化工原理-1-第七章-质量传递基础课件.ppt

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1、第七章质量传递基础在化工生产中，实际涉及的多为相际传质，常见的有：①气-液系统：如吸收、解吸、蒸馏等；②液-液系统：如萃取等；③液-固系统：如结晶、浸取等；④气-固系统：如干燥、吸附等。7.1概述7.1.1化工生产中的传质过程概念：质量传递（传质）：指物质从一处向另一处转移，包括相内传质和相际传质两类。相内传质发生在同一个相内，相际传质则涉及不同的两相。传质是一个速率过程，过程的推动力是化学位差，包括浓度差、温度差、压力差等，但通常指的是浓度差。定义：均相混合物中某组分A的质量mA占混合物总质量m的分数。显然，均相混合物中所有组分（A、B、…）的质量分数之和为1，对两组分混合物，组分只

2、有一个自由度，故下标A、B可省略。7.1.2相组成的表示法相组成的表示方法：一、质量分数和摩尔分数1、质量分数wA即：定义：均相混合物中某组分A的物质的量nA占混合物总物质的量n的分数。同理，均相混合物中所有组分（A、B、……）的摩尔分数之和为1，即：2、摩尔分数xA习惯上，对液相中的摩尔分数用x表示，而对气相中的摩尔分数则用y表示。设混合物中组分A、B、…的质量分数分别为wA、wB、…，相应的摩尔质量为MA、MB、…，则：同理可得：3、wA和xA之间的换算分子分母同时除以总质量m，则：通常对双组分系统，选择其中一个组分为参考组分，将另一组分对该参考组分的质量比或摩尔比来代表组成。如以

3、B为参考组分，则：摩尔比：为计算方便，通常参考组分选择为惰性物质，因其量在传质过程中保持不变。二、质量比和摩尔比质量比：其中，w、x无下标，表示的是双组分系统。1、组分A的质量浓度ρA混合物的总质量浓度（即混合物的密度）：上两式相除，则：故：三、质量浓度和物质的量浓度浓度的定义为单位体积中的物质量。物质量可用质量或mol来表示，相应地也就有了质量浓度或物质的量浓度（mol浓度）。式中：V为均相混合物的体积。2、组分A的量浓度（摩尔浓度）CA混合物的总物质的量浓度（总摩尔浓度）C：同理：质量浓度与量浓度之间的关系：设混合物的总压力为P，组分A的分压为PA，根据理想气体状态方程，则：3、应

4、用于理想气体例实验测得在总压1.013×105Pa及温度20℃下，1kg水中含氨0.01kg，此时液面上氨的平衡分压为800Pa。求氨在气、液相中的摩尔分数和物质的量浓度。解：以A——NH3，B——H2O对液相：由于氨水很稀，可假设其密度与水相同，，则：对气相：7.2分子传质质量传递的两种方式：分子扩散和对流扩散。分子扩散是在单一相内存在组分的化学位梯度（往往源于浓度差）时，由分子热运动而引起的质量传递（扩散主体是分子）；对流扩散是伴随流体质点（扩散主体是微团）的宏观运动而产生的传质。两种传递方式可同时存在。分子传质在气相、液相和固相中均能发生，分子传质源于分子的运动。设两容器中A的浓

5、度不等，当连接容器的阀门打开后，由于气体分子的无规则热运动，单位时间内组分A由高浓度区向低浓度区运动的分子数目，将多于由低浓度区向高浓度区运动的分子数目，结果造成组分A由高浓度区向低浓度区的净分子流动，从而发生传质现象。7.2.1Fick定律一、分子传质现象例如，在如下容器中：实验表明：在两元混合物（A+B）中，组分的扩散通量与浓度梯度成正比。如果扩散沿z方向进行，则有：式中：JA,z为组分A在z方向上的扩散通量，表示的是单位时间单位面积上沿z方向上通过的A的量，单位为kmol/m2.s；C为A和B组分的总浓度，kmol/m3；xA为A在混合物中的摩尔分数；dxA/dz为组分A的浓度梯

6、度；“-”表示扩散通量与浓度梯度方向相反；DAB为比例系数，称为组分A在组分B中的扩散系数，m2/s。二、分子传质过程所遵循的定量规律1、分子扩散定律上式称为Fick定律，该定律表明：在混合物中，只要存在浓度梯度，则必定有扩散通量。当C为常数时，上式转换为：CA为A组分的浓度，kmol/m3；dCA/dz为组分A的浓度梯度；该式不仅适用于静止混合物情形，而且适用于混合物做整体宏观运动时的情形。2、混合物运动时的传质情况设混合物整体以um的速度向前运动，由于A存在浓度梯度，在整体运动的基础上A还存在分子扩散，分子扩散速度记为uAd，则A的实际运动速度uA为：两边同时乘以CA，则：显然，上

7、式第一项为A通过固定点（静止参照物或地球）的总通量，以NA表示；第二项为A相对于运动流体的扩散通量，即为JA；第三项则是由于主体流动所引起的相对于固定点的通量，常称为主体流动通量。则上式可写成：令N为混合物相对于固定点的总通量，则：总体速度um定义为：则：即：A的总通量（相对于静止坐标）=A的扩散通量（相对于平均速度）+A的主体流动通量（相对于静止坐标）。对气体混合物，组分的摩尔分数习惯上用y表示。同理，对B可写出：扩散系数D与系统温度、压力有