8.2 传质过程导论PPT.ppt

长江大学机械工程学院 School of Mechanical Engineering 长江大学机械工程学院 School of Mechanical Engineering 长江大学机械工程学院 相组成的表示法 质量分数： 摩尔分数： 质量比： 摩尔比： 质量浓度： 摩尔浓度： 知识回顾： 吸收、萃取、浸沥、精馏、增湿减湿、结晶、干燥 工业生产中的传质过程 长江大学机械工程学院 8.2 扩散原理 一、分子扩散与菲克定律 二、等摩尔相互扩散及速率方程 三、单向扩散及速率方程 四、扩散系数 长江大学机械工程学院 扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积扩散的物质量，J 表示，kmol/(m2·s)。 分子扩散：在静止或层流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处的现象。 一、分子扩散与菲克定律 分子扩散现象： 长江大学机械工程学院 JA——组分A在扩散方向z上的扩散通量，kmol/（m2·s） 负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着浓度降低的方向进行。 ——组分A在扩散方向z上的浓度梯度，kmol/m4； DAB——组分A在组分B中的扩散系数，m2/s。 一、分子扩散与菲克定律 菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。 长江大学机械工程学院 1.等摩尔（分子）相互扩散 ——任一截面处，两组分的扩散速率大小相等，方向相反。 二、等摩尔相互扩散及速率方程 长江大学机械工程学院 长江大学机械工程学院 混合物的总浓度(或总压强)各处相等，即: 液体： 气体： ＝常数 ＝常数 任一时刻，任一处: 又 JA=－JB　　 故 DAB=DBA=D 二、等摩尔相互扩散及速率方程 长江大学机械工程学院 传质速率：在任一固定的空间位置上，单位时间内通过垂直于传递方向的单位面积传递的物质量，记作N，kmol/（m2·s）。 在等分子反向扩散中，组分A的传质速率等于其扩散速率。 2. 等摩尔（分子）扩散传质速率方程 扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积扩散的物质量，J表示，kmol/(m2·s)。 二、等摩尔相互扩散及速率方程 长江大学机械工程学院 二、等摩尔相互扩散及速率方程 边界条件：z=0处，cA=cA1；z=z处，cA=cA2， 液相： 气相： 长江大学机械工程学院 二、等摩尔相互扩散及速率方程 边界条件：z=z1，pA=pA1；z=z2，pA=PA2， 气相： 长江大学机械工程学院 讨论： NA∝(cA1-cA2) NA∝(pA1-pA2) (1) （2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。 （3）等分子反向扩散发生在蒸馏过程中。 二、等摩尔相互扩散及速率方程 液 相(A+B) 汽 相(A+B) B A 长江大学机械工程学院 总体流动：气相主体中的溶质A扩散到界面并溶解于溶剂中，造成的空位由混合气体填补，致使气相主体与界面产生一小压差，促使混合气体由气相主体向界面处的流动。 三、单向扩散及速率方程 1.单相扩散 长江大学机械工程学院 JA JB 1 2 NbcA/c NbcB/c 总体流动Nb NA 三、单向扩散及速率方程 总体流动的特点： （1）因分子本身扩散引起的宏观运动。 （2）A、B在总体流动中方向相同，流动通量正比于摩尔分数。 长江大学机械工程学院 总压 P 界面 B扩散JB A扩散JA 总体流动中 B的传递NB,b 总体流动中 A的传递NA,b pA1 pA2 pB1 pB2 气相主体 液相 z1 z2 组分B不能通过气液界面，故： 三、单向扩散及速率方程 长江大学机械工程学院 气相扩散: 三、单向扩散及速率方程 长江大学机械工程学院 边界条件: z=0，pA=pA1；z=z，pA=pA2 总压 p A扩散 JA B扩散 JB 总体流动中 B的传递NB,b 总体流动中 A的传递NA,b pA1 pA2 pB1 pB2 0 z 三、单向扩散及速率方程 长江大学机械工程学院 边界条件：z=0，cA=cA1；z=z，cA=cA2 液相： 三、单向扩散及速率方程 长江大学机械工程学院 例1：在温度为20℃、总压为101.3kPa的条件下，CO2与空气混合气缓慢地沿着Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过1mm厚的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中，混合气体中CO2的摩尔分率为0.2，CO2到达Na2CO3溶液液面上立即被吸收，故相界面上CO2的浓度可忽略不计。已知温度20℃时，CO2在空气中的扩散系数为0.18cm2/s。试求C