第三章__传质x

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二、浓度
质量浓度ρ 1 质量浓度ρ 单位体积混合物中某组分的质量; 单位体积混合物中某组分的质量; kg/m3。 的质量浓度: 组分i 的质量浓度: ρi =mi/V 混合物的总质量浓度: ∑ρ 混合物的总质量浓度: ρ= ∑ρi 2.摩尔浓度 摩尔浓度C 2.摩尔浓度C 单位体积混合物中某组分的摩尔数; 单位体积混合物中某组分的摩尔数;kmol/m3。 的摩尔浓度: 组分i的摩尔浓度: Ci=ni/ V 混合物的总摩尔浓度: C= 混合物的总摩尔浓度: C= ∑ Ci
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3
涡流扩散通量与总扩散通量
在湍流流体中同时存在涡流扩散 和分子扩散
涡流扩散通量 涡流扩散通量 总扩散通量 式中
J
A
J AE
dC A = − DE dz
E
= − ( D + D
)
dC dZ
A
分子扩散系数， /s； D——分子扩散系数，m2/s； 分子扩散系数 涡流扩散系数， /s； DE——涡流扩散系数，m2/s；不是物性常数 涡流扩散系数 dCA/dZ——沿z方向的浓度梯度，kmol/m4； /dZ 沿 方向的浓度梯度， 总扩散通量kmol/(m s) J——总扩散通量kmol/(m2•s) 总扩散通量
Sh = f (Re, Sc, l d )
0.33 Sh = 0.023Re 0.8 Sc21
2.传质类比---三传理论 三传理论
y
y
u x ( y)
ux
du u x + λ x dy
T ( y)
λ λ
λ λ
T
dT T + λ dy
x
x
动量扩散示意图
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三传类比的意义：
由于三个传递系数相互关联，因而可以通过 研究传质过程来解决传热问题，或者通过研究 流体力学问题来解决传热传质问题，从而绕开 困难。
pA1 pB1
B
1
A
2
pA2 pB2
pA2
pB1< pB2 pA1+ pB1= pA2 + pB2 =P
p
P
有：
JA= - JB
得出： DAB= DBA=D 得出：
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（三）菲克定律的应用
dCA D dpA =− J A = −D dz RT dz
稳定扩散条件下， 为常数。 稳定扩散条件下，JA为常数。 则：pA —z（或 积分得: 积分得:
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第二节
菲克（ 一、菲克（Fick）定律
传导传质
扩散通量（扩散速率） 扩散通量（扩散速率）
扩散通量：单位时间内单位面积上扩散传递的物质量 扩散通量： 分类:质量通量: --kg/(m s) s)； 分类:质量通量: j --kg/(m2·s)； 摩尔通量: --kmol/(m s) 摩尔通量: J--kmol/(m2·s)
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讨论: 讨论: >1，单项扩散的J>等分子互扩散的J J>等分子互扩散的 P/pBM>1，单项扩散的J>等分子互扩散的J（平均速度 的影响） 的影响） 水蒸气分压力变化与总压力相比很小时， 水蒸气分压力变化与总压力相比很小时，P≈PBM 不计平均速度的影响） （不计平均速度的影响） 斯蒂芬定律≈ 斯蒂芬定律≈菲克定律
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2 浓度边界层
流体主体与相界面之间存在三个区域， 流体主体与相界面之间存在三个区域，即湍 三个区域 流主体、过渡层和滞流层。 流主体、过渡层和滞流层。 湍流主体---以涡流扩散为主，分子扩散可以 湍流主体---以涡流扩散为主， ---以涡流扩散为主 忽略； 忽略； 滞流层---紧贴壁面中只有分子扩散， ---紧贴壁面中只有分子扩散 滞流层---紧贴壁面中只有分子扩散，涡流扩 散系数等于零； 散系数等于零； 过渡层---居于二者之间, ---居于二者之间 过渡层---居于二者之间, 分子扩散与涡流扩 散的作用处于相当的地位。 散的作用处于相当的地位。
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第三节 对流传质
对流传质--发生在运动着的流体与相截面之间的传质过程。 对流传质--发生在运动着的流体与相截面之间的传质过程。 --发生在运动着的流体与相截面之间的传质过程 在实际生产中， 在实际生产中，传质多发生在湍流情况 对流传质=涡流扩散+分子扩散。 对流传质=涡流扩散+分子扩散。
一、涡流扩散 1 涡流扩散 湍流中流体质点的湍动和旋涡引起流体各部分之间 剧烈混合，在有浓度差的条件下，物质朝着浓度降低 剧烈混合，在有浓度差的条件下， 的方向传递，称涡流扩散。 的方向传递， 涡流扩散。
气流B
惰性气体： 惰性气体：没有静质量传 递的介质。 递的介质。如湿物体向空 气中水分扩散。 气中水分扩散。
NA z+∆z
单向扩散：组分A 单向扩散：组分A通过另一
δ
dz
