第8章传质过程导论课件.ppt

1、化化 工工 原原 理理1简单回顾简单回顾 1：化化 工工 原原 理理2简单回顾简单回顾 2：dyduntdAdQ化化 工工 原原 理理3化工原理化工原理II教学组织教学组织化工原理化工原理II讲课学时安排讲课学时安排 化工原理化工原理下册，教学大纲共计下册，教学大纲共计56学时（学时（48学时学时授课授课+8学时课程设计）学时课程设计）Chap 8 传质过程导论传质过程导论 Chap 9 吸收吸收 Chap 10 蒸馏蒸馏 Chap 11 气液传质设备气液传质设备 Chap 12 萃取萃取 Chap 13 干燥干燥 Chap 14 其他传质分离过程（自学）其他传质分离过程（自学）化化 工工 原

2、原 理理4化工原料、中间产品、粗产品等化工原料、中间产品、粗产品等分类分类非均相混合物非均相混合物均相混合物均相混合物特点特点有相界面有相界面无相界面无相界面单元操作单元操作过滤、沉降等过滤、沉降等吸收、精馏等吸收、精馏等分离依据分离依据不同相的物性差异不同相的物性差异？人造相界面（制成两相物系）人造相界面（制成两相物系）物质在相间的物性差异物质在相间的物性差异相界面相界面气相气相液相液相 SB+AS+A吸收吸收AA脱吸脱吸相界面相界面气相气相 B液相液相B+AS+A相界面相界面汽相汽相液相液相精馏精馏ABA+BA+B8.1 概述概述一、化工生产中的分离过程一、化工生产中的分离过程化化 工工

3、原原 理理5相界面相界面固相固相气相气相B+AC+AA相界面相界面气相气相水相水相A（水）（水）B+AAA相界面相界面液相液相液相液相B+AS+AA相界面相界面固相固相液相液相B+AS+AAA（或（或A+S）相界面相界面液相液相固相固相S+AAA相界面相界面气相气相或液相或液相固相固相CB+AAA8.1 概述概述化化 工工 原原 理理68.1 概述概述化化 工工 原原 理理7二、二、相组成的表示方法相组成的表示方法质量分数质量分数摩尔分数摩尔分数（一般液相用（一般液相用x，气相用，气相用y）相互换算关系相互换算关系：mmwAAmmwBB1iw1ixnnxBBnnxAAiiiAAAMwMwxii

4、iAAAMxMxw1.质量分数和摩尔分数质量分数和摩尔分数8.1 概述概述化化 工工 原原 理理82.质量比和摩尔比质量比和摩尔比（常见于双组分物系）（常见于双组分物系）质量比质量比 摩尔比摩尔比 换算关系：换算关系：1wwABnXnwww1XXx1ABmwmABww1xx8.1 概述概述3.浓度浓度质量浓度质量浓度摩尔浓度摩尔浓度VmCAAVncAAkg/m3kmol/m3化化 工工 原原 理理9 换算关系：换算关系：气体：气体：AwAAx ncVAAncVAAAM nCVRTpc AAw mCVAx cAAM pRTApRT8.1 概述概述AAnynBAppY ABmwmAABBn Mn

5、MAABBp Mp MApP化化 工工 原原 理理10 扩散方式扩散方式分子扩散分子扩散涡流扩散涡流扩散作用物作用物流体分子流体分子流体质点流体质点作用方式作用方式热运动热运动湍动和旋涡湍动和旋涡作用对象作用对象静止、滞流静止、滞流湍流湍流 推动力推动力 浓度差浓度差物质传递物质传递扩散快慢？扩散快慢？8.2 扩散原理扩散原理化化 工工 原原 理理11,AA zABdcJDdz 扩扩散散通通量量，kmol/m2 s表示扩散方向与浓度梯度方向相反表示扩散方向与浓度梯度方向相反A 在在 B 中中的的扩扩散散系系数数 m2/s费克定律费克定律 费克定律的其它表达形式：费克定律的其它表达形式：,AA

