第7章质量传递基础1方案PPT资料.pptx
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相际传质过程,实现均相物系的分离,相际传质过程,均相物系分离,XianJiaotongUniversity,7.1传质过程概述,一、传质过程简介二、传质过程分析三、相组成的表示方法,XianJiaotongUniversity,水,空气,示例:
空气和氨分离,吸收塔空气氨氨水,一、传质分离过程简介,XianJiaotongUniversity,1.平衡分离过程,
(1)气液传质过程气液传质过程是指物质在气、液两相间的转移,它主要包括气体的吸收(或脱吸)、气体的增湿(或减湿)等单元操作过程。
吸收(脱吸),增湿(减湿),XianJiaotongUniversity,
(2)汽液传质过程汽液传质过程是指物质在汽、液两相间的转移,该汽相是由液相经过汽化而得,它主要包括蒸馏(或精馏)单元操作过程。
蒸馏(精馏),XianJiaotongUniversity,(3)液液传质过程,液液传质过程是指物质在两个不互溶的液相间的转移,它主要包括液体的萃取等单元操作过程。
萃取,XianJiaotongUniversity,(4)液固传质过程液固传质过程是指物质在液、固两相间的转移,它主要包括结晶(或溶解)、液体吸附(或脱附)、浸取等单元操作过程。
结晶(溶解),吸附(脱附),浸取,XianJiaotongUniversity,(5)气固传质过程,气固传质过程是指物质在气、固两相间的转移,它主要包括气体吸附(或脱附)、固体干燥等单元操作过程。
干燥,吸附(脱附),XianJiaotongUniversity,15,传质类单元操作:
吸收、蒸馏、干燥、萃取吸收:
物质由气相传入液相;
蒸馏:
不同物质在气液两相之间传递;
萃取:
物质由液相传入另一液相;
干燥:
液体汽化由固相传入气相;
传质过程:
物质由一相传递到另一相,相际传质,相际传质过程:
相主体,相界面,相主体,相内传质,相内传质,二、传质过程分析,XianJiaotongUniversity,平衡常数(分配系数),分配因子通常将K值大的当作分子,故一般大于1。
当偏离1时,便可采用平衡分离过程使均相混合物得以分离,越大越容易分离。
xi、yi分别表示组分在两相中的组成,XianJiaotongUniversity,17,注:
双组分物系:
省略下标分率和为1转换:
xA=(wA/MA)/(wi/Mi),质量分率:
(质量分数)wA,mA/m无因次,三、相组成的表示方法分率:
百分比,摩尔分率:
(摩尔分数)nA,nA/n无因次,XianJiaotongUniversity,18,注:
仅用于双组分物系;
转换:
X=x/(1-x)x=X/(1+X),三、相组成的表示方法2质量比与摩尔比:
质量比:
wmA/mB无因次XnA/nB,摩尔比:
无因次Y,XianJiaotongUniversity,19,注:
A=wA为混合物总质量浓度,混合物密度=m/VcA=xACC为混合物总物质的量浓度,C=n/V,质量浓度:
A摩尔浓度:
cA,mA/VnA/V,kg/m3kmol/m3,三、相组成的表示方法3浓度:
单位体积中的物质量,XianJiaotongUniversity,20,注:
近似与简化:
液体混合物:
C稀溶液气体混合物:
实际气体与理想气体;
常温常压,三、相组成的表示方法理想气体混合物相组成的表示:
分压:
pAC=P/RTcA=pA/RT,yA=pA/P,A=(MApA)/(RT),XianJiaotongUniversity,21,7.2分子传质,一、分子传质与对流传质二、Fick定律三、扩散系数,XianJiaotongUniversity,一、分子传质与对流传质,发生在静止流体、层流流动的流体中靠分子热运动来传质发生在湍流流动的流体中靠脉动来传质,对比:
分子传质,热传导,对流传质对流传热对流传质:
运动流体与固体壁面(相界面)之间的质量传递,对流传热与热对流,22,XianJiaotongUniversity,二、Fick定律,1.扩散现象,分子扩散在气相、液相、固相均能发生。
23,XianJiaotongUniversity,二、Fick定律,2.Fick定律,费克定律的其它表达形式:
24,XianJiaotongUniversity,二、Fick定律扩散通量J分子扩散速率由试验数据归纳总结而来与动量传递、热量传递形式一致,傅立叶定律Fick定律,牛顿粘性定律,25,XianJiaotongUniversity,二、Fick定律,2.Fick定律扩散通量J,仅考虑浓度梯度所导致的传质。
传质通量N,扩散通量+主体流动。
26,XianJiaotongUniversity,3.总体流动现象示例:
用水吸收空气中的氨设由A、B组成的二元气体混合物,其中A为溶质,可溶解于液体中,而B不能在液体中溶解。
这样,组分A可以通过气液相界面进入液相,而组分B不能进入液相。
由于A分子不断通过相界面进入液相,在相界面的气相一侧会留下“空穴”。
根据流体连续性原则,混合气体会自动地向界面递补,这样就发生了A、B两种分子并行向相界面递补的运动,这种递补运动就形成了混合物的总体流动。