“静止”组分B的扩散。 静止”组分B的扩散。 任一截面上浓度c为 常数， 常数 ， A 组分通量为 JA ， B
NA z
z=0
补充液体A
• “发汗冷却 法。使能气化吸热的物质泄出物体表面，气化 发汗冷却”法 使能气化吸热的物质泄出物体表面， 发汗冷却
产生的气体起着一层低温隔热气垫的作用， 产生的气体起着一层低温隔热气垫的作用，使整个边界层变 温度变化变缓，减少气流传热。 厚，温度变化变缓，减少气流传热。
• “烧蚀 法。表面涂在高温下易熔化蒸发的高分子化合物如 烧蚀”法 烧蚀
Sh == hD l D
*斯密特准则：运动黏度与分子扩散系数之比， 斯密特准则 运动黏度与分子扩散系数之比， 斯密特准则： µ ν 反映分子扩散能力的大小； 反映分子扩散能力的大小； Sc = = ρD D *刘易斯准则：热量传递与质量传递之比，Le = Sc = h 刘易斯准则 热量传递与质量传递之比， 刘易斯准则： Pr D 反映流体传递能力的相对大小 对流传质准则方程的形式： 对流传质准则方程的形式： 例：管内对流传质准则方程 的形式： 的形式：
玻璃钢等。在高温下，化合物分解为气体及残存的碳， 玻璃钢等。在高温下，化合物分解为气体及残存的碳，这个 过程要吸收大量热量。气体带走了一部分热量同时形成一层 过程要吸收大量热量。 边界层，保护卫星安全穿越大气层。 边界层，保护卫星安全穿越大气层。
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第一节
概述
一、传质简介 传质——物质由浓度高向浓度低迁移的过程。 物质由浓度高向浓度低迁移的过程。 1) 传质 物质由浓度高向浓度低迁移的过程 传质动力： 传质动力：浓度差
第 三 章
传 质
湿衣服变干 1：把衣服放在通风的地方晾干 -------加快液体表面气体的流动速度 2：用电熨斗熨也能熨干 -------增加液体的温度 3：结冰的衣服也能晾干 -------固体直接变成气体的升华
•------质量传递 质量传递
1
高速飞行器表面热防护手段
• 卫星等高速飞行器表面和喷气发动机内壁温度 卫星等高速飞行器表面和喷气发动机内壁温度 很高，材料会被熔化和烧穿。 很高，材料会被熔化和烧穿。 • 防护-----质量交换的方法。 防护-----质量交换的方法。 -----质量交换的方法
A A
B B
A
A
B
B
涡流扩散：依靠流体质点的湍动和旋涡， 依靠流体质点的湍动和旋涡，
主要发生在湍流流体中。 主要发生在湍流流体中。 湍流流体中
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4)物质的传质 4)物质的传质 • 传导传质---物质间无规则分子运动产生的质 传导传质---物质间无规则分子运动产生的质 --量传递（相当于导热）。 量传递（相当于导热）。 • 对流传质—运动流体与固体壁面之间通过 对流传质 运动流体与固体壁面之间通过 界面的质量传递。（类似于对流换热）。 。（类似于对流换热 界面的质量传递。（类似于对流换热）。
2) 物质传递的三个步骤 扩散物质从一相扩散到两相界面（单相扩散）； 1 扩散物质从一相扩散到两相界面（单相扩散）； 界面上的扩散物质从一相进入另一相（相际间传质）； 2 界面上的扩散物质从一相进入另一相（相际间传质）； 从界面进入另一相的扩散（单相扩散）； 3 从界面进入另一相的扩散（单相扩散）；
D P JA = ⋅ ⋅ ( pA1 − pA2 ) RT ( z2 − z1 ) pBM
单向扩散
比较发现： 比较发现：单向扩散的传质速率比等分子互 扩散时多了一个因子（ ），称为 称为“ 扩散时多了一个因子（P/pBM），称为“漂流因 >1， 子”。P/pBM>1，反映总体流动对传质的强化作 用。
液体A
组分静止故JB=0。
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斯蒂芬定律
D P JA = ⋅ ⋅ ( p A1 − p A2 ) RT ( z 2 − z1 ) pBM
p BM p B 2 − p B1 = p B2 ln p B1
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对比： 对比：
等分子互扩散ຫໍສະໝຸດ D JA = ( p A1 − p A2 ) RT ( z 2 − z1 )
界面 气相 主体 组分 组分 液相 主体
3
3)物质在单相中的扩散 3)物质在单相中的扩散
物质在单相中的传递靠扩散 物质在单相中的传递靠扩散
两种扩散
分子扩散：依靠分子的无规则热运动， 依靠分子的无规则热运动， 依靠分子的无规则热运动
静止或 流体中。 主要发生在静止 层流流体中 主要发生在静止或层流流体中。
A1
− C
A2
)
hD = J A /(C A1 − C A2 )
对流传质系数的确定方法： 对流传质系数的确定方法： 精确解法、实验法、 精确解法、实验法、相似理论法和类比法 1 相似理论法
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对流传质常用相似准则及物理意义 对流传质常用相似准则及物理意义 相似 *斯坦登准则：反映对流质交换的强度 斯坦登准则 斯坦登准则：
两者关系: 3 两者关系: Ci = ρi /Mi Mi——组分i的分子量。 组分 的分子量。