化工原理(第四版)譚天恩-第八章-傳質(zhì)過(guò)程導(dǎo)論-dm

名目第八章傳質(zhì)過(guò)程導(dǎo)論第一節(jié)概述一、化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過(guò)程二、相平衡三、相組成的表示方法四、傳質(zhì)方式其次節(jié)分子集中一、費(fèi)克定律二．費(fèi)克定律的另一種常用形式三．雙組分、一維穩(wěn)態(tài)分子集中舉例1化工原理》電子教案/名目名目第三節(jié)對(duì)流傳質(zhì)一、對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理分析二、膜模型三、傳質(zhì)模型簡(jiǎn)介四、對(duì)流傳質(zhì)方程五、對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)閱歷式第八章小結(jié)2化工原理》電子教案/名目第八章傳質(zhì)過(guò)程導(dǎo)論利用某種性質(zhì)分別過(guò)程在全廠(chǎng)的設(shè)備投資費(fèi)和操作費(fèi)上占很大比重。對(duì)一典型的化工廠(chǎng)，分別設(shè)備的投資占60-70％，分別過(guò)程的能耗約占30％。轉(zhuǎn)下頁(yè)-----在濃度差、溫度差、壓力差等推動(dòng)力作用下，從一處向另一處的轉(zhuǎn)移過(guò)程。包括相內(nèi)傳質(zhì)和相際傳質(zhì)兩類(lèi)。轉(zhuǎn)第5頁(yè)3可被利用于分別的性質(zhì)物理化學(xué)生物學(xué)力學(xué)性質(zhì)密度、表面張力、尺寸、質(zhì)量等

如重力沉降、過(guò)濾熱力學(xué)性質(zhì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、臨界點(diǎn)、轉(zhuǎn)變點(diǎn)、蒸汽壓、溶解度、分配系數(shù)等。如吸收、精餾電、磁性質(zhì)電導(dǎo)率、介電常數(shù)、遷移率、電荷、淌度、磁化率等輸送性質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)、分子飛行速度反應(yīng)速度性質(zhì)反應(yīng)速度常數(shù)熱力學(xué)性質(zhì)反應(yīng)平衡常數(shù)、化學(xué)吸附平衡常數(shù)、離解常數(shù)、電離電位生物學(xué)親和力、生物學(xué)吸附平衡、生物學(xué)反響速度常數(shù)返回上頁(yè)4第一節(jié)概述一、化工生產(chǎn)中的常規(guī)分別方法5第一節(jié)概述二、相平衡---相際間傳質(zhì)的最終狀態(tài)

與熱平衡不同之處：▲到達(dá)相平衡時(shí)，一般兩相

濃度不相等。▲相平衡屬動(dòng)態(tài)平衡到達(dá)相平衡時(shí)，傳質(zhì)過(guò)程仍在進(jìn)展。兩相濃度不變了，到達(dá)了平衡，凈傳質(zhì)量為零了。氣相濃度

液相濃度

6第一節(jié)概述三、相組成的表示方法轉(zhuǎn)下頁(yè)7思考1：雙組分均相物系〔A、B〕的摩爾分?jǐn)?shù)之和等于多少？質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和呢？思考2：xA與wA的關(guān)系？思考3：雙組分均相物系中，x與X的關(guān)系？w與的關(guān)系？思考4：xA與cA的關(guān)系？wA與A的關(guān)系？返回上頁(yè)8思考5：cA與A的關(guān)系？思考6：對(duì)抱負(fù)氣體，c與p的關(guān)系？y與p？與p？返回第7頁(yè)9第一節(jié)概述四．傳質(zhì)方式傳質(zhì)的兩種方式分子集中對(duì)流傳質(zhì)〔給質(zhì)過(guò)程〕---發(fā)生在靜止流體、層流流淌的流體中，

