化工传递过程课件 第十章.
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化工传递过程基础知识PPT(共 63张)
传递方式：由微观分子热运动所产生的传递为分子传递； 依靠宏观的流体质点的运动造成的传递，称为湍流传递。
传递过程的大小常用传递速率或通量（传递量/m2 s）描述。
第一节 分子传递条件下传递通量的通用表达式
一、质量通量
jA
DAB
dA
dy
式中：jA—A的质量通量，kg/（m2·s）； DAB —A的扩散系数，m2/s；
A
A 2
A 1
u c H o ds A H 2 u d H A 1 u d (w A)H
A
因而：
A 2
A 1
2 1 (w b 2) ug (w ) z (w) H d d t E q W s
称为化工连续稳定流动系统的总能量衡算方程式。
对体系总摩尔流量衡算：
w 2 ' xi2 w 1 'xi1
dM i' d
R i'
R 其中生成速率 ' 和 i
Ri' 的计算方法是：
化学反应方程式写为： bA BA + bB BB + ……+ bi Bi + ……=∑bi Bi =0
同时规定：产物的 bi ＞0，反应物的 bi ＜0 。
w2 w1ddM0
3、有化学反应时的质量衡算
在控制体内当组分间发生化学反应时，则有产物生成，因此产物的生成速率
应加入到衡算中。此时各组分的量根据化学反应的计量关系相应变化，因反 应物和生成物的化学当量相等，故采用摩尔流量单位计算方便。
对组分i的摩尔流量衡算： w2 ' xi2w1'xi1ddM i' Ri'
1
ub
化工传递过程
２８ ２
Ｃｈｎ ｓ ｃｅ ｃ ｓ ａ ｔ Ｃｈｎ ｓ ｄｔ ｎ ｉｅｅＳ ｉｎ ｅ Ａｂｔ ｃｓ（ ｉｅｅＥ ｉｏ ） ｒ ｉ
２ ０ ｏ． ４ Ｎｏ ２ ０ ８Ｖ １ １ ， ． ２
算 公 式 ，以墙 角为 例对 自然 环 境 的绕射 进行 计 算 ，结 果表 明 ，除 了处 于太 阳 的入射 角度 和 反射 角度 以外 ，其他 情况 下 的绕射 亮 温 非常 微弱 可 以忽略 ．在 不 计绕 射 的情 况下 利用 射线 追 踪法 来进 行 自然场 景微 波辐 射 的成 像模 拟 ，分 析 了成像 模 拟过 程 中的各 种 关 键 因素 ，并利 用 真实场 景进 行 了仿真验 证． 图９ ３ 参１ 关键词 ：几何 绕 射 ：被 动微 波成 像 ：射 线追 踪 ；场景 模拟
洪萍 ）
界 面 Ｒ ｙｅ ｈ 对 流 现 象 模 拟 的 格 子 Ｂ ｌ ｍａｎ 方 法 ＝Ａ Ｌ ｔ ａｌｉ ｇ ｏｔ ｎ ｚ ａ —
ｔｃ — ｌｚ ａ ｎ ｍ ｅｈ ｄ ｆ ｒｓｍ ｕａｉ ｎ ｏ ｎ ｅｒ ｃａ ｙｄ ｇ ｏｎ ｅ ・ ｉｅ－ ｔｍ ｎ ｔ ｏ ｏ ｉ ｌｔｏ ｆｉ ｔｒａ ｉ Ｒａ ｌ ｈｃ ｖ ｃ－ Ｂｏ ｌ
安全 工程学 院 ，长沙４ ０８ ；２ 沙 迪迈信 息科 技有 限公 司，长 沙 １０３ ． 长
４ ０ ８） １０ ３ ∥矿 冶工 程 ． ２ ０ ，２ （） １ ，９ 一 ０ ８ ８ ３ ． ～４ 一
