第八章 传质过程导论
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化工原理,第8-9章
第八章 传质过程导论第一节 概述8-1 化工生产中的传质过程均相物系的分离（提纯，回收）1.吸收2.气体的减湿3.液－液萃取4.固－液萃取（浸沥，浸取）5.结晶6.吸附（脱附）7.干燥 8精馏 目的：湿分离或混合8-2 相组成的表示法1. 质量分率和摩尔分率m m a A A =m ma B B = mm a C C = ………. ......+++=C B A m m m mA,B 两组分 a a -1 n n x A A =n nx B B = nn x C C = ……. ......+++=C B A n n n n .......1+++=C B A x x x互换 A A A A A m m a m m x ==BB B m ma x = ……. ∑=++=i i i B B A A m a m m m a m m a n ...... ()....,,C B A i = 故 ∑==i iiAAA A m a m a n n x iiiA A A m x m a a ∑=2.质量比和摩尔比质量比 B A m m a /=摩尔比 B A n n X =()a a a -=1 ()x x X -=1()X X x -=13．浓度质量浓度 V m C A A = 3/m kg摩尔浓度 V n C A A = 3/m k m o l均相混合物的密度ρ即为各组分质量浓度的总和（体积与混合物相等）∑=++=i B A C C C ........ρρA V ma V m C A A A ===C x V n x V n C A A A A ===混合气体 RTp V n C A A A ==RTp M V n M V m C AA A A A A ===气体总摩尔浓度 RTpV n C ==摩尔分率与分压分率相等 pp n n y AA A ==气体混合物摩尔比可用分压比表示 BB AA B B A A B A M p M p M n M n n n Y ===第二节 扩散原理8-3 基本概念和费克定律分子扩散： 扩散速率与浓度梯度成正比 费克定律： 对双组分物系下表达为： dzdl D J AABA -= A J —分子A 的扩散通量 s m kmol ⋅2/ 方向与浓度样应相反 AB D —比例系数 组分A 在介质B 中的扩散系数 s m /2A c —组分A 浓度，3/m kmoldz dc A —组分A 的浓度梯度 4/m kmol RT p c A A =得 dzdp RT D J AAB A -= 定义A J 通过得截面是“分子对称”得，即有一个A 分子通过某一截面，就有一个B 分子反方向通过这一截面，填补原A 分子得空部位，这种分子对称面为固定时，较为简便。
《化工原理》8传质过程导论2
统为单向扩散时（B为停滞组分）， J A ＝ J B
NA ＞NBຫໍສະໝຸດ 传质通量（总通量）等于扩散通量的条件是：等摩尔相互扩散
双组分气体混合物中，组分A的扩散系数是：
(A)系统的物质属性
(B)组分A的物质属性
(C)只取决于系统的状态 (D) 以上三者都不是
College of Power Engineering NNU WANG Yanhua
pB1
p pA2 p pA1 ln p pA2 p pA1
p A1
ln p
p pA1
ln
2 101.3
100.5kPa
101.3 2
D N ART(z2 z1) pBm P( pA1 pA2 )
7.7 107 8.314 293 (0.022 0.01) 100.5
101.3 (2 0) 1.12105 m2 / s
D2
D1
p1 p2
T2 T1
1.75
二、液体中的D 约10-5cm2/s
分子密集 D液<D气
计算：经验公式，p11式(8-23) 或表8-4
【例】： 在一直立的毛细玻璃管内装有乙醇，初始液面距离管 口10mm，如图所示。管内乙醇保持为293K(乙醇饱和蒸汽压为 1.9998kPa)，大气压为101.3kPa。当有一空气始终平缓吹过管 口时，经100小时后，管内乙醇液面下降至距管口21.98mm处。
D RTZ
P pBm
( pA1
pA2 )
气相
NAL
D z
L
c csm
cAq
cA2
L
液相
与等摩尔相互扩散相比多了一个因子p/pBm——漂流因数。 漂流因数反映总体流动对传质速率的影响。 p/pBm>1 传质速率较大。 若pA p/pBm；反之pA p/pBm≈1
第八章 - 第二讲 -传质概论-分子扩散
kg / m3
= i
对气体混合物(在总压不太高时)中A组分的质量浓度为
A
=
pAM A RT
kg / m3
三、浓度
2.摩尔浓度
指单位体积内的物质的量，对A组分
CA
=
nA V
mol / m3
c = ci
对于气体混合物(在总压不太高时)，若其中组分A的分 压为PA，则可由理想气体定律计算其摩尔浓度
积分：z=z1 ：PA =PA1 z=z2 ：PA =PA2
NA
=
D
RT
(PA1
−
) PA2
同理：
NB
=
D
RT
(PB1
−
PB2
)
NA
=
−
D RT
PA1 z1
− −
PA2 z2
NA = −NB
净物质通量： N = N A + NB = 0
一、等分子反向扩散
注：
①液相：总浓度CM=CA+CB，则：
( ) N AL
= J AL
= D
L
CA1 − CA2
L
( ) NBL
=
J BL
=
D
L
CB1 − CB2
L
NAL = −NBL
②实际中少有等分子反向扩散，但对于二组分摩尔汽化潜 热相等的精馏过程，可视为此类型。
第一节 传质过程概述
3.质量浓度与摩尔浓度
组成 质量浓度 摩尔浓度
计算公式
Ci
=
mi V
=
M i pi RT
ci
= ni V
=
pi RT
换算公式
Ci = ai
化工原理知识点
ln 1
S
yb ya
ya ya
S
（2）对数平均推动力法
NOG
yb ya ym
ym
yb ln
ya yb
ya
15. 气相总传质单元高度 HTU：h0 HOG NOG （流动状况、物系、填料特性和操作条件）
越小越好 16.判断脱吸、吸收
第 10 章 蒸馏 1. 蒸馏：利用各组分挥发度的差异将均相液体混合物加以分离的单元操作
1. 萃取：利用液体混合物中各组分在外加溶剂中溶解度的差异而分离该混合物的操作 2.萃取剂的选择：对溶质溶解性大、选择性好、B 与 S 互溶度越小越好、萃取剂易于回收、 萃取相与萃余相密度差异大
3.溶解度曲线：分为两相区（下方）和均相区（上方）。随着 S 萃取剂增多，溶解度增大， 向均相区移动
4. 分配系数 kA：斜率或 kA 越大，越有利于萃取分离，与溶解度系数类似 5. 选择性系数β：β＞1，与α类似
（1） cA H pA 溶解度系数， kmol/(m3·Pa) T 增大，H 减小 P 在几个大气压范围
内对 H 影响可忽略。其他情况下，一般 P 增大，H 增大 H 越大，表明在相同的 pA 下 cA* 越大，故越易溶。
（2）E C H
越难溶
亨利系数，Pa
T 增大，E 增大；P 对 E 影响可忽略 pA ExA E 越大，
第 9 章 吸收 1. 吸收：利用气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的差异来分离气体混合物的操作 2.吸收的应用：原料气的净化、回收有用的组分、某些产品的制取、废气的治理
3. 回收率 Yb Ya 1 Ya
Yb
Yb
分子扩散与单向传.
