化工原理 传质导论

NA= D/d (CA1-CA2) = kc(CA1-CA2)
第二节 扩散原理
P7 例8-2
第二节 扩散原理
2、通过停滞的B组分层的传质（单相扩散） NH3： CA JA NA b Air: CB CAi
特点：有总体流动 总体流动通量Nb: kmol/m2.s A组分的总体流动通量NAb: NAb = xANb B组分的总体流动通量NBb: NBb = xBNb
dcA DAB dz dcB DBA dz
du dy
A B A B A A B 组分B的扩散量JB,z B A
组分A的扩散量JA,z B B A B B A A
对照： 牛顿粘性定律：
t q 傅立叶定律： n
质量中心面
第二节 扩散原理
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
思考3：双组分均相物系中，x与X的关系？w与的 w 关系？
X x 1 X x X 1 x
w
w 1 w
w w 1 w
思考4：xA与cA的关系？wA与A的关系？
c A x Ac
A wA
思考5：cA与A的关系？
cA
A
MA
思考6：对理想气体，c与 p的关系？y与p？与p？
例题 8-4 p11
第二节 扩散原理
液体的扩散系数： 对于很稀的非电解质溶液
第二节 扩散原理
第二节 扩散原理
二、两种基本的传质过程 1、等摩尔反向传质（扩散）
总体流动— 整个相沿着扩散方向宏观的定向运动
等摩尔反向传质没有总体流动，传质由分子扩散引起。
O2
N2 NA = JA； NB = JB
总摩尔浓度CM为定值： NA = - NB
气相
A：可溶气体、溶质气体（solute gas)——氨气 B：惰性气体、难溶气体（inert gas) ——空气
A：可溶气体A溶于液体 —— 氨 液相
B：溶 剂 （solvent)—— 水
第一节 概述
浓度表示 A组分 B组分 备 注
质量分率 w A 摩尔分率 x, y 比质量分率A 比摩尔分率 X,Y 摩尔浓度 C (kmol/m3 ) 分压p (kPa)
Z=0
Z=Z
N A dZ Cm D
0
d
CB 2
C B1
dCB CB
NA
Cm D
d
ln
C D C B 2 C B1 CB 2 m C B1 d C B 2 C B1 ln C B 2 C B1
第二节 扩散原理
NA=[D (Cm / CBm ) /d] (CA1-CA2) = kc(CA1-CA2)
两相间物质运动过程
以吸收为例：空气——氨气混合气体中的氨如何到液相的 1、气相主体 NH3 相界面气相一侧 NH3
界面
气 相 主 体
Air + NH3
H20 + NH3
液 相 主 体
2、界面气相一侧
界面液相一侧
3、界面液相一侧
NH3
液相主体
NH3
NH3
三者串联过程。
气相内部 界面 传质 传质
液相内部 传质
解：氨在气相的摩尔浓度C AG 按式8 6计算， 其中分压单位为mmHg时的R由表8 1查得 为62.36mmHgm3 / kmolK , C AG p A / RT 6 / 62.36 293 0.00328kmol / m 3
3
100kg水含氨1kg，由于氨水很稀，密度可视为与水相同。
NA 、NB ： A、B组分的传质通量,kmol/ m2.s
JA = -JB
DAB = DBA = D
第二节 扩散原理
CA1 > NA d CA2
dCA 稳定的分子扩散： NA = JA - D dZ
N A dZ D
0
d
CA2
C A1
dCA
Z=0
Z=Z
物料、体系定， 稳定传质为常数 D确定
第二节 扩散原理
涡流扩散：
JA - De
dCA
dZ
De——涡流扩散系数（eddy diffusivity coefficient) De = f（流体流动状态），绝非物性常数
对流扩散：对流扩散=分子扩散+涡流扩散
JA -（DAB + De ） dCA dZ
第二节 扩散原理
气体扩散系数
第二节 扩散原理
第二节 扩散原理
传质的两种方式
分子扩散 ---发生在静止流体、层流流动的流体中， 靠分子运动进行的。定量规律：菲克定律 对流传质（给质过程） ---发生在湍流流动的流体中， 靠流体微团的脉动进行的。
第二节 扩散原理
一．菲克定律
在一定的T、P及CM下，均相混合物的分子扩散通量为
J A, z J B, z
JB
NB b
气流主体
液 相 CBi 主 体 H20 ; NH 界面 3
第二节 扩散原理
∴ A组分的传质通量 NA = JA + NAb = JA + xANb B组分的传质通量 NB = JB + NBb = JB + xBNb 由于 CM 一定， JA = -JB 仍然存在， 则 NA + NB = JA + JB + xANb + xBNb = Nb 又 NB = 0 JB = -NBb ; NA=Nb ∴ NA = JA + xANb = JA + xANA