凝 胶 ，并研 究 了其 在 不 同溶剂 中 的流变 性 能． 结 果表 明 ，与相应 的线 形聚 合物 相 比 ，当相 对分 子质 量 一定 时 ，反 应性微 凝 胶分 散 液 的特 性 黏度较 低 ，对 聚 合物 相对 分 子质 量依 赖性 较 小 ；随着 反 应 性微 凝 胶交 联度 的 增加 ，特 性 黏度 变小 ．在 二 甲苯 中 ，随着 反 应 性微 凝 胶质 量 分数 的增 加 ，分 散液 逐渐 由牛顿 流体 转变 为非 牛 顿 流体 ，且 随着 反 应 性微 凝胶 质量 分 数 的增加 ，假 塑 性增 加． 在 甲苯 、 乙烯 （ｏ或 甲基丙烯 酸异 冰片 酯 （ Ｏ 苯 ｓ Ｉ ＭＡ） 溶液 中 ， Ｂ 稀 反 应 性微 凝 胶 的官 能 团种类 对特 性 黏度 的 影响 较弱 ，官 能 团种类 对 高浓度 溶液 的流变 性 能有较 大 的影 响． 图４ １ 表 参６ 关 键词 ：反 应性微 凝胶 ；流 变性 能 ：特 性 黏度 ；假 塑性
Ｃｈｎ ｓ ｃｅ ｃ ｓ ａ ｔ Ｃｈｎ ｓ ｄｔ ｎ ｉｅｅＳ ｉｎ ｅ Ａｂｔ ｃｓ（ ｉｅｅＥ ｉｏ ） ｒ ｉ
２ ０ ｏ． ４ Ｎｏ ２ ０ ８Ｖ １ １ ， ． ２
算 公 式 ，以墙 角为 例对 自然 环 境 的绕射 进行 计 算 ，结 果表 明 ，除 了处 于太 阳 的入射 角度 和 反射 角度 以外 ，其他 情况 下 的绕射 亮 温 非常 微弱 可 以忽略 ．在 不 计绕 射 的情 况下 利用 射线 追 踪法 来进 行 自然场 景微 波辐 射 的成 像模 拟 ，分 析 了成像 模 拟过 程 中的各 种 关 键 因素 ，并利 用 真实场 景进 行 了仿真验 证． 图９ ３ 参１ 关键词 ：几何 绕 射 ：被 动微 波成 像 ：射 线追 踪 ；场景 模拟
洪萍 ）
界 面 Ｒ ｙｅ ｈ 对 流 现 象 模 拟 的 格 子 Ｂ ｌ ｍａｎ 方 法 ＝Ａ Ｌ ｔ ａｌｉ ｇ ｏｔ ｎ ｚ ａ —
ｔｃ — ｌｚ ａ ｎ ｍ ｅｈ ｄ ｆ ｒｓｍ ｕａｉ ｎ ｏ ｎ ｅｒ ｃａ ｙｄ ｇ ｏｎ ｅ ・ ｉｅ－ ｔｍ ｎ ｔ ｏ ｏ ｉ ｌｔｏ ｆｉ ｔｒａ ｉ Ｒａ ｌ ｈｃ ｖ ｃ－ Ｂｏ ｌ
安全 工程学 院 ，长沙４ ０８ ；２ 沙 迪迈信 息科 技有 限公 司，长 沙 １０３ ． 长
４ ０ ８） １０ ３ ∥矿 冶工 程 ． ２ ０ ，２ （） １ ，９ 一 ０ ８ ８ ３ ． ～４ 一
凝 胶 ，并研 究 了其 在 不 同溶剂 中 的流变 性 能． 结 果表 明 ，与相应 的线 形聚 合物 相 比 ，当相 对分 子质 量 一定 时 ，反 应性微 凝 胶分 散 液 的特 性 黏度较 低 ，对 聚 合物 相对 分 子质 量依 赖性 较 小 ；随着 反 应 性微 凝 胶交 联度 的 增加 ，特 性 黏度 变小 ．在 二 甲苯 中 ，随着 反 应 性微 凝 胶质 量 分数 的增 加 ，分 散液 逐渐 由牛顿 流体 转变 为非 牛 顿 流体 ，且 随着 反 应 性微 凝胶 质量 分 数 的增加 ，假 塑 性增 加． 在 甲苯 、 乙烯 （ｏ或 甲基丙烯 酸异 冰片 酯 （ Ｏ 苯 ｓ Ｉ ＭＡ） 溶液 中 ， Ｂ 稀 反 应 性微 凝 胶 的官 能 团种类 对特 性 黏度 的 影响 较弱 ，官 能 团种类 对 高浓度 溶液 的流变 性 能有较 大 的影 响． 图４ １ 表 参６ 关 键词 ：反 应性微 凝胶 ；流 变性 能 ：特 性 黏度 ；假 塑性
化工传递过程基础知识(ppt 63页)
