第七章 質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)課件

目錄7.1概述

7.1.1化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程

7.1.2相組成的表示法7.2分子傳質(zhì)

7.2.1菲克定律

7.2.2擴散系數(shù)7.3一維穩(wěn)定分子擴散

7.3.1無化學(xué)反應(yīng)的一維穩(wěn)定分子擴散

7.3.2伴有化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定分子擴散7.4對流傳質(zhì)

7.4.1對流傳質(zhì)系數(shù)及相關(guān)重要準(zhǔn)數(shù)

7.4.2對流傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)聯(lián)式7.5傳質(zhì)設(shè)備簡介第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)三傳動量傳遞熱量傳遞質(zhì)量傳遞7.1概述第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)化工過程中的分離過程非均相分離均相分離固、固液、固氣、固沉降篩分過濾旋風(fēng)分離旋液分離機械分離一、化工生產(chǎn)中的分離過程7.1概述氣相混合物液相混合物吸收萃取結(jié)晶吸附蒸餾質(zhì)量傳遞第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)二、質(zhì)量傳遞質(zhì)量傳遞：物質(zhì)在濃度差、溫度差、壓力差等推動力作用下，從一處向另一處的轉(zhuǎn)移。質(zhì)量傳遞：包括相內(nèi)傳質(zhì)和相際傳質(zhì)。第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)1、氣－液系統(tǒng)：如吸收、解吸等單元操作7.1概述三、化工生產(chǎn)中的幾種相間傳質(zhì)過程第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)2、汽－液系統(tǒng)：如蒸餾、精餾操作7.1概述第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)3、液－液系統(tǒng)：如液液萃取7.1概述第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)4、氣－固系統(tǒng)：如干燥、吸附操作5、液－固系統(tǒng)：如結(jié)晶、浸取、吸附操作7.1概述第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)四、相平衡相平衡－相際間傳質(zhì)的最終狀態(tài)與熱平衡不同：

相平衡時,界面上：一般兩相濃度不相等，兩相濃度達(dá)到平衡。此時，傳質(zhì)過程仍在進(jìn)行，只不過通過相界面的某一組分的凈傳質(zhì)量為零，因此屬動態(tài)平衡。7.1概述第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)微團(tuán)1微團(tuán)2質(zhì)量傳遞機理：分子熱運動流體微團(tuán)的宏觀運動流體層1流體層2流體層1濃度<流體層2濃度7.1概述第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)五、三傳的類似性動量傳遞熱量傳遞質(zhì)量傳遞原因速度分布不均勻溫度分布不均勻濃度（或壓力）分布不均一推動力速度梯度溫度梯度濃度梯度傳遞機理層流：分子熱運動牛頓粘性定律：熱傳導(dǎo)：分子熱運動傅立葉定律：分子傳質(zhì)（分子擴散）：分子熱運動？湍流：流體微團(tuán)的宏觀運動對流傳熱：流體微團(tuán)的宏觀運動牛頓冷卻定律：對流傳質(zhì)：流體微團(tuán)的宏觀運動？7.1概述第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)7.1概述熱傳導(dǎo)：氣、液、固對流傳熱：湍流流動的流體分子傳質(zhì)：氣、液、固對流傳質(zhì)：湍流流動的流體第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)相組成的表示方法摩爾分率質(zhì)量分率摩爾比質(zhì)量比摩爾濃度kmol/m3質(zhì)量濃度kg/m3混合物總摩爾濃度混合物總質(zhì)量濃度注：對氣體還可用pA表示濃度相組成的表示方法第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)相組成之間的關(guān)系均相混合物中所用組分的摩爾分率之和均相混合物中所用組分的質(zhì)量分率之和摩爾分率與質(zhì)量分率的關(guān)系摩爾分率與摩爾濃度的關(guān)系質(zhì)量分率與質(zhì)量濃度的關(guān)系雙組分均相物系中，摩爾分率與摩爾比的關(guān)系雙組分均相物系中，質(zhì)量分率與質(zhì)量比的關(guān)系摩爾濃度與質(zhì)量濃度的關(guān)系

