化工原理傳質(zhì)概論

化工原理傳質(zhì)概論第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)過程導(dǎo)論第八章傳質(zhì)過程導(dǎo)論第一節(jié)概述一、傳質(zhì)過程（Masstransferprocess)物質(zhì)從一相

另一相的傳遞過程

（轉(zhuǎn)移到）氣體的吸收(absorption):分離氣體混合物氣—液

氣空氣

NH3液水

NH3吸收解吸第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論液體的蒸餾(distillation):分離液體混合物液—汽液乙醇

水乙醇

水汽固體的干燥(drying):固——?dú)夤叹郾?/p>

水

水氣空氣聚丙烯濕餅（含水35%）聚丙烯產(chǎn)品（含水0.1%）第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論萃?。╡xtraction)：液——液（固）系統(tǒng)(圖8-1:c、d）吸附（adsorption)：液（氣）——固系統(tǒng)(圖8-1:f）氣體增(減)濕：液------氣(圖8-1:b）結(jié)晶：液------固(圖8-1:e）第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日過程速率=過程推動(dòng)力過程阻力傳熱速率=傳熱推動(dòng)力傳熱阻力=溫度差傳熱阻力傳質(zhì)速率=傳質(zhì)推動(dòng)力傳質(zhì)阻力=濃度差傳質(zhì)阻力第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論本課程的傳質(zhì)學(xué)習(xí)中一般考慮雙組分：A、B以吸收為例：氣相A：可溶氣體、溶質(zhì)氣體（solutegas)——氨氣B：惰性氣體、難溶氣體（inertgas)——空氣液相A：可溶氣體A溶于液體——

氨B：溶劑（solvent)——

水二、濃度常用的表示方法及其換算第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論濃度表示A組分B組分備注質(zhì)量分率aaA=WA/WaB=WB/WWA+WB=W(kg);aA+aB=1

以混合物為計(jì)算基準(zhǔn)

摩爾分率

x,y氣相yAg=nAg/ng液相xAl=Al/nl

yBg=nBg/ngxBl=nBl/nl

nAg+nBg=ng(kmol)；

nAl+nBl=nl(kmol)yA+yB=1;xA+xB=1;比質(zhì)量分率AAA=WA/WB

AB=WB/WB=1AA可大于，小于，等于1以不變物質(zhì)為計(jì)算基準(zhǔn)比摩爾分率X,Y氣相YAg=nAg/nBg液相XAl=nAl/nBl

YBg=nBg/nBg=1XBl=nBl/nBl=1YA可大于，小于，等于1XA可大于，小于，等于1摩爾濃度C(kmol/m3)CA=nA/VCB=nB/VV：混合物體積（m3）總摩爾濃度Cm=(nA+nB)/V分壓p(kPa)pA=CARTPB=CBRT理想氣體適用第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論濃度換算4、質(zhì)量分率aA與摩爾濃度cA

1、質(zhì)量分率aA與摩爾分率xA3、摩爾分率xA與摩爾濃度cA2、摩爾分率yA與比摩爾分率YA（質(zhì)量分率與比質(zhì)量分率）由濃度的基本定義導(dǎo)出換算關(guān)系式例：8—1（P4）第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論與傳熱規(guī)律有所不同傳熱兩流體不必直接接觸傳熱不必有介質(zhì)，如輻射推動(dòng)力一、相內(nèi)傳質(zhì)1、擴(kuò)散（diffusion)從高濃度轉(zhuǎn)移低濃度處擴(kuò)散平衡：單相內(nèi)各處濃度相等第二節(jié)擴(kuò)散原理第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論1-1分子擴(kuò)散——流體無任何質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動(dòng)，無旋渦運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散只靠微觀的分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行。定量規(guī)律：費(fèi)克定律（Fick定律）在一定的T、P及CM下，均相混合物的分子擴(kuò)散通量為：dCAdZ-DABJA

=

JA——A組分的擴(kuò)散通量，kmol/m2.s；dCA/dZ——濃度梯度，kmol/m4；

DAB——A組分在A、B混合物中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；

負(fù)號(hào)——擴(kuò)散沿濃度降低的方向進(jìn)行。dtdr-lq=傅立葉定律durdr-mt

=牛頓粘性定律第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論注意：D不絕對(duì)是物性常數(shù)對(duì)氣體：D=f(一對(duì)組分，T，P），D是物性常數(shù)；對(duì)液體：D=f(一對(duì)組分，T，C），D不是物性常數(shù)；對(duì)稀溶液：D?f(一對(duì)組分，T），D可近似視為物性常數(shù)。1-2、渦流擴(kuò)散：dCAdZ-DeJA

