第三章__传质x
第三章 对流传质

D C A 3D k ( ) c Y 0 C C Y A 0 A 2 C
3D kc 2 C
C 1 3 1.026 Sc
4 . 64 x Re x
k x 1 /2 1 /3 c 0 . 332 R Sc cx D
令:
kc x Sh x D
在寿命te时间内的平均扩散流密度:
1t D D e J ( c c ) dt 2 ( c c ) A s b s b 0 t t t e e
根据传质系数的定义J kd(cs cb ),得到R.Higbie的溶质渗透理论的 传质系数公式:
D kd 2 πt e
丹克沃茨( P. V. Danckwerts )认为流体2的各微元与流体1 接触时间即寿命各不相同,而是按0~ ∞分布,服从统计分布 规律。 设Φ 为表示流体微元在界面上的停留时间分布函数,其单位 [s-1]。时间越长者,占据的比例越小。则Φ 与微元停留时间的关 系可用下图表示。
tdt(1Sdt ) t+dtdt t+dt -t t Sdt dt / t - Sdt
设S为一常数,则:
Aest
式中A为积分常数。
st Ae d t 1 0
A A st ( st ) 1 0 e d S S
故A=S,得:
( t)Se
d v x yx dy
c T q a y y
cA ji DAB y
速度 动量 热量 通量 物性系数 温度 梯度 质量 浓度
2.有效边界层模型
图中cs为界面处的浓度,cb为浓度边界层 外液体内部的浓度。在浓度边界层中浓度发 生急剧变化,边界层厚度c不存在明显的界 限,使得数学处理上很不方便。在浓度边界 层中,同时存在分子扩散和湍流传质。因此 在数学上可以作等效处理。在非常贴近与固 体的界面处,浓度分布成直线。因此在界面 处(即y=0)沿着直线对浓度分布曲线引一 切线,此切线与浓度边界层外流体内部的浓 度cb的延长线相交,通过交点作一条与界面 平行的平面,此平面与界面之间的区域叫做 有效边界层,用c’来表示。
【最新整理】传热与传质学-第三章-稳态热传导-new

(2)试用N表示通过复合平壁的热流密度和导热速率。
(3)N=10时,计算第5、6层平壁交界面处的温度。
分析:
tf1
➢ 按题意,一维、稳态h1 、平壁导热问题,第三类边界条件; t2
➢ 已知平壁相关尺寸、热导率;流体温度及对流换热系数;
t3
h2
dT dr
c1
T c1 ln r c2
T1 c1 ln r1 c 2 ; T 2 c1 ln r2 c 2
应用边界条件 获得两个系数
c1
T2 ln ( r2
T1 r1 )
;
c2Biblioteka T1(T2T1 )
ln r1 ln(r2 r1 )
T
T1
T2 ln(r2
T1 r1 )
ln(r
r1 )
将系数带入第二次积分结果
tf2
(1)当N=3时,请画出等效热网络图,并标明各部分热阻。
q
Tf 1 tf1
t1
t2
t3
t2
tf2 Tf 2
Rconv,1 三 Rc层 ond平,1 壁Rc的on稳 d ,2态R导con热d ,3 Rconv,2
各热阻:
Rconv,1
1 h1 A
Rconv,2
1 h2 A
L
Rcond ,1 k 1 A
RN 5,total
L
k 1
A
2
1 251
1 h1 A
0.5469K
/W
由于第5、6层平壁交界面处的温度可以表示为:
q Tf 1 T5,6 RN 5,total
因此,第5、6层平壁交界面处的温度为:
第三章传热传质问题的分析与计算

y , t tw 1 t tw
扩散方程
y 0, CA CA,w 0 y , CA CA,w 1
CA, CA,w
CA, CA,w
这三个性质类似的物性系数中,任意两个系数 的比值均为无量纲量,即
普朗特准则 Pr
v
2u y 2
能量方程
u
t x
t y
a
2t y 2
扩散方程
u
C A x
C A y
D
2C A y 2
边界条件为:
动量方程 y 0, u 0
或
u
能量方程
y , u 1 或 u
y 0, t tw 0 t tw
u uw 0 u uw
h
dy
定义,阿克曼修正系数
C0
= (N AM Ac P,A+N B M h
BcP,B )
C0与假定传质方向(壁面向流体)一致为正
δ0
d 2t dy2
- C0
dt dy
=0
边界条件
y =0
y =δ0
t =t1
t =t2
得到流体在薄膜层内的温度分别为
exp(C0 y ) -1
t( y) =t1 +(t2 - t1)
dy
• 动量传递公式表明:动量通量密度正比 于动量浓度的变化率。
• 能量传递公式表明:能量通量密度正比 于能量浓度的变化率。
• 质量传递公式表明:组分A的质量通量密 度正比于组分A的质量浓度的变化率。
3.1.2 三传方程
连续性方程 u 0
传热和传质基本原理 第三章 传质理论PPT课件

