化工原理下册第一-三.pptVIP

物质传递的两种形式 分子扩散： 分子无规则微观运动使组分由浓度高处传至浓度低处 类同于传热中由温度差引起的热传导，从高温向低温传递热量 对流传质： 流体宏观流动导致物质传递 类同于对流传热中流体与固体壁面之间的传热 通常指流体与界面（气液界面）间的传质 * 一、双组分混合物的分子扩散 1、费克定律 三传类似 一维、定态 JA：扩散速率 单位时间内组分A扩散 通过单位面积的物质量 kmol/（m2.s） 分子扩散的实质是分子微观随机运动， 其统计规律可用宏观的方式——费克定律——表达 * （1）只要有浓度梯度就有物质扩散流——分子扩散 （分子微观运动宏观结果） （2）JA= -JB 说明物质A的扩散流必伴有数量相等 方向相反物质B的扩散流 * （3）JA= -JB，存在条件 CM是常数（定值）DAB=DBA 双组分混合物，总浓度各处相等，CM= CA+CB=常数， 对双组分混合物 DAB = DBA CA = CM - CB JA= -JB * 2、分子扩散与主体流动 （1）等分子反向扩散 分析：等分子反向扩散的存在 静止气层 总压相等 CACAi A以JA速率向界面扩散并 溶解至液相。 由于A的溶解，界面B浓度CBiCB B以JB由界面向主体扩散。 当界面不断提供B时, 则 JA = -JB 或 JA + JB = 0 结论: 等分子反向扩散时,通过截面PQ的 净物质量为零 * （2）主体流动 指混合气体向界面的流动 吸收过程 引起 A被吸收 B滞留于界面，高于气相主体浓度，反向扩散 导致界面处气体总压降低 气相主体与界面间的微 小压差产生主体流动 讨论: 主体流动与扩散流 扩散流是分子微观运动的宏观结果,传递的是纯组分A或B 主体流动是宏观运动,它同时携带组分A及B流向界面. 尽管液相不能向界面提供B,由于主体流动的存在补充了 界面B仍然存在反向扩散 * 因为JA= -JB， 所以净物流 N = NM 讨论: 主体流动与净物流 （1）二者含义不同，数值相等 NM是由于微小浓度差、压差 而产生的宏观运动，N代数和。 （2）对等分子反向扩散,无净物流, 因而也无主体流动 （3）净物流 PQ面总物料衡算 N = JA + JB + NM * 3、A组分的分子扩散速率方程 主体流动是分子扩散引起的伴生运动 NA + NB = N （+ (包含扩散流和主体流动) A的物料衡算 NM = N = NA + NB 因为 所以 上式中若知NA与NB的关系,方可求出NA * （1）等分子反向扩散 以浓度表示 NA= -NB， 净物流 N = NA+NB = 0 以分压表示 没有净物流，即没有吸收 分离变量积分 * （2）单向扩散 吸收过程 惰性组分B的净传递速率，NB = 0， * 为静止流体层两侧 组分B的对数平均浓度 或改写为： * （1） 称为漂流因子，反映了主体流动影响， 其值1。（静止船速+水速） （因稀溶液，A 浓度（气相）小，B升高，PBM≈P总） （2） 若 =1，无主体流动，则为等分子反向扩散。 (4)单向扩散与等分子扩散比较乃增加漂流因子这一项 （3） 等分子反向扩散为一直线，单向扩散为一凸对数曲线。 讨论: 对稀溶液，CBm≈CM ， 漂流因子接近于1 * 二、扩散系数 物质的传递性质，受温度、压强和混合物中组分浓度影响。 气体 P升高 D下降（气体稠密） T升高 D升高（动能大） D： 10-5 m2/s 液体 T升高，D升高（分子间距大） μ升高 D下降（液体稠密） D液=10-9~10-10 m2/s * 三、对流传质速率 流动使界面浓度梯度增大； 在主体与界面浓度差相等时，传质速率得到了提高。 １、对流对传质的贡献类同于传热 １ ２ ３ １、静止流体 ２、层流流动 ３、湍流流动 * ２、对流传质速率 写成类似牛顿冷却定律的形式 —— 工程处理办法 气相与界面 液相与界面 特点： 主体浓度与界面浓度之差为对流传质的推动力 其它影响因素均包括在传质系数中 * 对流传质 关系式 Sh=0.023Re0.83Sc0.33 无因次化 无因次数群 Ｐ20页比较了动量传递，热量传递及物质传递的相似性 对流给热 Nu=0.023Re0.8Pr0.3-0.4 * 四、对流传质理论 1、有效膜理论（魏特迈提出） 双膜论 （1）在界面