第05章质量传递

第五章质量传递第五章质量传递第一节环境工程中的传质过程第二节质量传递的基本原理第三节分子传质第四节对流传质本章主要内容质量传递的推动力温度差压力差电场或磁场的场强差浓度差第一节环境工程中的传质过程一、传质机理二、分子扩散三、涡流扩散本节的主要内容第二节质量传递的基本原理蓝色由最初的位置慢慢散开，即蓝墨水的分子由高浓度处向低浓度处移动向一杯水中加入一滴蓝墨水————质量传递静止——蓝色由最初的位置慢慢散开，经过较长一段时间后，杯中水的颜色趋于一致搅拌一下——？由分子的微观运动引起——工程上为了加速传质，通常使流体介质处于运动状态——湍流状态，涡流扩散的效果占主要地位——慢由流体微团的宏观运动引起——分子扩散——快涡流扩散第二节质量传递的基本原理一、传质机理（二）分子扩散系数扩散物质在单位浓度梯度下的扩散速率，表征物质分子扩散能力。扩散系数大，表示分子扩散快。分子扩散系数是物理常数，其数值受体系温度、压力和混合物浓度等因素的影响。AABAddzNDcz第二节质量传递的基本原理(5.2.5)（1）非理想气体及浓溶液,是浓度的函数。ABD（2）溶质在液体中的扩散系数远比在气体中的小，在固体中的扩散系数更小。气体、液体、固体扩散系数的数量级分别为10-5~10-4、10-10~10-9、10-14~10-9m2/s。（4）对于双组分气体物系，1.750ABAB,00pTDDpT（3）低密度气体、液体和固体的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的增加而降低。，扩散系数与总压力成反比，与热力学温度的1.75次方成正比（二）分子扩散系数第二节质量传递的基本原理D定义涡流质量扩散系数涡流扩散系数不是物理常数，它取决于流体流动的特性，受湍动程度和扩散部位等复杂因素的影响。工程中大部分流体流动为湍流状态，同时存在分子扩散和涡流扩散，因此组分A总的质量扩散通量DABeffD有效质量扩散系数在充分发展的湍流中，涡流扩散系数往往比分子扩散系数大得多，因而有组分A的平均物质的量浓度AADddcNzAAAtABDABeffdd()ddccNDDzz（三）涡流扩散第二节质量传递的基本原理一、单向扩散扩散通量、浓度分布二、等分子反向扩散扩散通量、浓度分布三、界面上有化学反应的稳态传质本节的主要内容第三节分子传质ABAA,A,0B,m()iDcNccLc单向扩散)(0,A,AmB,ABAppRTLppDNi传质通量的计算分子传质等分子反向扩散ABAA,A,0()iDNccLABAA,A,0()iDNppRTL对流传质AA,A,0()ciNkcc)(0,A,AGAppkNiALA,A,0()iNkcc)(0,A,AAyykNiy)(0,A,AAxxkNixAA,A,0()iNkcc第四节对流传质组分A的对流传质速率，kmol/（m2·s）流体主体中组分A的浓度，kmol/m3界面上组分A的浓度，kmol/m3对流传质系数，也称传质分系数，下标“c”表示组分浓度以物质的量浓度表示，m/s对流传质速率方程传质系数体现了传质能力的大小，与流体的物理性质、界面的几何形状以及流体流动状况等因素有关。用分子扩散速率方程去描述对流扩散。由壁面至流体主体的对流传质速率为AA,A,0()ciNkcc第四节对流传质(5.4.4)AABA,A,00d()dcizcDkcczABAA,A,00ddcizDckccz在稳态传质下，组分A通过有效膜层的传质速率应等于对流传质速率，即A0ddzcz关键在于求壁面浓度梯度工程中常见的湍流传质问题，基于机理的复杂性，不能采用分析方法求解。(,)ShfReSc/ShkdD施伍德数传质设备的特征尺寸对流传质系数一般采用类比法或量纲分析法确定。三、典型情况下的对流传质系数第四节对流传质(5.4.15)(5.4.16)