第05章质量传递.pptx

第五章 质量传递 ;第五章 质量传递 ;第五章 质量传递 ;第一节 环境工程中的传质过程;相界面;一、传质机理 二、分子扩散 三、涡流扩散;一、传质机理;工程上为了加速传质，通常使流体处于湍流状态，涡流扩散占主导要地位。 ;1、费克定律;以质量分数为基准：;2、分子扩散系数 ; 对于双组分气体混合物，组分的扩散系数：; ;动量传递（扩散） 牛顿粘性定律;(1) 什么是分子扩散和涡流扩散？ (2) 简述费克定律的物理意义和适用条件。 (3) 简述温度、压力对气体和液体分子扩散系数的影响。 (4) 对于双组分气体物系，当总压和温度提高1倍时，分子扩散系数将如何变化？ (5) 分析湍流流动中组分的传质机理。;一、等分子反向扩散 扩散通量、浓度分布 二、单向扩散 扩散通量、浓度分布 三、界面上有化学反应的稳态传质; 在一些双组分混合体系的传质过程中，当体系总浓度保持不变时，组分A在分子扩散的同时伴有组分B向相反方向的分子扩散，且组分B扩散的量与组分A相等，这种传质过程称为等分子反向扩散。;等分子反向扩散;稳态扩散过程，NA为常数，;氨分压降低; 在气液两相界面上，只有气体组分A 从气相向液相传递，而无物质从液相向气相作相反方向的传递，这种现象可视为单向扩散。由于组分A 被溶剂吸收，使气相主体与相界面之间形成总压梯度，在此梯度推动下，气相主体向界面处流动，这种现象称为主体流动。;2、扩散通量;传质时流体混合物内各组分的运动速度不同，为了表达混合物总体流动的情况，引入平均速度uM;第三节 分子传质;单向扩散，NB=0;cB,m 惰性组分在相界面和气相主体间的对数平均浓度;讨论; ;上式经两次积分，代入边界条件;【例题5.3.1】用温克尔曼方法测定气体在空气中的扩散系数，测定装置如图所示。在101.3kPa下，将此装置放在328K的恒温箱内，立管中盛水，最初水面离上端管口的距离为0.125m，迅速向上部横管中通入干燥的空气，使水蒸气在管口的分压接近于零。实验测得经1.044×106s后，管中的水面离上端管口距离为0.15m。求 水蒸气在空气中的扩散系数。;=15.73kPa（328K下水的饱和蒸气压）;;三、界面上有化学反应的稳态传质 ;以表面催化反应的扩散过程为例。如图，气体Ａ由气相主体扩散到催化剂表面，在催化剂作用下，发生一级化学反应：;边界条件： 催化剂表面：z=0，yA=yA,i 气相主体： z=L，yA=yA,0;（2）若化学反应速率远远低于扩散速率，则此过程可视为反应控制过程。若为一级化学反应，在催化剂表面组分A的传质通量与摩尔分数的关系为;【例题5.3.2】为减少汽车尾气中NO对大气的污染，必须对尾气进行净化处理。含有NO及CO混合气体的尾气通过净化器，尾气中所含的NO与净化器中的三效催化剂接触，在催化剂表面发生还原反应，这一反应过程可看作气体NO通过静止膜的一维稳态扩散过程。;在催化剂表面，有;单向扩散;(1)什么是总体流动？分析总体流动和分子扩散的关系。 (2)在双组分混合气体的单向分子扩散中，组分A的宏观运动速度和扩散速度的关系？ (3)单向扩散中扩散组分总扩散通量的构成及表达式。 (4)简述漂移因子的涵义。 (5)分析双组分混合气体中，当NB= 0、 NB=－NA及NB=－2NA时，总体流动对组分传质速率的影响。; 汽车尾气主要由碳氢化合物(CnHm)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(Nox)等组成，其中CnHm及NOx在阳光及其它适宜条件下发生化学反应，生成含有NO2和O3的光化学烟雾。1955年美国洛杉矶被光化学烟雾笼罩几天，几千人受害，三百人死亡。从20世纪70年代以来，欧美各国针对汽车排放问题相继制定了法律条例，控制汽车废气排放。这种政府行为促进了汽车排气净化装置的发展和应用，一种简便、有效的催化式排气净化器应运而生了。; 催化式排气净化器有氧化型、双床型、三元型等多种型式，其中最常用的是三元型催化式净化器。 欧共体规定从1993年1月开始，在欧共体各国出售的汽油发动机新车一律要配置三元型催化式净化器。最近，北京执行了新的轻型汽车排放标准，上海及其它一些大城市也将会公布类此汽车排放标准，三元型催化式排气净化器在中国将会被大量使用。; 三元指：CO、CnHm、NOx。 构造：外形象一个排气消声器，实际上也起到消声器的作用。壳体用耐高温的不锈钢制成，内部的蜂巢式通道(多孔陶瓷材料)上涂有催化剂，催化剂的成份有铂、钯和铑等稀土金属。 工作原理：当汽车废气通过净化器时，CO和CnHm在催化剂铂与钯的作用下，与空气中的氧发生反应产生水和二氧化碳，而NOx则在催化剂铑的作用下被还原为氧气和氮气。;