第八章 传质过程导论.ppt

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1、目录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、传质方式第二节分子扩散一、费克定律二．费克定律的另一种常用形式三．双组分、一维稳态分子扩散举例1《化工原理》电子教案/目录目录第三节对流传质一、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、对流传质系数经验式第八章小结2《化工原理》电子教案/目录第八章传质过程导论利用某种性质分离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，分离设备的投资占60-70％，分离过程的能耗约占30％。转下页

2、-----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可被利用于分离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、生物学反应速度常数返回上页4第

3、一节概述一、化工生产中的常规分离方法5第一节概述二、相平衡与热平衡不同之处：▲达到相平衡时，一般两相浓度不相等。▲相平衡属动态平衡------达到相平衡时，传质过程仍在进行，只不过通过相界面的某一组分的净传质量为零。---相际间传质的最终状态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

4、系？思考6：对理想气体，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扩散对流传质（给质过程）---发生在静止流体、层流流动的流体中，靠分子运动进行的。---发生在湍流流动的流体中，靠流体微团的脉动进行的。返回目录10第二节分子扩散一．菲克定律对照：牛顿粘性定律：傅立叶定律：----又称菲克第一定律，适用于双组分体系。1855年Fick用与傅立叶定律类比的方法而不是用实验方法提出的。AAAAAAAABBBBBBBB质量中心面组分A的扩散量JA,z组分B的扩散量JB

5、,z11一．菲克定律菲克定律的其它表达形式：AAAAAAAABBBBBBBB质量中心面组分A的扩散量JA,z组分B的扩散量JB,z12一．菲克定律说明：（1）JA,z、JB,z是相对扩散通量（绝对扩散通量用NA,z表示）组分A移走后，出现空位，其他分子（可能是A也可能是B）将会补位，若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扩散面而定义的扩散通量。组分A的扩散量JA,z组分B的扩散量JB,zAAAAAAA

6、ABBBBBBBB质量中心面（2）JA,z＝－JB,z由JA,z＋JB,z＝0可证得。13一．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的扩散量JA,z组分B的扩散量JB,zAAAAAAAABBBBBBBB质量中心面说明：转下页（4）对二元体系，扩散系数的下标可去掉。即对气体体系有：DA,B＝DB,A对液体体系有：DA,BD

7、B,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。14扩散系数的经验估算式：对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由福勒（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），其扩散系数常用Wilke-Chang公式估算：固体中的扩散系数需靠实验确定。如何解释此规律？如何解释此规律？返回上页15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)相对扩散通量JA、JB绝对扩散通量NA、NB、N----相对于静止面的摩

8、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，而是微元体积中所有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/m2s16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17二．双组分、一维稳态分子扩散举例1．等摩尔相互扩散由前面的介绍可知，还有1