第九章质量传递概述

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1、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。①仅在一相中发牛的传质，称为单相传质。②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，①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。②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

2、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。1.符合Fick定律的微孔扩散：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^,<0

3、.01时：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

4、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=1.502.0压实的物料：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。2.Knudsen扩散如果气体的分子平均自由程远犬于微孔直径，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

5、散。5〉現Knudsen扩散模型此时，扩散系数按Knudsen扩散系数计算，根据气体分子运动学说，有:2——DKP=-rVA式中：DkpKnudsen扩散系数，m2/s；7——孔道的平均孔半径，m；Va组分A的分子均方根速度,mis。由于：久贝IhDKP=97.07Ma一一组分A的分子量，T—温度，Ko对于多孔催化剂而言，微孔的平均半径可以根据实测的催化剂颗粒密度门,(檢/莎)、比表面积S(m2/kg)和孔隙率£计算：PpS则有效Knudsen扩散系数可表达为:3•过渡型扩散：当分子的平均自由程和微孔直径数值相近时，分子之间的碰撞和分子与孔壁

6、的碰撞将同样重要。这时微孔内的扩散称为过渡型扩散。此时，扩散系数由Fick扩散及Knudsen扩散系数计算：其有效扩散系数为:4•表面流扩散：当气体分子扩散时，扩散的气休分子能够被孔道壁面所吸附，这时，表面平衡浓度随气体浓度增加而增大，因此表面层将在与扩散相同的方向上形成一个表面浓度梯度。对于某些吸附类型，吸附层是可以移动的。这样，表面扩散就和普通扩散同时进行，使扩散的总通量增大。O00Q00巧多UUUUOODOqOOo00淤％cja。°。0Co0o-0o°0Boo°A表面吸附扩散