3、通量为单位时间内通过与传递方向相垂直的单位面积上的动、热、质量， 各量的传递方向均与该量的浓度梯度方向相反，故普遍式中加“－”号。
第二节 湍流传递条件下传递通量的通用表达 式
一、涡流传递的通量表达式
在湍流流体中，质点的脉动、混合和旋涡运动，使动、热、质量的传
递程度大大加剧。仿照分子传递的方程式，1877年Boussinesq提出了涡流
d (ux )
dy
——在y方向上的动量浓度梯度，kg m / s m
。
“－”表示动量通量的方向与动量浓度梯度的方向相反，即动量朝着速度降 低的方向传递。 动量通量 = －动量扩散系数×动量浓度梯度
四、动量通量与剪应力
两层流体以ux1和 ux2向前运动，且分子运动引起分子在流层间交换。若质 量为m的流体从1层跳到2层，动量由mux1 增到 mux2 ，同时质量为m的流体 从2层下到1层，动量由mux2减少到 mux1 。从宏观上表现为1层受到2层的 推力，2层受到1层的阻力，动量交换的结果产生了剪应力。
d (cpt)
dy
——在y方向上的热量浓度梯度，
J
/ m3 m
。
“－”表示热量通量的方向与热量浓度梯度的方向相反，即热量朝着 温度降低的方向传递。 热量通量 = －热量扩散系数×热量浓度梯度
三、动量通量
dux d (ux ) d (ux )
dy dy
dy
式中：τ——动量通量（kg·m/s）/（m2·s）；ν ——动量扩散系数，m2/s；
传递方式：由微观分子热运动所产生的传递为分子传递； 依靠宏观的流体质点的运动造成的传递，称为湍流传递。
传递过程的大小常用传递速率或通量（传递量/m2 s）描述。
第一节 分子传递条件下传递通量的通用表达式
第二节 湍流传递条件下传递通量的通用表达 式
一、涡流传递的通量表达式
在湍流流体中，质点的脉动、混合和旋涡运动，使动、热、质量的传
递程度大大加剧。仿照分子传递的方程式，1877年Boussinesq提出了涡流
d (ux )
dy
——在y方向上的动量浓度梯度，kg m / s m
。
“－”表示动量通量的方向与动量浓度梯度的方向相反，即动量朝着速度降 低的方向传递。 动量通量 = －动量扩散系数×动量浓度梯度
四、动量通量与剪应力
两层流体以ux1和 ux2向前运动，且分子运动引起分子在流层间交换。若质 量为m的流体从1层跳到2层，动量由mux1 增到 mux2 ，同时质量为m的流体 从2层下到1层，动量由mux2减少到 mux1 。从宏观上表现为1层受到2层的 推力，2层受到1层的阻力，动量交换的结果产生了剪应力。
d (cpt)
dy
——在y方向上的热量浓度梯度，
J
/ m3 m
。
“－”表示热量通量的方向与热量浓度梯度的方向相反，即热量朝着 温度降低的方向传递。 热量通量 = －热量扩散系数×热量浓度梯度
三、动量通量
dux d (ux ) d (ux )
dy dy
dy
式中：τ——动量通量（kg·m/s）/（m2·s）；ν ——动量扩散系数，m2/s；
传递方式：由微观分子热运动所产生的传递为分子传递； 依靠宏观的流体质点的运动造成的传递，称为湍流传递。
传递过程的大小常用传递速率或通量（传递量/m2 s）描述。
第一节 分子传递条件下传递通量的通用表达式
化工传递过程基础(第三版)共298页PPT
化工传递过程基础(第三版)