Du ~ic~f Dt
(c~u ~jf
uif xj
u ~ju ~if
cf xj
)Df xc~j xu ~ij)f
c~(1f x~ pi xi( xu ~ij u ~ xij))f 0
c ~ ( 1 f x ~ p i x i ( x u ~ i j u ~ x ij)f) C ru ~ jc ~ f u x i j f
44
Theoretical analyses
Volume average
1 dV V Vf
Intrinsic average
f 1 dV f
Vf Vf
f ~ 1 dA V Aint
Microscopic governing equations
Schematic of a porous media
xj xj
ujf xi
)
1 Vf
Ain(ip( xuij u xij)n )jdA
(cf
t
xjujfcf) xj(Df cxjf
Df V
A cinnijd
A u ~jc ~f)
1 c
VAinD i f xjnjdA
46
Subtracting the volume-averaged equations from the
D D c ~ x j t ( u ~ j c f u ~ j c ~ u ~ j c ~ f) x jD f x c ~ j a fh f( c f c s )
where
D
Dt t
ujf
xj
47
Note the relationship
D D u ~ic~tc~D D u ~i t u ~i D Dc~t
化学工程基础第三章作业答案

第三章 传质分离过程3-2 正戊烷(T b = 36.1℃)和正己烷(T b = 68.7℃)的溶液可以认为是理想溶液,已知两个纯组分的饱和蒸汽压(汞压差计示数,mm )和温度(℃)的关系如下:正戊烷 0.2321065852.6lg 01+-=t p 正己烷 4.2241172878.6lg 02+-=t p 试计算该二组分溶液的气-液平衡关系(用y-x 函数关系表示)。
解: C t b 4.5227.681.36=+= 11.30.2324.521065852.60.2321065852.6lg 01=+-=+-=t p mmHg p 128001=64.24.2244.521172878.64.2241172878.6lg 02=+-=+-=t p mmHg p 44002=91.244012800201===p p α xx y 91.1191.2+= 3-3 已知正戊烷和正己烷的正常沸点,若不用相对挥发度的概念,该二组分溶液在p = 101.3kPa 时y-x 关系如何计算,请写出计算过程。
提示:以泡点方程和露点方程表示。
3-4 乙醇和甲乙酮是非理想溶液。
已知乙醇的正常沸点是78.3℃,甲乙酮的正常沸点是79.6℃,在常压时该二组分溶液有一个最低沸点74℃,共沸组分是乙醇和甲乙酮各占50%(摩尔百分数)。
已知乙醇和甲乙酮的饱和蒸气压(汞压差计示数,mm )和温度(℃)的关系如下:乙醇 7.2221554045.8lg 01+-=t p 甲乙酮 2161210974.6lg 02+-=t p 试作出该非理想二组分溶液的气液平衡相图。
解:设乙醇为A ,甲乙酮为B(1)求恒沸点的r74℃下:81.27.222741554045.87.2221554045.8lg 0=+-=+-=t p A mmHg p A 8.6410=80.2216741210974.62161210974.6lg 0=+-=+-=t p B mmHg p B 3.6330=∴ 184.18.6415.07605.00=⨯⨯==A A A A p x P y 总γ 20.13.6335.07605.00=⨯⨯==B B B A p x P y 总γ (2)求Margules 公式的端值常数[])(2lg 2A B x A x A B A -+=γ[])(2lg 2B A x B x B A B -+=γ[])(5.025.0184.1lg 2A B A -⨯+=[])(5.025.020.1lg 2B A B -⨯+=解得:A = 0.2934 B = 0.3167(3)求 00BA p p 取组分平均沸点 C t b 7926.794.78=+=89.27.222791554045.87.2221554045.8lg 0=+-=+-=t p A mmHg p A 8.7830=87.2216791210974.62161210974.6lg 0=+-=+-=t p B mmHg p B 2.7450=052.12.7458.78300==BA p p (4)按公式(a )求任一x A 时的γA 、γB ;并求B B A A p p γγα00/= 再按公式 AA A x x y )1(1//-+=αα求出若干组y A -x A ,列表作图。
电子教案与课件:传热和传质基本原理 C3(full)

C. Fixed temperature: L L D. Infinite fin (mL>2.65): L 0
肋片传热速率
q f
kAc
d
dx
|x0
Af h x dAs
无限长肋片的结果
3.6.3 肋片性能
1 肋片通过增加有效对流表面积来增加表面上的传热。 2 对肋基表面向外的传热,肋片又代表了一个传导热阻。
1.非对称边界条件
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts,2
Ts,1 2
x L
Ts,1
Ts,2 2
dT qx kA dx const.
在有内热源的情况下, 热流密度是随x变化的。
2.对称边界条件
温度分布关于中心面对称,故
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts
中心面温度最高:
T
0
T0
qL2 2k
1 r2
k
T
z
k
T z
q
cp
T t
2.24
1 r2
r
kr
2
T r
r2
1
sin2
k
T
r2
1
sin
k
sin
T
q
cp
T t
2.27
研究一维、稳态条件下通过扩散传递热量的情况。
一维:变量在空间上的变化只需单一坐标描述,温度梯度仅在单一 坐标方向上存在,也仅在此方向上传热。
T0
3.21
1 横截面积A(x)和材料的导热系数k(T)均可为已知。【可测量】
化工原理-尚海涛-传质概论-10.5

