分A在组分B中进行扩散的分子扩散系数，m2/s组分A在z方向上的浓度梯度，kmol/m3·m——由浓度梯度引起的扩散通量与浓度梯度成正比负号表示组分A向浓度减小的方向传递以物质的量浓度为基准费克定律

5、第二节质量传递的基本原理(5.2.1)设混合物的物质的量浓度为,kmol/m3，组分A的摩尔分数为当为常数时以质量分数为基准以摩尔分数为基准混合物质量浓度，kg/m3组分A的质量分数当混合物的密度为常数时组分A的质量浓度，kg/m3以质量浓度为基准kg/（m2·s）kg/（m2·s）kmol/（m2·s）第二节质量传递的基本原理(5.2.2)(5.2.3)（一）费克定律（二）分子扩散系数扩散物质在单位浓度梯度下的扩散速率，表征物质分子扩散能力。扩散系数大，表示分子扩散快。分子扩散系数是物理常数，其数值受体系温度、压力和混合物浓度等因素的影响。第二节质量传递的基本原理(5.2.5)（

6、1）非理想气体及浓溶液,是浓度的函数。（2）溶质在液体中的扩散系数远比在气体中的小，在固体中的扩散系数更小。气体、液体、固体扩散系数的数量级分别为10-5~10-4、10-10~10-9、10-14~10-9m2/s。（4）对于双组分气体物系，（3）低密度气体、液体和固体的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的增加而降低。，扩散系数与总压力成反比，与热力学温度的1.75次方成正比（二）分子扩散系数第二节质量传递的基本原理定义涡流质量扩散系数涡流扩散系数不是物理常数，它取决于流体流动的特性，受湍动程度和扩散部位等复杂因素的影响工程中大部分流体流动为湍流状态，同时存在分子扩散和涡流扩散，

7、因此组分A总的质量扩散通量有效质量扩散系数在充分发展的湍流中，涡流扩散系数往往比分子扩散系数大得多，因而有组分A的平均物质的量浓度（三）涡流扩散第二节质量传递的基本原理第二节质量传递的基本原理(1)什么是分子扩散和涡流扩散？(2)简述费克定律的物理意义和适用条件。(3)简述温度、压力对气体和液体分子扩散系数的影响。(4)对于双组分气体物系，当总压和温度提高1倍时，分子扩散系数将如何变化？(5)分析湍流流动中组分的传质机理。本节思考题一、单向扩散扩散通量、浓度分布二、等