质量传及递概论.pptVIP

* * 第八章 质量传递概论 在含有两种或两种以上组分的物系中，如果其中某一组分存在浓度梯度，则该组分就会由高浓度区域向低浓度区域转移，这种转移过程称为质量传递，简称传质。 质量传递的方式可分为分子传质和对流传质两种。 分子传质（分子扩散）是依靠分子的无规则热运动所引起的质量传递； 对流传质（对流扩散）是依靠运动流体与固体壁面之间、或互不相溶的两种流体之间的相对运动所引起的质量传递。 传质过程的推动力可以为浓度差、温度差、压力差等。由此而引起的质量传递，分别称为浓差扩散、热扩散和压力扩散。 本章主要讨论由浓度梯度所引起的质量传递现象。 质量传递是一种广泛存在的传递现象，化工过程中的许多单元操作，如蒸馏、吸收、吸附、萃取、干燥和增（减）湿等都涉及到质量传递。质量传递和动量传递、热量传递一起构成了统一的传递现象理论。 质量传递过程中要解决的主要问题是确定物质的浓度分布并由此计算出传质速率。由于传质往往发生在混合物中，它的定量描述要比单组分动量传递和热量传递复杂。为了给传质过程的研究建立一个共同的基础，首先讨论多组分混合物中某组分传质需要用到的一些基本概念和关系式。 三种传递现象具有类似的运动规律和相似的数学表达式。因此，在动量传递和热量传递中所建立的基本概念、基本定律以及一些分析方法，均有助于质量传递过程的研究和讨论。 第一节 传质的基本概念 一、浓度 在多组分混合物中，组分的浓度可以用多种形式来表示。通常采用单位体积所含某组分的数量来表示该组分的浓度，例如，组分 i 的浓度可以表示为质量浓度：ρi（kg/m3）或物质的量浓度ci（kmol/m3）等。 式中，Gi为混合物中A组分的质量，kg；V为混合物的体积，m3。 1、质量浓度 组分 i 质量浓度ρi的定义是单位体积混合物中组分i 的质量，即 混合物的总质量浓度 ρ 可表示为 混合物中各组分的浓度还常采用质量分数w来表示，它表示混合物中某组分 i 质量占混合物总质量的比值。即，质量分数的定义式为 式中，ni为混合物中i组分的物质的量，kmol； V为混合物的体积，m3。 混合物的总物质的量浓度c可表示为 各组分物质的量浓度还常采用摩尔分数来表示，它代表某组分物质的量占混合物总物质的量的比值。如对组分i，其摩尔分数可表示为 2、物质的量浓度 物质的量浓度又称为摩尔浓度，其定义为单位体积混合物中某组分的摩尔数 对于由N个组分组成的混合物，摩尔分数满足如下的关系 一般常以x来表示液相中的摩尔分数，以y来表示气相中的摩尔分数。根据道尔顿分压定律，对气体可表示为 对于理想气体，还可以用分压来表示浓度 由质量浓度和物质的量浓度的定义，可以得到它们之间的关系满足： 其中Mi 为i 组分的相对分子质量，M为混合物的相对分子质量。 质量分数和摩尔分数的关系为 二、多组分系统的运动速度 因为流体运动的速度与所选的参考基准有关，因此参考基准不同，流体的相对运动速度也有所不同。 1、以静止坐标为参考基准 在双组分混合物流体中，组分A和B相对于静止坐标系的速度分别以uA和uB表示，当uA≠uB时，混合物的平均速度可以有不同的定义。例如，若组分A和B的质量浓度分别为ρA和 ρB，则混合物流体的质量平均速度u的定义为 类似地，若组分A和B物质的量浓度分别为cA和cB，则混合物流体的物质的量平均速度uM定义为 2、以质量平均速度u为参考基准 以质量平均速度为参考基准时，所能观察到的是各组分的质量相对运动速度。A组分和B组分相对于质量平均速度的扩散速度分别为uA-u和uB-u。 以摩尔平均速度为参考基准时，所能观察到的是各组分的物质的量的相对运动速度。A组分和B组分相对物质的量平均速度um的扩散速度分别为uA-uM和uB-uM 。 3、以摩尔平均速度uM为参考基准 相对运动速度表达了组分相对于总体流动的运动速度，它是由分子的无规则热运动所引起的，又称为扩散速度。组分的绝对速度则等于扩散速度和总体流动速度之和。 三、传质通量 混合物中，某个组分在单位时间内通过垂直于传质方向上单位面积的物质的质量（物质的量）称为传质通量，传质通量又称传质速率，其方向与该组分的速度方向一致。与速度表示方法相对应，传质通量常用质量通量或摩尔通量表示，它们都是浓度与速度的乘积。 1、组分的质量通量 混合物中组分的质量通量单位为kg/(m2·s)，根据参考坐标的不同，组分的质量通量有以下几种表示方法。 （1）相对于静止坐标，以绝对速度表示时，i 组分的质量通量为: （2）相对于质量平均速度，以相对速度来表示i 组分的质量通量为 （3）相对于摩尔平均速度，以相对速度来表示i 组分的摩尔通