传质机理与扩散速率课件.ppt

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1、关于传质机理与扩散速率1现在学习的是第1页，共24页2.2 传质机理与扩散速率传质机理与扩散速率一传质方式与理论一传质方式与理论双膜模型溶质渗透模型表面更新模型当不平衡的气液两相接触时，若当不平衡的气液两相接触时，若yy*，则溶质从气相向液相传，则溶质从气相向液相传递，为吸收过程递，为吸收过程 现在学习的是第2页，共24页双膜理论模型双膜理论模型 要点：要点： (1) 相界面两侧流体的对流传质阻相界面两侧流体的对流传质阻力全部集中在界面两侧的两个停滞力全部集中在界面两侧的两个停滞膜内，膜内传质方式为分子扩散。膜内，膜内传质方式为分子扩散。 (2)相界面上没有传质阻力，相界面上没有传质阻力，即可

2、认为所需的传质推动力为即可认为所需的传质推动力为零，或气液两相在相界面处达零，或气液两相在相界面处达到平衡。到平衡。 (3)气膜和液膜外湍流流动气膜和液膜外湍流流动,无浓无浓度梯度度梯度, 即无扩散阻力即无扩散阻力二、传质理论简介二、传质理论简介气膜气膜 液膜液膜 pG pi 传质方向传质方向 Ci 气相主体气相主体 液相主体液相主体 CL d dG d dL z 距离距离 双膜模型双膜模型 组成组成 现在学习的是第3页，共24页双膜理论模型双膜理论模型（1）A由气相主体到相界面，由气相主体到相界面，气气相内传递相内传递；（2）A在相界面上溶解，溶解过在相界面上溶解，溶解过程；程；（3）A自相

3、界面到液相主体，自相界面到液相主体，液相内传递液相内传递。二、传质理论简介二、传质理论简介单相内传递方式：单相内传递方式： 分子扩散；湍流扩散分子扩散；湍流扩散 。 气气膜膜 液液膜膜 pG pi 传传质质方方向向 Ci 气气相相主主体体 液液相相主主体体 CL d dG d dL z 距距离离 双双膜膜模模型型组组成成现在学习的是第4页，共24页二、传质理论简介二、传质理论简介双膜模型缺陷：双膜模型缺陷： 只适用与有固定相界面的情形；只适用与有固定相界面的情形； 界面阻力不计，这是一个尚有争议的问题界面阻力不计，这是一个尚有争议的问题现在学习的是第5页，共24页 行行传传质质的的方方式式靠靠

4、流流体体质质点点的的脉脉动动来来进进中中，对对流流传传质质：在在湍湍流流流流动动的的方方式式靠靠分分子子运运动动来来进进行行传传质质流流流流动动的的流流体体中中，分分子子扩扩散散：静静止止的的或或层层传传质质方方式式2.2 传质机理与扩散速率传质机理与扩散速率一传质方式与理论一传质方式与理论每每cm3 所具有的分子个数，所具有的分子个数，氧气：氧气：2.51019 水：水：3.31022铜：铜：7.31022 现在学习的是第6页，共24页 一分子扩散一分子扩散 2.2.1 分子扩散与分子扩散与费克定律费克定律 A B 扩散现象扩散现象 分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一分子扩散：在静止或滞

5、流流体内部，若某一 组分存在浓度差，则因分子无规组分存在浓度差，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，这种现象处传递至浓度较低处，这种现象 称为分子扩散。称为分子扩散。扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向扩散通量：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，的单位截面积扩散的物质量，J表表 示，示， kmol/(m2s)。现在学习的是第7页，共24页dzdCDJAABA扩散通量，扩散通量，kmol/m2 s表示扩散方向与浓度梯度方向相反表示扩散方向与浓度梯度方向相反A 在在 B 中的扩散系数中的扩散系数 m2/s 二费克定律二

6、费克定律 A B 扩散现象扩散现象 温度、总压一定，组分温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。的浓度梯度成正比。2.2.1 分子扩散与分子扩散与费克定律费克定律 现在学习的是第8页，共24页 二费克定律二费克定律 A B 扩散现象扩散现象 BAcccABdzdzdcdc,AABBBABAABdzdzJJdcdcJDJDABBADD2.2.1 分子扩散与分子扩散与费克定律费克定律 混合物的总浓度在各处是相等的，即：现在学习的是第9页，共24页 二费克定律二费克定律 zcDJddAABA理想气体：理想气体：AApncVRT

7、zcddAzpRT dd1A=zpRTDJddAABA费克定律的其它表达形式：费克定律的其它表达形式：2.2.1 分子扩散与分子扩散与费克定律费克定律 现在学习的是第10页，共24页说明：说明：（1）JA是相对扩散通量是相对扩散通量（2）DA,B是物性之一是物性之一 ),(,xTPfDBA 二费克定律二费克定律 DA,B（气）（气） 10-5m2/sDA,B（液）（液） 10-9m2/s DA,B（固）（固） 1）代表总体流动的影响代表总体流动的影响现在学习的是第19页，共24页 2112,AABzACCCCzzDNm 漂流因数漂流因数（1）代表总体流动的影响代表总体流动的影响对对照照：等等摩

8、摩尔尔相相互互扩扩散散 2112,AAzACCzzDN 思考：思考：混合气中混合气中A A组分的浓度愈高，漂流因数则愈如何变化？组分的浓度愈高，漂流因数则愈如何变化？ 漂流因子的大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，溶质的浓度愈漂流因子的大小反映了总体流动对传质速率的影响程度，溶质的浓度愈大，其影响愈大。其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。大，其影响愈大。其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。当混合物中溶质当混合物中溶质A的浓度较低时，的浓度较低时， PPBm，总体流动可以忽略不计，总体流动可以忽略不计现在学习的是第20页，共24页结论：结论：Bmpp1）Smcc、

9、漂流因数，漂流因数，无因次无因次 2）单向扩散体现在吸收过程中。）单向扩散体现在吸收过程中。漂流因数的影响因素：漂流因数的影响因素： 浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。 低浓度时，漂流因数近似等于低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。，总体流动的影响小。 现在学习的是第21页，共24页 气气膜膜 液液膜膜 pG pi 传传质质方方向向 Ci 气气相相主主体体 液液相相主主体体 CL d dG d dL z 距距离离 双双膜膜模模型型组组成成 )(21AABmLLACCCCDN d d 对照对流传质方程，可知：对照对流传质方程，可知： )(A2

10、A1BmAppRTzpDpN若为单向扩散，则若为单向扩散，则现在学习的是第22页，共24页例：例：在温度为在温度为20、总压为、总压为101.3kPa的条件下，的条件下，CO2与空气混合与空气混合气缓慢地沿着气缓慢地沿着Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。溶液。CO2透过透过1mm厚的静止空气层扩散到厚的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中，混合气体溶液中，混合气体中中CO2的摩尔分率为的摩尔分率为0.2，CO2到达到达Na2CO3溶液液面上立即被吸溶液液面上立即被吸收，故相界面上收，故相界面上CO2的浓度可忽略不计。已知温度的浓度可忽略不计。已知温度20时，时，CO2在空气中的扩散系数为在空气中的扩散系数为0.18cm2/s。试求。试求CO2的传质速率为多的传质速率为多少？少？现在学习的是第23页，共24页浙江大学本科生课程化工原理感谢大家观看现在学习的是第24页，共24页