化工传递-10分子传质课件.ppt

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1、Ch10：分子传质分子传质在气、液、固体内部均能发生。本章讨论气、液、固体内部的分子扩散的速率与通量。重点讨论气相中常见的两种情况：组分A通过停滞组分B的稳态扩散，等分子反方向扩散。课后学习与作业：第十章的概念和例题；第十章作业：10-1，10-2，10-3，10-41气相中的稳态扩散一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散1.扩散的物理模型设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A为扩散组分，组分B为不扩散组分（称为停滞组分），组分A通过停滞组分B进行扩散。吸收操作溶质NANB＝0+惰性组分BA+B气相主体相界面液相－－－－－－－－－－－－－气体吸收萘挥发2.扩散的数学模型不可压缩稳态一

2、维一维无化反一维积分比较对于组分B的扩散NA=常数，沿面积不变的扩散路径上，为常数同样NB=常数。但B不能穿过气液界面，故(10-1)因此得数学模型B.C(1)z=z1,cA=cA1(2)z=z2,cA=cA23.数学模型的求解(1)扩散通量方程求解得扩散通量表达式(10-6)由于扩散过程中总压不变令因此得组分B的对数平均分压扩散通量表达式—反映了主体流动对传质速率的影响。飘流因数(10-7)因为故～～主体流动影响无主体流动(2)浓度分布方程由于扩散为稳态扩散，且扩散面积不变=常数代入边界条件解得浓度分布方程指数型(10-10)组分A通过停滞组分B的扩散距离zP＝pA+pBpA1pA

3、2pB1pB2z1z2pBpANANB组分A通过停滞组分B扩散时，浓度分布为对数型。例10-1：在某一直立的细管中，底部的水在恒定温度293K下干空气中蒸发。干空气的总压力为1.013x105Pa、温度亦为293K。水蒸气在管内的扩散距离（由液面至顶部）Δz=15cm。在1.013x105Pa和293K下，水蒸汽在空气中的扩散系数DAB=0.250*10-4m2/s。试求稳态扩散时水蒸气的摩尔通量及浓度的分布方程。水在293K时的蒸汽压为17.54mmHg。在水面（即z=z1=0）处，pA1为水的饱和蒸汽压，即在管顶部（即z=z2=0.15m）处，由于水蒸气的分压很小，可视为零，即p

4、A2=0解：（1）求水蒸气的摩尔扩散通量NA应用式（10-7）故pB1=p-pA1=（1.013-0.02338）×105PapB2=p-pA2=1.013×105Pa故水蒸气的摩尔通量为(2)求浓度分布应用式（10-11）式中即浓度分布方程为yB=（0.9769）（1.024）z/0.15设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则称为等分子反方向扩散。1.扩散的物理模型汽相相界面－－－－－－－－－－－液相易挥发组分NANB难挥发组分蒸馏操作二、等分子反方向稳态扩散P2212.扩散的数学模型由对于等分子反方向扩散NA=－NB费克第一定律数学

5、模型(1)z=z1,cA=cA1(2)z=z2,cA=cA2B.C(10-12)3.数学模型的求解求解得(1)扩散通量方程扩散通量表达式(10-14)(2)浓度分布方程由即化简得0000积分两次，并代入边界条件得浓度分布方程直线型(10-15,16)等分子反方向扩散三、伴有化学反应的气体稳态扩散伴有化学反应的扩散过程，既有分子扩散又有化学反应，这两种过程的相对速率极大地影响着过程的性质。（1）当化学反应的速率大大高于扩散速率时，扩散决定传质速率，这种过程称为扩散控制过程；（2）当化学反应的速率远远低于扩散速率时，化学反应决定传质速率，这种过程称为反应控制过程。本节以最简单的一级反应为

6、例，说明伴有化学反应过程的扩散通量的计算方法。设在催化剂表面上进行如下一级化学反应A（g）+C（S）→2B（g）（1）气体组分A自气相主体扩散至催化剂表面；（2）在催化剂表面，气体组分A与固体组分C进行化学反应，生成气体组分B；（3）气体组分B自催化剂表面扩散至气相主体。AB气相主体催化剂C表面1.扩散控制过程若化学反应极快，则反应速率＞＞扩散速率，故此过程的速率由扩散速率控制。在此种情况下，组分A的扩散通量为由化学反应计量比，得代入得B.C.（1）z=z1，cA=cA1（2）z=z2，cA=cA2解得2.反应控制过程如果在催化剂表面上，化学反应进行的极为缓慢，化学反应速率＞＞扩散速

7、率，此过程的速率由化学反应速率来确定，组分A的传质通量为式中k1—一级化学反应速度常数；（1）由（1）可得由于气相中扩散的NA与NB的关系未变，因此以气相扩散通量表示的方程为例：在总压101.3kPa、温度273K下，组分A自气相主体通过厚度为0.01m的气膜扩散到催化剂表面，发生瞬态化学反应A→3B，生成的气体B离开表面通过气膜想气相主体扩散。一直气膜的气相主体一侧组分A的分压为20.5kPa，组分A在组分B中的扩散系数为1.85×10-5m2/s，试计