传质分离过程原理解答.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 相对速度下雾滴的蒸发：谢伍德数Sh =KgD/Dv，努塞特数Nu =hcD/Kd，施密特数Sc =μa/Dvρa，普朗特数Pr =Cpμa/Kd，雷诺数Re =Dvρa/μa。 D为液滴直径，ρa为干燥介质密度，μa为粘度，Cp为定压比热容，Kd为液滴周围气态膜的平均热传导率，hc为对流热传导系数，Kg为传质系数，Dv为扩散系数 * * * * * * * * * * * * 动量、热量与质量传递（三传）的类似律 动量、热量和质量三种传递过程之间存在类似之处，主要体现在以下几点： （1）传递过程的机理类似。 （2）描述传递过程的数学模型（包括数学表达式及边界条件）类似。 （3）数学模型的求解方法类似。 （4）数学模型的求解结果类似。 根据三传的类似性，对三种传递过程进行类比和分析，建立一些物理量间的定量关系，该过程即为三传类比。 探讨三传类比，不仅在理论上有意义，而且具有一定的实用价值。它一方面有利于进一步了解三传的机理，另一方面在缺乏传热和传质数据时，只要满足一定的条件，可以用流体力学实验来代替传热或传质实验，也可由一已知传递过程的系数求其它传递过程的系数。 当然，由于动量、热量和质量传递还存在各自特性，所以类比方法具有局限性，一般需满足以下几个条件： （1）物性参数可视为常数或取平均值； （2）无内热源； （3）无辐射传热； （4）无边界层分离，无形体阻力； （5）传质速率很低，速度场不受传质的影响。 * 三种传递的类比 一.　三种传递通量计算式形式的相似性 　　　由于质量传递、热量传递、动量传递三者都牵涉到流体质点间的交换（涡流传递）和分子交换（分子传递），因此三种传递之间必然存在一定的内在联系。事实上，在湍流流体中，当上述三种传递同时发生时，湍流流体质点和分子之间的交换在不同程度地同时影响着三种传递，这使得三种传递的机理和计算方法具有相似性。以三种传递的分子传递为例，它们的传递通量可以统一为下列相同的形式： 　　　传递通量＝-扩散系数×（广义）浓度梯度 　　　 * 三种传递通量计算式形式的相似性 动量传递通量： ＝-动量扩散系数(m2/s).动量浓度梯度(kg/m3.m/s/m) 质量传递通量： ＝-质量扩散系数(m2/s).质量浓度梯度（kg/(m3.m)) 热量传递通量： ＝-热量扩散系数(m2/s).热量浓度梯度（J/(m3.m)) * 1.3.5 传质理论 1.3.5.1 双膜理论 双膜传质理论是刘易斯(W. K. Lewis) 和惠特曼（W. Whitman）于1924年提出的。薄膜理论在两个流体相界面两侧的传质中应用，是最经典的传质理论之一。 传质阻力集中于壁面附近的虚拟膜即边界层中，而在边界层外则为主体流体，不存在传质阻力。 * 双膜理论有五点假设： (1) 在两个流动相（气体/液体、蒸汽/液体、液体/液体）的相界面两侧，都有一个边界薄膜（气膜、液膜等）。物质从一个相进入另一个相的传质过程的阻力集中在界面两侧膜内。 (2) 在界面上，物质的交换处于动态平衡。 (3) 在每相的区域内, 被传输的组元的物质质量通量， 对液体来说与该组元在液体内和界面处的浓度差成正比；对于气体来说，与该组元在气体界面处及气体体内分压差成正比。 (4) 对流体1－流体2 组成的体系中，通常每相中的流动都处于湍流状态。但双膜理论认为两个薄膜中流体是静止不动的，不受流体内流动状态的影响。 (5)各相中的传质被看作是独立进行的，互不影响。 * 1.3.5.2 溶质穿透理论 希格比（Higbie）于1935年提出了溶质穿透理论，主要用于解释气-液两相间的传质。认为溶质以一维不稳定扩散方式向液体渗透，应用Fick第二定律， 其传质系数为： 即为用溶质渗透模型导出的对流传质系数计算式。由该式可看出，对流传质系数 可通过分子扩散系数 和暴露时间τc计算，暴露时间 τc即为模型参数，但是暴露时间τc的数值不易确定，