化工原理传质概论

1、化工原理传质概论第1页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质过程导论第八章 传 质 过 程 导 论第一节 概述一、传质过程（Mass transfer process)物质从一相 另一相的传递过程 （转移到）气体的吸收(absorption):分离气体混合物气液 气空气 NH3液水 NH3吸收解吸第2页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论液体的蒸馏(distillation):分离液体混合物 液汽液乙醇 水乙醇 水汽固体的干燥(drying):固气固聚丙烯 水 水气空气聚丙烯湿饼（含水35%）聚丙烯产品（含水0.1%）第3页

2、，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论萃取（extraction)：液液（固）系统(图8-1:c、d）吸附（adsorption)：液（气）固系统(图8-1:f）气体增(减)湿： 液-气 (图8-1:b）结晶： 液-固 (图8-1:e）第4页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二过程速率 = 过程推动力过程阻力传热速率 = 传热推动力传热阻力=温度差传热阻力传质速率 = 传质推动力传质阻力=浓度差传质阻力第5页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论本课程的传质学习中一般考虑双组分：A、B以吸收为例：气相A：

3、可溶气体、溶质气体（solute gas)氨气B：惰性气体、难溶气体（inert gas) 空气液相A：可溶气体A溶于液体 氨B：溶 剂 （solvent) 水二、浓度常用的表示方法及其换算第6页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论浓度表示 A组分 B组分 备 注 质量分率 a aA=WA/W aB=WB/W WA+ WB=W( kg); aA + aB=1 以混合物为计算基准 摩尔分率 x, y 气相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;比质量分率A AA=WA/WB AB=WB/WB=1 AA可大于，小于，等于1 以不变物质为计算基准 比摩尔分率X,Y 气相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 摩尔浓度C (kmol/m3 ) CA = nA / V CB = nB / V V：混合物体积（m3）总摩尔浓度Cm = (nA+ nB) / V 分压p (kPa) pA= CA RT PB= CB RT 理想气体适用 第7页，共31页，2022年，5月20

5、日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论浓 度 换 算4、质量分率aA与摩尔浓度cA 1、质量分率aA与摩尔分率xA3、摩尔分率xA与摩尔浓度cA2、摩尔分率yA与比摩尔分率YA（质量分率与比质量分率）由浓度的基本定义导出换算关系式例：81（P4）第8页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二第9页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论与传热规律有所不同传热两流体不必直接接触传热不必有介质，如辐射推动力一、相内传质1、扩散（diffusion)从高浓度转移低浓度处扩散平衡：单相内各处浓度相等第二节 扩散原理第10页，共31页，2022年，5月

6、20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论1-1 分子扩散流体无任何质点的宏观运动，无旋涡运动，扩散只靠微观的分子运动进行。定量规律：费克定律（Fick定律）在一定的T、P及CM下，均相混合物的分子扩散通量为：dCAdZ- DABJA = JA A组分的扩散通量， kmol/m2.s；dCA /dZ 浓度梯度， kmol/m4 ； DAB A组分在A、B混合物中的扩散系数，m2/s； 负号 扩散沿浓度降低的方向进行。dtdr- lq =傅立叶定律durdr- mt =牛顿粘性定律第11页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论注意：D不绝对是物性常数 对气

7、体：D = f ( 一对组分，T，P），D是物性常数； 对液体： D = f ( 一对组分，T，C），D不是物性常数； 对稀溶液： D f ( 一对组分，T），D可近似视为物性常数。1-2、涡流扩散：dCAdZ- DeJA =De涡流扩散系数（eddy diffusivity coefficient)De = f（流体流动状态），绝非物性常数1-3、对流扩散：对流扩散=分子扩散+涡流扩散 JA =DedCAdZ-（DAB+）第12页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二气体扩散系数第13页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二第14页，共31页，2022年，5月

8、20日，0点34分，星期二第15页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二液体的扩散系数：对于很稀的非电解质溶液第16页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二第17页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二NA = - NB化工原理下册传质概论2、两种基本的传质过程（ Two basic diffusion processes)2-1、等摩尔反向传质 (equimolar counter transfer) 等摩尔反向扩散 ( equimolar counter diffusion)总体流动整个相沿着扩散方向宏观的定向运动。等摩尔反向传质没有总体流动

9、，传质由分子扩散引起。O2N2O2N2 总摩尔浓度Cm为定值：JA = -JBNA = JA； NB = JBDAB = DBA = DNA 、NB ： A、B组分的传质通量，kmol/m 2.s第18页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论稳定的分子扩散：NA =dCAdZ- DJA =稳定传质为常数物料、体系定，D确定NA= D/d (CA1-CA2) = kc(CA1-CA2) CA1CA2Z=0Z=dNA第19页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二P7 例8-2第20页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二气流主体界

10、面Air: CBNH3：CACAi , CBi液相主体H20;NH3化工原理下册传质概论2、通过停滞的B组分层的传质（单相扩散） ( diffusion of A through a stagnant B)JANA JBNB 特点：有总体流动总体流动的产生（1）（2）（3）总体流动通量Nb: kmol/m2.sA组分的总体流动通量NAb: NAb = xANbB组分的总体流动通量NBb: NBb = xBNb第21页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论 A组分的传质通量 NA = JA + NAb = JA + xANb B组分的传质通量 NB = JB

11、+ NBb = JB + xBNb 由于 Cm 一定， JA = -JB 仍然存在， 则 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物理意义：总体流动的存在，加强了分子扩散的效 果，使A组分的传质通量增大。第22页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论+CA1CA2Z=0Z= dNACB1CB2 1。NA=D (P / PBm ) /RTd (PA1-PA2) = kg(PA1

12、-PA2)第24页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二p9第25页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二第26页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论三、两相间物质运动过程以吸收为例：空气氨气混合气体中的氨如何到液相的界面气相主体NH3NH3Air +NH3气相内部 传质液相内部 传质界面传质液相主体H20 +NH31、气相主体相界面气相一侧NH32、界面气相一侧界面液相一侧NH3液相主体NH33、界面液相一侧三者串联过程。试比较间壁换热器中冷热流体传热过程的异同第27页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二

13、化工原理下册传质概论相内传质的要点是相内传质速率方程式的表示，传质系数的单位搞清楚复 习一、扩散 JA分子扩散涡流扩散三、相内传质速率方程式等摩尔反向传质单相传质二、两种基本 传质过程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页，共31页，2022年，5月20日，0点34分，星期二化工原理下册传质概论JA 、 NA 、 N 、 NA 、 NB的意义JA 扩散通量：单位时间，单位面积 上由分子扩散传递的物质量NA 传质通量：