第十章 傳質(zhì)的基本概念課件

傳質(zhì)學1第十章傳質(zhì)的基本概念第十章傳質(zhì)的基本概念簡介傳質(zhì)是指在兩種或兩種以上的組元構(gòu)成的混合物系中，如果其中各處濃度不同(存在濃度差)時，則必發(fā)生減少濃度不均勻性的過程，各組元將由濃度大的地方向濃度小的地方遷移，即質(zhì)量傳遞現(xiàn)象。2第十章傳質(zhì)的基本概念請同學們認真讀第一節(jié)內(nèi)容，找出以下概念分子擴散（擴散）；傳熱和傳質(zhì)的推動力傳質(zhì)的八種形式；質(zhì)量傳遞的基本形式；分子擴散;質(zhì)量對流;對流擴散重（質(zhì)）量比;容積比

濃度的定義

質(zhì)量濃度；質(zhì)量分數(shù)

摩爾濃度；摩爾分數(shù)3第十章傳質(zhì)的基本概念§10-1傳質(zhì)的基本原理分子擴散（擴散）：

分子總是處在不規(guī)則的熱運動中，在有兩種物質(zhì)組成的二元混合物中，如果各區(qū)域存在濃度差別，由于分子運動的隨機性，物質(zhì)的分子會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域轉(zhuǎn)移傳熱的推動力

——溫度差傳質(zhì)的推動力

——濃度差4第十章傳質(zhì)的基本概念一、傳質(zhì)基本形式基本原理傳質(zhì)現(xiàn)象歸結(jié)為八種形式：1濃度梯度引起的分子(普通)擴散2溫度梯度引起的熱擴散3壓力梯度引起的壓力擴散4除重力以外的其他外力引起的強迫擴散5強迫對流傳質(zhì)6自然對流傳質(zhì)7紊流傳質(zhì)8相際傳質(zhì)分子擴散對流擴散5第十章傳質(zhì)的基本概念質(zhì)量傳遞的基本形式分子擴散質(zhì)量對流對流擴散質(zhì)量交換、熱量交換、動量交換三者在機理上是類似的：分子擴散和對流擴散

：在靜止的流體或垂直于濃度梯度方向作層流運動的流體以及固體中由微觀粒子運動所引起的擴散

：當流體作紊流或?qū)恿髁鲃訒r，質(zhì)量交換過程除層流底層的微觀粒子擴散外，還依靠流體各部分間的宏觀相對位移引起的質(zhì)量對流：分子擴散和質(zhì)量對流的聯(lián)合作用6第十章傳質(zhì)的基本概念二、基本定義和公式1.理想混合氣體理想氣體狀態(tài)方程式分壓力定律分容積定律重量比容積比Rgi與Rg的關(guān)系7第十章傳質(zhì)的基本概念理想氣體狀態(tài)方程式:

pV=nRTpV＝mRgTpv＝RgTp=ρRgTRg=R/M8第十章傳質(zhì)的基本概念Dalton’slawofpartialpressure分壓力定律pTVpTVpTVpTV分壓力pi分壓力(pi):在與混合物相同的溫度的情況下,每一種組成氣體都獨自占據(jù)混合物相同的體積時,組成氣體的壓力9第十章傳質(zhì)的基本概念分壓力pipV=nRTDalton分壓力定律道爾頓定律—理想氣體混合物的壓力等于各組成氣體分壓力之和10第十章傳質(zhì)的基本概念分容積定律

Amagat'slaw

pTVpTVpTVpTV分容積VipV=nRTpVi=niRT分體積(vi):在與混合物相同的溫度和壓力的情況下,每一種組成氣體獨自占據(jù)的體積11第十章傳質(zhì)的基本概念…單組分混合物pV=nRT亞美格定律—理想氣體混合物的容積等于各組成氣體分容積之和…12第十章傳質(zhì)的基本概念

對某一組成氣體i：對比二式，有：組成氣體的分壓力與混合物壓力之比，等于組成氣體的分容積與混合物容積之比。13第十章傳質(zhì)的基本概念重（質(zhì)）量比

gi=Gi/G=mi/mΣgi=1

容積比

ri=Vi/VΣri=114第十章傳質(zhì)的基本概念pVi＝miRgiTpVi＝miRgiTRgi與Rg的關(guān)系15第十章傳質(zhì)的基本概念2.濃度和成分濃度定義：單位容積中物質(zhì)的量稱為濃度。濃度表示方法：質(zhì)量濃度(m/V):單位為kg/m3或g/cm3

摩爾濃度(n/V):單位為kmol/m3或mol/cm316第十章傳質(zhì)的基本概念組分A的質(zhì)量濃度ρA:單位容積混合物中含有組分A的質(zhì)量若混合物由幾種組分構(gòu)成，則混合物的質(zhì)量濃度為:質(zhì)量濃度17第十章傳質(zhì)的基本概念組分A的質(zhì)量濃度與總質(zhì)量濃度之比，稱為質(zhì)量分數(shù)ωＡ：18第十章傳質(zhì)的基本概念組分A的摩爾濃度cＡ：單位容積混合物中含有組分A的摩爾數(shù)。piV＝niRT摩爾濃度19第十章傳質(zhì)的基本概念摩爾分數(shù)：固體和液體：xA=cA/c氣體：yA=cA/c

