化工原理 第8章 质量传递基础

第8章质量传递基础：化工生产中的传质过程、相平衡：相际间传质的最终状态、相组成的表示方法、传质方式：分子扩散：静止的或层流流动的流体中，靠分子运动来进行传质的方式。

第8章 质量传递基础

• 概述
  • 化工生产中的传质过程
    • 气液系统：吸收、解吸等单元操作
    • 汽液系统：蒸馏、精馏操作
    • 液液系统：液液萃取操作
    • 液固系统：结晶、浸取操作
    • 气固系统：干燥操作
    • 分离
      • 均相混合物
        • 方法
          • 加入另外一种物质作为分离剂
          • 加入能量
          • 加场，如浓度场、温度场、电场和磁场等
      • 非均相混合物
  • 相平衡：相际间传质的最终状态
    • 与热平衡区别
      • ①达到相平衡时，一般两相浓度不相等
      • ②达到相平衡时，传质过程仍在进行，只不过通过相界面的某一组分的净传质量为零，因此属动态平衡
  • 相组成的表示方法
    • • a=w
    • 思考
  • 传质方式
    • 分子扩散：静止的或层流流动的流体中，靠分子运动来进行传质的方式
    • 对流传质：在湍流流动中，靠流体质点的脉动来进行传质的方式
• 分子扩散
  • 菲克定律
    • 说明
      • ①JA,z是相对扩散通量 ，NA,z是绝对扩散通量
      • ②DA，B是物性之一 DA，B=f(P，T，x)
    • 扩散系数的估算
      • 气体
      • 液体
      • 固体D靠实验确定
    • 广义菲克定律
      • 绝对扩散通量NA，NB，N N=Cv
        • 相对于静止面的传质速度
      • 相对扩散通量JA，JB J=C(v-vM)
        • 相对于运动面(以摩尔平均速度运动)的传质速度
• 一维稳定分子扩散
  • 等摩尔相互扩散
    • 特点
    • 边界条件
    • 积分求解
  • 单向扩散：组分A通过停滞（或不扩散）组分B的分子扩散
    • 特点
    • 积分求解
  • 有非均相化学反应的分子扩散
• 对流传质
  • 通常指运动流体与界面（固体壁面或流体界面）间由于涡流 或脉动作用所造成的质量传递，是相际间传质的基础。 对流传质方程：NA=kL(C1-C2)=kG(p1-p2)=…传质系数
  • 实验关联法
    • 传质理论简介
      • 停滞膜模型（双膜模型）
        • 要点
          • 相界面两侧流体的对流传质阻力全部集中在界面两侧的两个停滞膜内，膜内传质方式为分子扩散
          • 相界面上没有传质阻力，即可认为所需的传质推动力为零，或气液两相在相界面处达到平衡
        • 缺点
          • ①只适用于有固定相界面的情形
          • ②
          • ③界面阻力不计，尚有争议
      • 溶质渗透模型
        • 特点
          • 强调形成稳定浓度梯度的过渡阶段
        • 缺点
          • 认为各批旋涡与气相接触的时间相同
      • 表面更新模型
    • 对流传质系数的经验关联式
      • 关联式举例见书P18
      • 传质过程中的重要准数
        • 雷诺数Re
        • 施密特准数Sc
          • 相当于Pr=v/a
        • 舍伍德数Sh 分子扩散阻力与对流传质阻力之比
          • 相当于Nu
        • 格拉晓夫数GrAB 由于密度差所引起的自然对流流动
      • 强制对流传质:Sh=f(Re,Sc)
      • 自然对流传质:Sh=f(Gr,Sc)
  • 解析法
    • 边界层分析解
    • 边界层积分解
  • 类比法
• 传质设备简介
  • 填料塔
  • 板式塔
• 三传
  • 动量传递
  • 热量传递
  • 质量传递
    • 指物质在浓度差、温度差、压力差等推动力作用下，从一处向另一处的转移
    • 分类
      • 相内传质
      • 相际传质