质量传递过程选论.ppt

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1、传递过程典型问题的解质量传递过程选论绪言(1)相际传递现象在化学工程中广泛存在。例如：流动阻力和非均相分离涉及相际动量传递；换热器和空气冷却器涉及相际能量传递；吸收、精馏、萃取、干燥和非均相化学反应涉及相际质量传递。尤其是从事分离设备和化学反应器的研发和设计，更是必须了解相际传递速率的信息。因此，相继传递过程的分析是分离工程和化学反应工程领域里一项非常重要的研究内容，有时甚至成为决定研究结果是否具备实际应用价值的关键因素。绪言(2)由于实际工程问题的复杂性（比如错综复杂的几何结构，难以确定的边界

2、条件，复杂条件下的物性变化规律不确定等），以及缺少有效的数学工具，我们至今还无法对大多数工程问题中的传递过程给出详细的分析和精确的解析解。目前化学工程领域中涉及传递过程问题时使用最广泛的研究方法仍然是模型实验法。绪言(3)在模型实验法中，通常采用较小尺寸的模型进行实验。获得描述模型性能的实验结果数据后，采用某种数学方法将其与描述模型特性和实验环境的实验条件数据进行关联。然后应用所得到的关联式来预测实际工业对象的行为。这类关联式通常称为经验公式或半理论—半经验公式。绪言(4)具有清晰的物理模型建立

3、完整的数学模型导出解的函数类型决定解函数中包含的未定参数的值半理论—半经验公式因次分析实验相似变换绪言(5)物理模型不够清晰数学模型不完整获得有关物理量组成的无因次乘积采用数理统计方法找到一个合适的函数来表述有关无因次乘积间的数值关联关系。经验公式因次分析实验绪言(6)实际上，两类公式都是在普适理论指导下的实验解。两者的区别在于进行理论分析的深度有所不同。而产生这个深度差别的原因除了理论发展本身的水平以外，常常还来自于研究者在实验设计和结果分析阶段有目的地应用理论知识的主观能动性。因觉得理论复杂

4、而在提炼物理模型阶段回避细致认真的分析和在结果分析阶段凭直观感觉套用前人方法是常见的不良行为习惯。单相传质系数的定义(1)比如浸没在流体中的多孔固体介质的外包络面。用虚拟相界面方法，我们可以分别处理多孔介质内部狭小孔道里的传递过程和外部大空间中的传递过程，即在非均相催化剂研究中所说的内扩散问题和外扩散问题。在相际传递过程研究中，相界面既可以是真实的两相间的界面，比如气-液界面，流-固界面，也可以是虚拟相界面，单相传质系数的定义(2)考虑二元混合物A+B中从流体主体到相界面(y=0)的质量传递。质

5、量通量Ni0可以被分解为对流传递通量和扩散通量之和。根据式Tab.17.8-2(B)，扩散通量可表为于是有(22.1-1)单相传质系数的定义(3)根据因次分析和相似理论，浓度分布函数可用相似解的形式表示为式中是无因次坐标矢量，i是表征界面上传质通量对浓度分布影响的参数，下标b代表流体主体，0代表相界面。单相传质系数的定义(4)于是我们将等号右侧除浓度差以外的所有变量合并为一个变量函数以及单相传质系数的定义(5)速率方程通常写作以下形式下标“loc”代表局部值，因为可以沿相界面变化。上标“”

6、代表传质系数又受到界面传质通量的影响（因为在的定义式中，函数f依赖于i）。应用到此处，相际传质速率方程可写为(22.8-1a)单相传质系数的定义(6)假如NA0和NB0很小，就可以认为相界面传质通量对速度剖形和浓度剖形的影响可以忽略。对于这种特殊情况，传质系数将独立于相界面传质通量而可定义为于是传质速率方程可写为(22.1-7)(22.8-2a)单相传质系数的定义(7)类似的处理方法也可用于能量传递：并且有(22.1-8)即对于相界面传质速率很小的情况，有(22.8-1b)如果混合热可以忽略，

7、上式可写为(22.8-2b)单相传质系数的定义(8)大多数公开发表的传质系数都是在低传质速率下测定的。为了将这些结果应用于高传质速率的情况，人们引入了传递系数校正因子的概念，其定义为将这些量在整个相界面上积分，可以得到关于总传质系数的类似关系。界面传递系数的滞止膜模型(1)所谓的“膜”是指邻近相界面的一层区域，在该区域中流体的速度、温度和浓度发生显著变化，如下图所示。界面传递系数的滞止膜模型(2)作以下假设：膜厚独立于界面传质速率(基本假设)；膜内的流动为层流；流体的传递性质在膜内为常数；膜内的

8、均相化学反应、粘性耗散和热辐射都可忽略；在膜内下述关系成立界面传递系数的滞止膜模型(3)对于这种一维稳态传递过程，能量方程和组分连续性方程可写为积分上式可得界面传递系数的滞止膜模型(4)式(19.4-12,13)的左侧包含了一个微分项和一个差分项，右侧则仅含相界面项。将焓表示为这些方程可重写为(19.4-12)(19.4-13)界面传递系数的滞止膜模型(5)在膜的外边界(y=)处有将上两式在y=0到y=y区间积分，得(19.4-14)(19.4-16)(19.4-15)(19.4-17)应用公