化工原理_22涡流扩散现象分解.ppt

* * 7.1 概述 第七章 传质与分离过程概论 7.2.1 分子传质（扩散） 7.2 质量传递的方式与描述 7.2.2 对流传质 1.涡流扩散 由于流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传递现象—涡流扩散。 涡流扩散在湍流流体中发生 一、涡流扩散现象 在涡流扩散中时刻存在分子扩散 涡流扩散的通量远大于分子扩散的通量 2.涡流扩散通量方程 —涡流扩散系数，m2/s kmol/(m2· s ) 一、涡流扩散现象 描述涡流扩散通量的方程为 涡流扩散通量 1.对流传质的类型 运动流体与固体表面之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递过程—对流传质。 二、对流传质 对流 传质 自然对流传质 强制层流传质 强制湍流传质 √ 强制对流传质 √ 2.对流传质的机理 所谓对流传质的机理是指在传质过程中，流体以哪种方式进行传质。研究对流传质速率需首先弄清对流传质的机理。 层流内层 缓冲层 湍流中心 湍流流体 流体与管壁间的浓度分布 二、对流传质 湍流 主体 层流 内层 缓冲 层 传质机理：分子传质 传质机理：涡流传质为主 浓度分布：为一陡峭直线 传质机理 浓度分布：为一渐缓曲线 浓度分布：为一平坦曲线 分子传质 涡流传质 在与壁面垂直的方向上分为三层 二、对流传质 2.对流传质速率方程 描述对流传质的基本方程—对流传质速率方程。 —对流传质系数，kmol/(m2·s·△c) kmol/(m2· s ) 二、对流传质 对流传质 速率方程 对流传质通量 7.1 概述 第七章 传质与分离过程概论 7.2.1 分子传质（扩散） 7.2 质量传递的方式与描述 7.2.2 对流传质 7.2.3 相际间的传质 一、相际间的对流传质过程 设组分 A从气相传递到液相（如吸收），该过程由以下3步串联而成： ① 组分A从气相主体扩散到相界面； ② 在相界面上组分A由气相转入液相； ③ 组分A由相界面扩散到液相主体。 一般来说，相界面上组分A从气相转入液相的过程很快，相界面传质阻力可以忽略。因此，相际间传质的阻力主要集中在气相和液相中。若其中一相传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可以忽略，此种传质过程即称之为“该相控制”。 一、相际间的对流传质过程 相际间的传质 二、相际间对流传质模型 1.双膜模型 惠特曼(Whiteman) 于1923年提出，最早提出的一种传质模型。 pb cb 停滞膜模型 （双阻力模型） 双膜模型示意图 播放动画32：双膜模型 停滞膜模型的要点 ① 当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳  定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞 膜—气膜和液膜，溶质A经过两膜层的传质方式 为分子扩散。 ② 在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无  传质阻力。 ③ 在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流 体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。 二、相际间对流传质模型 依据双膜模型，组分A通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为 二、相际间对流传质模型 设对流传质速率方程分别为 比较得 气膜对流 传质系数 液膜对流 传质系数 二、相际间对流传质模型 根据双膜模型，导出 停滞膜模型 的模型参数 液膜厚度 zL 气膜厚度 zG ∝ 二、相际间对流传质模型 ∝ 或 2.溶质渗透模型 希格比( Higbie ) 于1935年提出，为非稳态模型。 溶质渗透模型示意图 二、相际间对流传质模型 播放动画33：溶质渗透模型 溶质渗透模型的要点 ① 液面由无数微小的液体单元所构成，当气液两 相相互接触时，液相主体中的某些单元运动至  相界面便停滞下来。在气液未接触前，液体单 元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触  开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。 ② 随着接触时间的延长，溶质 A通过不稳态扩 散方式不断地向液体单元中渗透。 二、相际间对流传质模型 ③ 液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经  过时间θc后，旧的液体单元即被新的液体单 元所置换而回到液相主体中去。在液体单元 深处，仍保持原来的主体浓度不变。 ④ 液体单元不断进行交换，每批液体单元在界 面暴露的时间θc 都是一样的。 二、相际间对流传质模型 根据溶质渗透模型，可导出 二、相际间对流传质模型 设对流传质速率方程分别为 比较可得 溶质渗透模型 的模型参数 暴露时间 ∝ 二、相际间对流传质模