《质量传递》PPT课件

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1、第五章质量传递是指物质在浓度差、温度差、压力差、电场或磁场的场强差等推动力作用下，从一处向另一处的转移，包括相内传质和相际传质两类。四川农业大学本科生课程环工原理温度差热扩散压力差压力扩散场强差强制扩散浓度差分子扩散和涡流扩散四川农业大学本科生课程环工原理在环境工程中，去除水、气和固体中的污染物常用到传质过程，如常见的吸收、吸附、萃取、膜分离过程。在化学反应和生物反应中，也常伴随着传质过程。酸碱中和反应厌氧生物膜好氧生物膜四川农业大学本科生课程环工原理§5.1环境工程中的传质过程1.吸收与吹脱（汽提）2.萃取3.吸附4.离子交换5.膜分离四川农业大学本科生课程环工原理根据气体混合物中各组分在同

2、一溶剂中的溶解度不同，使气体与溶剂充分接触，其中易溶的组分溶于溶剂进入液相，而与非溶解的气体组分分离。用水吸收混合气体中的氨石灰/石灰石法烟气脱硫化学工程中将被吸收的气体组分从吸收剂中脱出的过程称为解吸。环境工程中，解吸常用于从水中去除挥发性的污染物。利用空气作解吸剂，称为吹脱（如高浓度NH3-N废水的处理）；利用蒸汽作解吸剂，称为汽提（如油库、航空港等地方受石油烃污染的地下水处理）。四川农业大学本科生课程环工原理萃取是利用液体混合物中各组分在不同溶剂中溶解度的差异分离液体混合物的方法。（高浓度含酚废水处理时可通过萃取一方面回收酚，另一方面降低处理的难度；从染料废水中提取有用染料；从洗毛废水中

3、提取羊毛脂）吸附：当某种固体与气体或液体混合物接触时，气体或液体中的某一或某些组分能以扩散的方式从气相或液相进入固相，称为吸附。活性炭脱硫活性炭、陶粒柱净水四川农业大学本科生课程环工原理离子交换是依靠阴、阳离子交换树脂中的可交换离子与水中带同种电荷的阴、阳离子进行交换，从而使离子从水中除去。制取软化水，纯水，去除水中某种特定物质（如去除电镀废水中的重金属）。四川农业大学本科生课程环工原理RA+M+=RM+A+R-NHOH+HCl=R-NHCl+H2O四川农业大学本科生课程环工原理膜分离是以天然或人工合成的高分子薄膜为分离介质，当膜的两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差）时，混合物中的某

4、一组分或某些组分可选择性地透过膜，从而与混合物中的其他组分分离。已经广泛应用于给水和污水处理中，如高纯水的制备、MBR反渗透:利用半渗透膜，当对高浓度一侧施加高于渗透压的压力时，水分子通过渗透膜，从而使水得到净化。电渗透(析）:在电流作用下，阳、阴离子分别通过阳、阴离子交换膜而在局部富集，使水得到净化，从而脱盐。纳滤超滤微滤书上P368四川农业大学本科生课程环工原理四川农业大学本科生课程环工原理CD极室极水极室（+）四川农业大学本科生课程环工原理四川农业大学本科生课程环工原理§5.2质量传递的基本原理一、传质机理传质方式分子扩散：涡流扩散：静止或层流流动的流体中，靠分子微观运动来进行传质在湍流

5、状态下，靠流体质点（流体微团)强烈掺混来进行传质四川农业大学本科生课程环工原理二、分子扩散（一）费克定律某一空间中充满组分A、B组成的混合物、无总体流动或处于静止状态。若组分A的物质的量浓度为cA，cA沿Z方向分布不均匀，上部浓度高于下部浓度，即cA2>cA1，如图所示。分子热运动的结果将导致A分子浓度高的区域向浓度低的区域净扩散流动，即发生由高浓度区域向低浓度区域的分子扩散。yxzOⅡcA2ⅠcA1四川农业大学本科生课程环工原理费克定律的物理意义：在一维稳态情况下，由浓度梯度引起的组分A在Z方向上的质量通量＝-（分子扩散系数）×（Z方向上组分A的质量浓度梯度）（仅适用于双组分混合物）四川农业

6、大学本科生课程环工原理费克定律的其它表达形式：c为混合物的物质的量浓度（kmol/m3）xA为组分A的摩尔分数ρ为混合物的物质的量浓度（kg/m3）xmA为组分A的质量分数ρA为组分A的质量浓度（kg/m3）四川农业大学本科生课程环工原理（二）分子扩散系数分子扩散系数是扩散物质在单位浓度梯度下的扩散速率，表征物质的分子扩散能力，扩散系数大，则表示分子扩散快。分子扩散系数是很重要的物理常数，其数值受体系温度、压力和混合物浓度等因素的影响。低密度气体、液体、固体的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的增加而减少。四川农业大学本科生课程环工原理三、涡流扩散εD为涡流质量扩散系数，单位为m2/sDABe

7、ff为组分A在双组分混合物中的有效质量扩散系数。在充分发展的湍流中，涡流扩散系数往往比分子扩散系数大得多，因而有DABeff≈εD组分A的平均浓度梯度四川农业大学本科生课程环工原理§5.3分子传质发生在静止流体、层流流动的流体以及某些固体的传质过程中。当静止流体与相界面接触时，若流体中组分A的浓度与相界面处不同，则物质将通过流体主体向相界面扩散。在这一过程中，组分A沿扩散方向将具有一定的浓度分布。