《化工原理》8传质过程导论2

传质过程导论2MassTransferSeparationProcess教师：王延华简单回顾1：传质过程相内传质过程：物质在一个物相内部从浓度(化学位)高的地方向浓度(化学位)低的地方转移的过程。相际传质过程：物质由一个相向另一个相转移的过程。相际传质过程是分离均相混合物必须经历的过程，其作为化工单元操作在工业生产中广泛应用。以“三传”为物理内核的单元操作简单回顾2：相组成表示方法1．双组分均相物系（A、B）的摩尔分数（xA)之和等于多少？质量分数(wA)之和呢？2．xA与wA的关系？1BAxx1BAwwBBAAAAAMwMwMwx///BBAAAAAMxMxMxw3．双组分均相物系中，x与X的关系？w与w的关系？4．xA与CA的关系？wA与A的关系？xxX1XXx111CxCAAAAw5．对理想气体，C与p的关系？y与p？ρ与p？RTpVnCAAARTPVnCPpnnyAAARTMpVnMVmAAAAAACollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhua简单回顾3：扩散原理流体中物质扩散的基本方式：扩散方式分子扩散涡流扩散作用物流体分子流体质点作用方式热运动湍动和旋涡作用对象静止、滞流湍流扩散：物质在单一相内的传递过程CollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhuadzdCDJAABA相界面气相液相传质方向扩散通量，kmol/m2s表示扩散方向与浓度梯度方向相反A在B中的扩散系数m2/s费克定律费克定律的其它表达形式：dzdpRTDdzRTpdDdzdxCDJAABAABAABACollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhuaJA+JB=00Jn1iiDAB=DBA=DCollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhua简单回顾4：一维稳定分子扩散-等摩尔相互扩散传质速率（或物质通量）NA：单位时间通过单位固定截面的A物质量，单位kmol/(m2•s)等摩尔相互扩散中（物系静止）：dzdpRTDdzdcDJNAAAA)()(2121AAAAAcczDppRTzDN液相气相CollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhua一组分通过另一停滞组分的扩散（单向扩散）4、总体流动与B的扩散运动方向相反bABBbbBbBBNNJccNNNccJ,溶质A相界面溶剂S同时S不逆向通过（汽化）通过B对于截面2：NA,b=Nb(cA/c)，NB,b=Nb(cB/c)2、A、B做等分子反方向扩散的传递运动3、总体流动加快了A的传递速度1、总体流动通量Nb。即JA=-JBNA=JA+Nb(cA/c)NB=JB+Nb(cB/c)=0B为停滞组分二组分物系单向扩散CollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhuaAABBbJccJccNABBAABAABAAAJpppJpp1JccJNdzdpRTDpppNAAA)dzdpRTD)(ppp(ABBAdzdpRTDp-ppAA-NA=JA+Nb(cA/c)CollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhua在主体（z1=0，pA=pA1）至界面（z2=z，pA=pA2）间积分，得：dzdpRTDpppNAAA1212BBAAApplnRTzpDpppplnRTzpDNCollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhuaB组分在界面与主体间的对数平均分压,令1212mBBBBBpplnppp)(ln2112AABBBApppPRTZDppRTZPDNmLAAsmLALcccczDNq2与等摩尔相互扩散相比多了一个因子p/pBm——漂流因数。漂流因数反映总体流动对传质速率的影响。p/pBm1传质速率较大。若pAp/pBm；反之pAp/pBm≈1气相液相p.9例8-3在温度250C、总压100kPa下，用水吸收空气中的氨。气相主体含氨20%，由于水中氨的浓度很低，其平衡分压可取为零。若氨在气相中的扩散阻力相当于2mm厚的停滞气层，扩散系数D=0.232cm2/s，求吸收的传质速率NA。又若气相主体中含氨为2.0%（均为摩尔分数），试重新求解。解：(1)本题属于单向扩散。其中，z=0.002m，D=0.232×10-4m2/s，T=298K，P=100kPa，pA1=20kPa，pA2=0，R=8.314kJ/kmol•K，带入下式，得)(21AABmApppPRTzDN244/1004.1)020(90100002.0298314.810232.0mskmolNA(2)若气相主体含氨2%，则，z=0.002m，D=0.232×10-4m2/s，T=298K，P=100kPa，pA1=2kPa，pA2=0，R=8.314kJ/kmol•K，带入下式，得)(21AABmApppPRTzDN264/1045.9)02(99100002.0298314.810232.0mskmolNA【练习】：在温度250C、总压101325Pa下，用水吸收空气中的氨（A）。气相主体含氨10%（摩尔分数，下同）。由于水中氨的浓度很低，其平衡分压可取为零。若氨在气相中的扩散阻力相当于2mm厚的停滞气层，扩散系数D=2.28×10-5m2/s，求吸收的传质通量NA。CollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhua——表达某个组分在介质中扩散快慢的一种传递属性，是物质的特性常数之一。类似于λ，但较复杂。扩散系数75.1122112TTppDDD（m2/s）一、气体中的D分子热运动速度分子碰撞频繁扩散速度D范围0.1~1cm2/s计算：福勒（Fuller）公式：二、液体中的D计算：经验公式，p11式(8-23)或表8-4分子密集D液D气约10-5cm2/s【例】：在一直立的毛细玻璃管内装有乙醇，初始液面距离管口10mm，如图所示。管内乙醇保持为293K(乙醇饱和蒸汽压为1.9998kPa)，大气压为101.3kPa。当有一空气始终平缓吹过管口时，经100小时后，管内乙醇液面下降至距管口21.98mm处。已知传质速率NA为7.7×10-7kmol/m2·s，试求该温度下，乙醇在空气中的扩散系数。解：pA1=1.9998kPa∵空气吹过管口∴pA2=0本题为单向扩散∴smkmolppppRTzDNAABmA27/107.721kPapppppppppppppppppAAAAAABBBBBm5.10023.1013.101ln2lnlnln1112121212smppPpzzRTNDAABmA/1012.1)02(3.1015.100)01.0022.0(293314.8107.7)()(2572112CollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhua气体的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的升高而下降。漂流因数可表示为P/pBm，它反映总体流动对传质的影响。双组分气体A、B在进行稳定分子扩散，JA及NA分别表示在传质方向上某截面溶质A的分子扩散通量与传质通量。当整个系统为单向扩散时（B为停滞组分），传质通量（总通量）等于扩散通量的条件是：等摩尔相互扩散双组分气体混合物中，组分A的扩散系数是：(A)系统的物质属性(B)组分A的物质属性(C)只取决于系统的状态(D)以上三者都不是AJBJANBN＝＞思考：CollegeofPowerEngineeringNNUWANGYanhua作业•1.气体氨（A）与气体氮在一具有均匀直径的管子两端作等摩尔反向扩散，已知总压为101.3kPa，温度为298K，扩散距离为0.1m。在端点1处，pA1=10.13kPa；另一端点2处，pA2=5.07kPa，扩散系数为2.30×10-5m2/s。试求：A的扩散通量NAz。