1第一章 质交换过程

1.3.1 对流质交换的基本特点
• 定义：流体流经一个相界面时与
界面之间发生的质量交换。 • 分子扩散+对流扩散
• 计算公式
q (ts t )
q h(t f tw )
mA hm (C A,S C A, )
N A hm (nA, S nA, )
mA hm (C A, S C A, )
2、渗透理论（表面更 新理论）
hm ,i 2
D

习题
• 质交换的推动力是 • 热交换的推动力是 • 动量交换的推动力是 。 。 。
习题
• 质交换的推动力是 浓度梯度 。 • 热交换的推动力是 温度梯度 。 • 动量交换的推动力是 速度梯度。
习题
• 质交换的基本型式 是 、 。 强烈。
较
习题
' A * A * B * A ' B
C C 1 dC dC 0 dy dy DAB DBA =D
* B
m A D AB N A nDAB
dC A dy dnA dy
*
*
1.2.2 斯蒂芬定律
• 双向互扩散 • 单向扩散
1.2.2 斯蒂芬定律
• 表达式： • 是对静坐 标而言的 婓克定律
1.1.1 浓度
质量浓度：
MA CA A V MB CB B V
PA CA PAV M A R AT R AT 求 PBV M B R B T PB C B RBT
1.1.1 浓度
• 摩尔浓度（kmol/m3）：组分的 物质的量除以混合物的体积。 • 常用符号ni来表示。
1.3.3 对流传质简化模型
mi Di
' c

(C f Cw )
1.3.4 对流传质系数的模型理论
1、薄膜理论 • 流体流过固体表 面形成附壁薄膜， 膜内流体与主流 不混合不扰动， 膜内流体浓度呈 线性分布，膜内 进行稳态对流质 交换过程，壁面 处流速为0
1.3.4 对流传质系数的模型理论
hm——对流质交换系数
C A, S
psat RTS
• 计算公式
Q As (ts t )
mA As hm (C A, S C A, )
N A As hm (n A, S n A, )
1.3.2 浓度边界层
• 浓度边界层是存在较大浓度梯度 的流体区域
速度边界层
m A D AB N A D AB dC A dy dn A dy
m A D AB N A D AB
dp A 1 dy R AT dp A 1 dy R AT A
PA C A R T PAV M A R AT A 求 PBV M B R B T C PB B RBT
习题
习题
D PA1 PA 2 mA R AT y 0.6 10 16000 6000 8314 0 .2 293 2 0.0246 10 4 k g / m 2 s
4
nA
mA

0.0246 10 4 2 0.0123 10 4 k mol / m 2 s
C AS C A 0.99 C AS C A
• 时的y值
浓度边界层的意义
• 将求解区域划分为主流区和边界 层区。 • 主流区内各种参数为常数 • 边界层区内的速度场、温度场、 浓度场根据连续性方程、能量方 程、动量方程求解。
1.3.3 对流传质简化模型
1.3.3 对流传质简化模型
D p dpA m R AT p p A dy
' A
D p m (C A1 C A 2 ) h pB ,m
' A
pB ,m
p B , 2 p B ,1 Ln ( p B , 2 / p B ,1 )
1.2.3 扩散系数
1、扩散系数D（m2/s）的定义
• 沿扩散方向，在单位时间每单位浓 度降的条件下，垂直通过单位面积 某组分的质量或摩尔数。
系数相等。
习题
• 单独的分子扩散是不存在的。错
• 对流扩散形式在流体中不能单独存在，它总是伴随着 分子扩散。对 • 二元混合物中组分1和2等质量互扩散，则两种组分的 质扩散通量与摩尔扩散通量相等。错
• 二元混合物中组分1和2互扩散，则1向2和2向1的扩散
系数相等。 对
习题
• 氢气在空气中的质扩散通量为 3kg/m2.s，则摩尔扩散通量为 • （1）1.5kmol/m2.s • （2）2.0 kmol/m2.s • （3）3.0 kmol/m2.s • （4）6.0 kmol/m2.s
1.2.1 斐克定律
1、基本内容： • 在浓度场不随时间而变化的稳态 扩散条件下，当无整体流动时， 组成二元混合物中，组分A和组 分B发生互扩散。其中组分A向 组分B的扩散通量与组分A的浓 度梯度成正比。
2、表达式：
m A D AB N A D AB
dC A dy dn A dy
A m A B mB
习题
• 菲克定律的内容和表达式是什么？ • 为什么流体中存在温度差或压力 差也会导致质扩散。
习题
• 如果流体各处存在温度差或压力 差，前者会产生热扩散，后者会 产生压力扩散，扩散的结果会导 致浓度变化，从而引起浓度扩散， 产生质量交换。
习题
• 氢气与空气在总压强为1个标准大 气压、温度为20℃的条件下作等 摩尔互扩散，已知扩散系数为 0.6cm2/s，在垂直于扩散方向距离 为20cm的两个平面上氢气的分压 强分别为16000Pa和6000Pa，求氢 气的质扩散通量和摩尔扩散通量？
习题
• 总压强不变的二元气体混合物由A 和B组成，两组分等摩尔互扩散， 下列（ ）是错误的 • （1）质扩散通量相等 • （2）摩尔扩散通量相等 • （3）扩散系数相等 • （4） A m A B mB
习题
• 在标准状态下，水蒸气在空气 中的扩散系数为0.22cm2/s，求 30℃，压力为1bar时水蒸气的 扩散系数？
• 绝对速度= 主体流动速度+扩散速度
1.1.2 扩散通量
• 绝对扩散通量（静坐标下）
m mA C A v
' A
• 相对扩散通量（动坐标下）
1.1.2 扩散通量
• 等质量互扩散 • 混合物整体流动的质量平均速度 为0 • 等摩尔互扩散
1.2 分子扩散传质
• 斐克定律 • 斯蒂芬定律 • 扩散系数
1.1.2 扩散通量—流体流动速度
• 主体流动速度：混合物的流 动速度 ，是混合物中各组分 速度的平均值。
u
u
i 1
n
i i