3.5.1 单级接触操作和理论级的概念(一)
以液液萃取为例:
水溶液中组分A的摩尔比为XAi,有机溶剂(萃取相)中组分A的摩 尔比为YAi。 两相混合,搅拌均匀,组分A从水溶液向有机相 (萃取相)转移, 一定时间后静置澄清,两相分开(浓度分别变为XAo, YAo),这种 操作称为单级接触操作。
3.5.1 单级接触操作和理论级的概念(二)
摩尔分数。在气-液相体系中,x表示液相中的摩 尔分数,y表示气相中的摩尔分数。
3.2 混合物组成的表示方法 3.2.3 质量比与摩尔比(一)
质量比
混合物中单位质量惰性物质所含某组分的质量称为该组 分的质量比。
惰性物质是指传质分离过程中不在相间传递的物质。
mA 组分A的质量比X A m mA
摩尔比。在气-液相体系中,X表示液相中的摩 尔比,Y表示气相中的摩尔比。
3.2 混合物组成的表示方法
3.2.3 气体的总压与组分的分压
对于气体混合物,其组成还常常用总压p和分压
pA来表示。
总压、分压与摩尔分数 、摩尔比的关系为 : pA pA xA ,X A p p pA
3.3 传质分离过程的热力学基础 ——组分在两相间的平衡(一)
3.2 混合物组成的表示方法
3.2.2 质量分数与摩尔分数(二)
质量分数与摩尔分数的关系
aA xA M MA 其中M 为混合物的平均相对分子质量。 mA mB 混合物总质量 m M mA mB 混合物总摩尔数 n MA MB
一般用x,y分别表示同一组分在两个不同相中的
第三章 传质分离过程概论
3.1 传质分离过程
一.混合物分离方法分类
均相混合物的分离:靠物质分子的传递( 分子传递、涡流传递)进行分离,统称为 传质分离过程。如吸收、萃取、吸附等。 非均相混合物的分离:力学原理(质点 运动、流体力学)进行分离。如沉降、 过滤、离心等。
重庆大学三传基础课程 质量传输

q a
d i Di 2 i 带扩散的连续性方程 d
i ni Di y
菲克第一定律
带扩散的连续性方程和N—S方程、F—K方程很相似。这是因为其物理本 质的相似——物性传输和对流传输引起的传输量的蓄积。
12-4 菲克第二定律
i i i i 2 i 2 i 2 i ux uy uz Di ( 2 2 2 ) x y z x y z
随x↑而↑,随Re(u)↑而↓,借用速度附面层的概念,也有层流与紊流附 面层之分。 层流时,对流传质实质上分子扩散传质。 紊流时,在传质方向可划为紊流区、过渡区和层流底层三部分,而层 流底层集中了对流传质的大部分阻力,是对流传质的限制性环节。
三.边界传质微分方程
在y=0的相界面上传质实际为扩散,故有:
在求解上分别和定态导热和不定态导热相对应。
定态扩散的关系多用于实验测定扩散系数。
不定态扩散的求解目的则主要是确定浓度场。
定态扩散传质:解析过程和定态导热完全一样,或由菲克第一 定理求解,或由定态扩散方程求解。
传热:2t 0 方程: 传质:2 i 0 传热:t、q、a、α 对应参数: 传质:ρ、n、D、k
2. 物质的扩散系数——表示物质的扩散能力。
(1) 气体的扩散系数 在固、液、气三种物质中,气体的扩散系数最大,为5×10-6~ 10-5m2/s。
(2) 液体的扩散系数
比气体小,为10-10~10-9m2/s (3) 固体的扩散系数 是三态中最小的,为10-14~10-10m2/s
12-3 元体质量平衡方程(带扩散的连续性方程)
i i i i 2 i 2 i 2 i ux uy uz Di ( 2 2 2 ) x y z x y z Ci Ci Ci Ci 2Ci 2Ci 2Ci ux uy uz Di ( 2 2 2 ) x y z x y z
化工分离过程__第3章第一讲设计变量的确定

