环境工程原理第五章.ppt

层流流动时的扩散通量明显大于静止时的传质。 层流边界层： 分子扩散 扩散通量： 第四节 对流传质 传质机理： 依据费克第一定律 扩散通量与静止时相同吗？ 因为流动加大了界面处的浓度梯度，从而使界面上的扩散通量增大。 湍流边界层： ?层流底层：物质依靠分子扩散传递，浓度梯度较大，传质速率可用费克第一定律描述，其浓度分布曲线很陡，近似为直线； ?湍流核心区：有大量的旋涡存在，物质的传递主要依靠涡流扩散，由于强烈混合，浓度梯度几乎消失，组分在该区域内的浓度基本均匀，其分布曲线较为平坦，近似为一垂直直线。 层流底层 湍流核心区 过渡区 ?过渡区：分子扩散和涡流扩散同时存在。 除了分子扩散外，更重要的是涡流扩散。 湍流区 第四节 对流传质 (二)传质边界层 可以认为质量传递的全部阻力都集中在传质边界层内 传质边界层的名义厚度定义为 时 0.99u0 0.99C0 浓度梯度较大的流体层 ——传质边界层，也成为浓度边界层 流动边界层与传质边界层的关系： 分子动量传递能力和 分子扩散能力的比值 施密特数 (cA-cA,i)＝0.99(cA,0-cA,i) 第四节 对流传质 (5.4.1) cA x z 0.99u0 cA,i cA,0 (cA-cA,i)＝0.99(cA,0-cA,i) 湍流流动时，传质进口段长度约为 传质进口段长度 层流流动的传质进口段长度为 流体流过圆管进行传质 第四节 对流传质 (5.4.3) (5.4.2) 二、对流传质速率方程 流动处于湍流状态时，物质的传递包括了分子扩散和涡流扩散 浓度分布 第四节 对流传质 有效质量扩散系数 涡流扩散系数难以测定和计算！！！ 将过渡层内的涡流扩散折合为通过某一定厚度的层流膜层的分子扩散 G 有效膜层或虚拟膜层 简化计算 由流体主体到界面的扩散 通过有效膜层的分子扩散 整个有效膜层的传质推动力为 浓度分布 全部传质阻力集中在有效膜层 第四节 对流传质 组分A的对流传质速率，kmol/（m2·s） 流体主体中组分A的浓度，kmol/m3 界面上组分A的浓度，kmol/m3 对流传质系数，也称传质分系数，下标“c”表示组分浓度以物质的量浓度表示，m/s 1. 对流传质速率方程 对流传质系数体现了传质能力的大小，与流体的物理性质、界面的几何形状以及流体流动状况等因素有关。 用分子扩散速率方程描述对流扩散 由界面至流体主体的对流传质速率为 第四节 对流传质 (5.4.4) 组分浓度常用分压表示 气相传质分系数，kmol/（m2·s·Pa） 液相传质分系数，m/ s 气相与界面的传质 液相与界面的传质 第四节 对流传质 (5.4.5) (5.4.6) 若组分用摩尔分数表示 用组分A的摩尔分数差表示推动力的气相传质分系数 对于液相中的传质，若摩尔分数为x，则 用组分A的摩尔分数差表示推动力的液相传质分系数 第四节 对流传质 (5.4.8) (5.4.10) 对于气相中的传质，摩尔分数为y，则 第四节 对流传质 两种典型情况 其对流传质系数的表达形式不同 单向扩散 等分子反向扩散 对流传质 单相传质中 在虚拟膜层内的分子扩散 双组分系统中，A和B两组分作等分子反向扩散时， 对流传质系数用 表示，则 相应的分子扩散速率为 虚拟膜层的厚度 第四节 对流传质 2. 等分子反向扩散时的传质系数 (5.4.11) (5.4.12) 3. 单向扩散时的传质系数 双组分系统中，组分A通过停滞组分B作单向扩散时， 对流传质系数用 表示。则 相应的分子扩散通量为 故 组分B的对数平均摩尔分数 第四节 对流传质 (5.4.13) (5.4.14) 、 【例题】在总压为2atm下，组分A由一湿表面向大量的、流动的不扩散气体B中进行质量传递。已知界面上A的分压为0.20atm，在传质方向上一定距离处可近似地认为A的分压为零。已测得A和B在等分子反向扩散时的传质系数 为6.78×10-5kmol/（m2·s）。试求传质系数 及传质通量 解：此题为组分A的单向扩散传质 p ＝ 2atm ， , Ai p ＝ 0.2atm ， ,0 A p ＝ 0 kmol/（m2·s·Pa） 传质通量为 kmol/（m2·s） kmol/（m2·s） 单向扩散 传质通量的计算 分子传质 等分子反向扩散 对流传质 第四节 对流传质 【例题】填料床内装填直径为2×10-3m的苯酸粒子，纯水以表观速度5×10-2m/s流过床层，通过1.0m床层高度后，水中苯酸浓度为饱和浓度的62％，已知单位床层体积的苯酸表面积为2.3×10-3cm2，试求该系统的传质系数。 解：在填料床中取微元段 ,微元体积为 ，