1.1.2 扩散通量—流体流动速度
• 绝对速度ui：各个组分的实际 流动速度
1.1.2 扩散通量—流体流动速度
• 相对速度（扩散速度）ui-u：组分
的流动速度与主体流动速度之差 。
•定义－速度边界层是存在较大速度梯 度的流体区域，厚度被定义为
u 0.99 u
•时的y值
温度边界层
• 定义－温度边界层是存在较大温度 梯度的流体区域，厚度被定义为
T T 0.99 Ts T
• 时的y值。
浓度边界层
• 定义－浓度边界层是存在较大浓 度梯• 质量分数
M A A CA C M C
* A
C A A C C C
* A
* A
• 摩尔分数
nA n n
* A
1.1.2 扩散通量——定义
•质量扩散通量m（kg/㎡· s）
单位时间内垂直通过单位面积的 某一组分的质量。
• 摩尔扩散通量N（kmol/㎡· s）
1、薄膜理论
(Cw C f ) dCi mi D D hm,i (Cw C f ) dx D hm ,i

1.3.4 对流传质系数的模型理论
2、渗透理论（表面更 新理论） • 流体流过表面时，流 体质点不断穿过腹壁 薄层 • 向表面迁移 • 与表面接触 • 离去
1.3.4 对流传质系数的模型理论
•积 分 表 达 式
mA DAB mA DAB N A DAB N A DAB
C A1 C A 2 y p A1 p A 2 1 y RAT nA1 nA 2 y p A1 p A 2 1 y A RAT
1.2.1 婓克定律 —等质量互扩散的扩散系数
v0 m m
习题
P0 T 3 / 2 D D0 ( ) P T0 101325 0.22 100000 0.26 cm / s
2
303 273
3/ 2
习题
• 对流传质系数的模型理论包 括 、 。
习题
• 对流传质系数的模型理论包括 薄膜理论 、 渗透理论 。
习题
• 二元气体混合物，总压强不变， 组分1与组分2等摩尔互扩散，则 组分1与组分2的摩尔扩散通量的 关系是 ，质量扩散通量 的关系是 A m A B mB 。
mA D dC A dy
1.2.3 扩散系数
2、物理意义
• 表示物质的扩散能力 • 取决于扩散物质、扩散介质以及温 度、压力
1.2.3 扩散系数
3、确定方法:
• （1）实验测定(表1-1)
• （2）校正公式计算
• （3）半经验公式估算
1.3 对流质交换
1.3.1 对流质交换的特点 1.3.2 浓度边界层 1.3.3 对流传质简化模型 1.3.4 对流质交换系数的理论模型
• 质交换的基本型式是 分子扩散 、
对流扩散。 对流扩散 较强烈。