第四章节对流传质及相间传质理论.ppt

1 §4.1 边界层 §4.2 相间传质理论 对流传质：当运动着的流体与壁面之间或两个有限互溶的运动流体之间发生传质时，我们就把这种传质过程称为对流传质（convection mass transfer）。 对流传质是由于体系中化学位差和流体流动所引起的原子、分子或流体微元的运动，它不仅包括分子扩散，还包括由于对流引起的物质传输。 第四章 对流传质及相间传质理论 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 2 §4.1 边界层 速度边界层： 高雷诺数时，流体摩擦效应被局限于靠近物体边界的一薄层中，该层称为速度边界层。其厚度δ被规定为由界面上的速度为零到达流速为流体速度的９９％的表面的距离。δ与流速、几何形状有关。 浓度边界层（扩散边界层）： 被传递物质的浓度由界面变化到为流体内部浓度的９９％时的厚度称为扩散边界层厚度(δC)。 δC 集中了浓度差CA0-CA∞(阻力) Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 3 有效边界层厚度 由于在浓度边界层内浓度急剧变化，且这种变化非线性，故不为常数，在数学上难以处理，但在十分接近界面处，浓度分布为直线。 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 4 §4.2 相间传质理论 4.2.1 薄膜理论 把对流传质的阻力归结与在界面上所形成的流体薄膜对传质的阻力。 ， Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 5 薄膜理论的基本特征： 假设存在着一个区域，在该区域中稳态分子扩散是传质的机理，JA与扩散系数D的一次方成正比，并且kc=D/δ。 薄膜理论的缺点： 存在有一确定厚度的滞留膜的假设。但在等效边界层内仍有液体的流动，因此不能认为在等效边界层内只存在分子扩散，而同时存在着紊流传质和分子传质。 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 6 例1. 用旋转坩埚做高炉渣（39.0%CaO，40.0%SiO2，12.6%Al2O3，8.4%MgO）对铁液做脱硫实验。熔渣脱硫反应（对碳饱和的铁液）为 [S] + (O2-) + [C] = (S2-) + CO 实验温度为1500℃，坩埚旋转速度为10.5rad/s(使反应体系处于对流状态下）。铁液的初始含硫量[%S]0=0.80%。在脱硫过程中测得的含硫量与时间的关系为 时间(min) 0 10 20 30 40 50 [%S](%) 0.80 0.263 0.113 0.065 0.044 0.023 硫在铁液内的扩散系数Ds=2.9×10-5cm/s,渣铁界面上平衡含硫量[%S]e=0.013%，坩埚内铁液高度h=2.34cm。试计算硫在铁液中的传质系数及有效边界层厚度。 解：设坩埚面积为S，坩埚内铁液的体积为V，在任意时刻t铁液中的含硫量为C，界面上的含硫量为Ci，则根据对流传质速率公式，有 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. 7 由于高温化学反应速率很快，可以认为反应在界面达到了平衡，即界面浓度Ci等于平衡浓度Ce，故: 分离变量积分上式，并以质量百分浓度表示，得到： 令 ，并以f(%S)对t作图，得到一条直线。直线的斜率为6.67×10-4，即 故传质系数和有效边界层厚度分别为：