第四章传质及曝气
第四章 传质及曝气
本章主要内容及重难点>主要内容气-液传质模型、数学模型来描述传质过程（Whitman、Higbie、Danckwerts理论）曝气设备的传质分析吹脱塔原理与设计>重点双膜理论、曝气设备充氧能力、气泡传质、机械曝气、鼓风曝气、水膜的传质、氨吹脱√难点双模理论的理解、气泡与水膜的传质过程与应用
本章主要内容及重难点 ➢ 主要内容 气-液传质模型、数学模型来描述传质过程（Whitman、Higb ie、 Danckwerts理论） 曝气设备的传质分析 吹脱塔原理与设计 ➢ 重点 双膜理论、曝气设备充氧能力、气泡传质、机械曝气、鼓 风曝气、水膜的传质、氨吹脱 ➢ 难点 双模理论的理解、气泡与水膜的传质过程与应用
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第四章传质与曝气1.传质的定义：传质是质量传递的简称。凡是由于某种推动力（drivingforce）所引起的物质分子或流体微元（fluidelement）的运动都称为传质。区别于物质的输送，其包括了分子扩散和物质迁移。2.传质的内容：在静止介质中的分子扩散：在层流流体中的分子扩散；在自由紊动液流中的漩涡扩散；在两相间的传质
第四章 传质与曝气 1.传质的定义： 传质是质量传递的简称。凡是由于某种推动力（driving force）所引起 的物质分子或流体微元（fluid element）的运动都称为传质。区别于物质 的输送，其包括了分子扩散和物质迁移。 2.传质的内容： ⚫ 在静止介质中的分子扩散； ⚫ 在层流流体中的分子扩散； ⚫ 在自由紊动液流中的漩涡扩散； ⚫ 在两相间的传质
4.1亨利定律1.水溶液的亨利定律水溶液的亨利定律表示为：CA= HAPA55.49式中:H一亨利常数的另一形式，单位为mol/L·Pa，其表达式为HA=kACA一气体A的物质量的浓度；PA一气体A在气相总压力p中所占的分压，以Pa计。水处理中可能遇到的气体的k和H值见教材表4-1，氧气与氮气的亨利系数kA随分压的变化数值见教材表4-2
4.1 亨利定律 1.水溶液的亨利定律 水溶液的亨利定律表示为： 式中:HA—亨利常数的另一形式，单位为mol/L·Pa，其表达式为HA= ； cA—气体A的物质量的浓度； pA—气体A在气相总压力p中所占的分压，以Pa计。 水处理中可能遇到的气体的kA和HA值见教材表4-1，氧气与氮气的亨利系数 kA随分压的变化数值见教材表4-2。 A A A c H p = 55.49 A k
4.1亨利定律当污染物在水中溶解所产生的烩变化不受温度的影响时，亨利常数KA与温度间的关系可表示为下列公式：AHO+Klg ka =RT式中：R-一一摩尔气体常数；T一一热力学温度；△H一一A溶于水中产生的烩变化，J/mol;K——常数
4.1 亨利定律 当污染物在水中溶解所产生的焓变化不受温度的影响时，亨利常数KA 与温度间的关系可表示为下列公式： 式中：R——摩尔气体常数； T——热力学温度； △H——A溶于水中产生的焓变化，J/mol； K——常数 。 K RT H kA + − = lg
4.2气一液传质模型用数学模型来描述传质过程，常用有：（1）1926年由Whitman提出的双膜理论；（2）1935年由Higbie提出的浅渗理论；（3）1951年由Danckwerts提出的表面更换理论气体向液体内传递的双膜理论概念如图4-2，以氧气和水做气液体为例。氧气在气相内的分压pb，在界面上的分压为pi。在界面的气相一侧有一层厚度为8。的气膜。界面上氧浓度为ci，相应于pr的氧气浓度为c*(c*=Hpb)。在界面的另一侧存在一层厚度为8,的水膜。水内氧气的主体浓度为Cb，相应的氧气分压为P*(cb*=H,*)。由于膜很薄，膜内浓度及压力的变化都按直线关系表示
4.2 气—液传质模型 用数学模型来描述传质过程，常用有： （1）1926年由Whitman提出的双膜理论； （2）1935年由Higbie提出的浅渗理论； （3）1951年由Danckwerts提出的表面更换理论 气体向液体内传递的双膜理论概念如图4-2，以氧气和水做气液体为 例。氧气在气相内的分压pb，在界面上的分压为pi。在界面的气相一侧有 一层厚度为δg的气膜。界面上氧浓度为ci，相应于pb的氧气浓度为 c*(c*=Hpb )。在界面的另一侧存在一层厚度为δt的水膜。水内氧气的主体 浓度为cb，相应的氧气分压为P*(cb*=Hp*)。由于膜很薄，膜内浓度及压 力的变化都按直线关系表示
4.2气一液传质模型1.双模理论双膜模型做了三个假定：A.在气一水交界面的两边各有一层不动的膜：B氧的传递过程是稳定的，即通过气膜通量与通过水膜的通量是相等的C.在交界面上，气与水立即达到平衡状态
4.2 气—液传质模型 1.双模理论 双膜模型做了三个假定： A.在气—水交界面的两边各有一层不动的膜； B.氧的传递过程是稳定的，即通过气膜通量与通过水膜的通量是相等的； C.在交界面上，气与水立即达到平衡状态
4.2气一液传质模型交界面交界面C;b浓度CC气主体水主体o.8图4-】传质的膜示意图4-2双膜理论
4.2 气—液传质模型
4.2气一液传质模型由气膜一侧来表示氧的通量N为N。=kg(P,-p,)式中：kg一推动力（Pb-P）与通量N。间的比例常数，即气膜的质系数，量纲为摩尔/面积·时间·大气压。上式可改成下列形式：H(P, - P)N。=H/k.9式中：H一亨利定律常数。由上式知Hpb=c*，Hp=Ci，即分子项代表了一个浓度差，因此分母H/K。相当于一个阻力，称为气膜的阻力
由气膜一侧来表示氧的通量N0为 式中：kg—推动力（Pb -Pi）与通量N0间的比例常数，即气膜的质系数， 量纲为摩尔/面积·时间·大气压。上式可改成下列形式： 式中：H—亨利定律常数。由上式知Hpb=c*，Hpi=ci，即分子项代表了 一个浓度差，因此分母H/kg相当于一个阻力，称为气膜的阻力。 i 0 g ( ) H P P b N H k − = 4.2 气—液传质模型 0 ( ) N kg p p = −b i