传质原理及应用
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
取一固定截面F，则该截面不仅有分子扩散， 还有总体流动。根据分子对称面的特点，截面F不是分 子对称面。若将分子扩散相对应的分子对称面看成一 个与总体流动速度相同的运动截面，则一系列运动的 分子对称面与固定的截面F重合。F上的净物流通量N’ 为
固定截面上包括运动的分子对称面，则有：JA=-JB N总体流动通量，由两部分组成
第三章 传质机理及应用
精品课件
1
主要内容
3.1 传质基本概念 3.2 蒸馏 3.3 吸收 3.5 传质设备
精品课件
2
1．本章重点
（1）二元物系的气液相平衡关系（包括：拉乌尔定律， 温度组成图，气液相平衡图，挥发度及相对挥发度）， 气体的溶解度和亨利定律，吸收速率方程式； （2）双组分连续精馏的工艺计算（包括：物料衡算与 操作线方程，进料状态的影响、理论板数的确定、回流 比的讨论及热量衡算）； （3）吸收塔的工艺计算（包括：物料衡算与操作线方 程、吸收剂用量的讨论、填料层高度的计算）； （4）塔设备的基本结构，填料塔附件、填料的主要类 型及性能、填料塔与板式塔的比较。
精品课件
3
2．本章难点
传质机理； 非理想体系的气液平衡关系； 特殊情况下精馏过程理论板数的确定； 板式塔的塔板结构及流体力学性能。
精品课件
4
前言
过程工业中，经常需将混合物加以分离。 采用适当的分离方法与设备，并消耗一定的物 料和能量。
分离：根据混合物性质的不同采用不同的方法
分离基本特征：物质由一相转移到另一
的截面。
精品课件
14
2、一维稳态分子扩散
一维：只沿一个方向扩散，其他方向无扩散或扩散量可以 忽略。稳态：扩散速率的大小与时间无关，只随空间位置 而变化。
（1）单相扩散 吸收操作的分析 假设：只有气相溶质A不断由气相主 1 体通过两相界面进入液相中，而惰性
pA1 JA N JB
1’ F’
组分B不溶解且吸收剂S不气化。
(pA1
pA2
)
PBm
pB2 pB1 ln pB2 pB1
P B m 1、2截面上组分B分压的对数平均值
组分A的分压与扩散距离z为对数关系
对于液体的分子运动规律远不及气体研究得充
NCA NCB N CC
总体流动中携 带的组分A
总体流动中携 带的组分B
精品课件
17
在截面F与两相界面间做物料衡算
对组分A：
JA
CA C
N
NA
对组分B：
CB C
N
JB
1’
1
pA1
JA N JB
F’
F
NA NB
2
pA2 NA
2’
z
上两式相加得： NA NN'
NA：组分A通过两相界面的通量，kmol/(m2·s)
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)。
精品课件
10
b.费克定律
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。
JA DABddczA
JA——组分A扩散速率(扩散通量)， kmol/(m2·s)；
d c A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度, kmol/m4
主要介绍气液传质原理，蒸馏操作和吸收操作 的主要工艺计算，以及板式塔和填料塔的设备特点及 流体力学特性。
源自文库
精品课件
6
3.1 传质基本概念
质量传递现象 蒸馏、吸收、干燥及萃取等单元操作
物质由一相转移到另一相，或者在一个均相中， 其基本机理都相同。
分子扩散传质
单相内物质 传递的原理
涡流扩散传质
涡流扩散时也伴有分 子扩散，对流传质
F
因溶质Ａ扩散到界面溶解于溶剂中，
NA NB
造成界面与主体的微小压差，使得混 合物向界面处移动，即产生了宏观上 2 pA2 NA
2’
的相对运动，叫做总体流动。也叫摩 z
尔扩散，摩尔扩散指分子群精。品课件
15
总体流动的特点： 1）由分子扩散引起的宏观流动，不是外力驱动； 2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔 分率； 3）总体流动与溶质的扩散方向一致，有利于传质
精品课件
18