yA=pA/p20第十章傳質(zhì)的基本概念例題10-1溫度為25℃和壓力為10５Ｎ/m２的干空氣主要由下列兩種組分組成：yO2＝0.21；yN2＝0.79。氧的摩爾質(zhì)量為0.032kg/mol，氮的摩爾質(zhì)量為0.028kg/mol。試確定:(1)氧和氮的質(zhì)量分數(shù)，(2)干空氣的平均分子量。21第十章傳質(zhì)的基本概念小結(jié)質(zhì)量傳遞的基本形式：分子擴散、對流傳質(zhì)質(zhì)量濃度（密度）質(zhì)量分數(shù)摩爾濃度摩爾分數(shù)分壓力pi=ciRT（pV=nRT）

pi=ρiRgiT

（pV＝mRgT）濃度表示方法22第十章傳質(zhì)的基本概念§10-2分子擴散概念在靜止的系統(tǒng)中，由于濃度梯度而產(chǎn)生的質(zhì)量傳遞稱為分子擴散。23第十章傳質(zhì)的基本概念一、分子擴散速度和通量1.分子擴散速度

混合氣體中存在濃度梯度分子擴散破壞壓力平衡氣體的整體移動在擴散過程中要產(chǎn)生混合氣體的整體流動24第十章傳質(zhì)的基本概念整體流動的質(zhì)量平均速度

:整體流動的摩爾平均速度:混合氣體的整體流動速度等于混合氣體中各組成氣體速度的平均值整體流動速度25第十章傳質(zhì)的基本概念ui

表示組分i的速度；ui-u

表示組分i相對于整體流動的質(zhì)量平均速度u的擴散速度；ui-uM

表示組分i相對于整體流動的摩爾平均速度uM的擴散速度。

表10－2擴散速度26第十章傳質(zhì)的基本概念2.通量通量(即擴散速率)是指在垂直于濃度梯度方向的單位面積上，單位時間內(nèi)所通過的物質(zhì)量，簡稱通量。通量是濃度和速度的乘積，其單位由相應的濃度和速度的單位決定，可以是質(zhì)量通量kg/(m2·s)或摩爾通量mol/(m2·s)等。27第十章傳質(zhì)的基本概念凈通量:對于i組分，其相對于固定坐標的通量叫該組分的凈通量。

ni:組分的凈質(zhì)量通量

Ni:組分的凈摩爾通量分子擴散通量:對于i組分，其相對于相對坐標的通量叫該組分的分子擴散通量。

分子擴散質(zhì)量通量ji:相對于質(zhì)量平均速度的通量

分子擴散摩爾通量Ji:相對于摩爾平均速度的通量28第十章傳質(zhì)的基本概念各種通量的定義式為：

凈質(zhì)量通量

ni＝ρiui

凈摩爾通量

Ni＝ciui

分子擴散質(zhì)量通量

ji＝ρi(ui－u)

分子擴散摩爾通量

Ji＝ci(ui－uM）由上面關(guān)系可以得到擴散方程：

ni=ji+ρiuNi=Ji+ciuM

29第十章傳質(zhì)的基本概念3.通量、速度、濃度關(guān)系式根據(jù)上述通量的概念，可以得到流體混合物平均速度的另一種表示方法:30第十章傳質(zhì)的基本概念31第十章傳質(zhì)的基本概念小結(jié)32第十章傳質(zhì)的基本概念二、斐克第一定律1.分子擴散通量的斐克定律表達式：33第十章傳質(zhì)的基本概念若雙組分混合物的濃度不變

與傅立葉定律比較：DAB的物理意義：質(zhì)量擴散能力（類比）34第十章傳質(zhì)的基本概念2.凈通量斐克定律表達式：35第十章傳質(zhì)的基本概念凈通量有兩部分：一部分是濃度梯度引起的分子擴散通量；一部分是從整體流動中攜帶出來的組分A的通量。36第十章傳質(zhì)的基本概念在納維埃－司托克斯方程式中要考慮擴散時，則選用nＡ和jＡ；在化學反應中，則應選用JＡ和NＡ；在傳質(zhì)設(shè)備的工程計算中，則用nＡ和NＡ；在擴散室中測量擴散系數(shù)時，則應選用

JA和jＡ。3.各方程的使用情況：37第十章傳質(zhì)的基本概念38第十章傳質(zhì)的基本概念例題10-2有一管道內(nèi)充滿了氮(N２）—氦(He)混合氣體，其溫度為300K，總壓力為1×105N/m2，一端氮的分壓力為pA1＝0.6×105N/m2，另一端為pA2＝0.1×105Ｎ／m2，兩端相距30cm，已知擴散系數(shù)DＮ２－He＝0.687×10-4m２／s，試計算穩(wěn)態(tài)下氮的分子擴散摩爾通量。

39第十章傳質(zhì)的基本概念40第十章傳質(zhì)的基本概念§10-3對流傳質(zhì)一、定義：在運動著的流體和相界面之間，或者在兩個不相混合的運動著的流體之間的質(zhì)量傳遞稱為對流傳質(zhì)。二、計算：

NA=kcΔcA（10-25）

kc——傳質(zhì)膜系數(shù)，它不僅取決于流態(tài)、流體物性、系統(tǒng)的幾何形狀與位置，還與濃度差有密切的關(guān)系

式（10-25）和牛頓冷卻公式q=αΔt比較。