靠分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)展的。---發(fā)生在湍流流淌的流體中，

靠流體微團(tuán)的脈動(dòng)進(jìn)展的。返回名目10其次節(jié)分子集中靠分子或原子的無(wú)規(guī)章熱運(yùn)動(dòng)一、分子集中機(jī)理：ABBAAAABBBBBBBB質(zhì)量中心面組分A的集中量JA,z組分B的集中量JB,zAJA,z------相對(duì)集中通量，kmol/m2s11其次節(jié)分子集中二．菲克定律傅立葉定律：1855年Fick用與傅立葉定律類(lèi)比的方法而不是用試驗(yàn)方法提出的。

對(duì)二元體系DA,B＝DB,A=D----又稱(chēng)菲克第肯定律，適用于

雙組分體系。比照：牛頓粘性定律：12其次節(jié)分子集中菲克定律的其它表達(dá)形式：13一．菲克定律說(shuō)明：〔1〕JA,z、JB,z是相對(duì)集中通量〔確定集中通量用NA,z表示〕組分A移走后，消失空位，其他分子〔可能是A也可能是B〕將會(huì)補(bǔ)位，假設(shè)A、B分子量不等，那么質(zhì)量中心會(huì)局部發(fā)生漂移。JA,z、JB,z是為了使JA,z＋JB,z＝0而定義的，即JA,z、JB,z是相對(duì)于一個(gè)移動(dòng)的集中面而定義的集中通量。組分A的集中量JA,z組分B的集中量JB,zAAAAAAAABBBBBBBB質(zhì)量中心面〔2〕JA,z＝－JB,z由JA,z＋JB,z＝0可證得。14一．菲克定律〔3〕DA,B是物性。DA,B〔氣〕10-5m2/sDA,B〔液〕10-9m2/sDA,B〔固〕<10-10m2/s每cm3所具有的分子個(gè)數(shù)：氧氣：2.5×1019

水：3.3×1022銅：7.3×1022

組分A的集中量JA,z組分B的集中量JB,zAAAAAAAABBBBBBBB質(zhì)量中心面說(shuō)明：轉(zhuǎn)下頁(yè)〔4〕對(duì)二元體系，集中系數(shù)的下標(biāo)可去掉。即對(duì)氣體體系有：DA,B＝DB,A

對(duì)液體體系有：DA,B

DB,A對(duì)氣體體系由JA,z＝－JB,z可證得。對(duì)液體體系當(dāng)

＝常數(shù)時(shí)可證得。15集中系數(shù)的閱歷估算式：對(duì)于二元?dú)怏w集中系數(shù)的估算，通常用較簡(jiǎn)潔的由福勒〔Fuller〕等提出的公式：〔低壓，室溫〕對(duì)于很稀的非電解質(zhì)溶液〔溶質(zhì)A+溶劑B〕，其集中系數(shù)常用Wilke-Chang公式估算：固體中的集中系數(shù)需靠試驗(yàn)確定。如何解釋此規(guī)律？如何解釋此規(guī)律？返回上頁(yè)16菲克定律的另一種常用形式-----NA,z與

JA,z的關(guān)系式(vA,z-vM,z)相對(duì)集中通量JA、JB確定集中通量NA、NB、N----相對(duì)于靜止面的摩爾傳質(zhì)速率，kmol/m2svA,z-----A的摩爾速度vB,z-----B的摩爾速度vM,z-----摩爾平均速度vA,z不是一個(gè)分子的瞬時(shí)速度，而是微元體積中全部A分子的速度的算術(shù)平均值。----相對(duì)于移動(dòng)面〔以vM,z大小在運(yùn)動(dòng)〕的摩爾傳質(zhì)速率，kmol/m2s17菲克定律的另一種常用形式-----NA,z與