XianJiaotongUniversity,相界面,气相(AB)液相S,主体流动,XianJiaotongUniversity,三、扩散系数1.概述,29,扩散系数D,DAB是物性之一,传递性质,cm2/s,m2/sDAB与运动粘度,导热系数类似DAB还与介质有关DAB数据缺乏,往往需要试验测定,也可估算,DAB反映了A在介质B中扩散的快慢,XianJiaotongUniversity,1.气体中的扩散系数通常,扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关。
对于双组分气体混合物,组分的扩散系数在低压下与浓度无关,只是温度及压力的函数。
气体扩散系数可从有关资料中查得,某些双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。
气体中的扩散系数,其值一般在m2/s范围内。
XianJiaotongUniversity,估算气体扩散系数经验公式福勒公式MA组分A、B的摩尔质量,kg/kmol;
vA组分A、B的分子扩散体积,cm3/mol。
XianJiaotongUniversity,简单分子的扩散体积,XianJiaotongUniversity,成正,由福勒公式可知,气体扩散系数与比、与成反比。
根据该关系,可得,、,下的扩散系数,m2/s;
、,下的扩散系数,m2/s。
XianJiaotongUniversity,XianJiaotongUniversity,XianJiaotongUniversity,2.液体中的扩散系数液体中溶质的扩散系数不仅与物系的种类、温度有关,而且随溶质的浓度而变。
液体中的扩散系数可从有关资料中查得,某些低浓度下的二组元液体混合物的扩散系数列于附录一中。
液体中的扩散系数,其值一般在110-9110-10m2/s范围内。
XianJiaotongUniversity,37,7.3一维稳定分子扩散,一、通过恒定截面积的等摩尔反向扩散,二、通过恒定截面积的单向扩散,第七章质量传递基础,XianJiaotongUniversity,一、通过恒定截面积的等摩尔反向扩散,密闭容器两侧装有温度与压强均相同的A、B两种气体。
抽掉隔板后,在浓度梯度的推动下两种气体分子在垂直于隔板的方向上相互扩散。
无总体流动,AAB,38,ABB,P,T=const.,分子扩散,XianJiaotongUniversity,一、通过恒定截面积的等摩尔反向扩散,AAB,ABB,P,T=const.,39,XianJiaotongUniversity,一、通过恒定截面积的等摩尔反向扩散P,T=const.,AAB,ABB,40,XianJiaotongUniversity,例题:
如图所示:
两个体积都为Vm3的气罐,用一截面为Am2、长为Lm的毛细管连接。
毛细管的体积与相比是很小的。
将纯气体A加入罐,纯气体B加入罐。
两罐保持相同的压力。
打开阀门,扩散进行一定时间后再关闭阀门,然后分别取样测定两罐混合物的浓度。
求DAB关联式。
XianJiaotongUniversity,过程为时变过程,有:
连通管内A的扩散速率罐中A的累积速率即:
JAA=d(Vc2)/d=Vdc2/dJA=-DABdc/dz=DAB(c1-c2)/L对A做物料衡算:
Vc0=Vc1+Vc2c1=c0-c2,解:
若忽略毛细管的体积,并假定每个罐内的浓度始终是均匀的,这时毛细管内为等摩尔反向扩散过程。
随过程进行,两罐内A的浓度变化如下:
XianJiaotongUniversity,将代入得:
Vdc2/d=DABA(c1-c2)/L=DABA(c0-2c2)/L,分离变量:
DABA/VLd=dc2/(c0-2c2)0到积分得:
(DABA/VL)=1/2ln(c0/(c0-2c2),由已知的A、V、L、c0、c2及计算可得DAB的值。
XianJiaotongUniversity,二、通过恒定截面积的单向扩散单向扩散是指组分A通过停滞组分B的扩散。
恒温恒压下,液体A以稳定的速率从液面蒸发并通过管内静止的气体组分B扩散至管口被稳定流动的干燥气流B带走。
补充液体A,z=0,液体A,dz,44,气流B,吸收时相界面只允许溶质组分A通过而不让停滞组分B通过,典型的单向扩散。
XianJiaotongUniversity,二、通过恒定截面积的单向扩散管内任一截面上二元混合物摩尔浓度c为常数,A组分摩尔通量为NA,B组分为NB=0总体流动通量N=NA+NB=NA,补充液体A,z=0,液体A,d,z,气流B,边界条件:
z=0,yA=yA0z=,yA=yA,45,XianJiaotongUniversity,二、通过恒定截面积的单向扩散,对于理想气体,比较共同点为无论以何种推动力的形式表达,传质速率均正比于扩散推动力即浓度差,反比于扩散距离。
46,等摩尔反向扩散,单向扩散,XianJiaotongUniversity,设由A、B两组分组成的二元混合物中,组分A为扩散组分,组分B为不扩散组分(称为停滞组分),组分A通过停滞组分B进行扩散。
吸收操作,液相,相界面,气相,NA,NB0溶质惰性组分B,2.一组分通过另一停滞组分的扩散,XianJiaotong
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