傳遞過程原理ppt課件.ppt

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1、第七章擴(kuò)散傳質(zhì)量§7.1一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)§7.2非穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)§7.3伴有化學(xué)反應(yīng)的擴(kuò)散§7.4影響擴(kuò)散的因素7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)為了簡單起見，首先討論一維穩(wěn)定態(tài)分子擴(kuò)散，即假定物質(zhì)中各點(diǎn)濃度均不隨時間而變化，并且只沿空間一個坐標(biāo)而變化。7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.1.等摩爾逆向擴(kuò)散由A組分和B組分組成的無化學(xué)反應(yīng)的雙組分混合物，兩組分相互擴(kuò)散，且A組分的物質(zhì)的量通量與B組分的物質(zhì)的量通量大小相等，方向相反，即。這種擴(kuò)散稱為等摩爾逆向擴(kuò)散，或雙組分等摩爾逆向擴(kuò)散。7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.1.等摩爾逆向擴(kuò)散由于沒有化學(xué)反應(yīng)，RA=0；又是一維穩(wěn)態(tài)則：就簡化

2、成：這表明，此時NA沿傳遞途徑Z方向是一個常量。7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.1.等摩爾逆向擴(kuò)散在沒有總體流動、沒有化學(xué)反應(yīng)的不可壓縮一維穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)的情況下，質(zhì)量傳輸微分方程可以簡化為：7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.1.等摩爾逆向擴(kuò)散應(yīng)用邊界條件：解為：由此可見，A組分的物質(zhì)的量濃度分布為直線分布，B組分也濃度分布為直線分布7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.1.等摩爾逆向擴(kuò)散對于常溫常壓下的雙組分系統(tǒng)，其物質(zhì)的量通量的表達(dá)式為：由于由于NA=—NB，代入上式得：因?yàn)槌爻合碌碾p組分系統(tǒng)，C可作為常量，則上式為：7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.1.等摩爾逆向擴(kuò)散將代入上

3、式得：若滿足理想氣體方程的氣體混合物，則上式改寫為：7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.1.等摩爾逆向擴(kuò)散上述的兩個結(jié)果方程式，即為等物質(zhì)的量逆向擴(kuò)散方程。由上述方程可以看出，等物質(zhì)的量逆向擴(kuò)散的質(zhì)量傳遞方程與一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程相類似，故一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程的結(jié)果均可應(yīng)用。只要將質(zhì)量濃度代替導(dǎo)熱方程中的T即可。等溫邊界條件，類比溶解表面邊界條件；絕熱邊界條件，類比不溶解表面邊界條件。7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.2.A組分通過靜止B組分的單向擴(kuò)散組分A通過靜止的或不擴(kuò)散的組分B的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散是經(jīng)常遇到的。設(shè)有純液體A的表面暴露于氣體B中，液體表面有A組分不斷向B蒸發(fā)。而氣體B在液體

4、A中的溶解度很小，小到可以忽略不計，而且兩者不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.2.A組分通過靜止B組分的單向擴(kuò)散假設(shè)系統(tǒng)是絕熱的，總壓保持不變。對于穩(wěn)態(tài)一維無化學(xué)反應(yīng)的分子擴(kuò)散傳質(zhì)RA=0，傳質(zhì)微分方程：簡化為：即在z方向的整個氣相范圍內(nèi)，A組分與B組分的物質(zhì)的量通量為常值。7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.2.A組分通過靜止B組分的單向擴(kuò)散由于B組分在液相中是不溶解的（或者溶解度很小，可以忽略不計）。所以在1-1平面NB=0，因此在整個擴(kuò)散方向上NB=0，所以B是滯止氣體。這種擴(kuò)散，稱為單向擴(kuò)散。此時A組分的物質(zhì)的量通量：7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.

5、2.A組分通過靜止B組分的單向擴(kuò)散因?yàn)椋簞t：要滿足條件：7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.2.A組分通過靜止B組分的單向擴(kuò)散在等溫等壓條件下，且C與DAB均為常數(shù)，有：邊界條件：7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.2.A組分通過靜止B組分的單向擴(kuò)散將方程積分，得：代入邊界條件，得：將C1、C2代回方程，有：7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.2.A組分通過靜止B組分的單向擴(kuò)散根據(jù)定義：故有：可以看出，通過靜止氣膜單向擴(kuò)散時，A組分的物質(zhì)的量濃度不再是線性變化，而是按指數(shù)規(guī)律變化。該現(xiàn)象，就是很經(jīng)典的斯狄芬流。7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.3.氣體通過金屬膜的擴(kuò)散如同所系的系如圖

6、所示的系統(tǒng)：氫氣在Z方向上擴(kuò)散。符合費(fèi)克第一定律：由于擴(kuò)散A組分（氫氣）濃度很低，即xA很小，故可以略去不計。7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.3.氣體通過金屬膜的擴(kuò)散C為常數(shù)，則:由于金屬模很薄，很難測定A組分在膜內(nèi)的分布情況，實(shí)驗(yàn)中只能測定A組分的穩(wěn)態(tài)通量。壓力降（P1-P2）及膜的厚度。A組分氣體在金屬界面上的濃度，可以看成是氣體與金屬平衡時的溶解度S。7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.4.通過非等溫球狀膜的擴(kuò)散液滴的干燥、通過球形催化劑附近的氣膜的擴(kuò)散A.等溫情況下：對球形殼體進(jìn)行穩(wěn)態(tài)質(zhì)量衡算7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.4.通過非等溫球狀膜的擴(kuò)散7.1.一維穩(wěn)定

7、擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.4.通過非等溫球狀膜的擴(kuò)散B.非等溫情況下：假定擴(kuò)散系數(shù)和溫度的關(guān)系：7.1.一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.1.4.通過非等溫球狀膜的擴(kuò)散B.非等溫情況下：組分A通過任一球形表面的摩爾流量7.2.非穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)在工程上，經(jīng)常會遇到某些問題，不僅隨位置變化而變化，而且隨時間變化而變化。這一類問題，就是非穩(wěn)態(tài)問題7.2.非穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)7.2.1.忽略表面阻力的半無限大介質(zhì)中的非穩(wěn)態(tài)問題在鋼材的熱處理中，對鋼的滲碳及滲氮工藝，就是一種固相擴(kuò)散過程。且是典型的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程。鋼材在某一溫度下暴露于含有CO2和CO的氣體混合物中。鋼材的初始含