化工傳遞-9傳質(zhì)概論與傳質(zhì)微分方程課件.ppt

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1、Ch9：傳質(zhì)概論與傳質(zhì)微分方程本章介紹質(zhì)量傳遞的基本概念，質(zhì)量傳遞的基本方式，傳質(zhì)的速度與通量，傳質(zhì)微分方程的推導(dǎo)等內(nèi)容。課后學(xué)習(xí)與作業(yè)：第九章的概念和例題；第九章作業(yè)：9-3，9-4，9-5，9-71質(zhì)量傳遞概論一、混合物組成的表示方法1.質(zhì)量濃度kg/m3Gi—混合物中組分i的質(zhì)量；單位體積混合物中所含某組分i的質(zhì)量稱為該組分的質(zhì)量濃度，以符號表示V—混合物的體積。由N個(gè)組分組成的混合物，總質(zhì)量濃度為(9-1)2.摩爾濃度單位體積混合物中所含某組分i的摩爾數(shù)稱為該組分的摩爾濃度，以符號ci表示kmol/m3ni—混合物中組分i的摩爾數(shù)。若混合物

2、由N個(gè)組分組成，則混合物的總摩爾濃度為質(zhì)量濃度與摩爾濃度的關(guān)系：—混合物的平均摩爾質(zhì)量；Mi—組分i的摩爾質(zhì)量。3.質(zhì)量分?jǐn)?shù)混合物中某組分i的質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的分?jǐn)?shù)稱為該組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以符號ai表示：G—混合物的總質(zhì)量。若混合物由N個(gè)組分組成，則4.摩爾分?jǐn)?shù)混合物中某組分i的摩爾數(shù)占混合物總摩爾數(shù)的分?jǐn)?shù)稱為該組分的摩爾分?jǐn)?shù)，以符號xi表示：n—混合物總摩爾數(shù)。若混合物由N個(gè)組分組成，則組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系為二、質(zhì)量傳遞的基本方式1.分子傳質(zhì)又稱分子擴(kuò)散，簡稱擴(kuò)散，是由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動而產(chǎn)生的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。分子傳質(zhì)在氣相、液相和固

3、相中均能發(fā)生。費(fèi)克定律對于由組分A和組分B組成的混合物或(9-13)2.對流傳質(zhì)運(yùn)動流體與固體表面之間，或兩個(gè)有限互溶的運(yùn)動流體之間的質(zhì)量傳遞過程。對流傳質(zhì)的速率不僅與質(zhì)量傳遞的特性因素（如擴(kuò)散系數(shù)）有關(guān)，而且與動量傳遞的動力學(xué)因素（如流速）等密切相關(guān)。由于流體質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動引起的質(zhì)量遷移過程，通常指：描述對流傳質(zhì)的方程，與描述對流傳熱的牛頓冷卻定律相對應(yīng)，可表述為NA—對流傳質(zhì)的摩爾通量；Δci—組分A在界面處的濃度與流體主體濃度之差；kc—對流傳質(zhì)系數(shù)。(9-15)kc與界面的幾何形狀、流體的物性、流型以及濃度差等因素有關(guān)，其中流型的影響最為顯

4、著。kc的確定方法與對流傳熱系數(shù)h的確定方法類似。(9-15)三、傳質(zhì)的速度與通量1.擴(kuò)散速度與平均速度在多組分系統(tǒng)中，各組分進(jìn)行相互擴(kuò)散時(shí)，因各組分的擴(kuò)散性不同，其運(yùn)動（擴(kuò)散）速度是不同的。例如，體積大的分子其分子統(tǒng)計(jì)速度較慢，而體積小的分子其速度較快。靜止平面uAnA[kg/(m2s)nA—組分A相對于靜止坐標(biāo)的質(zhì)量通量；設(shè)：uA—組分A相對于靜止坐標(biāo)的絕對速度（流動速度+擴(kuò)散速度）；則以二組分系統(tǒng)為例討論：靜止平面uAuBA的質(zhì)量通量：B的質(zhì)量通量：混合物（A+B）的質(zhì)量通量：N—混合物的總質(zhì)量通量。U—混合物的質(zhì)量平均速度；uA—A的絕對速

5、度；uB—B的絕對速度；nA—組分A相對于靜止坐標(biāo)的質(zhì)量通量;nB—組分B相對于靜止坐標(biāo)的質(zhì)量通量;(9-18)平均速度u或um為混合物中各組分共有的速度，可作為衡量各組分?jǐn)U散速度的基準(zhǔn)。某一組分相對于u或um的速度可表示該組分的擴(kuò)散速度，也可理解為該組分沿著速度為u或um的移動平面中擴(kuò)散。對于組分A，其擴(kuò)散速度定義為:絕對=流動+擴(kuò)散質(zhì)量基準(zhǔn)摩爾基準(zhǔn)對于組分B，其擴(kuò)散速度定義為質(zhì)量基準(zhǔn)摩爾基準(zhǔn)2.擴(kuò)散通量與主體流動通量（對流通量）（1）擴(kuò)散通量質(zhì)量通量組分AjA是以移動坐標(biāo)（uA-u或uA-um）為參考基準(zhǔn)的通量。kg/(m2·s)摩爾通量kmo

6、l/(m2·s)kg/(m2·s)組分B質(zhì)量通量jB是以移動坐標(biāo)（uB-u）為參考基準(zhǔn)的通量。摩爾通量kmol/(m2·s)（2）主體流動通量（對流通量）組分A質(zhì)量通量摩爾通量(9-28)(9-30)組分B質(zhì)量通量摩爾通量3.傳質(zhì)的總通量P210由故由故費(fèi)克第一定律通用表達(dá)式組分的總傳質(zhì)通量分子擴(kuò)散通量主體流動通量傳質(zhì)通量小結(jié):例：流體在管道中的流動與擴(kuò)散過程1A+B1A的通量：B的通量：總通量：當(dāng)無擴(kuò)散時(shí)，udA=udB，ρA=ρB，1A+B12傳質(zhì)微分方程P211一、傳質(zhì)微分方程的推導(dǎo)1.質(zhì)量守恒定律表達(dá)式微分質(zhì)量衡算（x,y,z）微元控制體采

7、用歐拉方法推導(dǎo)P33（位置與體積固定）邊長、、體積質(zhì)量微分質(zhì)量衡算輸入的質(zhì)量速率反應(yīng)生成的質(zhì)量速率+輸出的質(zhì)量速率=+累積的質(zhì)量速率（輸出–輸入）＋（累積）–（生成）=0根據(jù)質(zhì)量守恒定律，組分A的衡算式為2.各項(xiàng)質(zhì)量速率的分析(1)輸出與輸入流體微元的質(zhì)量流率差設(shè)在點(diǎn)（x、y、z）處質(zhì)量通量流體的質(zhì)量平均速度輸入的總質(zhì)量流率輸出的總質(zhì)量流率輸出與輸入流體微元的質(zhì)量流率差組分A沿x方向：（x,y,z）微分質(zhì)量衡算y方向的質(zhì)量流率差z方向的質(zhì)量流率差三個(gè)方向上的總質(zhì)量流率差（2）流體微元內(nèi)累積的質(zhì)量速率設(shè)組分A的質(zhì)量濃度為ρA流體微元中任一瞬時(shí)組分A的

8、質(zhì)量為質(zhì)量累積速率為（3）反應(yīng)生成的質(zhì)量速率設(shè)系統(tǒng)內(nèi)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，單位體積流體中組分A的生成質(zhì)量速率為rAkg/(m3·