质量传输之传质原理-费克定律和斯蒂芬定律PPT课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1质量传输l传质：物质的分子总是处于不规则的热运动中，在有两种或两种以上物质组成的混合物中，如果存在着浓度差，物质分子就会从浓度高的区域向浓度低的区域转移，从而产生质交换即质量传递，简称传质l即：质量传递的先决条件是浓度差（即浓度梯度）l工业生产中很多过程都涉及传质过程，如物料干燥、燃料燃烧、物料烧结、固体在液体中的溶解等1.传质原理 两种或两种以上物质组成的混合物中，各组成成分在混和物中常用浓度来表示，如质量浓度、摩尔浓度等 B的质质量浓浓度（/ m3）为为：质量浓度：单位体积的混合物中所含某组成成分的质量称为该组分的质量浓度如：A、B两种物质的混合物，其体积为V（m3），质量（）分别为mA、mB则 A的质量浓度（/ m3）为：对对于混和气体，由理想气体状态态方程1.1传质的基本方式l传质的基本方式分为：分子扩散和湍流扩散 用质流量表示质量传递的速率质流量：单位时间、单位传质面积所传递质量的千克数， /（m2h） 传质分为稳定传质和不稳定传质 稳定传质：传质过程中浓度场不随时间而改变 不稳定传质：浓度场随时间而改变1.2 传质过程的基本方程式费克定律等摩尔逆扩散定律。

费克定律一般表达式 式中：g扩散质流量，/m2h； D扩散系数，m2/h； 对对于气体，费费克定律用分压压表示与傅立叶定律和牛顿顿粘性定律形式相似容器中间用很薄的隔板隔开，两侧是同温度同压强的两种气体，隔板抽开后上面两式两边分别除以相对应的分子量，得各组分的扩散摩尔质流量：（*）根据道尔顿顿定律，得在稳稳定情况下，NA=NB(等摩尔逆扩扩散过过程)，得DAB=DBA=D对对（*）式积积分得实际应实际应 用式，1.2.2 斯蒂芬定律单向扩散定律 l单向扩散：只有一种组分进行扩散，并无相反方向的扩散如干燥过程单向扩散质流量推导： 槽口上端有一股空气平缓流过，槽内水做等温蒸发.对于x-x截面水蒸气的扩散质流量为： 空气的扩扩散质质流量为为： 在稳稳定状态态下，gA常数，gB0，得 （1） （2）（2）式代入式得 将式积积分，(pA1 - pA2=pB2 - pB1)得| 在通常情况下P/pBm 1 当P/pBm1时，可直接用费克定律 1.2.3 扩散系数 扩散系数：沿扩散方向，在单位时间内每单位浓度降的情况下，通过单位表面积所扩散的物质量，m2/h或cm2/s它表示物质在介质中的扩散能力，它是物质的物理特征之一。

吉里兰半经验公式： 式中：T-热力学温度，K； P-气体的总压，Pa；MA、MB-气体A、B的分子量；VA、VB -气体A、B在正常沸点下的液态分子容积,cm3/mol在非标标准状态态下的扩扩散系数需要经过经过 如下换换算公式：式中：D0、P0、T0分别为标别为标 准状态态下的扩扩散系数、压压 强和温度； D、P、T分别为别为 非标标准状态态下的扩扩散系数、压压 强和温度 1.3 对流传质的基本公式 对对流传质过传质过 程可看作分子扩扩散和湍流扩扩散过过程的综综合，其质质流量可表示为为：DE为为湍流扩扩散系数，它不是流体的物性参数，它随湍流的程度而变变化 以空气掠过静止水面为例做湍流流动的空气流经静止的水面，在水的表面有一层极薄的层流底层（厚度x1），层流以外是过渡区，再外是湍流主体 假设有一厚度为l的膜层，在此膜层内传质只靠分子扩散，且在此膜层中水蒸气扩散所遇到的阻力和水蒸气由界面扩散到气流中心区所遇到的总阻力相当 对流传质质流量为： (*)（*）式与牛顿顿冷却公式相似aD称为对流传质系数，它表示单位时间内，在单位浓度差的情况下，单位面积内所传递的质量l 和对流换热系数a的求解相似，对流传质系数aD的求解通常采用相似理论指导实验的方法。

l 应用相似理论时首先建立描述该现象的微分方程式，接着求出相似准数，然后在相似理论的指导下进行实验并整理数据，这样就可能用少数实验得到的数据找出现象的普遍规律1.4 对流传质微分方程式及对流传质相似 对流传质微分方程式它和流动动流体导热导热 微分方程式是相似的若只考虑虑一个方向，如x方向，有：1.4.2 对流传质相似问题 一般性准数关系式两个单相介质中的物质扩散相似，包括几何相似、流体力学的相似和保持运动介质内的物质扩散相似 贝贝克利准数 施密特准数（或称传质传质 的普朗特准数Pr） 宣乌乌特准数（或称对对流传质传质 的努赛赛特准数Nu）准数式中：D-物质在介质中 的扩散系数，m2/h； u-流体的流速，m/s； l-定形尺寸，m； aD-对流传质系数，m/h 对对流传质过传质过 程的一般性准数关系为为：在介质质强制流动动的情况下，重力影响可以不计计，上式可写成当A、m、n的数值值由试验试验 确定后，对对流传质传质 系数可求得在稳稳定连续连续 的强制流动动中：对对流换热换热 的准数关系为为： 对流换热与对流传质的类比对流传质的准数关系为：由两式，得 在湍流情况下，刘易斯关系式仍然成立，可以认为认为 Nu=Sh。

在层层流情况下，刘易斯关系式只适用于D=a的特定情况准数方程流体在管内受迫流动时动时 的传质传质 适用于2000Re35000和0.6Sc2.5，包括在准数中的定形尺寸用管壁内径，速度用气体对对管壁表面的绝对绝对 速度 流体沿平壁流动时动时 的传质传质层层流时时（Re105） 式中定形尺寸用沿流动动方向平壁的长长度，速度用边边界层层外的气流速度，计计算所得的aD为为整个壁面上的平均值值 当流体与壁面之间间既有传质传质 又有传热时传热时例题1：有一直径为30mm的容器，底部盛有20的水，水面至容器口为200mm流过容器口的空气温度为20，总压强P为1atm，容器出口处的水蒸气分压pA2=700Pa，水往空气中的扩散系数为0.088m2/h求：水的蒸发速率解：水表面的水蒸汽分压压相当于水温时时的饱饱和水蒸气压压20水的饱饱和蒸气压为压为 pA1=2338Pa则则PB1=PpA1101325-233898987 Pa pB2=PpA2101325-700100625 Pa 由于水蒸气分压压小，空气分压压接近于大气压压，因而可直接用费费克定律计计算水分蒸发发量为为：例题2： 空气以3.1m/s的速度沿水平砖坯表面流动，湿砖坯表面温度为15，其上空气温度为20，空气中水蒸气分压为750Pa，在空气流动方向上水平表面长度l0.1m。

求：每平方米表面积每小时蒸发水分量解：由附录查录查 得20时时空气的v =1.50610-5m2/s又查查得水蒸气在空气中的扩扩散系数D0=0.22cm2/s15时时，pA1=1708Pa，而pA2=750Pacm2/s。