Chương 3 Khuếch tán đối lưu Hệ số truyền khối

Chương 3 Khuếch tán đối lưu Hệ số truyền khối Khuếch tán đối lưu - convection Khái niệm: Trong 1 pha có sự dịch chuyển vật chất do các phần tử chuyển động → đạt đến sự cân bằng nồng đ

Chương 3 Khuếch tán đối lưu

Hệ số truyền khối

Khuếch tán đối lưu - convection

Khái niệm:

Trong 1 pha có sự dịch chuyển vật chất do các phần tử chuyển

động → đạt đến sự cân bằng nồng độ trong 1 pha.

Phần tử > phân tử về kích thước.

Ý nghĩa: Khuếch tán đối lưu bao gồm cả khuếch tán phần tử

Khuếch tán đối lưu

Truyền khối

Cân bằng

Vận tốc truyền khối = (Hệ số truyền khối) (Sai biệt

nồng độ)

Khuếch tán đối lưu

Vận tốc truyền khối = k F (CA - CAS) , mol/s

k: hệ số truyền khối, m/s

Thông lượng khuếch tán [mol/m2.s]

NAA = -DABAB (∂C ( AA/∂z) )z =0z =0 = kLL (C ( AA – CASAS) )

[mol/m2.s]

k : hệ số truyền khối mol/[s.m2.(mol/m3)]

Hệ số truyền khối 1 pha trong pha khí

Nồng độ → hệ số truyền khối

Áp suất riêng phần: p = [at, Pa, mmHg]

→ k [ mol/diệntí ch thơ ø igian ápsuất ]

→ kG= [ mol/diệnt ch.th ø igian.ápsuat ]

Phần mol y = [phần mol]

→ ky = [ mol/diệntí ch.thơ ø igian.phầnmol ]

Nồng đ ộ mol: C = [mol/m3]

k [ l/di ä tí h thơ ø i i ( l/th åtí h) ]

→kC= [ mol/diệntí ch.thơ ø igian.(mol/thểtí ch) ]

Hệ số truyền khối 1 pha - Trong pha lỏng

Nồng độ

Phần mol: x = [phần mol ]

N = k Δx

NA= kx ΔxA

→ kx = [ mol/diệntích.thờigian.phầnmol ]

Nồng độ mol: C= [mol/m3]

NA = kL ΔCA

ể

→ kL= [ mol/diệntích.thờigian.mol/thểtích ]

= ( chiều dài/thời gian )

Hệ số truyền khối 1 pha

Tốc độ truyền khối

Bài toán:

Một lớp màng chất lỏng đang chảy xuống

ở trạng thái chảy tầng qua mặt phẳng

thẳng đứng và tiếp xúc với khí A hòa tan

vào chất lỏng Chất lỏng có nồng độ A

đồng nhất tại đỉnh, CAo Tại bề mặt chất

lỏng, nồng độ của chất khí hòa tan là C Ai,

cân bằng với áp suất của A trong pha khí

CAi> CAonên chất khí hòa tan vào chất

CAi CAonên chất khí hòa tan vào chất

lỏng

Xác định hệ số truyền khối để tính

lượng khí hòa tan vào chất lỏng sau khi

Điều kiện giả thiết

9Phương trình liên tục của cấu tử A

9Phương trình Navier - Stokes

Tốc độ truyền khối

ệ g

Không có phản ứng hoá học

(không có nguồn sinh chất đang

xét)

Truyền khối theo phương x, y

ể không đáng kể so với phương z.

Trạng thái ổn định

D, ρ μ… không đổi theo thời gian

Tốc độ truyền khối

Hệ số truyền khối

Phụ thuộc đại lượng vật lý và điều kiện thuỷ

động của hệ đang xét

Bốn phương pháp xác định hệ số truyền khối p g p p y

là:

1- Phân tích thứ nguyên kết hợp với thực nghiệm

2- Phân tích chính xác lớp - biên

3- Tương tự giữa truyền moment, truyền nhiệt và

truyền khối

4- Phân tích gần đúng lớp – biên

Phân tích thứ nguyên kết hợp với thực nghiệm

Xét dòng chảy trong ống tròn kín đối lưu cưỡng bức Vật chất được

truyền giữa tường ống và dòng lưu chất do động lực nồng độ

Biến số Ký hiệu Thứ nguyên

ố

Theo Định lý Pi:

- Ba biến số cơ sở là DAB, ρ và D

Phân tích thứ nguyên kết hợp với thực nghiệm

1

π = DAB a ρb cD kc π =2 Dd ABρeD vf π =3 DAB g ρhDiμ

;

2

3

1 = (L ) (a M) ( ) ( )b L c L

Cân bằng thứ nguyên:

L: 0 = 2a – 3b + c + 1;

t: 0 = –a – 1

a = –1;

b = 0; π =1 k D DC / AB

M: 0 = b

;

c = 1

AB

C D

D k

Sh =

Chuẩn số Sherwood

Phân tích thứ nguyên kết hợp với thực nghiệm

;

AB

C D

D k

Sh =

=

1

AB D

Sc

ρ

μ

π3 = = −

Re

3

2 = =

μ

υρ

π

Chuẩn số Schmidt

Chuẩn số Reynolds

π

Sh=f(Re, Sc)

Truyền vận

;

Phương trình chuẩn số

;

Sh=f(Re, Sc, Gr,Pe)

Phương trình chuẩn số

;

Phương trình chuẩn số

;

Dòng chảy trong ống

Schmidt cao (từ 430 đến 10.000)

Dòng chảy qua hạt đơn hình cầu g y q ạ

Sh = 2 0 1 0 276 , ( + , Re1 2/ Sc1 3/ )

Phương trình chuẩn số

;

Cho không khí khô ở 40oC, 1 atm thổi qua lớp hạt Naphtalen

với vận tốc 2,5m/s Tính tốc độ thăng hoa của Naphtalen trong

trường hợp nói trên nếu hạt có đường kính 10mm, độ xốp 0,4;

áp suất riêng phần của Naphtalen trên bề mặt hạt ở đk nói trên là

áp suất riêng phần của Naphtalen trên bề mặt hạt ở đk nói trên là

110mmHg

Độ nhớt của không khí là v=16,96.10-6m2/s