传输原理课件-7 传质方程及扩散传质共36页

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食品工程原理七传质原理及应用PPT课件

食品工程原理七传质原理及应用PPT课件
分子扩散:因浓度差引起的仅靠分子无规则热 运动而产生的宏观统计结果的传质现象。
A+B
cA1
cB1
JB
A+B JA cA2
cB2
Fick law
JA
DAB
dc A dz
JB
DBA
dcB dz
7-2-1
传质速率与浓度梯度的大小成正比。
q dt w / m2 dx
du N / m2 dy
7-2-3
⑵、单向扩散 主体流动(总体流动),单向扩散描述
JA JB
NA
NA
Nm 1
JB 2
主体流动与扩散流的区别:扩散流是微观运动
的宏观表现,传递的是组分A或B;主体流动
是宏观运动,携 A、B流向界面2。
空气+ 酸
酸酸
Nm NA NB
NA JA xANA NB
碱液
NA
D
dcA dz
kg / ( ㎡·s)
n=S ni
Ni =ci ui kmol / ( ㎡·s)
b.以扩散速度表示: N = S N i
j = S ji
j i = i (u i - u) kg / ( ㎡·s)
J = S Ji
J i = c i (u i -u ) kmol / (㎡·s)
§2 传 质 原 理
一、质量传递的方式 相间质量传递三步骤 1、分子传质(分子扩散)
P / PBM (C/CBM)的作用如顺水推舟。证明主体流 动将加强分子扩散,使其通量加大,故将其称
“漂流因子”或移动因子。当 A 组分浓度很
小时,P / PBM ≈1,则单向扩散近于等分子扩散。 P
理想态的精馏、离子交换
PB2

传质概述与分子扩散课件

传质概述与分子扩散课件

环境科学中的应用
大气污染控制
通过传质和分子扩散的原理,可以研 究和改良大气污染物的扩散和传输机 制,以减少污染物的浓度和影响范围 。
水处理技术
气候变化研究
气候变化研究中涉及的大气成分的传 输和扩散,也涉及到传质和分子扩散 的原理。
在污水处理和净水技术中,传质和分 子扩散被用于促进污染物的传递和分 离,以提高水质。
过程。
传质过程
01
02
03
04
传质过程可以分为分子扩散、 对流扩散和紊流扩散等类型。
分子扩散是指分子在静止或缓 慢流动的介质中,由于浓度差 异而引起的物质传递现象。
对流扩散是指物质随流体运动 而产生的扩散现象,如烟尘在
大气中的扩散。
紊流扩散是指紊流流体中物质 传递现象,其传递速率远高于
分子扩散和对流扩散。
04 传质与分子扩散的应用
工业生产中的应用
01
02
03
化学反应过程
传质和分子扩散在化学反 应过程中起着关键作用, 如反应物和产物的传递、 反应速率的控制等。
分离技术
在工业生产中,传质和分 子扩散是实现物质分离的 重要手段,如蒸馏、吸取 、萃取等。
热力学平衡
传质和分子扩散在热力学 平衡的建立和维持中起到 重要作用,如相平衡、化 学平衡等。
生物医学中的应用
药物传递
传质和分子扩散原理在药 物传递中起到关键作用, 如药物在体内的吸取、散 布、代谢和排泄过程。
生理过程
生物体内的物质传递和扩 散是维持生命活动的重要 过程,如营养物质的吸取 、代谢产物的排泄等。
医学诊断
在医学诊断中,通过检测 生物体内的物质传递和扩 散行为,可以用于诊断疾 病和研究药物效果。