Overhead vapor
Total condenser
Reflux drum Top stage Bottom stage Feed stage
4
已知变量
Known variables
Feed stream flow rate
A concentration in feed
Feed condition in distillation
37
一、关键组分(Key Components)
Na=串级数(2)+分配器(1) +侧线采出(0)+传热单元(2)
= 5 (不论有多少个组分)
已被指定的可调变量:
(1)进料位置 feed stage location ; (2)回流比 reflux ratio ;
(3)全凝器饱和液体回流或冷凝器的 传热面积或馏出液温度。heat transfer area of the condenser or condensate temperature( i.e., saturated liquid)
2
3.1 设计变量 Independent Design Variables
设计前需给定数值的变量 物理量: 流率、浓度、温度(物流、系统)、压力、热 负荷、机械功、传热面积、理论板数等。
设计前需预先给定数值的变量称为设计变量。 设计变量的个数称为设计变量数。
例如:两组分精馏,一股进料,只有顶、釜采出, 则很简单,但对于多线采出等复杂情况,则需知道 确定的方法。
= 2C+6
NCe
物料衡算式: C
能量衡算式: 1
相平衡关系式: C(P-1)+2=C+2
化学反应平衡式: 0
内在关系式: C+1
《化工原理》(下)第三章塔设备第一次课PPT课件

齿形堰
3.1.3 板式塔的流体力学性能
1、 塔内气、液两相异常流动 液泛
❖ 正常操作时,降液管中有一足够的液体 高度,以克服两板间由气体压差造成的 压量↑→塔板压降↑→降液管内 液体流动不畅→管内液体积累;
❖ 若液相的流量↑→降液管内截面不能满 足该液体顺利流过→管内液体积累;
特点:
分离效率高; 板上有液位差,引起气体分布 不均匀; 目前常用
穿流式塔板
板上无降液管; 气液相同时通过板上孔道逆向穿流而过(逆流塔板)。
特点:
结构简单; 操作范围小; 分离效率低。
应用较少
3.1.1 气液相流程
❖ 从全塔来看,气相在塔内逐级上升,液相由塔顶 逐级下降。在下降中与上升气相进行接触传质。
❖ 塔板操作弹性并非恒定不 V 变,而与操作条件有关
①
⑤
a
❖a工况受液相下限及液沫夹
带线控制。b工况则受漏液
②
b
c
④
线及降液管液泛线控制。c ③
工况则受漏液线及液相上限
控制。
L
3.1.4 塔板型式
按气相通过塔盘传质元件的不同,可分为不同型式 的塔板
评价塔板性能的标准:
•生产能力:单位时间单位面积的处理量; •分离效率:分离能力,产品质量; •适应能力:对不同性质的物料的适应性; •操作弹性:维持正常操作气速允许变动的范围; •流动阻力:=干板阻力+液层阻力; •塔的结构、成本、安装及运转的可靠性。
应限制漏液量。要求不大于液体流量的10%。 漏液速度,它是塔操作的气相下限速度。
2、塔板负荷性能图
❖ 适宜操作范围的图形称之为塔的负荷性能图。
❖ ①过量液沫夹带线,或气相上限线 Vmax 过量液沫夹带量ev<10%
高等燃烧学讲义第3章(郑洪涛3学时)

第三章 传质引论——
3.1 传质速率定律——扩散的分子基础 • 为了深入理解质量扩散(菲克定律)和热量扩散(傅里叶定 律)宏观定律的分子过程,我们将应用分子动力学的一些 概念。考虑一个固定的单平面层的双组分气体混合物,混 合物由刚性的、互不吸引的分子组成,且A 组分和B 组分 的分子质量完全相等。在x方向上的气体层中存在着浓度 (质量分数〉梯度。这个浓度梯度足够小,这样质量分数 在几个分子平均自由程儿的距离内呈线性分布,如图3. 1 所示。 • 有了这些假 设,就可以 从动力学理 论来定义下 面的平均分 子特性:
第三章 传质引论——3.4 液-气界面的边界条件
• 有些情况下,界面温度可以给定或已知。但一般来说,界 面温度可以通过写出液体和气体的能量平衡方程,给出合 适的边界条件(包括界面的边界条件)来获得。 • 在液-气界面上,维持温度的连续性,则:
• 在界面上能量守恒,气相传给液相表面的热为 ,其中 一部分能量来加热液体,这部分热量为 ,剩余的部分 用于引起相变。能量平衡可以表示为:
• 因此导热系数就与温度的平方根成正比,这与 对于实际气体,与温度的相关性还要大一些。
相同。
第三章 传质引论——3.2 组分守恒
• 首先应用组分输运速率定律(菲克定律)来导出最基本的质 量守恒表达式。如图所示的一维控制体,其水平厚度为 , 组分A由宏观流动和扩散的联合作用流入或流出控制体。 组分A也可以由于化学反应产生或消耗。在控制体内A的质 量净增加率与质量流量和反应速率的关系为
第三章 传质引论——3.3 斯蒂芬问题
• 如图所示,考虑液体A,在玻璃圆筒内保 持一个固定的高度。气体 A 和气体 B 的混 合物流过圆筒的顶部。如果混合物中A的 浓度低于液体自蒸发表面上A的浓度,就 存在传质的驱动力,则组分 A 会从液 - 气 界面向圆筒的开口端 A 和 B 的气体流动扩 散。如果假设处于稳态(也就是说,液体 以一定的速度补充以保持液面高度不变, 或者界面下降的速度很慢以致它的移动 可以忽略),且假设B在液体A中不可溶, 则在管内液体中不存在B的净输运,在圆 柱中就产生了一个B的滞止层。 • 这一系统的总的质量守恒可以表达为
第一章 质量传输的基本概念及平衡方程式汇总

