第九章质量传递概述.docx

第九章质量传递概述.docx第九章质量传递概述1>概述:液体蒸发、固体溶解、云的形成、油的燃烧、水的脱气、混合物的分离等,都是自然界和化学工业屮常见的现彖。这些现彖虽各有特点,但有一个共同的特点是:包含了物质在一相中或同时通过相介面的传递,这种现象称为质量传递现象。仅在一相中发牛的传质,称为单相传质。通过相介面的质量传递,称为相际间传质。研究传质问题的核心问题是传质速率,其影响因素很多,在无化学反应存在的传质过程中,主要是传质推动力一浓度差、压力差或温度差及传质系数。在有化学反应存在的传质过程中,除浓度差等以上影响因素外,还受化学反应速率的影响。传质机理:依据引起传质的机理不同,可分为分子扩散和对流扩散。二、分子扩散及扩散系数:简单的分子扩散过程及扩散系数的计算,《化原》已讲过。这里主要介绍多孔介质中的气体扩散。气体或液体在固体空隙中的扩散,在非均相催化反应过程及膜分离过程中有重要的作用。根据固体中孔隙直径和分子运动平均ii由程的相对大小,可将孔隙内的扩散机理分为:符合Fick定律的微孔扩散(普通分子扩散);Knudsen扩散;过渡型型扩;表面扩散。:当固体中孔隙的直径远大于分子运动平均自由程时,BIJ:——有时定义:kn=— Knudsen数。2r100 "2r或^,<:微孔内的扩散是符合Fick定律的微孔扩散。(无一一分子平均自由程,r——微孔半径)。如下图所示:此时,毛细孔道内主要是气体分子间的碰撞,而分子与壁面的碰撞则是很少发生,其扩散规律符合Fick定律。在多孔介质的微孔内溶质A的扩散面积是多孔介质的自由截面积(孔截面积),而不是多孔介质的总表面积;扩散路径是曲折的毛细孔道,其长度大于多孔介质的外观厚度。因此在应用Fick定律进行计算时,要进行校正。通常用有效扩散系数D佔p来表示其扩散系数。有以下扩散通量计算式:Na=Ja=—Dab,p孕dyV)_£DabT£——固体介质内部的孔隙分率,它等于孔隙的自由截面分率;T一一弯曲率,它是考虑弯曲孔道的实际长度大于介质外观厚度的校正系数。对于不固结的物料:r=:r=7D8多孔催化剂:r=3D7万虽与物料的粒径、形状及粒度分布有关,但尚无关联式;万与£无关。,则气体分子与孔壁的碰撞要比分子间的相互碰撞频繁的多,—>10o这时物质沿孔道扩散的传质阻力主要取2r决于分子与孔壁的碰撞,而分子间的碰撞可忽略不计。此时,称为Knudsen扩散。主要发生在气体压力很低及孔径较小的情况下,液体内一般不存在Knudsen扩散。5 〉現Knudsen扩散模型此时,扩散系数按Knudsen扩散系数计