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律保护 。—— 威·厄尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律保护 。—— 威·厄尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
《化工原理传热》课件
导热问题的数学描述
导热问题的数学描述通常使 用偏微分方程，如热传导方 程。
解这些方程可以得到导热过 程中的温度分布、热流量等 参数。
通过建立数学模型，可以描 述导热过程中温度随时间和 空间的变化规律。
在实际应用中，还需要考虑 其他因素如边界条件、初始 条件等。
03
对流换热
对流换热基本概念
01
02
04
辐射换热
辐射换热基本概念
定义
01
物体通过电磁波传递能量的过程称为辐射换热。
辐射换热与物质属性
02
物体的辐射换热能力与其发射率、吸收率、反射率和透射率有
关。
辐射换热与温度
03
物体的辐射换热能力随温度升高而增强。
辐射换热计算方法
斯蒂芬-玻尔兹曼定律
描述了物体在绝对黑体条件下辐射换热的规律。
发射率修正
02
它主要通过物质分子、原子或分子的振动和相互碰 撞进行热量传递。
03
热传导是三种基本传热方式之一，另外两种是热对 流和热辐射。
傅里叶定律
傅里叶定律是热传导的基本定 律，它描述了热传导速率与温
度梯度之间的线性关系。
公式为：q = -k * grad(T)， 其中q为热流密度，k为导热 系数，grad(T)为温度梯度。
传热方式
01
02
总结词：传热主要有三 种方式：热传导、热对 流和热辐射。
详细描述
03
04
05
1. 热传导是指热量在物 质内部通过分子、原子 等微观粒子的运动传递 热量。不同物质导热能 力不同，金属是良好的 导热体。
2. 热对流是指由于物质 宏观运动引起的热量传 递过程，如气体、液体 等流动过程中热量的传 递。对流换热在化工、 能源、动力等领域有广 泛应用。
传递过程原理PPT参考课件
• 传递过程的研究内容： 任何学科之所以 成为一门学科，必须具备两个条件：一是要 有统一的研究对象；二是要有统一的研究方 法。
2019/12/14
16
绪论
▲ 学科的研究对象是：研究流体动量、热 量、质量的变化速率（传递速率）规律及影响 因素。
▲ 研究方法：一是数学模型法。即在对 过程深入分析的基础上，建立简化的物理模型， 进而写出数学模型，经简化引入的模型参数， 由实验确定，因此该理论也称半理论半实验法。 另一方法为经验法，即直接通过实验测定过程 参数的变化，拟合出过程规律。
2019/12/14
3
传递现象导论
本门课程的任务是： • 研究动量、热量和质量传递过程的规律（速率）
及影响因素： • 探讨动量、热量和质量传递之间的类似性及共同
的研究方法。 • 介绍动量、热量和质量传递规律的应用。
学习以动量传递为主。 特点： • 数学推导多，理论性强——抽象； • 研究方法统一，逻辑性强——前后关联大； • 工程应用性强。
铜液
铜洗 （吸收）
加氨
氢氮气 氨洗 压缩机 （吸收）
循环机
氨合成塔
2019/12/14
氨分离器 （换热）
水冷 （换热）
合成氨
9
绪论
任何化工生产过程中都包含两大类过程： 化学反应过程和物理转化过程。
