第4章_传质基础-副本.pptx

第四章　传质分离基础 ;化工单元操作，是化学工程的主要研究领域，是在化学工业生产中具有共同的物理变化特点的基本操作。 工业上常见的吸收、精馏等操作过程就是通过物质的传递来实现混合物分离，是典型的单元操作过程。;§ 1 传质过程概述;焦化厂用水吸收焦炉气中的氨 ;1-2 传质分离操作的种类;;;;相平衡;2-1 单相中的传质;分子扩散 如果在流体内部存在某一组分的浓度差时，由于物质分子的无规则运动，该组分将从较高浓度处向较低浓度处转移，直至流体内部达到浓度均匀为止。 ;Fick定律： 流体内任一点处组分A的扩散通量与该组分在扩散方向上的浓度梯度成正比。;;1．等物质的量反向定常态扩散;传质速率（或传质通量）NA：单位时间通过单位固定空间传质面积的物质量，mol/(m2?s)；; 在没有物质流动的单纯等物质的量反向扩散过程，A组分的传质通量（NA）等于分子的扩散通量，即 NA=NA,0;1、对于理想气体：;; 在没有物质流动的单纯等物质的量反向扩散过程，A组分的传质通量（NA）等于分子的扩散通量，即 NA=NA,0;2. 单方向的扩散;;单方向扩散;主体流动现象;2、总体流动NA，M：压强差引起的宏观运动;组分B的传质通量为零;积 分:;所以;其中：;讨 论; 分子是组分A从气相扩散到界面的传质推动力； 分母是传质阻力。 说明：在静止或层流流动的流体内，物质通过单位面积的传质速度与溶质的分压成正比，与温度，扩散距离、以及惰性组分B的对数平均分压成反比。;扩散系数 ;3、扩散系数;估算在20℃和1.013×10-5Pa下CO2在空气中的扩散系数。 解：设A组分为CO2，B组分为空气 ΣVA = 26.9×10-6m3.Mol-1 ΣVB =20.1×10-6m3.Mol-1 Mr，A=44 Mr，B=29 T=273+20=293K P=1.013×10-5Pa;半经验公式 ;; 涡流扩散 一般分子的扩散速度很小，例如，一杯水中滴入一滴红墨水，红色的扩散很慢，这是因为静止水的物质扩散只靠分子扩散。为了加速红色扩散，用玻璃棒搅拌，水中质点的运动使红色很快扩散。这种依靠流体质点的运动而引起的物质的扩散称为涡流扩散。;; 对流扩散（传质扩散） ;2.对流传质???机理;湍流 主体;;在两相界面传质过程中，两相界面有二种情况： （1）固定界面 气、液两相或液、固两相间的界面为固定的表面。 （2）流动界面 气、液两相和液、液两相的界面为流动的界面。 ;（2）有效膜模型; 层流层：没有与界面垂直的运动，物质的传递为分子的扩散。 过渡层：垂直运动不强，同时有分子扩散与涡流扩散。  湍流层：很强的分子垂直运动，以涡流为主。;在气相中，用分压表示组分的含量 在液相中，用摩尔浓度表示组分的 含量 ;kG，kL-为气膜、液膜传质分数， PA，PA，i-为扩散组分A在气相主体与界面上的分压 CA，CA，i-为扩散组分A在液相主体与界面上的浓度。;;2-2 相际间传质 ;相际对流传质三大模型：双膜模型、 溶质渗透模型 、表面更新模型;在气、液两相之间有稳定界面，溶质以分子扩散的形式连续通过这两个膜层，膜层厚度随流体的流动状态而变化。 界面上没有传质阻力，且成平衡状态， 在气、液之体内，由于流体充分湍动，溶质的浓度分布基本均匀，浓度梯度为零。即浓度梯度全部集中在有效膜内。;本章小结;;