组分A在混合物 AB中的扩散系数
组分A的摩 尔浓度
m2 s
jA
DAB
dCA dx
mol m3
扩散方向上 的距离,m
扩散摩尔通量:单位 时间内,组分A通过与 扩散方向垂直的单位
面积的摩尔数。
mol 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。
材料成型传输原理--质量传输
第三篇 质量传输
(Mass Transfer)
材料成型传输原理--质量传输
内容提要
序言 第一章 质量传输的基本概念及平衡方程式 第二章 扩散传质 第三章 对流传质
材料成型传输原理--质量传输
序言
序言 第一章 质量传输的基本概念及平衡方程式 第二章 扩散传质 第三章 对流传质
4.对流传质机理
流体在壁面附近形成湍流边界层。湍流边界层又分为层流内层、 缓冲层和湍流主体三部分。在层流内层中,质量传递以分子扩散形 式进行。在缓冲层中,既有分子扩散,又有涡流扩散。在湍流主体 中,分子扩散的影响可忽略不计。
材料成型传输原理--质量传输
第二节 质量场的描述参数
质量场:质量与空间坐标(x,y,z)和时间t的变化关系
沿Z轴反方向传递。
dz
材料成型传输原理--质量传输
质量传输的研究方法: 研究质量传输的方法与研究热量传输的方法相似。 如果系统当中组分浓度比较低,质量交换率比较小,传
质现象的数学描述与传热现象是类似的。如果定解条件 也类似,从传热中得到的许多结果可以通过类比直接应 用于传质。当然,如果以上条件不满足,传热与传质过 程就会有明显差别,类比关系就不再适用。
化工基础课件第三章 传质过程-II

p* = 101.3 × 30% = 30.4 [kPa]
故
x = p* /E = 30.4/0.188 × 106 = 0.0001616
即液相中CO2的最大浓度为0.0001616 (摩尔分数)
28
增 例 3 : 在 101.3 [kPa] 、 283 [K] 条 件 下 用 水 吸 收 含 有 0.8%(mol)环氧乙烷的气体。已知该条件下环氧乙烷的亨利 系数E = 550 [kPa],求溶解度系数H和用比摩尔分数形式表 示的平衡关系式。
E m
P总
17
(3)两相组成都用比摩尔分数表示:
Y * mX
(3 II 4)
式中:X - 每千摩尔吸收剂中所含吸收质的量 [kmol];
Y- 每干摩尔惰性气体中所含吸收质的量 [kmol]。
这种表示两相组成的方法就是比摩尔分数表示法。
18
下面以液相为例看x与X的关系。 对于液相,由x的定义(吸收质在液相中的浓度 [摩尔
(1)液相中吸收质浓度用c [kmol/m3]表示:
p* c H
(3 II 2)
式中:p* - 气相中吸收质的平衡分压 [kPa];
c - 吸收质在溶液中的浓度 [kmol/m3];
H - 溶解度系数,它随温度的升高而减小,其单 位为 [kmol/m3·kPa]。
15
(2)两相组成均用摩尔分 数表示:当气相中吸收质浓 度y也用摩尔分数表示时, 根据道尔顿(Dalton)分压 定律,吸收质在气相中的分 压可以写成:
式中:p* - 气相中吸收质的平衡分压 [kPa]; x - 液相中吸收质的浓度 [摩尔分数]; E - 亨利系数 [kPa]。
E值的大小表示气体被吸收的难易程度。显然,E 值愈大,气体愈难于被吸收,反之,则愈容易被吸收。 对于一定的系统,E值随温度的增高而加大。
传质过程ppt课件

质传递全部借助分子扩散来进
行,浓度梯度在两个层中的分
布是线性的,而在有效膜以外
浓度梯度消失,即假设折线
pGpi 和 ciHc 代 表 实 际 浓 度 变 化 pBpi 和 ciEc 。 膜 层 厚 度 假 设 为 L1和L2。因为已假设界面上气、 液相存在着平衡,其关系为p*
= f (c)。
图3-I-2 双膜理论示意图
快, / 愈薄),如果单靠提高分子扩散的系数,效果是
不明显的。
单相传质方程式及单相传质系数
根据上面引出的有效膜(传质边界层)的概念, 从壁面到湍流主体的对流扩散传质速率方程式,就可
以按直接通过厚度为 / 的层流流体的分子扩散传质速
率来考虑。
17
同处理传热问题一样,把传 质速率写成如下形式:
k N (c1 c2 ) A
体),逐步依靠流体质点的
位移和混和进行传质,
图3-I-1
15
传质边界层(也称有效膜):有浓度梯度存在的区域。
对流扩散也看作为相当于通过厚度为 / 的传质边界层
的分子扩散过程。
此传质边界层中,包括了实际的层流底层厚度和虚拟
层厚度,虚拟层厚度是指过渡区及湍流主体的传质阻力折
合成与层流底层处的传质阻力相当的厚度。根据上述关于
21
根据近年的研究,在高流速下的两相流体间的传质, 具有下述特点:
(1)具有自由相界面的两相流体系统,相界面不是 固定不变的。当两相流速增大,湍流迅速发展,在相界 面上将形成众多的漩涡,相界面由于这些漩涡所冲刷和 贯穿而大大增加,从而严重地影响稳定的滞流膜。甚至 有人认为在这种情况下这个膜层已经不复存在。
下面我们着重讨论第二阶段,即当两相接触时 相间界面的状况及在界面上发生的过程。必须指出, 由于这个问题比较复杂,直到目前为止,尚没有统 一的成熟的理论足以完善地反映相间传质地内在规 律。现将有关理论简单介绍如下。
青岛科技大学 化工原理 课件 Ch3-传质