思考題：對于理想氣體，C、ρ、y與P的關(guān)系？相組成的表示方法第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)定義：1、傳質(zhì)通量NA

單位時間通過單位橫截面上的A物質(zhì)的摩爾數(shù)2、擴散通量JA

由于擴散引起的，單位時間通過單位橫截面上的A物質(zhì)的摩爾數(shù)7.2分子傳質(zhì)第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)C---組分A和B的總濃度，kmol/m3；

xA---組分A在混合物中的摩爾分率；dxA/dz---組分A的濃度梯度，m-1；JA---組分A在z方向上的擴散通量，kmol/m2.s；

DAB---組分A在組分B中的擴散系數(shù)，m2/s；負(fù)號（－）---擴散通量的方向與濃度梯度相反。

一、費克定律1、費克定律：在二元混合物(A+B)中，組分的擴散通量與其濃度梯度成正比。7.2.1費克定律第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)2、費克定律的其它表示方法：（1）當(dāng)C是常數(shù)：

（2）理想氣體：7.2.1費克定律第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)7.2.1費克定律二、廣義費克定律擴散主體運動擴散+主體運動第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)A的擴散通量（相對于平均速度）A的主體流動通量（相對于靜止坐標(biāo)）＝＋絕對擴散通量相對擴散通量二、廣義費克定律7.2.1費克定律第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)對A物質(zhì)：

對B物質(zhì)：對氣體混合物，組分的摩爾分率用y表示：7.2.1費克定律第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)7.2.2擴散系數(shù)

1、擴散系數(shù)D表達(dá)某個組分在介質(zhì)中擴散的快慢，是物質(zhì)的一種傳遞性質(zhì)。

2、單位：m2/s。

3、擴散系數(shù)是物質(zhì)的系統(tǒng)屬性。

4、擴散系數(shù)比較復(fù)雜。與混合物中各組分的性質(zhì)有關(guān)，還與溫度、濃度等有關(guān)。第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)一、氣體中的擴散系數(shù)3、氣體中的擴散系數(shù)與系統(tǒng)、溫度、壓力有關(guān)，數(shù)量級為10-5

m2/s2、對于二元氣體A和B的相互擴散，DAB=DBA=D

1、氣體擴散系數(shù)的獲得：（1）表7-1(課本324頁)給出了某些二元氣體在常壓下的擴散系數(shù)（2）對于二元氣體擴散系數(shù)的估算，用富勒提出的公式第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)2、液體的擴散系數(shù)要比氣體小很多，其數(shù)量級為10-9m2/s。3、溶質(zhì)A在溶劑B中的擴散系數(shù)DAB與溶質(zhì)B在溶劑A中的擴散系數(shù)DBA不相等，DAB≠DBA

1、液體擴散系數(shù)的獲得（1）表7-3(課本325頁)給出了某些溶質(zhì)在液體溶劑中的擴散系數(shù)。（2）對于很稀的非電解質(zhì)溶液(溶質(zhì)A+溶劑B)，其擴散系數(shù)用Wilke-Chang公式二、液體中的擴散系數(shù)第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)三、固體中的擴散系數(shù)固體中的擴散系數(shù)目前還不能估算，表7-6(課本328頁)給出了某些物質(zhì)在固體中的擴散系數(shù)，其數(shù)量級為10-9m2/s。第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)擴散系數(shù)單位：m2/s影響擴散系數(shù)的因素DAB越大，表示組分A在介質(zhì)B中的擴散速度越快。在氣體中的擴散DAB＝DBAT，DABP，DABMB，DAB在液體中的擴散T，DABμ

