环境工程原理第05章_质量传递.ppt

在稳态情况下 为定值 在等温等压条件下，式中 为常数，所以 气相主体: 相界面: z=0 z=L 第三节 分子传质 (二)浓度分布 第三节 分子传质 上式经两次积分，代入边界条件 相界面: 对于稳态扩散过程， 为常数，即 气相主体： 组分A和B的浓度分布为直线 分子传质小结 单向扩散 等分子反向扩散 漂移因子 （一）扩散通量 （二）浓度分布 费克定律的普通表达形式 一、对流传质过程的机理及传质边界层 二、对流传质速率方程 三、典型情况下的对流传质系数 本节的主要内容 第四节 对流传质 对流传质：运动着的流体与相界面之间发生的传质过程 不互溶的两种运动流体之间的界面 流动的流体与固体壁面 气体的吸收： 在气相与液相之间传质 流体流过可溶性固体表面 流体中某组分在固体表面反应 萃取。。。。 第四节 对流传质 分子扩散 流体各部分之间的宏观位移引起的扩散 质量传递将受到流体性质、流动状态以及流场几何特性等的影响。 (一)对流传质过程的机理 ＋ 层流区 湍流区 质量传递 固体壁面附近形成浓度分布 ？ 传质的机理 第四节 对流传质 一、对流传质过程的机理及传质边界层 层流流动时的扩散通量明显大于静止时的传质。这是因为流动加大了壁面处的浓度梯度，从而使壁面上的扩散通量增大。 层流边界层： 分子扩散 扩散通量： 第四节 对流传质 传质机理： 依据费克定律 扩散通量与静止时相同吗： 湍流边界层： ?层流底层：物质依靠分子扩散传递，浓度梯度较大，传质速率可用费克第一定律描述，其浓度分布曲线很陡，近似为直线； ?湍流核心区：有大量的旋涡存在，物质的传递主要依靠涡流扩散，由于强烈混合，浓度梯度几乎消失，组分在该区域内的浓度基本均匀，其分布曲线较为平坦，近似为一垂直直线 层流底层 湍流核心区 过渡区 ?过渡区：分子扩散和涡流扩散同时存在 除了分子扩散外，更重要的是涡流扩散。 湍流区 第四节 对流传质 (二)传质边界层 可以认为质量传递的全部阻力都集中在传质边界层内 传质边界层的名义厚度定义为 时 0.99u0 0.99C0 具有浓度梯度的流体层 传质边界层 (cA-cA,i)＝0.99(cA,0-cA,i) 第四节 对流传质 二、对流传质速率方程 流动处于湍流状态时，物质的传递包括了分子扩散和涡流扩散，涡流扩散系数难以测定和计算 将过渡层内的涡流扩散折合为通过某一定厚度的层流膜层的分子扩散 G 有效膜层或虚拟膜层 简化计算 由流体主体到界面的扩散 通过有效膜层的分子扩散 整个有效膜层的传质推动力为 浓度分布 全部传质阻力集中在有效膜层 第四节 对流传质 (一)对流传质速率方程的一般形式 组分A的对流传质速率，kmol/（m2·s） 流体主体中组分A的浓度，kmol/m3 界面上组分A的浓度，kmol/m3 对流传质系数，也称传质分系数，下标“c”表示组分浓度以物质的量浓度表示，m/s 对流传质速率方程 传质系数体现了传质能力的大小，与流体的物理性质、界面的几何形状以及流体流动状况等因素有关。 用分子扩散速率方程去描述对流扩散。由壁面至流体主体的对流传质速率为 第四节 对流传质 (5.4.4) 组分浓度常用分压表示 界面上组分A的分压，N/m2 气相主体中组分A的分压 气相传质分系数，kmol/（m2·s·Pa） 液相传质分系数，m/ s 气相与界面的传质 液相与界面的传质 第四节 对流传质 (5.4.5) (5.4.6) 若组分用摩尔分数表示，对于气相中的传质，摩尔分数为y，则 用组分A的摩尔分数差表示推动力的气相传质分系数 对于液相中的传质，若摩尔分数为x，则 用组分A的摩尔分数差表示推动力的液相传质分系数 第四节 对流传质 (5.4.8) (5.4.10) (5.4.9) 第四节 对流传质 两种典型情况 其对流传质系数的表达形式不同 单向扩散 等分子反向扩散 对流传质 单相中 在虚拟膜层内的分子扩散 (二)单相传质中对流传质系数的表达形式 双组分系统中，A和B两组分作等分子反向扩散时， 对流传质系数用 表示，则 相应的分子扩散速率为 虚拟膜层的厚度 第四节 对流传质 1.等分子反向扩散时的传质系数 (5.4.11) (5.4.12) 2.单向扩散时的传质系数 双组分系统中，组分A通过停滞组分B作单向扩散时， 对流传质系数用 表示。则 相应的分子扩散通量为 故 组分B的对数平均摩尔分数 第四节 对流传质 (5.4.13) (5.4.14) 、 【例题】在总压为2atm下，组分A由一湿表面向大量的、流动的不扩散气体B中进行质量传递。已知界面上A的分压为0.20atm，在传质方向上一定距离处可近似地认为A的分压为零。已测得A