膜模型 对流传质模型 溶质渗透理论
表面更新理论
3
c
膜模型
CA1
F G H z
三个区 层流内层:分子扩散,浓度分 CA2 布是直线或近似直线 过渡区:涡流扩散和分子扩散, 0 曲线 湍流区:涡流扩散,近似为一 条水平线
E
d
de 将流体主体与固体壁面之间的传质阻力折合为与其阻
力相当的de厚的层流膜(虚拟膜、当量膜、有效膜) 内,对 流传质的作用就折合成了相当于物质通过de距离的分子扩
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2. 正庚烷(A)和正辛烷(B)所组成的混合液,在388K 时沸腾,外界压力为101.3kPa,根据实验测定,在该温度 条件下的PA0 = 160kPa,PB0 = 74.8kPa,试求相平衡时气、 液相中正庚烷的组成。
5. 每小时将15000kg含苯40%和甲苯60%的溶液,在连续 精馏塔中进行分离。操作压力为101.3kPa,要求馏出液能 回收原料中的97.1%的苯,釜液中含苯不高于2%(以上 均为质量分数)。求馏出液和釜液的摩尔流率及摩尔构成。
②平衡蒸馏:处理较易分离的物系或分离要求不高
者 ③精馏:处理较难分离的物系或分离要求很高者,借 助回流技术来实现高纯度和高回收率的连续分离 操作,它是应用最广泛的蒸馏方式。
④特殊精馏:很难分离或无法用普通精馏分离者
一个完整的精馏塔应包括精馏段、提馏段、塔顶
冷凝器和塔底再沸器。
回流是精馏操作能否连续稳定进行的必要条件,
WxW L ym1 xm L-W L-W
进料方程(q线方程)
进料热状况q
L L q F
L L qF V V (1 q) F
q 1 y x xF q 1 q 1
化工传质课程设计

