化工原理傳質(zhì)概論

1、化工原理傳質(zhì)概論第1頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(zhì)過程導論第八章 傳 質(zhì) 過 程 導 論第一節(jié) 概述一、傳質(zhì)過程（Mass transfer process)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2頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(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):固氣固聚丙烯 水 水氣空氣聚丙烯濕餅（含水35%）聚丙烯產(chǎn)品（含水0.1%）第3頁

2、，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(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4頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二過程速率 = 過程推動力過程阻力傳熱速率 = 傳熱推動力傳熱阻力=溫度差傳熱阻力傳質(zhì)速率 = 傳質(zhì)推動力傳質(zhì)阻力=濃度差傳質(zhì)阻力第5頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(zhì)概論本課程的傳質(zhì)學習中一般考慮雙組分：A、B以吸收為例：氣相A：

3、可溶氣體、溶質(zhì)氣體（solute gas)氨氣B：惰性氣體、難溶氣體（inert gas) 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6頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(zhì)概論濃度表示 A組分 B組分 備 注 質(zhì)量分率 a aA=WA/W aB=WB/W WA+ WB=W( kg); aA + aB=1 以混合物為計算基準 摩爾分率 x, y 氣相yAg=nAg/ng液相 xAl= Al/nl yBg=nBg/ng xBl=nBl/nl nAg+ nBg= ng( kmol)； nAl+ nBl= n

4、l( kmol) yA+yB=1; xA+xB=1;比質(zhì)量分率A AA=WA/WB AB=WB/WB=1 AA可大于，小于，等于1 以不變物質(zhì)為計算基準 比摩爾分率X,Y 氣相YAg=nAg/nBg液相 XAl=nAl/nBl YBg=nBg/nBg=1 XBl= nBl/nBl =1 YA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 / V CB = nB / V V：混合物體積（m3）總摩爾濃度Cm = (nA+ nB) / V 分壓p (kPa) pA= CA RT PB= CB RT 理想氣體適用 第7頁，共31頁，2022年，5月20

5、日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(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出換算關(guān)系式例：81（P4）第8頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二第9頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(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)，如輻射推動力一、相內(nèi)傳質(zhì)1、擴散（diffusion)從高濃度轉(zhuǎn)移低濃度處擴散平衡：單相內(nèi)各處濃度相等第二節(jié) 擴散原理第10頁，共31頁，2022年，5月

6、20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(zhì)概論1-1 分子擴散流體無任何質(zhì)點的宏觀運動，無旋渦運動，擴散只靠微觀的分子運動進行。定量規(guī)律：費克定律（Fick定律）在一定的T、P及CM下，均相混合物的分子擴散通量為：dCAdZ- DABJA = JA A組分的擴散通量， kmol/m2.s；dCA /dZ 濃度梯度， kmol/m4 ； DAB A組分在A、B混合物中的擴散系數(shù)，m2/s； 負號 擴散沿濃度降低的方向進行。dtdr- lq =傅立葉定律durdr- mt =牛頓粘性定律第11頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(zhì)概論注意：D不絕對是物性常數(shù) 對氣

7、體：D = f ( 一對組分，T，P），D是物性常數(shù)； 對液體： D = f ( 一對組分，T，C），D不是物性常數(shù)； 對稀溶液： D f ( 一對組分，T），D可近似視為物性常數(shù)。1-2、渦流擴散：dCAdZ- DeJA =De渦流擴散系數(shù)（eddy diffusivity coefficient)De = f（流體流動狀態(tài)），絕非物性常數(shù)1-3、對流擴散：對流擴散=分子擴散+渦流擴散 JA =DedCAdZ-（DAB+）第12頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二氣體擴散系數(shù)第13頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二第14頁，共31頁，2022年，5月

8、20日，0點34分，星期二第15頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二液體的擴散系數(shù)：對于很稀的非電解質(zhì)溶液第16頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二第17頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二NA = - NB化工原理下冊傳質(zhì)概論2、兩種基本的傳質(zhì)過程（ Two basic diffusion processes)2-1、等摩爾反向傳質(zhì) (equimolar counter transfer) 等摩爾反向擴散 ( equimolar counter diffusion)總體流動整個相沿著擴散方向宏觀的定向運動。等摩爾反向傳質(zhì)沒有總體流動

9、，傳質(zhì)由分子擴散引起。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/m 2.s第18頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(zhì)概論穩(wěn)定的分子擴散：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) CA1CA2Z=0Z=dNA第19頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二P7 例8-2第20頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二氣流主體界

10、面Air: CBNH3：CACAi , CBi液相主體H20;NH3化工原理下冊傳質(zhì)概論2、通過停滯的B組分層的傳質(zhì)（單相擴散） ( diffusion of A through a stagnant B)JANA JBNB 特點：有總體流動總體流動的產(chǎn)生（1）（2）（3）總體流動通量Nb: kmol/m2.sA組分的總體流動通量NAb: NAb = xANbB組分的總體流動通量NBb: NBb = xBNb第21頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(zhì)概論 A組分的傳質(zhì)通量 NA = JA + NAb = JA + xANb B組分的傳質(zhì)通量 NB = JB

11、+ 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 = 0 NA=Nb NA = JA + xANb = JA + xANA NA= JA/ (1 -xA) = JA / xB物理意義：總體流動的存在，加強了分子擴散的效 果，使A組分的傳質(zhì)通量增大。第22頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(zhì)概論+CA1CA2Z=0Z= dNACB1CB2 1。NA=D (P / PBm ) /RTd (PA1-PA2) = kg(PA1

12、-PA2)第24頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二p9第25頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二第26頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(zhì)概論三、兩相間物質(zhì)運動過程以吸收為例：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27頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二

13、化工原理下冊傳質(zhì)概論相內(nèi)傳質(zhì)的要點是相內(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 習一、擴散 JA分子擴散渦流擴散三、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NAdCAdZ- 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28頁，共31頁，2022年，5月20日，0點34分，星期二化工原理下冊傳質(zhì)概論JA 、 NA 、 N 、 NA 、 NB的意義JA 擴散通量：單位時間，單位面積 上由分子擴散傳遞的物質(zhì)量NA 傳質(zhì)通量：