文档介绍：第四章膜传递工学
•引言
•传质微分方程
•不可逆热力学
•几种传质模型
引言
传递过程分类:动量、质量、热量
动量传递:流体流动
质量:分子扩散、对流
热量:热传导、对流、辐射
相关单元操作:离心、萃取、吸收、精
馏、干燥
膜传递
•压力驱动型膜过程:动量、质量传递
•渗透汽化、膜蒸馏(分压驱动):热
量、质量传递
•等同于传递理论中在固相(液膜除外)
中的传递
膜传递三种类型
膜
组分A 组分A
C
高浓度
低浓度
AC 低浓度
高浓度膜
组分B
a. 被动传递(扩散传递) b. 促进传递(载体介导)
膜组分B
高浓度
C
组分A AC
低浓度
c. 主动传递(载体介导)
膜传递过程步骤
•高压侧料液中溶质i通过对流传递到膜表面溶液中,由
于溶剂透过膜,溶质i被截留在边界层中,其浓度上
升,此即浓度极化现象;
•边界层溶液中i组分溶解或吸附于膜高压侧表面,其在
膜内浓度与在边界层之比定义为分配系数;
• i组分透过扩散透过表皮层,由于表皮层的分离作用,
其浓度降低;
•多孔支撑层通常不具有分离作用,仅对渗透过程形成阻
力,因此在多孔支撑层中溶质浓度不变;
•从低压侧表面解吸,因多孔层无选择性,则其分配系数
接近于1,在低压侧边界层中也不存在浓差极化现象。
溶质通过非对称膜分离示意图
传质方程
•化工基础: J = Ddc / dx,分子扩散
J =kDC,对流
通量(J)=比例系数(K)´ 推动力(X)
推动力(X)=位差(DX)/膜厚(d)
膜过程中的位差主要有两种,即化学位差和电位差、磁场、离心力场及
重力等作用力产生的位差,本章只涉及化学位差(包括压力差、浓度差
和温度差)、电位差和电化学位差。
分子传质微分方程
DC ¶ 2C ¶ 2C ¶ 2C
•对于双组分混合物 A A A A
= DAB ( 2 + 2 + 2 ) +RA
的总摩尔浓度C为常 Dt ¶x ¶y ¶z
数、有分子扩散并伴 DC ¶C ¶C ¶C ¶C
A = A +u A +u A +u A
有化学反应时的非稳 Dt ¶t mx ¶x my ¶y mz ¶z
态三维传质过程,传
umx ,umy ,umz 摩尔平均速度在x,y,z三个方向的分量
质微分方程(连续性
RA 单位体积中组分A由于化
方程)的形式为学反应所生成的摩尔速率
特殊情况
DC ¶ 2C ¶ 2C ¶ 2C
A = D ( A + A + A )
•不存在化学反应, Dt AB ¶x 2 ¶y 2 ¶z 2
RA=0
•当在固体或停滞流体¶ C ¶ 2C ¶ 2C ¶ 2C
A = D ( A + A + A )
中进行质量传递(介¶ t AB ¶x 2 ¶y 2 ¶z 2
质不运动)且无化学
¶ 2C ¶ 2C ¶ 2C
反应时 A A A =
2 + 2 + 2 0
•对于稳态的情况,浓¶ x ¶ y ¶z
度不是时间的函数¶ 2C
A =0
•对于一维稳态传质¶x 2
适用范围:费克型扩散
d ³1003