化工传质课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握化工传质的基本概念、原理和计算方法。
具体包括:1.知识目标:(1)了解传质的基本概念和分类;(2)掌握传质的原理和计算公式;(3)了解传质在化工中的应用。
2.技能目标:(1)能够运用传质的原理和计算方法解决实际问题;(2)能够分析并评价化工过程中传质的效果。
3.情感态度价值观目标:(1)培养学生对化工行业的兴趣和认同感;(2)培养学生严谨的科学态度和团队协作精神。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分:1.传质的基本概念和分类:介绍传质的定义、分类和基本过程。
2.传质的原理和计算方法:讲解传质的原理,如分子扩散、对流传质等;介绍传质的计算方法,如费克定律、对流传质方程等。
3.传质在化工中的应用:分析传质在化工过程中的重要作用,如吸收、蒸馏、萃取等。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性,本节课将采用以下教学方法:1.讲授法:讲解传质的基本概念、原理和计算方法。
2.案例分析法:分析传质在化工中的应用实例,让学生更好地理解传质的意义。
3.实验法:安排实验环节,让学生亲身体验传质过程,提高实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施,丰富学生的学习体验,我们将准备以下教学资源:1.教材:选用权威、实用的化工传质教材,为学生提供系统、全面的学习材料。
2.参考书:提供相关领域的参考书籍,拓展学生的知识视野。
3.多媒体资料:制作精美的PPT,动画演示传质过程,帮助学生形象地理解抽象的概念。
4.实验设备:准备化工传质实验所需的设备,确保学生能够顺利进行实验操作。
五、教学评估本节课的评估方式包括以下几个方面:1.平时表现:通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况,评估学生的学习态度和理解程度。
2.作业:布置相关的传质练习题,要求学生在规定时间内完成,通过作业的完成质量评估学生的掌握程度。
3.考试:安排一次化工传质的考试,涵盖本节课的知识点,通过考试成绩评估学生的知识掌握情况。
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5
二、浓度
质量浓度ρ 1 质量浓度ρ 单位体积混合物中某组分的质量; 单位体积混合物中某组分的质量; kg/m3。 的质量浓度: 组分i 的质量浓度: ρi =mi/V 混合物的总质量浓度: ∑ρ 混合物的总质量浓度: ρ= ∑ρi 2.摩尔浓度 摩尔浓度C 2.摩尔浓度C 单位体积混合物中某组分的摩尔数; 单位体积混合物中某组分的摩尔数;kmol/m3。 的摩尔浓度: 组分i的摩尔浓度: Ci=ni/ V 混合物的总摩尔浓度: C= 混合物的总摩尔浓度: C= ∑ Ci
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3
涡流扩散通量与总扩散通量
在湍流流体中同时存在涡流扩散 和分子扩散
涡流扩散通量 涡流扩散通量 总扩散通量 式中
J
A
J AE
dC A = − DE dz
E
= − ( D + D
)
dC dZ
A
分子扩散系数, /s; D——分子扩散系数,m2/s; 分子扩散系数 涡流扩散系数, /s; DE——涡流扩散系数,m2/s;不是物性常数 涡流扩散系数 dCA/dZ——沿z方向的浓度梯度,kmol/m4; /dZ 沿 方向的浓度梯度, 总扩散通量kmol/(m s) J——总扩散通量kmol/(m2•s) 总扩散通量
Sh = f (Re, Sc, l d )
0.33 Sh = 0.023Re 0.8 Sc21
2.传质类比---三传理论 三传理论
y
y
u x ( y)
ux
du u x + λ x dy
T ( y)
λ λ
λ λ
T
dT T + λ dy
x
x
动量扩散示意图
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三传类比的意义:
由于三个传递系数相互关联,因而可以通过 研究传质过程来解决传热问题,或者通过研究 流体力学问题来解决传热传质问题,从而绕开 困难。
pA1 pB1
B
1
A
2
pA2 pB2
pA2
pB1< pB2 pA1+ pB1= pA2 + pB2 =P
p
P
有:
JA= - JB
得出: DAB= DBA=D 得出:
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(三)菲克定律的应用
dCA D dpA =− J A = −D dz RT dz
稳定扩散条件下, 为常数。 稳定扩散条件下,JA为常数。 则:pA —z(或 积分得: 积分得:
7
第二节
菲克( 一、菲克(Fick)定律
传导传质
扩散通量(扩散速率) 扩散通量(扩散速率)
扩散通量:单位时间内单位面积上扩散传递的物质量 扩散通量: 分类:质量通量: --kg/(m s) s); 分类:质量通量: j --kg/(m2·s); 摩尔通量: --kmol/(m s) 摩尔通量: J--kmol/(m2·s)
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讨论: 讨论: >1,单项扩散的J>等分子互扩散的J J>等分子互扩散的 P/pBM>1,单项扩散的J>等分子互扩散的J(平均速度 的影响) 的影响) 水蒸气分压力变化与总压力相比很小时, 水蒸气分压力变化与总压力相比很小时,P≈PBM 不计平均速度的影响) (不计平均速度的影响) 斯蒂芬定律≈ 斯蒂芬定律≈菲克定律
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2 浓度边界层
流体主体与相界面之间存在三个区域, 流体主体与相界面之间存在三个区域,即湍 三个区域 流主体、过渡层和滞流层。 流主体、过渡层和滞流层。 湍流主体---以涡流扩散为主,分子扩散可以 湍流主体---以涡流扩散为主, ---以涡流扩散为主 忽略; 忽略; 滞流层---紧贴壁面中只有分子扩散, ---紧贴壁面中只有分子扩散 滞流层---紧贴壁面中只有分子扩散,涡流扩 散系数等于零; 散系数等于零; 过渡层---居于二者之间, ---居于二者之间 过渡层---居于二者之间, 分子扩散与涡流扩 散的作用处于相当的地位。 散的作用处于相当的地位。