=De——渦流擴(kuò)散系數(shù)（eddydiffusivitycoefficient)De=f（流體流動(dòng)狀態(tài)），絕非物性常數(shù)1-3、對(duì)流擴(kuò)散：對(duì)流擴(kuò)散=分子擴(kuò)散+渦流擴(kuò)散JA

=DedCAdZ-（DAB+）第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日氣體擴(kuò)散系數(shù)第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日液體的擴(kuò)散系數(shù)：

對(duì)于很稀的非電解質(zhì)溶液第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日NA=-NB化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論2、兩種基本的傳質(zhì)過程（Twobasicdiffusionprocesses)2-1、等摩爾反向傳質(zhì)(equimolarcountertransfer)

等摩爾反向擴(kuò)散(equimolarcounterdiffusion)總體流動(dòng)—整個(gè)相沿著擴(kuò)散方向宏觀的定向運(yùn)動(dòng)。等摩爾反向傳質(zhì)沒有總體流動(dòng)，傳質(zhì)由分子擴(kuò)散引起。O2N2O2N2總摩爾濃度Cm為定值：JA=-JBNA=JA；

NB=JBDAB=DBA=DNA

、NB：A、B組分的傳質(zhì)通量，kmol/m2.s第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論穩(wěn)定的分子擴(kuò)散：NA=dCAdZ-DJA

=穩(wěn)定傳質(zhì)為常數(shù)物料、體系定，D確定NA=D/d(CA1-CA2)=kc(CA1-CA2)CA1CA2>Z=0Z=dNA第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日P7例8-2第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日氣流主體界面Air:CBNH3：CACAi

,CBi液相主體H20;NH3化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論2、通過停滯的B組分層的傳質(zhì)（單相擴(kuò)散）

(diffusionofAthroughastagnantB)JANA'JBNB'特點(diǎn)：有總體流動(dòng)總體流動(dòng)的產(chǎn)生（1）（2）（3）總體流動(dòng)通量Nb:kmol/m2.sA組分的總體流動(dòng)通量NAb:NAb=xANbB組分的總體流動(dòng)通量NBb:NBb=xBNb第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論∴A組分的傳質(zhì)通量NA=JA+NAb=JA+xANbB組分的傳質(zhì)通量NB=JB+NBb=JB+xBNb

由于

Cm

一定，JA

=-JB

仍然存在，則

NA+NB=JA

+JB+xANb

+

xBNb

=Nb又

JB

=-NBb

NB

=0NA=Nb∴NA=JA+xANb

=JA+xANA

NA=JA/

(1-xA)=JA/

xB物理意義：總體流動(dòng)的存在，加強(qiáng)了分子擴(kuò)散的效果，使A組分的傳質(zhì)通量增大。第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論+CA1CA2>Z=0Z=

dNACB1CB2<CmCm對(duì)穩(wěn)定分子擴(kuò)散,dCAdZ-DJA

=-JA/xB=-NA

=dCAdZDxBdCBCm=dZCBD第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論NA=[D(Cm/CBm)/d](CA1-CA2)=kc(CA1-CA2)Cm/CBm（或：P/PBm

）——漂流因子，它代表了由于總體流動(dòng)存在，其傳質(zhì)通量比分子擴(kuò)散通量增加的倍數(shù)。也是通過停滯的B組分層的傳質(zhì)通量與等摩爾反向傳質(zhì)通量的比值。Cm/CBm>1。NA=[D(P/PBm)/RTd](PA1-PA2)=kg(PA1-PA2)第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日p9第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論三、兩相間物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程以吸收為例：空氣——氨氣混合氣體中的氨如何到液相的界面氣相主體NH3NH3Air+NH3氣相內(nèi)部傳質(zhì)液相內(nèi)部傳質(zhì)界面?zhèn)髻|(zhì)液相主體H20+NH31、氣相主體相界面氣相一側(cè)NH32、界面氣相一側(cè)界面液相一側(cè)NH3液相主體NH33、界面液相一側(cè)三者串聯(lián)過程。試比較間壁換熱器中冷熱流體傳熱過程的異同第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論相內(nèi)傳質(zhì)的要點(diǎn)是相內(nèi)傳質(zhì)速率方程式的表示，傳質(zhì)系數(shù)的單位搞清楚復(fù)習(xí)一、擴(kuò)散JA分子擴(kuò)散渦流擴(kuò)散三、相內(nèi)傳質(zhì)速率方程式等摩爾反向傳質(zhì)單相傳質(zhì)二、兩種基本傳質(zhì)過程N(yùn)AdCAdZ-DABJA

=dCAdZ-DeJA

=NA=-NB=JANA=D/d(CA1-CA2)=kc(CA1-CA2)NB=0;NB‘

=-JANA=JA/xB=D/d(CA1-CA2)CM/CmB

第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日化工原理下冊(cè)——傳質(zhì)概論JA、NA、N、NA’、NB’的意義JA