对任何化工生产过程，不管其工艺如何千 差万别，它们都有一个共性——
在很多相同的设备中进行着原理相同的物理过 程。
传递现象导论
Introduction to Transport Phenomena
2019/12/14
1
传递现象导论
教学安排： • 32学时（1-8周），2学分，考试课程。
化工传递过程课件
详细描述
制药工程涉及药物合成、分离纯化、 制剂制备等技术，旨在开发安全、有 效、质量可控的药物。
04 化工传递过程的优化与控 制
优化方法与策略
数学模型法
建立传递过程的数学模型，通过求解数学模型得到最优解，实现 过程的优化。
实验研究法
通过实验研究传递过程中的各种参数和操作条件，找出最优的参数 和操作条件。
详细描述
分离工程涉及蒸馏、萃取、吸附、膜分离等多种 分离技术，旨在实现高效、低能耗的物质分离。
具体应用
广泛应用于石油化工、精细化工、食品工业等领 域，如石油炼制、合成橡胶、味精生产等过程。
生物反应工程
总结词
生物反应工程是利用生物催化剂 进行物质转化的过程，主要研究 生物催化剂的活性、选择性以及
反应条件。
详细描述
生物反应工程涉及酶动力学、微生 物培养和发酵技术等方面，旨在实 现高效生物转化和产物分离。
具体应用
广泛应用于生物医药、食品添加剂、 燃料乙醇等领域，如抗生素发酵、 维生素C合成等过程。
制药工程
总结词
具体应用
制药工程是研究药物制备和生产过程 的学科，主要关注药物分子传递和分 离技术。
广泛应用于新药研发、药物生产、药物 质量控制等领域，如抗生素、抗病毒药 物、肿瘤药物的研发和生产过程。
智能化技术
智能传感器与控制系统
采用先进的传感器和智能控制系统，实时监测和调控化工传递过程，提高生产效 率和产品质量。
人工智能与大数据技术
利用人工智能和大数据技术对化工传递过程进行优化和预测，实现智能化生产和 管理。
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流体动力学研究流体运动的基本 规律，包括流体静力学、一维流
化工传递过程基础第三版 ppt课件
1452-1519年 达.芬奇——物体的沉浮、孔口出流、物体的 运动阻力以及管道、明渠中水流等
• 1586年 斯蒂芬——水静力学原理 • 1650年 帕斯卡——“帕斯卡原理” • 1686年 牛顿——牛顿内摩擦定律 • 1738年 伯努利——出版《流体动力学》，建立了伯努
利方程
第二阶段（17世纪末-19世纪末）流体力学沿着两个 方向发展——理论流体力学、应用流体力学
气体的分子间距比液体大，在标准状态(0℃,101325Pa)下， 气体的平均分子间距约为3.3×10－6mm，其分子的平均直径
1.1流体的定义和特征
约为2.5×10－7 mm。分子间距比分子平均直径约大十倍。因 此，只有当分子间距缩小得很多时，分子间才会出现排斥力。 可见，气体是很容易被压缩的。此外，因气体分子间距与分子 平均直径相比很大，以致分子间的吸引力很微小，而分子热运 动起决定性作用，所以气体没有一定的形状，也没有固定的 体积，它总是能均匀地充满容纳它的容器而形成不了自由表 面。
热量传递、质量传递
平衡过程和传递过程
• 传递过程：物理量向平衡转移 • 平衡状态：强度性质的物理量不存在梯度
• 补充： • 体系的宏观可测性质可分为两类：