，DABMB，DABDAB≠DBA溶質(zhì)在氣相中的擴散系數(shù)>>溶質(zhì)在液相中的擴散系數(shù)第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)通過恒定截面積的等摩爾反向擴散N2P1,V1CO2P2,V2P1=P2；V1=V2；T1=T2例1一、通過恒定截面積的等摩爾反向擴散

等摩爾反向擴散：在由A、B所組成的混合物中，A、B兩組分的傳質(zhì)方向相反而傳質(zhì)通量大小相等，即

NA=－NB=常數(shù)。該情形在精餾過程中會遇到。應(yīng)用：

得到：

邊界條件：z=z1，yA=yA1；z=z2，yA=yA2

即：

對于理想氣體：

汽相液相ABAB難揮發(fā)組分易揮發(fā)組分例2第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)二、通過恒定截面積的單向擴散單向擴散：指組分A通過停滯組分B的擴散。由于B是停滯組分，則NB=0。這在化工中經(jīng)常遇到，例如：吸收。得到：

邊界條件：z=z1，yA=yA1；z=z2，yA=yA2

即：

通過恒定截面積的單向擴散NH3/Air/H2OH2O例1：例2：AirH2O第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)yBm第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)對于液相中的單向擴散，同理有：

令截面1、2之間yB的對數(shù)平均值為yBm，則：

將該式代入，得

對理想氣體，單向擴散的傳質(zhì)速率有

通過恒定截面積的單向擴散第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)一、等摩爾反向擴散

二、單向擴散

比較等摩爾反向擴散和單向擴散的公式：1、發(fā)現(xiàn)單向擴散的公式多了一個因子(P/pBm)，其值大于1。因此，單向擴散的傳質(zhì)速率要比等摩爾反向擴散的傳質(zhì)速率大，

原因是有總體流動。2、P/pBm稱為漂流因子。等摩爾反向擴散與單向擴散的比較第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)無化學(xué)反應(yīng)一維穩(wěn)定分子擴散等摩爾反向擴散NA＝－NB＝常數(shù)蒸餾屬于等摩爾反向擴散單向擴散NB＝0，JB≠0吸收屬于單向擴散漂流因素反應(yīng)總體流動的影響。單向擴散：漂流因素>1等摩爾反向擴散：漂流因素＝1JA＝－JBJA＝－JBNA＝JA第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)等摩爾反向擴散單向擴散JA=-JBNA=-NBJA=NAJB=NBP/pBm=1沒有主體流動JA=-JBNA>JANB=0JB>NBP/pBm>1由分子擴散造成的主體流動第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)一、對流傳質(zhì)：

通常指運動流體與界面（固體壁面或流體界面）間由于渦流或脈動作用所造成的質(zhì)量傳遞，是相際傳質(zhì)的基礎(chǔ)。

二、對流傳質(zhì)方程

7.4對流傳質(zhì)第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)三、對流傳質(zhì)系數(shù)kG

和kL取決于流體物性、流動狀況等因素7.4對流傳質(zhì)第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)對流傳質(zhì)系數(shù)kG和kL取決于流體物性、流動狀況等因素，需要通過實驗測定。

與對流傳熱系數(shù)類似，傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式也表示成準(zhǔn)數(shù)形式。

1.施密特準(zhǔn)數(shù)(Schmidt)，Sc(與普蘭特準(zhǔn)數(shù)類似)

2.舍伍德準(zhǔn)數(shù)(Sherwood)，Sh(與努賽爾特準(zhǔn)數(shù)類似)

7.4.1對流傳質(zhì)系數(shù)及相關(guān)重要準(zhǔn)數(shù)對流傳質(zhì)速率與分子擴散速率之比第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)動量傳遞熱量傳遞質(zhì)量傳遞物性影響自然對流強制對流傳質(zhì)自然對流傳質(zhì)強制對流傳熱自然對流傳熱第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)一、管內(nèi)流動傳質(zhì)氣體或液體在管內(nèi)作湍流流動時(Re＞2100)，常用公式