JA,z的關(guān)系式于是：---不常用18二．雙組分、一維穩(wěn)態(tài)分子集中舉例1．等摩爾相互集中由前面的介紹可知，還有191．等摩爾相互集中cA2cA1-----cA〔或pA〕隨z呈線(xiàn)性變化202．單向集中所謂單向集中是指組分A通過(guò)停滯〔或不集中〕組分B的分子集中。由前面的介紹可知，還有212．單向集中222．單向集中漂流因數(shù)〔均>1〕代表總體流淌的影響或?qū)懗?3思考：為什么單向集中比等摩爾相互集中多一個(gè)大于1的漂流因數(shù)？在等分子相互集中中，組分A移走后，消失的空位會(huì)由組分B補(bǔ)位，故Nz＝0，即無(wú)總體流淌。在單向集中中，組分A移走后，消失的空位會(huì)由四周混合物〔A＋B〕補(bǔ)位，故Nz0，即有總體流淌?？紤]到這局部由總體流淌引起的組分A的集中通量，因而單向集中的集中通量要比等分子相互集中的大。思考：混合物中A組分的濃度愈高，漂流因數(shù)則如何變化？為什么？242．單向集中前面已推得：假設(shè)將式中帶有下標(biāo)2的各項(xiàng)的下標(biāo)去掉，可得：-----cB〔或cA〕隨z呈對(duì)數(shù)函數(shù)變化返回名目作業(yè)：25第三節(jié)對(duì)流傳質(zhì)回憶：如圖，得到假想的氣膜和液膜，并認(rèn)為在氣〔液〕膜中傳質(zhì)方式均為分子集中。于是對(duì)流傳質(zhì)的阻力就都集中在假想的氣膜和液膜中。對(duì)流傳質(zhì)---發(fā)生在湍流流淌的流體中，

靠流體微團(tuán)的脈動(dòng)進(jìn)展的。相界面?zhèn)髻|(zhì)層流底層氣體液體cALcAGcAi氣膜液膜湍流主體湍流主體邊界層邊界層湍流主體因濃度均一無(wú)傳質(zhì)阻力；層流底層傳質(zhì)方式為分子集中，阻力最大；過(guò)渡區(qū)〔湍流主體與層流底層之間〕傳質(zhì)方式為分子集中和對(duì)流傳質(zhì)〔脈動(dòng)〕。一、對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理分析：二、膜模型：26第三節(jié)對(duì)流傳質(zhì)三、傳質(zhì)模型簡(jiǎn)介〔詳見(jiàn)教材P60第九章第五節(jié)〕---即膜模型---即膜模型27第三節(jié)對(duì)流傳質(zhì)1、雙膜模型要點(diǎn)：(1)

相界面兩側(cè)流體的對(duì)流傳質(zhì)阻力全部集中在界面兩側(cè)的兩個(gè)停滯膜內(nèi)，膜內(nèi)傳質(zhì)方式為分子集中。(2)相界面上沒(méi)有傳質(zhì)阻力，即可認(rèn)為所需的傳質(zhì)推動(dòng)力為零，或氣液兩相在相界面處到達(dá)平衡。氣膜液膜回憶：膜模型28第三節(jié)對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì)方程：假設(shè)為單向集中，在液相中有：比照對(duì)流傳質(zhì)方程，可知：可見(jiàn)，kLDL29第三節(jié)對(duì)流傳質(zhì)雙膜模型缺陷：

③界面阻力不計(jì)，這是一個(gè)尚有爭(zhēng)議的問(wèn)題。①只適用與有固定相界面的情形；②，與實(shí)際不符；30第三節(jié)對(duì)流傳質(zhì)2、溶質(zhì)滲透模型：希格比〔Higbie〕1935年提出31第三節(jié)對(duì)流傳質(zhì)由丹克沃茨〔Danckwerts〕1951年提出，是溶質(zhì)滲透模型的修正。3、外表更新模型總之，由于傳質(zhì)的簡(jiǎn)單性，目前尚沒(méi)有一個(gè)完善的傳質(zhì)理論可用。32第三節(jié)對(duì)流傳質(zhì)四、對(duì)流傳質(zhì)方程回憶：牛頓冷卻定律q=(t-tw)影響對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)k的因素：流淌狀況物性操作溫度和壓力傳質(zhì)面幾何特性等。留意，與類(lèi)似，不是物性---施密特?cái)?shù)Sc=/D，與Pr相當(dāng)---舍伍德數(shù)