第05章質(zhì)量傳遞(編輯修改稿)
2025-01-26 17:23 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 關(guān)系 （ 2） BmppmB,cc、 — 漂流因子， 無(wú)量綱 意義 ：反映了主體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響程度，其值為主體流動(dòng)使 組分 A傳質(zhì)通量增大的 倍數(shù)， 其值恒大于 1，當(dāng) A的濃度很低時(shí)，其值接近于 1，主體流動(dòng)的影響可忽略。 （ 3）單向擴(kuò)散體現(xiàn)在 吸收過(guò)程 中。 第三節(jié) 分子傳質(zhì) A , 0ABAA,lniccDcNL c c???ABA A , A , 0B ,m()iDcN c cLc?? )( 0,A,AmB,ABA ppRTL ppDNi ?? A B AAAd1dD c yNyz?? ?濃度分布 濃度用摩爾分?jǐn)?shù)表示 AA BAddccNDc c z?? ?第三節(jié) 分子傳質(zhì) 組分 A的總傳質(zhì)通量： 對(duì)于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程， NA為常數(shù)，即 0dd A ?zN A B AAdd 0d 1 dD c yz y z?????????在恒溫恒壓下， DAB, c 均為常數(shù) 0dd1 1dd AA?????????? zyyzLzii yyyy?????????????,A0,A,AA1111 Lzii yyyy?????????,B0,B,BB上式經(jīng)兩次積分，代入邊界條件 組分 A通過(guò)停滯組分 B擴(kuò)散 時(shí)， 濃度分布為對(duì)數(shù)型 ppyyz ii ,A,AA,0 ??? ppyLz 0,A0,AA, ?氣相主體 : 相界面 : 第三節(jié) 分子傳質(zhì) 得： 或： 單向擴(kuò)散 【 例題 】 用溫克爾曼方法 測(cè)定氣體在空氣中的擴(kuò)散系數(shù) ， 測(cè)定裝置如圖所示 。 在 ， 將此裝置放在 328K的恒溫箱內(nèi) ，立管中盛水 ， 最初水面離上端管口的距離為 ， 迅速向上部橫管中通入干燥的空氣 ， 使水蒸氣在管口的分壓接近于零 。 實(shí)驗(yàn)測(cè)得經(jīng) 106s后 ， 管中的水面離上端管口距離為 。 求 水蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù) 。 解：水面與上端管口距離為 z，水蒸氣擴(kuò)散的傳質(zhì)通量為 單向擴(kuò)散 )( 0,A,AmB,ABA ppRTzppDNi ??AAddczNt?A A BA , A , 0B ,md ()d ic z D p ppt RTz p??傳質(zhì)通量： 用管中水面下降速度表示 =（ 328K下水的飽和蒸氣壓） ip ,A＝ 0 0,Apln,B0,B,B0,BmB, ?????iipppppkPa 328K下，水的密度為 ，故 A 18c ??kmol/m3 , ,A,B0,0, ???????? iiAB ppppppABA , A , 0A B ,d ( ) dimDpz z p p tc R Tp?? 60. 15 1. 044 10ABA,0. 125 0A B ,dd imDpz z p tc RTp????2)( 6AB22????????? D5AB ???Dm2/s 邊界條件： t=0, z= t=106s, z= 三、界面上有化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)傳質(zhì) 伴有化學(xué)反應(yīng)的擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程： 擴(kuò)散控制過(guò)程 反應(yīng)控制過(guò)程 化學(xué)反應(yīng)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是在整個(gè)相內(nèi)均勻發(fā)生的反應(yīng)，稱(chēng)為 均相反應(yīng) ；另一類(lèi)是局限在某個(gè)特定區(qū)域的反應(yīng)，可以在相的內(nèi)部，也可以在邊界上，稱(chēng)為 非均相反應(yīng) 。 化學(xué)反應(yīng)速率 ﹥ 擴(kuò)散速率 化學(xué)反應(yīng)速率 ﹤ 擴(kuò)散速率 以表面催化反應(yīng)的擴(kuò)散過(guò)程為例。如圖，氣體Ａ由氣相主體擴(kuò)散到催化劑表面，在催化劑作用下，發(fā)生一級(jí)化學(xué)反應(yīng)： A (g) + C (g) 2B (g) 催化劑表面非均相反應(yīng)及擴(kuò)散 AA A B A A Bd ()dyN D c y N Nz? ? ? ?組分 A擴(kuò)散通量 (摩爾比 )： AB 2 NN ??組分 A、 B擴(kuò)散通量間關(guān)系： A B AAAd1dD c yyz?? ?AAA A B A Bddcc N Nzc? ? ? ?組分 A擴(kuò)散通量： 注意：化學(xué)反應(yīng)式不同，傳質(zhì)通量的描述也不同 。 A , 0A,ABAA0Add 1iLyyDcN z yy?? ???邊界條件： 催化劑表面： z=0， yA=yA,i 氣相主體： z=L， yA=yA,0 一定操作條件下， DAB, c為常數(shù) A , 0ABAA,1ln1 iyDcNLy????A組分在催化劑表面的濃度，未知量， 受到反應(yīng)速率的影響 ? ?ABA A , 0l n 1DcNyL? ? ?（ 1）若反應(yīng)瞬時(shí)完成，可認(rèn)為在催化劑表面不存在 A組分，即 iy ,A=0 擴(kuò)散控制傳質(zhì)通量表達(dá)式 AA,1iNykc?（ 2） 若化學(xué)反應(yīng) 速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于擴(kuò)散速率 ， 則此過(guò)程可視為反應(yīng)控制過(guò)程 。 若為一級(jí)化學(xué)反應(yīng) ， 在催化劑表面組分 A的傳質(zhì)通量與摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系為 一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)， m/s。 A , 0ABAA11ln1yDcN NLkc????LkDyLcDNABAABA10,1)1ln(????1?ckN A超越方程 近似解 反應(yīng)控制傳質(zhì)通量表達(dá)式 )1ln( 0,AABA yL cDN ???LkDAB1 1 )1ln( 0,1 AA yckN ???LkDAB1 1 擴(kuò)散控制傳質(zhì)通量表達(dá)式 【 例題 】 為減少汽車(chē)尾氣中 NO對(duì)大氣的污染，必須對(duì)尾氣進(jìn)行凈化處理。含有 NO及 CO混合氣體的尾氣通過(guò)凈化器，尾氣中所含的 NO與凈化器中的 三效催化劑 接觸，在催化劑表面發(fā)生還原反應(yīng)，這一反應(yīng)過(guò)程可看作氣體 NO通過(guò)靜止膜的一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程。 氣相主體 已知：汽車(chē)尾氣凈化后排放溫度為 540℃ ， 壓力為 105N/m2，含有 （摩爾分?jǐn)?shù)）的 NO，該溫度下反應(yīng) 速率常數(shù)為 ，擴(kuò)散系數(shù)為 ，試確定 NO的還原速率 達(dá)到 103kmol/(m2h)時(shí)，凈化 反應(yīng)器高度的最大值。 A , 0ABAA,1ln1 iyDcNLy???在催化劑表面，有 AA,1iNykc?尾氣濃度 1
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