传质

传质

传质方式
⎧分子扩散:静止的或层 流流动的流体中,
传质方式
⎪⎪
靠分子运动来进行传质
⎪⎨对流传质:在湍流流动 中,
的方式
⎪⎩
靠流体质点的脉动来进 行传质的方式
第二节 扩散原理(基本概念和费克(Fick)定律)
扩散:物质在单一相内的传递过程
¾ 流体中物质扩散的基本方式:
扩散方式
分子扩散
作用物
流体分子
作用方式
分气化,达到分离的目的。 增湿是将干燥的空气与液相接触,水分蒸发进入气相。
②液相一液相 在均相液体混合物中加入具有选择性的溶剂,系统形成 两个液相。
(2)流一固相间的传质过程
①气相一固相
含有水分或其它溶剂的固体,与比较干燥的热气体相接触,被加热的湿 分气化而离开固体进入气相,从而将湿分除去,这就是固体的干燥。
第三节 传质过程
1.传质过程的类型 两相间的传质过程,分为流体相间和流固相间的传质两类。 (1)流体相间的传质过程
①气相一液相 包括气体的吸收、液体的蒸馏、气体的增湿等单元操作。 气体吸收利用气体中各组分在液体溶剂中的溶解度不同,使易溶
于溶剂的物质由气相传递到液相。 液体蒸馏是依据液体中各组分的挥发性不同,使其中沸点低的组
热运动
¾ 分子扩散:
作用对象
静止、滞流
涡流扩散 流体质点 湍动和旋涡
湍流
推动力 浓度差 Ö 物质传递 简称为扩散
终点: 浓度差为〇
扩散快慢?
¾ 扩散通量:
单位面积上单位时间内扩散传递的物质量,单位为kmol/(m2•s);
¾ 费克(Fick)定律:扩散通量与浓度梯度成正比。
对于组分A
JA
=
− D AB

质量传输简介PPT课件

质量传输简介PPT课件

2021/5/7Biblioteka 22第22页/共35页
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由表 12一2可以得出,描写层流换热和对流传质过程 的控制方程即边界层连续性方程、动量方程、能量方 程与扩散方程式,他们在形式上完全相同,说明对流 传质与对流换热这两个物理过程具有类似性。如果它 们的边界条件接近一致(界面上速度约等于0),那么, 这种对流换热与对流传质在相同的定解条件下,可以 得到表达式形式完全相同的定解结果。
2.流体沿平板流动的传质
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利用以上有关传质准则方程式计算传质系数 hD是很方便的。hD确 定后,即可根据下式计算质流通量或摩尔通量。
值得指出,对于可当作理想气体的混合气体,可将下式代入
从而得到
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• 应该指出,上述斐克定律的表达式只适用于混合物无显著宏观对流 (整体运动) 的等摩尔逆向扩散的场合。
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等摩尔逆向扩散的情况
• 考察一包含 A,B两种组分的气体 混合物。如果组分 A和 B的扩散 方向相反,摩尔通量相等,即 N参A看=图- N1 B2,一则2 ,为在等稳摩态尔的逆等向摩扩尔散 。 逆向扩散过程中,系统内任一点 的总压力保持不变 ,即
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如图 12一4所示,当流体受迫流过 平板界面时,如果界面向流体进行 组分 A的质量传递,则沿着界面可 形成浓度边界层。采用推导换热微 分方程和层流边界层的动量微分方 程及能量微分方程的方法,可以推 导出沿平板层流流动浓度边界层中 组分A的扩散方程为

质量传递的基本原理.ppt

质量传递的基本原理.ppt
dcA:组分A的物质的量浓度,kmol/m3 dz:组分A在z方向上的浓度梯度。 kmol/m3
NAz D A B
d cA d z
• 以摩尔分数为基准
设混合物的物质的量浓度为 (kmol/m3),组分A的摩尔分数为 x A
cA c xA
以质量浓度为基准
dcA NAz DAB dz
两种扩散方式的区别
三传的类似性
• 质量传递、热量传递 和动量传递都牵涉到流体 质点交换(涡流传递)和 分子交换(分子传递), 三种传递之间必然存在一 定的内在联系。在湍流流 动中,上述三种传递同时 发生时,湍流流体质点和 分子之间的交换不同程度 地影响着三种传递,使三 种传递的机理和计算方法 具有相似性。
-
du dy
t dQ dA n
N AZ D AB
dc A d z
Thank you!
由分子的微观运动引起的物质扩散称
为分子扩散。物质在静止流体及固体中的 Content design, 10 years experience
传递依靠分子扩散。分子扩散的速率很慢,
对于气体约为0.1m/min,对于液体约为 5×10-4m/min动的例子

液 固
1、在屋角喷洒香水,整间屋子都会 有香味 2、清水中滴入红钢笔水,整杯水都 会变成红色。
3、煤炭放在一角过一段时间墙角就
会变黑。
(一)费克定律
N AZ : 单位时间在z方向上经单位面积扩散 的A组分的量,即扩散通量,也称为扩散速 率,kmol/(m2· s)
D AB: 组分A在组分B中进行扩散的分子扩 散系数,m2/s
质量传递的基本原理
传质机理 分子扩散 涡流扩散
传质机理

