文档介绍：第三篇 质量的传输
第一章质量传输的基本概念
质量传质简称传质,是以物质传递的运动规律作为研究对象的。所谓质量传输过程,即物质从物体或空间的一部分转移到另一部分的过程叫传质。
当一个体系内部的一种或几种物质组分的浓度不均匀时,各组分就会从浓度高的地方向浓度低的地方转移,故其推动力是浓度差。
冶金过程中的传质发生在不同的物质和不同的浓度之间,而大多数则发生在二相物质之间
如:氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等是
气——固相间发生
吸收、吹炼气——液相间
溶解、浸出、置换液——固相间
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同动量、热量的传输密切相关,三种传输现象具有类似的规律和形式相同的微分方程式。故三者组成了完整的传输理论。前面的知识将有助于本篇的学习。
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第一章质量传输的基本定律
§1—1 基本概念
分子扩散传质和对流传质
1 分子扩散传质
典型的分子扩散传质发生在流体介质和固体介质中,亦发生在流动的流体作层流运动时。
从本质上说,它是依赖微观粒子的随机的分子运动所引起的。当体系存在浓度差时,浓度大的分子破坏了均衡态而导致了定向的分子运动,促使浓度大的区域的分子趋向浓度小的区域,而达到浓度一致,从而完成宏观的质量传输。通常情况下,分子扩散传质是很缓慢的,传递的质量亦是很少的。
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对于固体、静止的液体或作层流流动的流体,如果存在有浓度梯度,在分子运动的作用下,必然会发生分子扩散传质,在A、B二组分的混合物中,组分A沿浓度梯度相反方向上的分子扩散传质的量为:
JAy:组分A在y方向的扩散传质通量 mol/㎡sec
DAB:组分A在混合物AB中的扩散系数㎡/sec
CA:组分A的摩尔浓度 mol/ m3 y:扩散距离
2 对流传质
主要发生在流动介质不同浓度之间或相际的不同浓度之间,即发生在流体内部,流体与流体的分界面或流体与壁面间,此时,质量传递与动量传递密切相关。由于对流传质是非常活跃的,往往可将分子扩散传质忽略不计。
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(2) 对流流动传质
NA=CA·uA
式中:
CA:组分的摩尔浓度Kg/ ;
uA:物质A的流动速度m/s
NA:组分A 在传质方向上的传质量 mol/㎡sec
(2) 对流传质
NA=k c(CAf-CAw) mol/㎡sec
K c:对流传质系数
CAf: A在流体中的摩尔浓度
CAw : A在固体中的摩尔浓度
3 浓度的表示方法:
浓度差在质量传递中起主要作用。据不同的情况和需要
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浓度有着不同的表示法,常用如下几种:
质量浓度:
即单位体积内某组分的质量数,以ρi 示之,Kg/m3
实际上是密度的定义ρi
摩尔浓度:
即单位体积内某组分的摩尔数,以Ci 示之, mol/m3 CA 则表示混合物中组分A的摩尔浓度,
与质量浓度的关系为:
Ci =ρi / Mi
质量分数(相对质量浓度)
混合物内某组分在其中所占质量数值的百分数% ,以ωi示之,ωA 则为在混合物中组分A所占的质量百分数
ωA=ρA/ρ
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摩尔分数(相对摩尔浓度)
χA=CA / C
某组分在混合物中所占摩尔数值的百分数% ,以хi示之,хA 则为混合物中组分A 所占的摩尔百分数
C为混合物中各组分的总摩尔浓度
以双组分A、B 的混合物为例,它们的关系为:
ρ= ρA + ρB kg/m3 C = C A+CB mol/m3
ωA= (ρA / ρ) % ωB= (ρB / ρ)%
χA=(CA / C)% χB=(CB / C )%
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、浓度梯度、浓度附面层
某组分浓度在空间的分布及随时间变化规律叫该组分的浓度场,
即: C i =f(x,y,z,τ)
(在直角坐标系中)
若: ∂C i / ∂τ=0
Ci =f(x,y,z)
即为稳定浓度场;在该场中传质即为定态传质。
浓度场的维数
同前一样可分为一维、二维、三维的稳定和非稳定问题。
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同速度、温度一样,梯度的定义为
gradC=dC/dy
即在传质方向上单位距离的浓度变化量
3 .浓度附面层
有浓度梯度的区域叫浓度附面层
C=(Cf—Cw)+Cw
的区域叫浓度附面层,其原因主要是速度附面层引起的,其厚度用δc 表示
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