第五章质量转移.ppt

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第五章质量转移

第五章 质量传递 在环境工程中,去除水、气和固体中的污染物常用到传质过程,如常见的吸收、吸附、萃取、膜分离过程。在化学反应和生物反应中,也常伴随着传质过程。 酸碱中和反应 §5.1 环境工程中的传质过程 1.吸收与吹脱(汽提) 2.萃取 3.吸附 4.离子交换 5.膜分离 根据气体混合物中各组分在同一溶剂中的溶解度不同,使气体与溶剂充分接触,其中易溶的组分溶于溶剂进入液相,而与非溶解的气体组分分离。 用水吸收混合气体中的氨 石灰/石灰石法烟气脱硫 化学工程中将被吸收的气体组分从吸收剂中脱出的过程称为解吸。 环境工程中,解吸常用于从水中去除挥发性的污染物。 利用空气作解吸剂,称为吹脱(如高浓度NH3-N废水的处理);利用蒸汽作解吸剂,称为汽提(如油库、航空港等地方受石油烃污染的地下水处理)。 萃取是利用液体混合物中各组分在不同溶剂中溶解度的差异分离液体混合物的方法。(高浓度含酚废水处理时可通过萃取一方面回收酚,另一方面降低处理的难度;从染料废水中提取有用染料;从洗毛废水中提取羊毛脂) 吸附:当某种固体与气体或液体混合物接触时,气体或液体中的某一或某些组分能以扩散的方式从气相或液相进入固相,称为吸附。 活性炭脱硫 活性炭、陶粒柱净水 离子交换是依靠阴、阳离子交换树脂中的可交换离子与水中带同种电荷的阴、阳离子进行交换,从而使离子从水中除去。 制取软化水,纯水,去除水中某种特定物质(如去除电镀废水中的重金属)。 膜分离是以天然或人工合成的高分子薄膜为分离介质,当膜的两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差)时,混合物中的某一组分或某些组分可选择性地透过膜,从而与混合物中的其他组分分离。已经广泛应用于给水和污水处理中,如高纯水的制备、MBR 反渗透:利用半渗透膜,当对高浓度一侧施加高于渗透压的压力时,水分子通过渗透膜,从而使水得到净化。 电渗透(析):在电流作用下,阳、阴离子分别通过阳、阴离子交换膜而在局部富集,使水得到净化,从而脱盐。 纳滤 超滤 微滤 §5.2 质量传递的基本原理 二、分子扩散 (一)费克定律 费克定律的其它表达形式: (二)分子扩散系数 三、涡流扩散 §5.3 分子传质 发生在静止流体、层流流动的流体以及某些固体的传质过程中。 当静止流体与相界面接触时,若流体中组分A的浓度与相界面处不同,则物质将通过流体主体向相界面扩散。在这一过程中,组分A沿扩散方向将具有一定的浓度分布。对于稳态过程,浓度分布不随时间变化,组分的扩散速率也为定值。 静止流体中的质量传递分为单向扩散和等分子反向扩散。 一、单向扩散 静止流体与相界面接触时的物质传递完全依靠分子扩散,其扩散规律完全可以用费克定律描述。 以上分析表明: 在单向扩散中 扩散组分的总通量=流动所造成的传质通量+叠加于流动之上的由浓度梯度引起的分子扩散通量 (一)扩散通量 三、界面上有化学反应的稳态传质 既有分子扩散,又伴随着化学反应。这两种过程的相对速率极大地影响着过程的性质。 §5.4 对流传质 对流传质是运动着的流体与相界面(固体壁面或流体界面)之间发生的传质过程,也称为对流扩散。 一、对流传质过程的机理及传质边界层 对流传质中分子扩散和涡流扩散一般同时存在。 层流流动 (二)传质边界层 具有浓度梯度的流体层称为传质边界层,可以认为质量传递的全部阻力都集中在边界层内。与流动边界层相似,对于平板壁面,将传质边界层的名义厚度δc定义为 对于圆管的传质 二、对流传质速率方程 (一)对流传质速率方程的一般形式 (二)单相传质中对流传质系数的表达形式 三、典型情况下的对流传质系数 同学自学! z 0 L NA NB L 催化剂表面 图 界面处有化学反应的传质过程 在物质表面进行的化学反应过程。(以催化剂反应为例) 根据化学反应的计量式,可得出组分A的扩散通量NA与组分B的扩散通量NB之间的关系为 NB= - 2 NA 饼醒陕歪室峙茂拳奔蛛改回做常赛承襄皂氏哇暇偷吕脐包咽硷哼硕裴恒册第五章质量转移第五章质量转移 NB= - 2 NA 将上式在催化剂表面和气相主体之间积分,边界条件为 z=0, yA=yA,i z=L, yA=yA,0

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