对流扩散与相间传质 ppt课件

对流扩散与相间传质 ppt课件

11.04.2020
NA
kG( pA
pAi)
pA pAi 1/ kG
NA
kL(cAi
cA)
cAi cA 1/ kL
气相对流传质k系 G 数R: D TGG pptBm 液相对流传质k系L 数DL: cLBctm
11.04.2020
对流扩散与相间传质
4
引入了有效膜模型后,使问题的描述形式得以简化,但问题并未最
终解决,G 或L 是一虚拟量,与 DE 一样,很难确定,这使得传质
第二十六讲 对流扩散与相间传质
一、对流扩散
(一)对流扩散过程 (二)对流扩散的有效膜模型
二、相间传质
(一)相间传质模型 1. 双膜模型 2. 溶质渗透模型 3. 表面更新模型
(二)相间传质速率方程 1. 双膜模型的数学描述 2. 相间传质速率方程 3. 传质速率方程的讨论
三、三种传递的类比
(一)普朗特的混合长理论 (二)三种传递的相似性 (三)三种传递的类比式
(一)对流传质过程
运动着的流体与壁面之间或两个有无限互溶的运动流体之间发生的传质,习惯称 之为对流传质。对流传质中既有分子传质,又有涡流传质。根据流体流动发生的 原因可分为自然对流传质和强制对流传质两类;根据流体的作用方式由可分为流 体与固体壁面间的传质及流体与流体之间的传质两类。工程上均采用强制湍流的 方式传质。
11.04.2020
对流扩散与相间传质
5
(一)相间传质模型
相际间的三种典型对流传质模型 双膜模型:稳定的气膜和液膜-在膜内为定态传质-Whitman-1923 溶质渗透模型:液相内为非定态-表面暴露时间相等-Higbie-1935 表面更新模型:液相内为非稳态-年龄分布函数-Danckwerts-1951 1. 双膜模型

传质过程导论PPT课件

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§8.2 扩散原理
15
化工原理
分压pA、 pB 沿扩散路径z的变化为直线函数
§8.2 扩散原理
16
化工原理
(二)一组分通过另一停滞组分的扩散(单向扩散)
如吸收:
溶质A
相界面
溶剂S
同时S不逆向通过(汽化)
对于截面F-F’:
扩散通量
传质通量
总体流动造成的传质通量 NA,b (bulk flow)
§8.2 扩散原理
摩尔比
X nA nB
x
1 x
换算关系:
化工原理
w w1 w
3. 浓度
质量浓度
CA
mA V
x X 1 X
kg/m3
摩尔浓度
cA
nA V
kmol/m3
§8.1 概述
9
换算关系:
CA
wA m V
wA
气体:
CA
M AnA V
M A pA RT
c p RT
cA
xAn V
xAc

cA
nA V
pA RT
6
• 相际传质的复杂性
举例: 吸收与传热的区别
①推动力不一样 传热是温度差;
化工原理
传质是浓度差。
②过程的最终状态不一样 传热是Δt=0;
相际间的传质不是浓度差=0,而是相平衡。
③温度的单位简单(K或℃);
浓度(或组成)的表示和单位制有多种。
§8.1 概述
7
二、 相组成的表示方法
1. 质量分数和摩尔分数
现象方程(phenomenological equation)
通量= -(扩散系数)×(浓度梯度)
分子传递基本定律,在固体、静止或层流流动的流体内产生这种传递过程。

化工原理-7传质PPT课件

化工原理-7传质PPT课件

1.质量分数
质量分数定义式
wA
mA m
混合物的总质量分数
N
wi 1
i 1
二、质量分数与摩尔分数
2.摩尔分数 摩尔分数定义式
xA
nA n
液相
yA
nA n
气相
混合物的总摩尔分数
N
xi 1
i 1
N
yi 1
i1
二、质量分数与摩尔分数
质量分数与摩尔分数的关系
由质量分数 求摩尔分数
xA
wA / M A
一、分子扩散现象与费克定律
1.分子扩散现象 由于分子的无规则热运动而形成的物质传递
现象—分子传质。
❖ 分子传质又称为分子扩散,简称为扩散 ❖分子传质在气相、液相和固相中均能发生
播放动画31:分子扩散现象
一、分子扩散现象与费克定律
2.费克(Fick)定律
描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。