组分B由两相界面向气相主体的分子扩散与由气 相主体向两相界面的总体流动所带的组分B数值相等， 方向相反，因此宏观上看，组分B是不动的或停滞的。 所以由气相主体到两相界面，只有组分A在扩散，称为 单向扩散或组分A通过静止组分B的扩散。
由（1）可导出单向扩散速率计算式：
DP
NA
RTZ
PBm
热能的方式进行传递。
精品课件
13
（2）分子对称面
双组分混合物在总浓度C（对气相是总压P）各 处相等的情况下
CC AC B常 数
dCA dCB dZ dZ
DABDBAD
JA JB
组分A和组分B等量反方向扩散通过的截面叫分子
对称面。特征是，仅对分子扩散而言，该截面上净通量
等于零，且该截面既可以是固定的截面，也可以是运动
精品课件
7
一、分子扩散
1、分子扩散概述与费克定律
精品课件
8
精品课件
9
分子扩散：在静止或滞流流体内部，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，这种现象称为分子扩散。
分子运动论：随机运动,道路曲折,碰撞频繁 扩散速 率很慢
(1)费克定律 a.扩散通量：
均相混合物 相或生成新相，过程取决于两相之间的
混合物
平衡关系，称为相际传质过程
非均相混合物 不属于同一相的两种或两种以上的
物质混合得到的混合物
精品课件
5
在相界面利用平衡关系进行分离操作时，从技术角度来说： （1）尽可能经济地增大两相界面的表面积，以及怎样在界面上 充分利用平衡关系； （2）平衡状态为过程的极限，分离不能持续进行，还必须研究 如何既偏离平衡状态，又进行所期望的分离。
JA DABddczA
dQ=-dS t
n
费克定律与傅里叶定律形式上相似，区别
在于：A、热传导传递的是能量，分子扩散传递的是
物 B、质分。子扩散，一个分子转移后，留下相应的空间，
必由其他分子补充，即介质中的一个或多个组分是运
动的，因此，扩散通量存在一个相对于什么截面的问
题；而在热传导中，介质通常是静止的而只有能量以
dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着物质浓度降低的方向进行
精品课件
11
对于气体混合物，费克定律采用组分的分压表示
理想气体：
cA
pA RT
dcA = 1 dpA dz RT dz
JA
DAB RT
dpA dz
精品课件
12
费克定律与傅里叶定律比较
固定截面上包括运动的分子对称面，则有：JA=-JB N总体流动通量，由两部分组成
第三章 传质机理及应用
精品课件
1
主要内容
3.1 传质基本概念 3.2 蒸馏 3.3 吸收 3.5 传质设备
精品课件
2
1．本章重点
（1）二元物系的气液相平衡关系（包括：拉乌尔定律， 温度组成图，气液相平衡图，挥发度及相对挥发度）， 气体的溶解度和亨利定律，吸收速率方程式； （2）双组分连续精馏的工艺计算（包括：物料衡算与 操作线方程，进料状态的影响、理论板数的确定、回流 比的讨论及热量衡算）； （3）吸收塔的工艺计算（包括：物料衡算与操作线方 程、吸收剂用量的讨论、填料层高度的计算）； （4）塔设备的基本结构，填料塔附件、填料的主要类 型及性能、填料塔与板式塔的比较。
精品课件
3
2．本章难点
传质机理； 非理想体系的气液平衡关系； 特殊情况下精馏过程理论板数的确定； 板式塔的塔板结构及流体力学性能。
精品课件
4
前言
过程工业中，经常需将混合物加以分离。 采用适当的分离方法与设备，并消耗一定的物 料和能量。
分离：根据混合物性质的不同采用不同的方法
分离基本特征：物质由一相转移到另一
的截面。
精品课件
14
2、一维稳态分子扩散
一维：只沿一个方向扩散，其他方向无扩散或扩散量可以 忽略。稳态：扩散速率的大小与时间无关，只随空间位置 而变化。
（1）单相扩散 吸收操作的分析 假设：只有气相溶质A不断由气相主 1 体通过两相界面进入液相中，而惰性
pA1 JA N JB
1’ F’
组分B不溶解且吸收剂S不气化。
(pA1
pA2
)
PBm
pB2 pB1 ln pB2 pB1
P B m 1、2截面上组分B分压的对数平均值
组分A的分压与扩散距离z为对数关系
对于液体的分子运动规律远不及气体研究得充
NCA NCB N CC
总体流动中携 带的组分A
总体流动中携 带的组分B
精品课件
17