6、zABdxJcDdz 单位面积上单位时间内扩散传递的物质量单位面积上单位时间内扩散传递的物质量ABADdpRTdz AABd pRTDdz 8.2 扩散原理扩散原理化化 工工 原原 理理12说明：（说明：（1）JA,z是相对扩散通量是相对扩散通量（绝对扩散通量用（绝对扩散通量用NA,z表示）表示）单位时间通过单位单位时间通过单位分子对称面分子对称面的物质量的物质量分子对称面分子对称面从两侧扩散通过该截面的分子数相等的面从两侧扩散通过该截面的分子数相等的面8.2 扩散原理扩散原理（2）DA,B是物性之一是物性之一),(,xTPfDBA 化化 工工 原原 理理13DA,B（气）（气）10-5m2/

7、sDA,B（液）（液）10-9m2/s DA,B（固）（固）1 传质速率较大。传质速率较大。若若pA p/pBm；反之；反之pA p/pBm18.2 扩散原理扩散原理化化 工工 原原 理理2151.7521/31/3111.013 10()()ABABTMMDPVV8.2 扩散原理扩散原理75.1122112TTppDD 化化 工工 原原 理理22 固体中的扩散系数需靠实验确定。固体中的扩散系数需靠实验确定。对于很稀的非电解质溶液（溶质对于很稀的非电解质溶液（溶质A+溶剂溶剂S），其扩散系数），其扩散系数常用常用Wilke-Chang公式估算：公式估算：212112TDDT8.2 扩散原理扩散

8、原理化化 工工 原原 理理23dzdcDJAEAB dzdcDDJAEAB 湍流：湍流：DE占主要地位占主要地位。8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质层流：层流：D占主要地位；占主要地位；化化 工工 原原 理理24TTWtWt热流体热流体冷流体冷流体pApAicAicA气相气相液相液相 T t G LE二、有效膜模型二、有效膜模型（1）单相内对流传质过程）单相内对流传质过程8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质化化 工工 原原 理理251）靠近相界面处）靠近相界面处层流内层层流内层：传质机理仅为：传质机理仅为分子扩散分子扩散，溶质溶质A的浓度梯度较大，的浓度梯度较大，pA随随z的

9、变化较陡。的变化较陡。2）湍流主体湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散涡流扩散远远大于分子扩散，溶质浓度均一化，溶质浓度均一化，pA随随z的变化近似为水平线。的变化近似为水平线。3）过渡区过渡区：分子扩散：分子扩散+涡流扩散，涡流扩散，pA随随z的变化逐渐平缓。的变化逐渐平缓。8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质（2 2）有效膜模型）有效膜模型 单相对流传质的传质单相对流传质的传质阻力阻力全部集中在一层全部集中在一层虚虚拟的膜拟的膜层层内，膜层内的传质形式内，膜层内的传质形式仅为分子扩散仅为分子扩散。化化 工工 原原 理理263单相对流传质速率方程单相对流传质速率方程（1 1）气相对流传

10、质速率方程）气相对流传质速率方程)p(ppRTDpNiAAGBmGA8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质 有效膜厚有效膜厚G-E到相界面的垂直距离到相界面的垂直距离)iAAGGApp(kNBmGGpRTDpk化化 工工 原原 理理27以分压差表示推动力的气相传质分系数以分压差表示推动力的气相传质分系数 （给质系数），（给质系数），kmol/（m2skPa）。）。Gk=传质系数传质系数吸收的推动力吸收的推动力 AN若推动力以气相摩尔分率表示：若推动力以气相摩尔分率表示：)(AiyyykN8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质yk以气相摩尔分率表示推动力的气相给质系数，以气相摩尔分率表示推动力的气相给质系数，kmol/（m2s）；）；pypAGiipypAGpkky化化 工工 原原 理理28（2）液相对流传质速率方程）液相对流传质速率方程)(AxxkNix)cc(kNALiALALLSmLD ckcLckkx8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质kL以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相给质系数给质系数，kmol/（m2skmol/m3）；）；xk以液相组成摩尔分率表示推动力的液相以液相组成摩尔分率表示推动力的液相给质系数给质系数，kmol/（m2s）；）；给质系数给质系数=f(雷诺数、流体物性、界面状况）雷诺数、流体物性、界面状况）