136-第七章 质量传递基础.ppt

7.1.1化工生产中的传质过程 质量传递（简称传质）是指物质从一处向另一处转移，包括相内传质和相际传质两类，前者发生在同一个相内，后者则涉及不同的两相。 传质是一个速率过程，严格地讲这个过程的推动力是化学位差，其中包括浓度差，温度差，压力差等等。但最常见的传质过程都是因浓度差而引起的。 化学工业中，涉及相际传质的单元操作较多，常见的有： 1.气（汽）－液系统 吸收：混合气体中可溶组分由气相传递到液相溶剂中的过程。 解吸：为吸收的逆过程。 蒸馏：不同物质在气液两相间的相互转移。 气体增(减）湿：湿分由液相（气相）向气相（液相）转移。 2.液-液系统 萃取：溶质由一液相转入另一液相。这是在液体混合物中加 入另一不相溶的液相物质，使原混合物组分在两液相中 重新分配的过程。 3．液－固系统 结晶：溶质由液相趋附于溶质晶体的表面，转为固相，使 晶体长大。 固液萃取（简称浸沥或浸取）：溶质由固相转入液相。由 于固体混合物一般是多相系，故浸沥常属多相系的 分离。 4．气－固系统 干燥：加入热量使液体气化，从固体的表面或内部转入 气相。 吸附：物质由气相趋附于固体表面（主要是多孔性固体 的内表面），吸附平衡是过程进行的极限。 7.1.2相组成的表示法 １．质量分率和摩尔分率 均相混合物中某组分Ａ的质量 ???????占混合物总重量ｍ 的分率称为组分Ａ的质量分率 ： ２.质量比和摩尔比 以Ｂ为参照组分，则 质量比 摩尔比??? 3.质量浓度和物质的量浓度 浓度：是单位体积中的物质量，物质量可用质量或 物质的量（单位为mol或kmol）来表示，相应的就有质 量浓度和物质的量浓度。记V为均相混合物的体积，单 位为 ，则 组分A的质量浓度 　　 混合物的总的物质的量浓度 （即混合物的密度） 　　 7.2.1费可定律 实验表明，在二元混合物（A+B）中，组分的扩散通 量与其浓度梯度成正比，这个关系称为费克（Fick）定 律。如果扩散沿z方向进行， 当 是常数时，上式成为 根据“通量＝速度╳浓度”，费克定律中的扩散通量也可写成扩散速度的形式： 四、固体中的扩散系数 对于气体在固体中的扩散，一般是用渗透率（permeability）来代替扩散系数D，两者间的关系为 7.3.1无化学反应的一维稳定分子扩散 一、恒定截面积的等摩尔反向扩散 对于理想气体， ，有 二、通过恒定截面积的单向扩散 所谓单向扩散是指组分Ａ通过停滞（或不扩散）组分Ｂ的扩散，由于Ｂ是停滞组分，所以 （注意： ），结合截面１、２上的边界条件，最终得 对于理想气体，有 对液相中的单向扩散，若总浓度Ｃ能作为常数，同理有 7.3.2伴有化学反应的稳定分子扩散 化学反应可分为两类：一类是在整个相内均匀发生的反应，称为均相反应；另一类则是局限在某个特定区域内的反应，它可以是在相的内部，也可以在边界上，称为非均相反应。 一、有非均相化学反应的扩散过程 以最简单的一级化学反应的扩散过程为例。如图， 气体Ａ由气相主体扩散到催化剂表面，并在催化剂的作 用下，发生一级化学反应，生成的气体再由催化剂表面 向气相主体扩散。现考察稳定情形下Ａ、B的传质通量。 由于反应只在催化剂表面进行，即气相中并无反应， 因此根据质量守恒定律可知，稳定情形下气相Ａ、B的传 质通量为常数。 得 其中， 。 式中A组分在催化剂表面出的浓度 仍是未知量，故解 的最终形式与边界上的化学反应速率有关。 １．扩散控制过程 如果化学反应是瞬时完成的，则 ，得 ２．应控制过程 如果在催化剂表面上，化学反应进行得很缓慢，使得 反应速率远远低于扩散速率，则此过程可视为反应控制 过程，组分A的传质通量由化学反应速率确定。若为一级 化学反应，