化工原理传质概论

化工原理传质概论第1页，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——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（Masstransferprocess)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，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——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，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——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，课件共31页，创作于2023年2月过程速率=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，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——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：可溶气体、溶质气体（solutegas)——氨气B：惰性气体、难溶气体（inertgas)——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，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——传质概论浓度表示A组分B组分备注质量分率aaA=WA/WaB=WB/WWA+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/ngxBl=nBl/nl

nAg+nBg=ng(kmol)；

nAl+nBl=nl(kmol)yA+yB=1;xA+xB=1;比质量分率AAA=WA/WB

AB=WB/WB=1AA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=1XBl=nBl/nBl=1YA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/VCB=nB/VV：混合物体积（m3）总摩尔浓度Cm=(nA+nB)/V分压p(kPa)pA=CARTPB=CBRT理想气体适用第7页，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——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：8—1（P4）第8页，课件共31页，创作于2023年2月第9页，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——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，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——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，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——传质概论注意：D不绝对是物性常数对气体：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（eddydiffusivitycoefficient)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，课件共31页，创作于2023年2月气体扩散系数第13页，课件共31页，创作于2023年2月第14页，课件共31页，创作于2023年2月第15页，课件共31页，创作于2023年2月液体的扩散系数：

对于很稀的非电解质溶液第16页，课件共31页，创作于2023年2月第17页，课件共31页，创作于2023年2月NA=-NB化工原理下册——传质概论2、两种基本的传质过程（Twobasicdiffusionprocesses)2-1、等摩尔反向传质(equimolarcountertransfer)

等摩尔反向扩散(equimolarcounterdiffusion)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，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/m2.s第18页，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——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)CA1CA2>Z=0Z=dNA第19页，课件共31页，创作于2023年2月P7例8-2第20页，课件共31页，创作于2023年2月气流主体界面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）

(diffusionofAthroughastagnantB)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，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——传质概论∴A组分的传质通量NA=JA+NAb=JA+xANbB组分的传质通量NB=JB+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

=0NA=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，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——传质概论+CA1CA2>Z=0Z=

dNACB1CB2<CmCm对稳定分子扩散,dCAdZ-DJA

=-JA/xB=-NA

=dCAdZDxBdCBCm=dZCBD第23页，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——传质概论NA=[D(Cm/CBm)/d](CA1-CA2)=kc(CA1-CA2)Cm/CBm（或：P/PBm

）——漂流因子，它代表了由于总体流动存在，其传质通量比分子扩散通量增加的倍数。也是通过停滞的B组分层的传质通量与等摩尔反向传质通量的比值。Cm/CBm>1。NA=[D(P/PBm)/RTd](PA1-PA2)=kg(PA1-PA2)第24页，课件共31页，创作于2023年2月p9第25页，课件共31页，创作于2023年2月第26页，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——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，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——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，课件共31页，创作于2023年2月化工原理下册——传质概论JA、NA、N、NA’、NB’的意义J