化工传质与分离-第一章(02)传质过程基础

1.传质速率一、传质速率的表示方法传质速率：kg/s单位时间传递物质的量kmol/s质量速率摩尔速率传质静止平面GA摩尔速率2.传质通量一、传质速率的表示方法传质通量：单位时间单位面积传递物质的量传质静止平面NAkg/(m2·s)kmol/(m2·s)质量通量摩尔通量摩尔通量示例：用水吸收空气中的氨在多组分系统中，各组分在进行分子扩散的同时其微团常处于运动状态—主体流动现象。二、分子传质通用速率方程AAANxJN0BBBNxJNBBNxJ传质通量扩散通量相界面气相(A+B)液相SANAJBJ主体流动0BNANxBNxmu1.混合物的主体流动现象二、分子传质通用速率方程无主体流动dzdcDJNAABAA有主体流动)(BAAAABANNxdzdcDN分子传质通用速率方程2.分子传质通用速率方程一、等分子反方向扩散设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则称为等分子反方向扩散。1.扩散的物理模型汽相相界面液相易挥发组分NANB难挥发组分蒸馏操作NANB2.扩散的数学模型由)(BAAAABANNxdzdcDN对于等分子反方向扩散dzdcDNAABANA=－NB一、等分子反方向扩散(1)z=z1数学模型边界条件dzdcDNAABA(1)z=z1,cA=cA1(2)z=z2,cA=cA2B.CcA=cA1(pA=pA1）(2)z=z2cA=cA2(pA=pA2）一、等分子反方向扩散3.数学模型的求解求解数学模型得)(21AAABAcczDN12zzz(1)扩散通量方程)(21AAABAppzRTDN扩散通量表达式一、等分子反方向扩散(2)浓度分布方程由022zcDAAB即022dzcdAAAAAABARzcycxcDc)(222222化简得0000一、等分子反方向扩散积分两次，并代入边界条件得211211zzzzccccAAAA211211zzzzppppAAAA浓度分布方程直线型一、等分子反方向扩散等分子反方向扩散二、组分A通过停滞组分B的扩散1.扩散的物理模型设由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溶质NANB＝0惰性组分B2.扩散的数学模型由)(BAAAABANNxdzdcDN对于组分A通过停滞组B的扩散AAAABANxdzdcDNNB=0整理得dzdccCCDNAAABA二、组分A通过停滞组分B的扩散(1)z=z1边界条件cA=cA1(pA=pA1）(2)z=z2cA=cA2(pA=pA2）数学模型B.C(1)z=z1,cA=cA1(2)z=z2,cA=cA2dzdccCCDNAAABA二、组分A通过停滞组分B的扩散3.数学模型的求解(1)扩散通量方程求解数学模型得12lnAAABAcCcCzCDN12lnAAABApPpPzRTPDN扩散通量表达式二、组分A通过停滞组分B的扩散由于扩散过程中总压不变22ABpPp11ABpPp2112AABBpppp121221lnBBBBAAABAppppppzRTPDN二、组分A通过停滞组分B的扩散令1212lnBBBBBMppppp)(21AABMABAppzpRTPDN据此，得组分B的对数平均分压扩散通量表达式二、组分A通过停滞组分B的扩散比较—反映了主体流动对传质速率的影响)(21AAABAppzRTDN)(21AABMABAppzpRTPDN相差BMpP/BMpP/飘流因子二、组分A通过停滞组分B的扩散1/BMpPBMpP因为故1/BMpPAAJNBMpP/～AN～主体流动影响无主体流动二、组分A通过停滞组分B的扩散(2)浓度分布方程由于扩散为稳态扩散，且扩散面积不变=常数AN0dzdNA0][dzdccCCDdzdAAAB二、组分A通过停滞组分B的扩散121121)(zzzzcCcCcCcCAAAA121121)(zzzzpPpPpPpPAAAA代入边界条件解得浓度分布方程对数型二、组分A通过停滞组分B的扩散组分A通过停滞组分B的扩散一、液体中的扩散通量方程组分A的扩散系数随浓度而变液体中扩散的特点液体中扩散的处理原则扩散系数以平均扩散系数代替总浓度在整个液相中并非到处保持一致总浓度以平均总浓度代替)(BAavAAABANNCcdzdcDN)(21)(2211MMMCavav)(2121ABABABDDD其中平均总浓度平均扩散系数一、液体中的扩散通量方程二、等分子反方向扩散1.扩散通量方程)(21AAABAcczDN2.浓度分布方程211211zzzzccccAAAA)(21AABMavABAcccCzDN)/ln(1212BBBBBMccccc))(121(121zzzzAAAAcavCcavCcavCcavC1.扩散通量方程2.浓度分布方程三、组分A通过停滞组分B的扩散停滞组分B的对数平均摩尔浓度小结：一维稳态分子传质问题求解方法对所求解的传质问题进行分析求解思路找出边界条件对费克第一定律进行分析物理模型数学模型求解数学模型传质通量表达式浓度分布方程小结：一维稳态分子传质问题求解方法NA与NB的关系注意问题沿传质方向面积的变化练习题目思考题作业题:6、71.何为主体流动现象？2.求解分子传质问题的基本方法是什么？3.何为“漂流因子”,与主体流动有何关系？