1. 广度性质，与体系的数量成正比，如体积、质量等，具 有加和性 2. 强度性质：不具有加和性，其数值取决于体系自身特性， 与体系数量无关，如温度、压力、密度等
(2)固体的应变与应力的作用时间无关，只要不超过弹性 极限，作用力不变时，固体的变形也就不再变化，当外力去除 后，形变也就消失；对于流体，只要有应力作用，它将连续 变形(流动)，当应力去除后，它也不再能恢复到原来的形状。
1.1流体的定义和特征
液体和气体虽都属于流体，但两者之间也有所不同。液体的 分子间距和分子的有效直径相当。当对液体加压时，只要分子 间距稍有缩小，分子间的排斥力就会增大，以抵抗外压力。所 以液体的分子间距很难缩小，即液体很难被压缩。以致一定质 量的液体具有一定的体积。液体的形状取决于容器的形状，并 且由于分子间吸引力的作用，液体有力求自己表面积收缩到最 小的特性。所以，当容器的容积大于液体的体积时，液体不能 充满容器，故在重力的作用下，液体总保持一个自由表面，通 常称为水平面。
• 1586年 斯蒂芬——水静力学原理 • 1650年 帕斯卡——“帕斯卡原理” • 1686年 牛顿——牛顿内摩擦定律 • 1738年 伯努利——出版《流体动力学》，建立了伯努
利方程
第二阶段（17世纪末-19世纪末）流体力学沿着两个 方向发展——理论流体力学、应用流体力学
气体的分子间距比液体大，在标准状态(0℃,101325Pa)下， 气体的平均分子间距约为3.3×10－6mm，其分子的平均直径
1.1流体的定义和特征
约为2.5×10－7 mm。分子间距比分子平均直径约大十倍。因 此，只有当分子间距缩小得很多时，分子间才会出现排斥力。 可见，气体是很容易被压缩的。此外，因气体分子间距与分子 平均直径相比很大，以致分子间的吸引力很微小，而分子热运 动起决定性作用，所以气体没有一定的形状，也没有固定的 体积，它总是能均匀地充满容纳它的容器而形成不了自由表 面。
热量传递、质量传递
平衡过程和传递过程
• 传递过程：物理量向平衡转移 • 平衡状态：强度性质的物理量不存在梯度
• 补充： • 体系的宏观可测性质可分为两类：
1. 广度性质，与体系的数量成正比，如体积、质量等，具 有加和性 2. 强度性质：不具有加和性，其数值取决于体系自身特性， 与体系数量无关，如温度、压力、密度等
(2)固体的应变与应力的作用时间无关，只要不超过弹性 极限，作用力不变时，固体的变形也就不再变化，当外力去除 后，形变也就消失；对于流体，只要有应力作用，它将连续 变形(流动)，当应力去除后，它也不再能恢复到原来的形状。
1.1流体的定义和特征
液体和气体虽都属于流体，但两者之间也有所不同。液体的 分子间距和分子的有效直径相当。当对液体加压时，只要分子 间距稍有缩小，分子间的排斥力就会增大，以抵抗外压力。所 以液体的分子间距很难缩小，即液体很难被压缩。以致一定质 量的液体具有一定的体积。液体的形状取决于容器的形状，并 且由于分子间吸引力的作用，液体有力求自己表面积收缩到最 小的特性。所以，当容器的容积大于液体的体积时，液体不能 充满容器，故在重力的作用下，液体总保持一个自由表面，通 常称为水平面。
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cA z
2
2
)
R A.