边界条件
(1) z = z1 cA = cA1 ( pA= pA1 ) (2) z = z2 c A= cA2 ( pA= pA2 )
一组分通过另一 停滞组分的扩散
二、气体中的稳态分子扩散
求解可得
NA
Dc
AB 总
z
ln
c

cA2
c

c A1

NA
Dp
AB 总
RTz
ln
p

p

pA2 p A1
二、气体中的稳态分子扩散
简单分子的扩散体积
v
/(cm3/mol)
7.07
物质
CO
v /(cm3/mol)

传质的基本概念PPT学习教案

传质的基本概念PPT学习教案

V
n
Vi
i 1
T p
n
mi Rgi
i 1
mT p
n
mi
i1 m
Rgi
mT p
n
gi Rgi
i 1
V Rg
n
gi Rgi
i 1
n
pVi= miRgiT
Rg giRgi
i1
第6页/共37页
2.浓度和成分
浓度定义:单位容积中物质的量称为浓度。 浓度表示方法:
质量浓度(m/V):单位为kg/m3或g/cm3 摩尔浓度(n/V):单位为kmol/m3或
传质的八种形式;质量传递的 基本形式;分子扩散; 质量对流; 对流扩散
重(质)量比; 容积比
浓度的定义
质量浓度;质量分数 第1页/共37页
摩尔浓度;摩尔分数
§10-1 传质的基
分子本扩原散(理扩散):
在有两种以上物质组成的
混合物中,如果各区域存在浓
度差别,由于分子运动的随机
性,物质的分子会从浓度高的 •
温度为25℃和压力为105N/m2 的干空气主要由下列两种组分 组成:yO2=0.21;yN2=0.79。氧 的 摩 尔 质 量 为 0.032kg/mol , 氮 的摩尔质量为0.028kg/mol 。试 确定:(1)氧和氮的质量分数,(2) 干空气的平均分子量。
第12页/共37页
解:对于一摩尔干空气:
m
1
i
i
xi
ni
n
ni
ci c
i 1
第14页/共37页
§10-2 分子扩散 概念
在静止的系 统中,由于 浓度梯度而 产生的质量 传递称为分子 扩散。
第15页/共37页

相际扩散与传质原理PPT课件

相际扩散与传质原理PPT课件

虽然扩散的一般原因是浓度梯度,但能 动梯度也能引起扩散如反渗透过程,压力梯 度、温度梯度和外场力都可引起扩散,如离 心分离。
Molecular diffusion induced by temperature is thermal diffusion, and that from an external field is forced diffusion. Both are uncommon in chemical engineering. Only diffusion under a concentration gradient is considered in this chapter.
膜分离时,所 有相中即膜两侧的 流体中和膜自身内 均会发生扩散现象。
Chap.8 Gas absorption
§8-1 Introduction
This chapter deals with the mass-transfer operations known as gas absorption and stripping or desorption. ⒈气体吸收: 利用气体混合物各组份在吸收剂中的溶解度不同,而使 气体混合物得以分离的单元操作。
as to equalize concentrations 梯度消失。
and destroy the gradient.
When the gradient is maintained by constantly supplying the diffusing component to the highconcentration end of the gradient and removing it at the low concentration end, there is a steady-state flux of the diffusing component. This is characteristic of many mass-transfer operations.

传输原理课件-7 传质方程及扩散传质

传输原理课件-7 传质方程及扩散传质

守 多组分系统中,流体作多维流动
Z
恒 非稳态和有化学反应的条件下传质
定 以双组分(A、B)混合物系统为例
OPz IPy
律 流体的质量平均速度为v,
三个分量: vx, vy, vZ,