在截面F与两相界面间做物料衡算
对组分A：
JA
CA C
N
NA
对组分B：
CB C
N
JB
1’
1
pA1
JA N JB
F’
F
NA NB
2
pA2 NA
2’
z
上两式相加得： NA NN'
NA：组分A通过两相界面的通量，kmol/(m2·s)
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)。
精品课件
10
b.费克定律
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。
JA DABddczA
JA——组分A扩散速率(扩散通量)， kmol/(m2·s)；
d c A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度, kmol/m4
主要介绍气液传质原理，蒸馏操作和吸收操作 的主要工艺计算，以及板式塔和填料塔的设备特点及 流体力学特性。
源自文库
精品课件
6
3.1 传质基本概念
质量传递现象 蒸馏、吸收、干燥及萃取等单元操作
物质由一相转移到另一相，或者在一个均相中， 其基本机理都相同。
分子扩散传质
单相内物质 传递的原理
涡流扩散传质
涡流扩散时也伴有分 子扩散，对流传质
F
因溶质Ａ扩散到界面溶解于溶剂中，
NA NB
造成界面与主体的微小压差，使得混 合物向界面处移动，即产生了宏观上 2 pA2 NA
2’
的相对运动，叫做总体流动。也叫摩 z
尔扩散，摩尔扩散指分子群精。品课件
15
总体流动的特点： 1）由分子扩散引起的宏观流动，不是外力驱动； 2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔 分率； 3）总体流动与溶质的扩散方向一致，有利于传质
精品课件
18
组分B由两相界面向气相主体的分子扩散与由气 相主体向两相界面的总体流动所带的组分B数值相等， 方向相反，因此宏观上看，组分B是不动的或停滞的。 所以由气相主体到两相界面，只有组分A在扩散，称为 单向扩散或组分A通过静止组分B的扩散。
由（1）可导出单向扩散速率计算式：
DP
NA
RTZ
PBm
热能的方式进行传递。
精品课件
13
（2）分子对称面
双组分混合物在总浓度C（对气相是总压P）各 处相等的情况下
CC AC B常 数
dCA dCB dZ dZ
DABDBAD
JA JB
组分A和组分B等量反方向扩散通过的截面叫分子
对称面。特征是，仅对分子扩散而言，该截面上净通量
等于零，且该截面既可以是固定的截面，也可以是运动
精品课件
7
一、分子扩散
1、分子扩散概述与费克定律
精品课件
8
精品课件
9
分子扩散：在静止或滞流流体内部，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，这种现象称为分子扩散。
分子运动论：随机运动,道路曲折,碰撞频繁 扩散速 率很慢
(1)费克定律 a.扩散通量：
均相混合物 相或生成新相，过程取决于两相之间的
混合物
平衡关系，称为相际传质过程
非均相混合物 不属于同一相的两种或两种以上的
物质混合得到的混合物
精品课件
5
在相界面利用平衡关系进行分离操作时，从技术角度来说： （1）尽可能经济地增大两相界面的表面积，以及怎样在界面上 充分利用平衡关系； （2）平衡状态为过程的极限，分离不能持续进行，还必须研究 如何既偏离平衡状态，又进行所期望的分离。
JA DABddczA
dQ=-dS t
n
费克定律与傅里叶定律形式上相似，区别
在于：A、热传导传递的是能量，分子扩散传递的是
物 B、质分。子扩散，一个分子转移后，留下相应的空间，
必由其他分子补充，即介质中的一个或多个组分是运
动的，因此，扩散通量存在一个相对于什么截面的问
题；而在热传导中，介质通常是静止的而只有能量以
dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着物质浓度降低的方向进行
精品课件
11
对于气体混合物，费克定律采用组分的分压表示
理想气体：
cA
pA RT
dcA = 1 dpA dz RT dz
JA
DAB RT
dpA dz
精品课件
12
费克定律与傅里叶定律比较