不可压缩 稳态
u mz c A z D AB
一维
cA z
2 2
一维 一维
u mz
dc A dz D AB d
2
无化反
cA
2
dz
积分
umz c A DAB
dcA
dz
常数
umz c A DAB
N A D AB
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散 dc A 比较
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
2. 扩散的数学模型
cA ( u mx x u my y u mz z ) c A u mx c A x u my c A y u mz c A z D AB ( cA x
2 2
cA y
2
2
P＝pA+pB pB pA NB
z1 距离 z z2
NA
pB2
pB1 pA1
pA2
组分A通过停滞组分B的扩散
例1 在某一直立的细管中，底部的水在恒定温度293K
下向干空气中蒸发。干空气的总压为1.013×105pa、温
度亦为293K。水蒸气在管内的扩散距离（由液面至顶
部）△z=15cm。在1.013×105pa和293K下，水蒸气在
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
因为 故
P p P/ p
BM
BM
1
NA
P/ p
BM
～
～ 主体流动影响
无主体流动
P / p 1
BM
NA JA
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
(2) 浓度分布方程 由于扩散为稳态扩散，且扩散面积不变
N A = 常数
dN A 0 dz
D ABC dc A d [ ]0 dz C c A dz
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
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 气相主体 A + B 溶质+惰性组分B 相界面 －－－－－－－－－－－－－ 液相 NA NB＝0
二、等分子反方向稳态扩散
3. 数学模型的求解 (1) 扩散通量方程 求解得
NA
DAB z
(cA1 cA2 )
z z2 z1
扩散通量 表达式
NA
D AB RTz
( p A1 p A2 )
二、等分子反方向稳态扩散
(2) 浓度分布方程 由
c A
0
cA cA cA D AB ( 2 2 2 ) R A x y z
D AB P
扩散通量 表达式
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
由于扩散过程中总压不变
p B1 P p A1
p B 2 P p A2
p B 2 p B1 p A1 p A2
NA D AB P RT z p A1 p A 2 pB 2 pB1 ln pB 2 pB1
NB
易挥发组分
二、等分子反方向稳态扩散
2. 扩散的数学模型 由
N A DAB
dcA xA ( N A N B ) dz
对于等分子反方向扩散
NA=－NB
N A D AB dc A dz
二、等分子反方向稳态扩散
N A D AB
数学模型
dc A dz
B.C
(1) z = z1, cA = cA1 (2) z = z2, cA = cA2
空气中的扩散系数DAB=0.25×10-4m2/s。试求稳态扩散
时水蒸气的摩尔通量及浓度分布方程。
二、等分子反方向稳态扩散
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、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。 蒸馏操作 汽相
难挥发组分
N
A
相界面－－－－－－－－－－－ 液相
常数
d) D AB
dc A dz
c Aum
NA=常数，沿面积不变的扩散路径上，为常数 对于组分B的扩散 同样 NB=常数。但 B 不能穿过气液界面，故
NB 0
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
因此得
N A D AB
dc A dz
第十章 分子传质
分子传质在气、液、固体内部均能发生。本 章讨论气、液、固体内部的分子扩散的速率与 通量。重点讨论气相中常见的两种情况：组分 A 通过停滞组分B 的稳态扩散，等分子反方向 扩散。
第十章 分子传质
10.1 气相中的稳态扩散
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散 二、等分子反方向稳态扩散 三、伴有化学反应的气体稳态扩散 四、气体扩散系数
0 0 0
2
2
2
化简得 即
2c A DAB 0 2 z
d cA dz
2
2
0
二、等分子反方向稳态扩散
B.C (2) z = z , c = c 2 A A2
(1) z = z1, cA = cA1
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
3. 数学模型的求解
(1) 扩散通量方程
求解得
NA DAB C z ln C c A2 C c A1
P p A2 NA ln RTz P p A1
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
代入边界条件解得
C cA C c A1
(
C c A2 C c A1
)
z z1 z2 z1
P pA P p A2 ( ) P p A1 P p A1
z z1 z2 z1
浓度分 布方程
指数 型
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
令
pBM
pB 2 pB1 pB 2 ln pB1
组分 B 的对 数平均分压
因此得
NA
D AB P RTzp BM
( p A1 p A2 )
扩散通量 表达式
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
P/ p
BM
—反映了主体流动对传质速率的影响。
漂流因 子
xA ( N A N B )
NB 0
N A DAB
N A (1 x A ) D AB dc A dz
dc A xAN A dz
DAB dc A NA 1 x A dz
一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散
数学模型
D AB C dc A NA C c A dz