第一章传质概论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三篇质量传输,第一章 质量传输的基本概念,1.1,概述,认识传质,1.2,两种质量传输方式,1.3,传质通量,第二章 质量传输微分方程,2.1,微分方程的导出,2.2,单值条件（定值条件,）,第三章 分子扩散传质,3.1,概述,3.2,菲克第一定律扩散系数,3.3,扩散机理与扩散系数,3.4,稳态一维扩散传质,3.5,不稳态扩散传质,菲克第二定律,第四章对流流动传质,质量传输课件,1.1,概述,认识传质,我们大家都学过化学，知道化学反应过程有三个基本环节，不但需要有参与反应的物质，更重要的是参与反应的物质必须接触，接触以后才能发生化学反应；而且，反应的产物必须及时的排除，及时离开反应现场，否则过高的产物浓度会影响反应的继续进行。那么这个参与反应的物质 从其它地点“赶往”反应地点的过程，反应产物从反 应地点离开、“排除”到其它地方的过程，都是物质传输的过程，在“三传”上，也叫质量传输过程。我们要想控制反应过程，我们希望的反应如何进得快一点、彻底一点，我们不希望的反应如何尽量慢、尽量少地发生，都需要研究物质的传输过程。,第一章 质量传输的基本概念,质量传输课件,热量传输课件,反应物,A,产物,A,m,B,n,反应物,B,物质浓度,冶金过程是一个高温化学反应过程，它充满了质量传输现象。它发生在不同的物质之间、或不同的相之间、或同一体系的不同地点之间；冶金过程是一个多相反应体系，控制反应的传质过程大多数则发生在两相物质之间,。,后面要讲，因为相际之间的传质主要靠扩散。,为什么这么说呢,?,高温反应的一个特点就是：在过程的三个基本环节中，由于反应物质的活化能都比较高，因此化学反应环节往往不是整个过程的限制性环节。,前面已篇我们讲述了传热过程。如果说传热过程影响冶金反应的进行，那么在大多数情况下它是间接影响的，尽管许多情况下这个影响非常之大；而物质传输对冶金反应的影响则是直接的，因此多数情况下是最重要的影响。,质量传输课件,那个环节起决定作用呢？,传质限制环节,传热限制环节,化学反应环节,也就是说，如果体系的吉布斯自由能能够降低，只要参与反应的物质能够顺利地接触，只要反应产物能够顺利排出，那么，这个反应都能顺利进行。因此，“使反应物质能够顺利接触、排出”的这个传质过程，往往是高温冶金过程的关键性和限制性环节，它决定着整个冶金过程进行的快慢，甚至决定是否能够进行，因而成为直接影响冶金过程的传输现象。例如溅渣护炉过程气化脱磷反应。,物质传输过程，也叫质量传输，简称传质。,传质的机理从微观上说，是以传质的不同形式而不同，从宏观上说都是遵从热力学第二定律，也就是“熵增”原理。,什么是传质？,质量传输课件,从熵增原理（热力学机率增大）说，只要有浓度差存在，传质现象的发生是必然的。,1.2,两种质量传输方式,质量传输的基本方式有两种：,分子扩散传质,地点,：一般说来，扩散传质发生在固体介质中、或静止的流体介质中、或作层流流动的流动介质中。,机理,：从微观上说，它是依靠物体微观粒子的随机分子运动（布朗运动）发生的，由于熵增原理的作用，当存在浓度差时，分子从浓度高的地方运动到浓度低的地方后，返回浓度高的地方的几率相对较小，从而在浓度差的作用下导致了分子的定向运动，使浓度趋于均匀一致，从而完成宏观的物质传输。,质量传输课件,分子扩散传质,对流流动传质,高浓度区,低浓度区,浓度趋于平衡,质量传输课件,类比：,扩散传质与传导传热、粘性动量扩散过程的背景都是微观粒子的随机运动，因此，扩散传质与粘性动量扩散、导热密切相关，有着类似的数学表达式：,菲克扩散定律,傅立叶导热定律,牛顿粘性定律,式中，,j,A,或,J,A,表示与,n,相反方向上的扩散传质通量，即单位时间内通过单位面积的物质的量，分别为,gm,-2,s,-1,，和,molm,-2,s,-1,；,质量传输课件,能渗透的金属膜,不能渗透的器壁,接高压（,p,）容器,接高压（,p,）容器,气体通过金属隔膜中的扩散示意图,质量传输课件,D,A,是,A,物质在介质中的扩散系数，,m,2,s,-1,，与浓度表示方式无关；,A,和,C,A,分别为,A,物质的浓度，单位分别为,gm,-3,和,molm,-3,；,n,为,A,物质等浓度曲面的法线方向长度，单位为,m,。,特点,通常无流动情况下，分子扩散传质很缓慢，传输的物质量是很小的。,质量传输课件,对流传质（对流流动传质）,对流,传质,特点,地点,机理,类比,流向,传质,传质方向与流体宏观流动方向一致,发生在同相流体不同浓度部分之间,依靠宏观的流体流动来传输物质,热对流,非流向传质,传质的方向与流体宏观流动方向垂直，有边界层存在,多发生在不同浓度的相际之间,相内有流动但相际之间没有宏观的流动，是分子扩散和对流的共同结果,对流,给热,质量传输课件,流向传质：,当传质方向与流体流动方向一致时，,A,物质在介质中传质通量为：,其中，,v,A,是,A,物质的流动速度，,v,是流体的流动速度，显然,v,A,应该包括因扩散（包括湍流扩散）而造成的,A,物质流动速度部分,v,A,*,。,质量传输课件,注意：,式中：,式中：,或：,质量传输课件,其中包含：,非流向传质：,当对流流动传质发生在相际之间时，传质方向一般垂直于流动方向，类比于对流给热（包括湍流、层流）：,质量传输课件,1.3,关于传质通量的量纲,质量传输课件,思考题,1.,什么是传质？,2.,质量传输的两种方式？,3.,菲克定律的数学表达式是什么？,4.,扩散传质的特点、机理？,5.,对流传质的特点机理？,6.,对流传质的流向传质与非流向传质,认识钢铁生产流程,流程,接下一张,返回,