环境工程原理 第四章 质量传递课件.ppt

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1、第四章质量传递第一节质量传递的基本概念第二节质量传递的基本原理第三节质量传递的基本方式第四节环境工程中的传质过程本章主要内容第一节传质的基本概念简介传质是指在两种或两种以上的组元构成的混合物系中，如果其中各处浓度不同(存在浓度差)时，则必发生减少浓度不均匀性的过程，各组元将由浓度大的地方向浓度小的地方迁移，即质量传递现象。一、浓度浓度定义：单位容积中物质的量称为浓度。浓度表示方法：质量浓度(m/V):单位为kg/m3或g/cm3摩尔浓度(n/V):单位为kmol/m3或mol/cm3组分A的质量浓度

2、ρA:单位容积混合物中含有组分A的质量若混合物由几种组分构成，则混合物的质量浓度为:（一）质量浓度组分A的质量浓度与总质量浓度之比，称为质量分数ωＡ：组分A的质量浓度与总质量浓度之比，称为质量分数ωＡ：组分A的摩尔浓度cＡ：单位容积混合物中含有组分A的摩尔数。piV＝niRT（二）（物质的量）浓度摩尔分数：固体和液体：xA=cA/c气体：yA=cA/cyA=pA/p二、速度(一)以静止坐标为参考基准在双组分混合物流体中,组分A和B相对于静止坐标系的速度分别以uA和uB表示。当uA≠uB时,混合物的平

3、均速度可以有不同的定义。例如,若组分A和B的质量浓度分别为和,则混合物流体的质量平均速度u定义为类似地,若组分A和B的(物质的量)浓度分别为cA和cB,则混合物流体的质量平均速度un定义为(二)以质量平均速度u为参考基准以质量平均速度为参考基准时,所能观察到的是诸组分的相对速度,混合物总体、A组分和B组分相对于质量平均速度的扩散速度分别为,u-u=0，uA-u和uB-u。(三)以摩尔平均速度um为参考基准若以摩尔平均速度为参考基准,所能观察到的同样是诸组分的相对速度,混合物总体、A组分和B组分相对于

4、摩尔平均速度的扩散速度分别为,um-un=0,uA-um和uB-un。第二节质量传递的基本原理传质过程•相内传质过程•相际传质过程相内传质过程：物质在一个物相内部从浓度(化学位)高的地方向浓度(化学位)高的地方转移的过程实例：煤气、氨气在空气中的扩散，食盐在水中的溶解等等相际传质过程：物质由一个相向另一个相转移的过程相际传质过程是分离均相混合物必须经历的过程，其作为化工单元操作在工业生产中广泛应用，如蒸馏、吸收、萃取等等一、质量传递与动量传递、热量传递传质过程与动量传递、热量传递过程比较有相似之处，

5、但比后二者复杂。例如与传热过程比较，主要差别为：(1)平衡差别传热过程的推动力为两物体(或流体)的温度差，平衡时两物体的温度相等；传质过程的推动力为两相的浓度差，平衡时两相的浓度不相等。例如1atm,20ºC下用水吸收空气中的氨，平衡时液相的浓度为0.582kmol/m3，气相的浓度为3.28×10-4kmol/m3，两者相差5个数量级(2)推动力差别传热推动力为温度差，单位为ºC，推动力的数值和单位单一；而传质过程推动力浓度有多种表示方法无(例如可用气相分压、摩尔浓度、摩尔分数等等表示)，不同的表

6、示方法推动力的数值和单位均不相同。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——快涡流扩散二、传质机理二、传质机理传质方式分子扩散：物质依靠分子运动从浓度高的地方转移到浓度低的地方，称为分子扩散。分子扩散

7、在静止或呈层流流动的流体中进行。实例：空气中气味的传播，食盐在静止的水中的溶解等等。分子扩散是在一相内部因浓度梯度的存在，由于分子的无规则的随机热运动而产生的物质传质现象。尽管分子运动向各方向是无规则的，但是在浓度高处的分子向浓度低方向扩散表现为数量大，效率高，反之，浓度低处的分子向浓度高方向扩散的数量少，频率低，两处比较，则浓度高处向浓度低处扩散的量大，从而表现出沿浓度降低方向上质量的传递。当流体处于湍流状态时，湍流流体中出现质点脉动和大量旋涡，造成组分扩散，称为涡流扩散。虽然在湍流流动中分子扩散

8、与涡流扩散同时发挥作用，但宏观流体微团的传递规模和速率远远大于单个分子，因此涡流扩散占主要地位，即物质在湍流流体中的传递主要是依靠流体微团的不规则运动。例如大气湍流中污染物的扩散方式，研究结果表明，涡流扩散系数远大于分子扩散系数，并随湍动程度的增加而增大。三、费克定律费克定律的其它表达形式：(8-5)0图4.2.1分子扩散示意图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