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第三节 对流传质
对流传质--发生在运动着的流体与相截面之间的传质过程。 对流传质--发生在运动着的流体与相截面之间的传质过程。 --发生在运动着的流体与相截面之间的传质过程 在实际生产中, 在实际生产中,传质多发生在湍流情况 对流传质=涡流扩散+分子扩散。 对流传质=涡流扩散+分子扩散。
一、涡流扩散 1 涡流扩散 湍流中流体质点的湍动和旋涡引起流体各部分之间 剧烈混合,在有浓度差的条件下,物质朝着浓度降低 剧烈混合,在有浓度差的条件下, 的方向传递,称涡流扩散。 的方向传递, 涡流扩散。
气流B
惰性气体: 惰性气体:没有静质量传 递的介质。 递的介质。如湿物体向空 气中水分扩散。 气中水分扩散。
NA z+∆z
单向扩散:组分A 单向扩散:组分A通过另一
δ
dz
“静止”组分B的扩散。 静止”组分B的扩散。 任一截面上浓度c为 常数, 常数 , A 组分通量为 JA , B
NA z
z=0
补充液体A
• “发汗冷却 法。使能气化吸热的物质泄出物体表面,气化 发汗冷却”法 使能气化吸热的物质泄出物体表面, 发汗冷却
产生的气体起着一层低温隔热气垫的作用, 产生的气体起着一层低温隔热气垫的作用,使整个边界层变 温度变化变缓,减少气流传热。 厚,温度变化变缓,减少气流传热。
• “烧蚀 法。表面涂在高温下易熔化蒸发的高分子化合物如 烧蚀”法 烧蚀
Sh == hD l D
*斯密特准则:运动黏度与分子扩散系数之比, 斯密特准则 运动黏度与分子扩散系数之比, 斯密特准则: µ ν 反映分子扩散能力的大小; 反映分子扩散能力的大小; Sc = = ρD D *刘易斯准则:热量传递与质量传递之比,Le = Sc = h 刘易斯准则 热量传递与质量传递之比, 刘易斯准则: Pr D 反映流体传递能力的相对大小 对流传质准则方程的形式: 对流传质准则方程的形式: 例:管内对流传质准则方程 的形式: 的形式:
玻璃钢等。在高温下,化合物分解为气体及残存的碳, 玻璃钢等。在高温下,化合物分解为气体及残存的碳,这个 过程要吸收大量热量。气体带走了一部分热量同时形成一层 过程要吸收大量热量。 边界层,保护卫星安全穿越大气层。 边界层,保护卫星安全穿越大气层。
2
第一节
概述
一、传质简介 传质——物质由浓度高向浓度低迁移的过程。 物质由浓度高向浓度低迁移的过程。 1) 传质 物质由浓度高向浓度低迁移的过程 传质动力: 传质动力:浓度差
第 三 章
传 质
湿衣服变干 1:把衣服放在通风的地方晾干 -------加快液体表面气体的流动速度 2:用电熨斗熨也能熨干 -------增加液体的温度 3:结冰的衣服也能晾干 -------固体直接变成气体的升华
•------质量传递 质量传递
1
高速飞行器表面热防护手段
• 卫星等高速飞行器表面和喷气发动机内壁温度 卫星等高速飞行器表面和喷气发动机内壁温度 很高,材料会被熔化和烧穿。 很高,材料会被熔化和烧穿。 • 防护-----质量交换的方法。 防护-----质量交换的方法。 -----质量交换的方法
A A
B B
A
A
B
B
涡流扩散:依靠流体质点的湍动和旋涡, 依靠流体质点的湍动和旋涡,
主要发生在湍流流体中。 主要发生在湍流流体中。 湍流流体中
4
4)物质的传质 4)物质的传质 • 传导传质---物质间无规则分子运动产生的质 传导传质---物质间无规则分子运动产生的质 --量传递(相当于导热)。 量传递(相当于导热)。 • 对流传质—运动流体与固体壁面之间通过 对流传质 运动流体与固体壁面之间通过 界面的质量传递。(类似于对流换热)。 。(类似于对流换热 界面的质量传递。(类似于对流换热)。
2) 物质传递的三个步骤 扩散物质从一相扩散到两相界面(单相扩散); 1 扩散物质从一相扩散到两相界面(单相扩散); 界面上的扩散物质从一相进入另一相(相际间传质); 2 界面上的扩散物质从一相进入另一相(相际间传质); 从界面进入另一相的扩散(单相扩散); 3 从界面进入另一相的扩散(单相扩散);
D P JA = ⋅ ⋅ ( pA1 − pA2 ) RT ( z2 − z1 ) pBM
单向扩散
比较发现: 比较发现:单向扩散的传质速率比等分子互 扩散时多了一个因子( ),称为 称为“ 扩散时多了一个因子(P/pBM),称为“漂流因 >1, 子”。P/pBM>1,反映总体流动对传质的强化作 用。
液体A
组分静止故JB=0。
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斯蒂芬定律
D P JA = ⋅ ⋅ ( p A1 − p A2 ) RT ( z 2 − z1 ) pBM
p BM p B 2 − p B1 = p B2 ln p B1
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对比: 对比:
等分子互扩散ຫໍສະໝຸດ D JA = ( p A1 − p A2 ) RT ( z 2 − z1 )
界面 气相 主体 组分 组分 液相 主体
3
3)物质在单相中的扩散 3)物质在单相中的扩散
物质在单相中的传递靠扩散 物质在单相中的传递靠扩散
两种扩散
分子扩散:依靠分子的无规则热运动, 依靠分子的无规则热运动, 依靠分子的无规则热运动
静止或 流体中。 主要发生在静止 层流流体中 主要发生在静止或层流流体中。
A1
− C
A2
)
hD = J A /(C A1 − C A2 )
对流传质系数的确定方法: 对流传质系数的确定方法: 精确解法、实验法、 精确解法、实验法、相似理论法和类比法 1 相似理论法
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对流传质常用相似准则及物理意义 对流传质常用相似准则及物理意义 相似 *斯坦登准则:反映对流质交换的强度 斯坦登准则 斯坦登准则:
两者关系: 3 两者关系: Ci = ρi /Mi Mi——组分i的分子量。 组分 的分子量。