流动方向上存在A的 浓度梯度引起的


流体宏观运动时的主

体流动引起的

组分A的生成(或消耗)
IPx
dz
OPx
dx dy
方式。 ➢ 扩散与材料生产和使用中的物理过程有密切关系,例如:凝
固、偏析、均匀化退火、冷变形后的回复和再结晶、固态相 变、化学热处理、烧结、氧化、蠕变等等。
7. 传质方程及扩散传质
扩散:由构成物质的微粒(离子、原子、分子)的
热运动而产生的物质迁移现象称为扩散。扩散的
宏观表现是物质的定向输送。
扩散的分类
微元体的质量 微元体的质量 生成消耗的质量 体的质量增量
IP - OP + R
=S
y方向: 组分A沿y方向在微元体净质量流量: IPy - OPy
[ ( Av y jAy ) dy]dxdz
y
z方向: 组分A沿z方向在微元体净质量流量: IPz - OPz
[ ( Avz jAz ) dz]dxdy
组分A沿x方向输出微元体总的质量流量:OPx
[( Avx
jAx )
(Avx
x
jAx )
dx]dydz
组分A沿x方向在微元体净质量流量:IPx - OPx Y
[ ( Avx jAx ) dx]dydz
x
IPx
dz
OPx
dxdy
OPy IPz
X

第二章 扩散传质

第二章 扩散传质
材料成型传输原理--质量传输
第二章 扩散传质
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
第一节 扩散的机制及驱动力
在不流动介质(停滞介质)或固体中由于分子扩散引 起的质量传递。 •分子扩散传质的机理与导热类似,二者均由于分子的无 规则运动而发生能量或质量的传递。 •导热过程中,在热流方向上没有介质质点的宏观运动; 而分子扩散传质时,虽然整个介质是不动的,但各组分的
材料成型传输原理--质量传输
第二节 菲克定律
一、菲克第一定律
在单位时间内, 通过垂直于传质方向单位截面的某物质 的量, 称为该物质的物质流密度,又称为物质的通量。若组元 A的传质是以扩散方式进行时,则该物质的物质流密度又称为 摩尔扩散流密度,简称扩散流密度,或摩尔扩散通量, 通常 以符号JA,x表示。其中A为组元名称, x 为扩散方向。在稳态 扩散条件下,扩散流密度与扩散组元浓度梯度间存在如下关 系:
Ci ji Ci ( Di ) t x x x
材料成型传输原理--质量传输
若D i 为常数, 即可以忽略 DA 随浓度及距离的变化, 则 上式)简化为: 2
Ci Ci Di 2 t x
i 2 i Di 若用质量浓度表示,则有: t x 2
物质的扩散系数与物质的种类、结构、浓度、温度及压力有关。 气体、液体、固体物质的扩散系数的数值范围分别为:
气体:Di=5×10-6~1×10-5㎡/s 液体:Di =5×10-10~1×10-9㎡/s 固体:Di =5×10-10~1×10-15㎡/s
材料成型传输原理--质量传输
1.气体中的扩散系数 将气体分子视作性质相同的弹性刚性小球体,分子热 运动使小球相互间作无规则的碰撞,不考虑其它的作用力, 推导得如下半经验式:

《传输原理传质》PPT课件

《传输原理传质》PPT课件

xB
pB p
NA
D RT
pA z
(1 1 xB xB
)
D pA RT z
1 xB
D pB RT z
1 xB
D pB p RT z pB
写成积分形式:
NA
z2 dz D
z1
RT
p
pB 2 pB1
1 pB dpB
NA
Dp RT
1 ln z2 z1
pB2 pB1
(12-7) *
事实上,由摩尔通量密度的定义可得:
Note:设液面表面积很大,表面高度基本不变,因此这种质量 传递问题可以近似为稳态的一维无化学反应分子传质问题。
由条件知:
忽略气体溶解,视为纯液体蒸汽单向稳定扩散
液面压力恒定(绝热),令A—液体蒸汽, B—空气
FicK
I:
JA
D
cA z
D RT
pA z
液面: p pA pB const c cA cB const
xA)
稳态时: dNA 0 dz
d [ d ln(1 xA )] 0 dz dz
对z两次积分 ln(1 xA) c1z c2
边界条件:z=z1时xA=xA1, z=z2时 xA=xA2
ln( 1 xA ) z z1 ln( 1 xA2 ) 1 xA2 z2 z1 1 xA1
——浓度分布
令氧化层质量的增加为m

m AM
O
氧化层中氧的密度
M 2 ( m )2 k * t
AO
表面积
( m )2 A
O2 k
*t
m A
k0t
频率因子
k0 O2k *
k0 k exp( E0 RT )
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