第三篇 质量的传输第十五至十六章ppt课件.ppt

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1、第三篇质量的传输第一章质量传输的基本概念和传质微分方程质量传质简称传质，是以物质传递的运动规律作为研究对象的。所谓质量传输过程，即物质从物体或空间的一部分转移到另一部分的过程叫传质。当一个体系内部的一种或几种物质组分的浓度不均匀时，各组分就会从浓度高的地方向浓度低的地方转移，故其推动力是浓度差。冶金过程中的传质发生在不同的物质和不同的浓度之间，而大多数则发生在二相物质之间如：氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等是气——固相间发生吸收、吹炼气——液相间溶解、浸出、置换液——固相间同动量、热量的传输密切相关，三种传输现象具有类似的规

2、律和形式相同的微分方程式。故三者组成了完整的传输理论。前面的知识将有助于本篇的学习。第一章质量传输的基本定律§1—1基本概念一.质量传输的二种方式分子扩散传质和对流传质1分子扩散传质典型的分子扩散传质发生在流体介质和固体介质中，亦发生在流动的流体作层流运动时。从本质上说，它是依赖微观粒子的随机的分子运动所引起的。当体系存在浓度差时，浓度大的分子破坏了均衡态而导致了定向的分子运动，促使浓度大的区域的分子趋向浓度小的区域，而达到浓度一致，从而完成宏观的质量传输。通常情况下，分子扩散传质是很缓慢的，传递的质量亦是很少的。对于固体、

3、静止的液体或作层流流动的流体，如果存在有浓度梯度，在分子运动的作用下，必然会发生分子扩散传质，在A、B二组分的混合物中，组分A沿浓度梯度相反方向上的分子扩散传质的量为：JAy：组分A在y方向的扩散传质通量mol/㎡secDAB：组分A在混合物AB中的扩散系数㎡/secCA：组分A的摩尔浓度mol/m3y：扩散距离2对流传质主要发生在流动介质不同浓度之间或相际的不同浓度之间，即发生在流体内部，流体与流体的分界面或流体与壁面间，此时，质量传递与动量传递密切相关。由于对流传质是非常活跃的，往往可将分子扩散传质忽略不计。(2)对流流

4、动传质NA=CA·υA式中：CA:组分的摩尔浓度Kg/；υA：物质A的流动速度m/sNA：组分A在传质方向上的传质量mol/㎡sec(2)对流传质NA=kc（CAf-CAw）mol/㎡secKc:对流传质系数CAf：A在流体中的摩尔浓度CAw：A在固体中的摩尔浓度3浓度的表示方法：浓度差在质量传递中起主要作用。据不同的情况和需要浓度有着不同的表示法，常用如下几种：质量浓度：即单位体积内某组分的质量数，以ρi示之，Kg/m3实际上是密度的定义ρi摩尔浓度:即单位体积内某组分的摩尔数，以Ci示之，mol/m3CA则表示混合物中组

5、分A的摩尔浓度,与质量浓度的关系为：Ci=ρi/Mi质量分数（相对质量浓度）混合物内某组分在其中所占质量数值的百分数%，以ωi示之，ωA则为在混合物中组分A所占的质量百分数ωA=ρA/ρ摩尔分数（相对摩尔浓度）χA=CA/C某组分在混合物中所占摩尔数值的百分数%，以хi示之，хA则为混合物中组分A所占的摩尔百分数C为混合物中各组分的总摩尔浓度以双组分A、B的混合物为例，它们的关系为：ρ=ρA+ρBkg/m3C=CA+CBmol/m3ωA=(ρA/ρ)%ωB=(ρB/ρ)%χA=(CA/C)%χB=(CB/C)%二.浓度场、浓

6、度梯度、浓度附面层1.浓度场某组分浓度在空间的分布及随时间变化规律叫该组分的浓度场，即：Ci=f（x，y，z，τ）（在直角坐标系中）若：∂Ci/∂τ=0Ci=f（x，y，z）即为稳定浓度场；在该场中传质即为定态传质。浓度场的维数同前一样可分为一维、二维、三维的稳定和非稳定问题。2.浓度梯度同速度、温度一样，梯度的定义为gradC=dC/dy即在传质方向上单位距离的浓度变化量3.浓度附面层有浓度梯度的区域叫浓度附面层C=0.99（Cf—Cw）+Cw的区域叫浓度附面层，其原因主要是速度附面层引起的，其厚度用δc表示式中：JA：为

7、某组分A沿坐标y方向的扩散通量mol/㎡sDA：比例系数，叫扩散系数dCA/dy：A沿坐标Y方向的浓度梯度，负号表示分子扩散沿浓度减小的方向。上二式均表示浓度梯度决定的分子扩散通量，与流动主体是静止状态还是流动状态无关，不同的是，在静止的流体中，JA是表示相对于静止坐标的通量，而在流动的介质中JA则表示相对于流动主体平均速度的通量。三.多组分的Fick第一定律表达式对于二种以上的组分在同一体系中扩散时，用相对浓度较为方便，即：JA=－DABC（dxA/dy）mol/㎡sjA=－DAB（dA/dy）kg/㎡sDAB：组分A

8、在组分B的扩散系数，叫互扩散系数DA、DB叫A、B的扩散系数四.扩散系数从单位（㎡/s）上看Di同、a的一样，是一个很重要的参数，是一物性参数，Fick定律即为其定义式，其数值的大小反映了物质扩散能力的大小。一般而言，Di与物质的种类、结构状态、温度、压力、浓度等有关，三种物质的D如下: