質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)ppt課件.ppt

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1、第七章質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)7.1概述7.2分子傳質(zhì)7.3一維穩(wěn)定分子擴(kuò)散7.4對(duì)流傳質(zhì)7.5傳質(zhì)設(shè)備簡(jiǎn)介17.1.1化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程質(zhì)量傳遞（簡(jiǎn)稱傳質(zhì)）是指物質(zhì)從一處向另一處轉(zhuǎn)移，包括相內(nèi)傳質(zhì)和相際傳質(zhì)兩類，前者發(fā)生在同一個(gè)相內(nèi)，后者則涉及不同的兩相。傳質(zhì)是一個(gè)速率過程，嚴(yán)格地講這個(gè)過程的推動(dòng)力是化學(xué)位差，其中包括濃度差，溫度差，壓力差等等。但最常見的傳質(zhì)過程都是因濃度差而引起的。2化學(xué)工業(yè)中，涉及相際傳質(zhì)的單元操作較多，常見的有：1.氣（汽）－液系統(tǒng)吸收：混合氣體中可溶組分由氣相傳遞到液相溶劑中的過

2、程。解吸：為吸收的逆過程。蒸餾：不同物質(zhì)在氣液兩相間的相互轉(zhuǎn)移。氣體增(減）濕：濕分由液相（氣相）向氣相（液相）轉(zhuǎn)移。2.液-液系統(tǒng)萃取：溶質(zhì)由一液相轉(zhuǎn)入另一液相。這是在液體混合物中加入另一不相溶的液相物質(zhì)，使原混合物組分在兩液相中重新分配的過程。33．液－固系統(tǒng)結(jié)晶：溶質(zhì)由液相趨附于溶質(zhì)晶體的表面，轉(zhuǎn)為固相，使晶體長(zhǎng)大。固液萃?。ê?jiǎn)稱浸瀝或浸?。喝苜|(zhì)由固相轉(zhuǎn)入液相。由于固體混合物一般是多相系，故浸瀝常屬多相系的分離。4．氣－固系統(tǒng)干燥：加入熱量使液體氣化，從固體的表面或內(nèi)部轉(zhuǎn)入氣相。吸附：物質(zhì)

3、由氣相趨附于固體表面（主要是多孔性固體的內(nèi)表面），吸附平衡是過程進(jìn)行的極限。47.1.2相組成的表示法１．質(zhì)量分率和摩爾分率均相混合物中某組分Ａ的質(zhì)量占混合物總重量ｍ的分率稱為組分Ａ的質(zhì)量分率：２.質(zhì)量比和摩爾比以Ｂ為參照組分，則質(zhì)量比摩爾比53.質(zhì)量濃度和物質(zhì)的量濃度濃度：是單位體積中的物質(zhì)量，物質(zhì)量可用質(zhì)量或物質(zhì)的量（單位為mol或kmol）來表示，相應(yīng)的就有質(zhì)量濃度和物質(zhì)的量濃度。記V為均相混合物的體積，單位為，則組分A的質(zhì)量濃度混合物的總的物質(zhì)的量濃度（即混合物的密度）67.2.1費(fèi)可定律

4、實(shí)驗(yàn)表明，在二元混合物（A+B）中，組分的擴(kuò)散通量與其濃度梯度成正比，這個(gè)關(guān)系稱為費(fèi)克（Fick）定律。如果擴(kuò)散沿z方向進(jìn)行，當(dāng)是常數(shù)時(shí)，上式成為根據(jù)“通量＝速度╳濃度”，費(fèi)克定律中的擴(kuò)散通量也可寫成擴(kuò)散速度的形式：7一、氣體中的擴(kuò)散系數(shù)氣體中的擴(kuò)散系數(shù)與系統(tǒng)、溫度和壓力有關(guān)，其量級(jí)為。通常對(duì)于二元?dú)怏wＡ、B的相互擴(kuò)散，Ａ在B中的擴(kuò)散系數(shù)和B在A中的擴(kuò)散系數(shù)相等，因此可略去下標(biāo)而用同一符號(hào)Ｄ表示，即對(duì)于二元?dú)怏w擴(kuò)散系數(shù)的估算，通常用較簡(jiǎn)單的由富勒（Fuller）等提出的公式：8二、液體中的擴(kuò)散系數(shù)

5、由于液體中的分子要比氣體中的分子密集得多，因此也體的擴(kuò)散系數(shù)要比氣體的小得多，其量級(jí)為。對(duì)于很稀的非電解質(zhì)溶液（溶質(zhì)Ａ＋溶劑Ｂ），其擴(kuò)散系數(shù)常用Wilke-Chang公式估算：對(duì)給定的系統(tǒng)，可由溫度下的擴(kuò)散系數(shù)推算下的，如下：9三、生物物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)對(duì)于水溶液中生物溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的估算，當(dāng)溶質(zhì)相對(duì)于分子質(zhì)量小于1000或其分子體積小于500時(shí)，可用式：否則，宜用下式（Polson方法）：10四、固體中的擴(kuò)散系數(shù)對(duì)于氣體在固體中的擴(kuò)散，一般是用滲透率（permeability）來代替擴(kuò)散系數(shù)D，兩者間

6、的關(guān)系為117.3.1無(wú)化學(xué)反應(yīng)的一維穩(wěn)定分子擴(kuò)散一、恒定截面積的等摩爾反向擴(kuò)散對(duì)于理想氣體，，有12二、通過恒定截面積的單向擴(kuò)散所謂單向擴(kuò)散是指組分Ａ通過停滯（或不擴(kuò)散）組分Ｂ的擴(kuò)散，由于Ｂ是停滯組分，所以（注意：），結(jié)合截面１、２上的邊界條件，最終得對(duì)于理想氣體，有對(duì)液相中的單向擴(kuò)散，若總濃度Ｃ能作為常數(shù)，同理有13三、三、通過變截面的單向擴(kuò)散如圖為一小球在大范圍靜止氣體（B）中擴(kuò)散的情形?，F(xiàn)來考察組分A的徑向擴(kuò)散通量。顯然，穩(wěn)定擴(kuò)散時(shí)其徑向質(zhì)量流量不變，但由于擴(kuò)散截面積隨而變，所以不是常數(shù)，

7、。圖從球體向周圍介質(zhì)的擴(kuò)散球表面處的擴(kuò)散通量為147.3.2伴有化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定分子擴(kuò)散化學(xué)反應(yīng)可分為兩類：一類是在整個(gè)相內(nèi)均勻發(fā)生的反應(yīng)，稱為均相反應(yīng)；另一類則是局限在某個(gè)特定區(qū)域內(nèi)的反應(yīng)，它可以是在相的內(nèi)部，也可以在邊界上，稱為非均相反應(yīng)。15一、一、有非均相化學(xué)反應(yīng)的擴(kuò)散過程以最簡(jiǎn)單的一級(jí)化學(xué)反應(yīng)的擴(kuò)散過程為例。如圖，氣體Ａ由氣相主體擴(kuò)散到催化劑表面，并在催化劑的作用下，發(fā)生一級(jí)化學(xué)反應(yīng)，生成的氣體再由催化劑表面向氣相主體擴(kuò)散。現(xiàn)考察穩(wěn)定情形下Ａ、B的傳質(zhì)通量。16由于反應(yīng)只在催化劑表面進(jìn)行，

8、即氣相中并無(wú)反應(yīng)，因此根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，穩(wěn)定情形下氣相Ａ、B的傳質(zhì)通量為常數(shù)。得其中，。式中A組分在催化劑表面出的濃度仍是未知量，故解的最終形式與邊界上的化學(xué)反應(yīng)速率有關(guān)。17１．?dāng)U散控制過程如果化學(xué)反應(yīng)是瞬時(shí)完成的，則，得２．應(yīng)控制過程如果在催化劑表面上，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行得很緩慢，使得反應(yīng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于擴(kuò)散速率，則此過程可視為反應(yīng)控制過程，組分A的傳質(zhì)通量由化學(xué)反應(yīng)速率確定。若為一級(jí)化學(xué)反應(yīng)，則有18二、有一級(jí)均相化學(xué)反應(yīng)的擴(kuò)散過程如圖為溶質(zhì)組分Ａ在溶劑B中邊擴(kuò)散邊反應(yīng)的過程。已知