化工基础课件第三篇 章 传质过程－I.ppt

第三章 传质过程;第Ⅰ部分 气－液相传质过程的机理与设备简介;§1 气－液相传质过程的机理;物质传递过程三阶段：;1-1 单相中的物质的扩散; 稳定情况下，分子扩散速率的积分形式为： 式中： (c1 - c2) － 扩散组分的浓度差 [kmol/m3]； δ － 扩散层厚度 [m]； 式（3-I-1a）也经常写成分子传质通量 [kmol/m2·s]或 [kmol/m2·h]的形式： ; 分子扩散系数D是物质的特性常数之一，表示物质在介质中的扩散能力。 在沿扩散方向的单位距离内，扩散组分浓度降低一个单位时，单位时间内通过单位面积的物质量，即为该物质的分子扩散系数，其数值的大小取决于以下各因素： 扩散组分本身的性质。 扩散组分所在的介质的性质。 温度：一般温度升高，扩散系数增大。 压力：一般压力对物质在液体中的扩散系数的影响 小，在气体中影响大。 浓度：一般在液体中浓度对扩散系数的影响大，在 气体中影响小。; 如果没有实验数据，物质的分子扩散系数值D可以由经验或半经验公式进行估算。 （1）扩散组分A在气体B中的扩散系数常采用下面的半经验公式估算： 式中：D － 扩散系数 [m2/h]； P － 气体总压强 [大气压（绝压）] MA、MB － 气体A、B的摩尔质量 [g/mol]； 、 － 气体A、B的摩尔体积，它是指1摩尔物料在它的沸点下呈液态时的体积（以 [cm3]计）。对于较复杂的分子，其摩尔体积可看成是各组成元素的原子体积之和，原子体积一般可从有关手册中查得。分子结构较简单的气体的摩尔体积，一般可不用加和法，而从表中直接查到。; 经验公式（3-I-2）虽然误差较大，但能说明影响扩散的诸因素中，既有物质本身的性质如分子量和摩尔体积，又有外部条件如温度和压力，而且使用也比较方便，可用于估算D值。 从式（3-I-2）也可以看出，扩散系数与气体浓度无关，但随温度升高和压力下降而加大。 如果已经知道在热力学温度T0和压力P0下的扩散系数D0，则可按下式计算出它在热力学温度T和压力P时的扩散系数D的数值： ;（2）物质在液体中的扩散系数，可按下式进行计算（此式不适用于电解溶液和浓溶液）： 式中： － 物质在液体中的扩散系数 [cm2/s]； － 热力学温度 [K]； － 液体的粘度 [泊]； － 摩尔体积 [cm3/mol]； － 常数，用于水、甲醇、苯三者稀溶液时，分别为8.0、1.49、22.88 [cm3/mol]。;对流扩散 在静止或层流流体中进行的分子扩散，其速度非常缓慢，所以更具有实际意义的是在湍流流体中进行的扩散。湍流流体内物质的传递，即靠分子扩散，又靠涡流扩散，两者合称对流扩散。 涡流扩散基本上是一种混和过程，它是由于漩涡中质点的强烈混合而进行传质的，传递的速度也与浓度梯度称正比，比例系数以 表示，称为涡流扩散系数。涡流扩散系数的大小除与流体的性质有关外，在很大程度上取决于流体的流动情况－湍动程度。;在稳定情况下，对流扩散传质速率： 上式也可写成传质通量的形式： 由于目前对湍流流体扩散的认识还不够深刻，还难于完全根据理论来计算，于是仿照传热中处理对流传热的方法处理对流扩散的问题。;首先建立虚拟膜的概念。湍流流体经过固体壁面时，在壁面附近有一个层流底层，或称流体膜。若有扩散物质从固体表面扩散出来（例如食糖溶于水中，或萘升华到空气中），则扩散物质只能靠分子扩散通过层流底层，分子扩散速度小，所以层流底层中浓度差很大，即浓度梯度大。在层流底层外，从过渡区到外流区（湍流主体），逐步依靠流体质点的位移和混和进行传质，;传