化工原理课件教学课件作者十一五杨祖荣5.3单相内传质课件.ppt

返回 北京化工大学化工原理电子课件 5.3. 单相内传质 5.3.1. 分子扩散 5.3.3. 单相对流传质机理 5.3.2. 分子扩散系数 5.3.4. 单相内对流传质速率方程 吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。 单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。 1．分子扩散与菲克定律 5.3.1. 分子扩散 分子扩散现象： 分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使 该组分由浓度较高处传递至浓度较低处， 这种现象称为分子扩散。 扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截 （扩散速率）面积扩散的物质量，J表示， kmol/(m2·s)。 菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一 点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。 JA——组分A扩散速率（扩散通量）， kmol/（m2·s）； —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。 负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行 理想气体： = 分子扩散两种形式：等分子反向扩散，单向扩散。 2．等摩尔反向扩散及速率方程 JA JB (1)等摩尔反向扩散 T P pA2 pB2 T P pA1 pB1 1 2 等摩尔反向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率 大小相等，方向相反。 总压一定 = JA=－JB　　 DAB=DBA=D （2）等分子反向扩散传质速率方程 传质速率定义：任一固定的空间位置上， 单位时间 内通过单位面积的物质量，记作N, kmol/(m2· s) 。 NA= 气相： NA= 液相： （3）讨论 1） 2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。 3）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。 3．单向扩散及速率方程 p pB1 pA1 pA2 pB2 扩散距离z 0 z p 1 2 JA JB NMcA/c NMcB/c 总体流动NM NA （1）总体流动：因溶质Ａ扩散 到界面溶解于溶剂中，造 成界面与主体的微小压差， 使得混合物向界面处的流 动。 （2）总体流动的特点： 1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔 分率。 （3）单向扩散传质速率方程 ——微分式 在气相扩散 ——积分式 ——积分式 ——积分式 液相： （4）讨论 1）组分A的浓度与扩散距离z为指数关系 2） 、 ——漂流因数，无因次 漂流因数意义：其大小反映了总体流动对传质速率的影 响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩 散增大的倍数。 漂流因数的影响因素： 浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。 低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。 3）单向扩散体现在吸收过程中。 扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映 某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常 数之一；D，m2/s。 D的影响因素：A、B、T、P、浓度 D的来源：查手册；半经验公式；测定 5.3.2. 分子扩散系数 （1）气相中的D 范围：10-5～10-4m2/s 经验公式 （2）液相中的D 范围：10-10～10-9m2/s 例 有一直立的玻璃管，底端封死，内充丙酮，液面距上端管口11mm，上端有一股空气通过，5小时后，管内液面降到距管口20.5mm，管内液体温度保持293K，大气压为100kPa，此条件下，丙酮的饱和蒸气压为24kPa。求丙酮在空气中的扩散系数。 z 空气 丙酮 单位面积液面汽化的速率用液面高度变化的速率： = 解 返回 北京化工大学化工原理电子课件