化工原理下冊天津大學(xué)柴誠敬05－06學(xué)時課件

7.1

概述第七章傳質(zhì)與分離過程概論7.2.1分子傳質(zhì)（擴(kuò)散）7.2

質(zhì)量傳遞的方式與描述7.2.2對流傳質(zhì)

1.渦流擴(kuò)散由于流體質(zhì)點(diǎn)的湍動和旋渦而形成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象—渦流擴(kuò)散。

渦流擴(kuò)散在湍流流體中發(fā)生一、渦流擴(kuò)散現(xiàn)象

在渦流擴(kuò)散中時刻存在分子擴(kuò)散渦流擴(kuò)散的通量遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散的通量2.渦流擴(kuò)散通量方程—渦流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s

kmol/(m2·s)一、渦流擴(kuò)散現(xiàn)象描述渦流擴(kuò)散通量的方程為渦流擴(kuò)散通量2.對流傳質(zhì)的機(jī)理

所謂對流傳質(zhì)的機(jī)理是指在傳質(zhì)過程中，流體以哪種方式進(jìn)行傳質(zhì)。研究對流傳質(zhì)速率需首先弄清對流傳質(zhì)的機(jī)理。

層流內(nèi)層緩沖層湍流中心湍流流體流體與管壁間的濃度分布二、對流傳質(zhì)湍流主體層流內(nèi)層緩沖層傳質(zhì)機(jī)理：分子傳質(zhì)傳質(zhì)機(jī)理：渦流傳質(zhì)為主濃度分布：為一陡峭直線傳質(zhì)機(jī)理濃度分布：為一漸緩曲線濃度分布：為一平坦曲線分子傳質(zhì)渦流傳質(zhì)在與壁面垂直的方向上分為三層二、對流傳質(zhì)2.對流傳質(zhì)速率方程描述對流傳質(zhì)的基本方程—對流傳質(zhì)速率方程。

—對流傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m2·s·△c)kmol/(m2·s)二、對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)速率方程對流傳質(zhì)通量一、相際間的對流傳質(zhì)過程

設(shè)組分

A從氣相傳遞到液相（如吸收），該過程由以下3步串聯(lián)而成：①組分A從氣相主體擴(kuò)散到相界面；②在相界面上組分A由氣相轉(zhuǎn)入液相；③組分A由相界面擴(kuò)散到液相主體。一般來說，相界面上組分A從氣相轉(zhuǎn)入液相的過程很快，相界面?zhèn)髻|(zhì)阻力可以忽略。因此，相際間傳質(zhì)的阻力主要集中在氣相和液相中。若其中一相傳質(zhì)阻力較另一相大得多，則另一相傳質(zhì)阻力可以忽略，此種傳質(zhì)過程即稱之為“該相控制”。一、相際間的對流傳質(zhì)過程

相際間的傳質(zhì)二、相際間對流傳質(zhì)模型

1.雙膜模型惠特曼(Whiteman)于1923年提出，最早提出的一種傳質(zhì)模型。pbcb停滯膜模型（雙阻力模型）雙膜模型示意圖播放動畫32：雙膜模型依據(jù)雙膜模型，組分A通過氣膜、液膜的擴(kuò)散通量方程分別為二、相際間對流傳質(zhì)模型

設(shè)對流傳質(zhì)速率方程分別為比較得氣膜對流傳質(zhì)系數(shù)液膜對流傳質(zhì)系數(shù)二、相際間對流傳質(zhì)模型

根據(jù)雙膜模型，導(dǎo)出

停滯膜模型的模型參數(shù)液膜厚度zL氣膜厚度zG∝二、相際間對流傳質(zhì)模型

∝或

溶質(zhì)滲透模型的要點(diǎn)①液面由無數(shù)微小的液體單元所構(gòu)成，當(dāng)氣液兩

相相互接觸時，液相主體中的某些單元運(yùn)動至

相界面便停滯下來。在氣液未接觸前，液體單

元中溶質(zhì)的濃度和液相主體的濃度相等，接觸

開始后，相界面處立即達(dá)到與氣相平衡狀態(tài)。②隨著接觸時間的延長，溶質(zhì)A通過不穩(wěn)態(tài)擴(kuò)

