第十章 传质的基本概念精要.ppt

第十章 传质的基本概念 简介 传质是指在两种或两种以上的组元构成的混合物系中，如果其中各处浓度不同(存在浓度差)时，则必发生减少浓度不均匀性的过程，各组元将由浓度大的地方向浓度小的地方迁移，即质量传递现象。 请同学们认真读第一节内容，找出以下概念 分子扩散（扩散）；传热和传质的推动力 传质的八种形式；质量传递的基本形式；分子扩散; 质量对流; 对流扩散 重（质）量比; 容积比 浓度的定义 质量浓度；质量分数 摩尔浓度；摩尔分数 §10-1 传质的基本原理 分子扩散（扩散）： 分子总是处在不规则的热运动中，在有两种物质组成的二元混合物中，如果各区域存在浓度差别，由于分子运动的随机性，物质的分子会从浓度高的区域向浓度低的区域转移 一、传质基本形式 基本原理 1浓度梯度引起的分子(普通)扩散 2温度梯度引起的热扩散 3压力梯度引起的压力扩散 4除重力以外的其他外力引起的强迫扩散 5强迫对流传质 6自然对流传质 7紊流传质 8相际传质 质量传递的基本形式 分子扩散 质量对流 对流扩散 质量交换、热量交换、动量交换三者在机理上是类似的 二、基本定义和公式 分压力(pi) : 在与混合物相同的温度的情况下, 每一种组成气体都独自占据混合物相同的体积时,组成气体的压力 分容积定律 Amagat s law 重（质）量比 gi=Gi/G=mi/m Σgi=1 容积比 ri=Vi/V Σri=1 2.浓度和成分 浓度定义：单位容积中物质的量称为浓度。 质量浓度 组分A的质量浓度ρA:单位容积混合物中含有组分A的质量 若混合物由几种组分构成，则混合物的质量浓度为: 组分A的质量浓度与总质量浓度之比，称为质量分数ωＡ： 摩尔浓度 组分A的摩尔浓度cＡ：单位容积混合物中含有组分A的摩尔数。 摩尔分数： 固体和液体：xA=cA/c 气体： yA=cA/c yA=pA/p 例题10-1 温度为25℃和压力为10５Ｎ/m２的干空气主要由下列两种组分组成：yO2＝0.21；yN2＝0.79。氧的摩尔质量为0.032kg/mol，氮的摩尔质量为0.028kg/mol 。试确定:(1)氧和氮的质量分数，(2)干空气的平均分子量。 小 结 §10-2 分子扩散概念 在静止的系统中，由于浓度梯度而产生的质量传递称为分子扩散。 一、分子扩散速度和通量 1.分子扩散速度 整体流动的质量平均速度 : 整体流动的摩尔平均速度: ui 表示组分i的速度； ui-u 表示组分i相对于整体流动的 质量平均速度u的扩散速度； ui-uM 表示组分i相对于整体流动的 摩尔平均速度uM的扩散速度。 2.通量 通量(即扩散速率)是指在垂直于浓度梯度方向的单位面积上，单位时间内所通过的物质量，简称通量。 通量是浓度和速度的乘积，其单位由相应的浓度和速度的单位决定，可以是质量通量kg/(m2·s)或摩尔通量mol/(m2·s)等。 净通量:对于i组分，其相对于固定坐标的通量叫该组分的净通量。 ni:组分的净质量通量 Ni:组分的净摩尔通量 分子扩散通量:对于i组分，其相对于相对坐标的通量叫该组分的分子扩散通量。 分子扩散质量通量ji:相对于质量平均速度的通量 分子扩散摩尔通量Ji:相对于摩尔平均速度的通量 各种通量的定义式为： 净质量通量 ni＝ρiui 净摩尔通量 Ni＝ciui 分子扩散质量通量 ji＝ρi(ui－u) 分子扩散摩尔通量 Ji＝ci(ui－uM） 由上面关系可以得到扩散方程： ni=ji+ρiu Ni=Ji+ciuM 3.通量、速度、浓度关系式 根据上述通量的概念，可以得到流体混合物平均速度的另一种表示方法: 小 结 二、斐克第一定律 1.分子扩散通量的斐克定律表达式： 若双组分混合物的浓度不变 与傅立叶定律比较： 2.净通量斐克定律表达式： 净通量有两部分：一部分是浓度梯度引起的分子扩散通量；一部分是从整体流动中携带出来的组分A的通量。 在纳维埃－司托克斯方程式中要考虑扩散 时，则选用nＡ和jＡ； 在化学反应中，则应选用JＡ和NＡ； 在传质设备的工程计算中，则用nＡ和NＡ； 在扩散室中测量扩散系数时，则应选用 JA和jＡ。 例题10-2 有一管道内充满了氮(N２）—氦(He)混合气体，其温度为300K，总压力为1×105N/m2，一端氮的分压力为pA1＝0.