相界面 pG 气相主体 pi 液相主体 传质方向 Ci CL 空气+氨气 吸收 水
第一节 概述
过程推动力 过程阻力
传热推动力 传热速率 = = 传热阻力 传质推动力 传质速率 = = 传质阻力 温度差 传热阻力
过程速率 =
浓度差 传质阻力
第一节 概述
三、浓度常用的表示方法及其换算
本课程的传质学习中一般考虑双组分：A、B 以吸收为例：
w A=mA/m 气相yAg=nAg/ng 液相 xAl= Al/nl w A=mA/mB
w B=mB/m yBg=nBg/ng xBl=n#43; mB=m( kg); w A + w B=1 nAg+ nBg= ng( kmol)； nAl+ nBl= nl( kmol) yA+yB=1; xA+xB=1; w A可大于，小于，等于1
NA= JA/ (1 -xA) = JA / xB
物理意义：总体流动的存在，加强了分子扩散的效 果，使A组分的传质通量增大。
第二节 扩散原理
CA1 + CB1 Cm
> < NA
d
CA2 CB2
Cm
dCA 对稳定分子扩散, JA - D dZ D dCA NA JA / x B x B dZ Cm dCB = D CB dZ
以不变 物质为 计算基 准
思考1：双组分均相物系（A、B）的摩尔分数之和等于多 少？质量分数之和呢？
x A xB 1
思考2：xA与wA的关系？
w A wB 1
xAM A wA x A M A xB M B
wA / M A xA w A / M A wB / M B
传质方向
传质方向
液相（乙醇-水）
CL
Ci CL
煤焦油（含苯酚） 液液萃取
空气+氨气 吸收
2
第一节 概述
二、相平衡 ---相际间传质的最终状态
与热平衡不同之处： ▲达到相平衡时，一般两相 浓度不相等。 ▲相平衡属动态平衡------达到 相平衡时，传质过程仍在进行， 只不过通过相界面的某一组分 的净传质量为零。
第八章 传质过程导论
动量传递 三传热量传递 质量传递
在浓度差推动力作用 下，物质从一处向另 一处的转移过程。 • 相内传质 • 相际传质
1
第一节 概述
一、化工生产中的传质过程
空气 水
气相 （乙醇-水） 乙醇 水
气 — 液系统：如吸收、解吸 等单元操作 湿物料 操作 汽 — 液系统：如蒸馏、精馏 蒸馏 干燥 作 液 — 液系统：如液液萃取操 相界面 苯 水 液 — 固系统：如结晶、浸取 相界面 操作 CG pG 气相主体 pi 液相主体 液相主体 气 — 固系统：如干燥操作 Ci 液相主体
J A, z
dcA DAB dz
B A B
2
组分A的扩散量JA,z
A
B
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
扩散通量，kmol/m s
A B
A
J B, z
dcB DBA dz
B
A B
A A B
A B
组分B的扩散量JB,z B 在 A 中的扩散系数 m2/s
质量中心面
菲克定律的其它表达形式：
J A, z cDAB
dxA d pA RT D dpA DAB AB dz dz RT dz
第二节 扩散原理
注意：D不绝对是物性常数 对气体 D = f ( 一对组分，T，P），D是物性常数； 对液体 D = f ( 一对组分，T，C），D不是物性常数；
对稀溶液： D ⋍ f ( 一对组分，T），D可近似视为物性常数
CB 2 CB1 CBm C ln B 2 CB1
NA=[D (P / pBm ) /RTd ](pA1-pA2) = kg(pA1-pA2)
Cm / CBm （或：Pm/PBm ）——漂流因子
代表了由于总体流动 存在，其传质通量比分子扩散通量增加的倍 数。也是通过停滞的B组分层的传质通量与等摩尔反向传质通量的 比值。Cm / CBm > 1。
以混合 物为计 算基准
气相YAg=nAg/nBg YBg=nBg/nBg=1 YA可大于，小于，等于1 液相 XAl=nAl/nBl XBl= nBl/nBl =1 XA可大于，小于，等于1 cA = nA / V pA= cA RT cB = nB / V pB= cB RT V：混合物体积（m3） 总摩尔浓度cm = (nA+ nB) / V 理想气体适用
nA pA cA V RT
nA pA yA n P
n P c V RT
m A M A nA pA M A A V V RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
表8-1 应用不同单位时的通用气体常数
实验室测得在总压1atm及温度20 C下， g水中含氨1g时， 100 液面上氨的平衡分压为6mmHg。求气、液相组成皆以摩 尔浓度表示时的相平衡关系。