散方式不斷地向液體單元中滲透。二、相際間對流傳質(zhì)模型

③

液體單元在界面處暴露的時間是有限的，經(jīng)

過時間θc后，舊的液體單元即被新的液體單

元所置換而回到液相主體中去。在液體單元

深處，仍保持原來的主體濃度不變。④液體單元不斷進(jìn)行交換，每批液體單元在界

面暴露的時間θc都是一樣的。二、相際間對流傳質(zhì)模型

根據(jù)溶質(zhì)滲透模型，可導(dǎo)出

二、相際間對流傳質(zhì)模型

設(shè)對流傳質(zhì)速率方程分別為3.表面更新模型

丹克沃茨(Danckwerts)于1951年提出，為非穩(wěn)態(tài)模型。表面更新模型的要點(diǎn)①

溶質(zhì)向液相內(nèi)部傳質(zhì)為非穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散過程。②

界面上液體單元有不同的暴露時間或稱年齡，界面上各種不同年齡的液體單元都存在。③

不論界面上液體單元暴露時間多長，被置換的概

率是均等的。單位時間內(nèi)表面被置換的分率稱為

表面更新率，用符號S表示。二、相際間對流傳質(zhì)模型

根據(jù)表面更新模型，可導(dǎo)出二、相際間對流傳質(zhì)模型

設(shè)對流傳質(zhì)速率方程分別為表面更新模型的模型參數(shù)表面更新率比較可得∝二、相際間對流傳質(zhì)模型

一、傳質(zhì)設(shè)備的分類

傳質(zhì)設(shè)備氣液傳質(zhì)設(shè)備按所處理物系相態(tài)分類液液傳質(zhì)設(shè)備氣固傳質(zhì)設(shè)備液固傳質(zhì)設(shè)備傳質(zhì)設(shè)備按兩相的接觸方式分類逐級接觸式設(shè)備微分接觸式設(shè)備按促使兩相混合與接觸動力分類傳質(zhì)設(shè)備無外加能量式設(shè)備有外加能量式設(shè)備二、傳質(zhì)設(shè)備的性能要求

單位體積中，兩相的接觸面積應(yīng)盡可能大對傳質(zhì)設(shè)備的基本要求兩相分布均勻，避免或抑制溝流、短路及返混等

現(xiàn)象發(fā)生流體的通量大，單位設(shè)備體積的處理量大流動阻力小，運(yùn)轉(zhuǎn)時動力消耗低操作彈性大，對物料的適應(yīng)性強(qiáng)結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，操作調(diào)節(jié)方便，運(yùn)行安全

可靠二、板式塔篩孔塔板示意圖

1.篩孔2.鼓泡層3.泡沫層4.降液管

填料塔為連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它主要由圓柱形殼體、液體分布器、填料支承板、塔填料、填料壓板及液體再分布裝置等部件構(gòu)成。1.塔殼體；2.液體分布器；3.填料壓板；4.填料；5.液體再分布器；6.填料支承板。填料塔結(jié)構(gòu)示意圖填料塔液相連續(xù)相氣相分散相二、填料塔與板式塔相比，填料塔具有以下特點(diǎn)：生產(chǎn)能力大

側(cè)線進(jìn)料和出料較難壓力降小，持液量小操作彈性大分離效率高造價較高易堵塞二、填料塔練習(xí)題目思考題作業(yè)題:6、7、81.

對流傳質(zhì)有哪些類型，其傳質(zhì)機(jī)理如何？2.

提出對流傳質(zhì)模型的意義是什么？3.停滯膜模型，溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型的要