nA 3 c A ，kmol / m V
对于气体混合物：当总压p<1MPa,可 按照理想气体处理，其 摩尔浓度： 质量浓度：
nA pA cA V RT
mA M AnA M A p A CA V V RT
由道尔顿分压定律 摩尔分率：
nA p A yA , n p
气体混合物： 摩尔比：
分子扩散现象：
ABΒιβλιοθήκη 2.费克定律现以双组分气体（A+B），为例： 气体分子A,B处于不停地杂乱、 无规运动中，A与B及其自身相互碰 撞，改变速度大小和运动方向。
组分A的某个分子可能 在碰撞中由(1)处到达 (2)处。(2)处的A分子 可能到达(1)处。 1）若各处A的浓度相 等,则1-2与2-1的扩 散量相等，净传质=0 2）若A的浓度(1)>(2), 则1-2的A要多于2-1的A，净传质量>0
三.浓度：单位体积的物质的质量 或物质的量(摩尔数) 。 1.质量浓度： 2.摩尔浓度： 对于均相物系： CA CB CC ... Ci
m A wA m CA wA V V nA xAn cA x AC V V
mA 3 CA ，kg / m V
nA p A y A y Y nB pB yB 1 y
第二节：扩散原理 8-3 费克定律 1.相际传质概念： 当流体静止或作平行于相界面的层 流流动时，传质只能借助于分子的 热运动引起的扩散来进行。 分子扩散：流体内某一组分存 在浓度差时，则由于分子运动使组 分从浓度高处传递至浓度低处。
第一节 概述 8-1 化工生产中的传质过程 1.研究对象:均相物系的相际传质 2.常见的传质单元操作: 吸收—物质由气相进入液相 液液萃取—溶质由一液相进入另一液相 固液萃取—浸取，溶质由固相进入液相 结晶—溶质液相变为固相 干燥—液体经过气化，脱离固体 精馏—不同物质在气液两相间的转移
第08章 传质过程导论
说明： （1）JA,z、 JB,z是相对扩散通量 （绝对扩散通量用NA,z表示）
组分A移走后，出现空位，其他 分子（可能是A也可能是B）将会 补位，若A、B分子量不等，那么 质量中心会局部发生漂移。JA,z、 JB,z是为了使JA,z＋ JB,z＝0而定义的 ，即JA,z、 JB,z是相对于一个移动的 扩散面而定义的扩散通量。
组分A的扩散量JA,z A
B
A
B
A
B BA
（2）JA,z＝－ JB,z 由JA,z＋ JB,z＝0可证得。
B
A A
B
A B
B
组分B的扩散量JB,z 质量中心面
A 13/36
《化工原理》电子教案/第八章
一．菲克定律
说明： （3）DA,B是物性。
DA,B f (P,T, x) 转下页
DA,B（气） 10-5m2/s DA,B（液） 10-9m2/s DA,B（固） <10-10m2/s
mA V
M AnA V
pA M A RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
《化工原理》电子教案/第八章
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四．传质方式
第一节 概述
传质的两种方式
分子扩散 ---发生在静止流体、层流流动的流体中，
靠分子运动进行的。
对流传质（给质过程） ---发生在湍流流动的流体中， 靠流体微团的脉动进行的。
每cm3 所具有的分子个数： 氧气：2.5×1019 水：3.3×1022 铜：7.3×1022
组分A的扩散量JA,z A
（4）对二元体系，扩散系数的下标 B A B
可去掉。即
A
B BA
对气体体系有：DA,B＝ DB,A 对液体体系有：DA,B DB,A
组分A移走后，出现空位，其他 分子（可能是A也可能是B）将会 补位，若A、B分子量不等，那么 质量中心会局部发生漂移。JA,z、 JB,z是为了使JA,z＋ JB,z＝0而定义的 ，即JA,z、 JB,z是相对于一个移动的 扩散面而定义的扩散通量。
组分A的扩散量JA,z A
B
A
B
A
B BA
（2）JA,z＝－ JB,z 由JA,z＋ JB,z＝0可证得。
B
A A
B
A B
B
组分B的扩散量JB,z 质量中心面
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《化工原理》电子教案/第八章
一．菲克定律
说明： （3）DA,B是物性。
DA,B f (P,T, x) 转下页
DA,B（气） 10-5m2/s DA,B（液） 10-9m2/s DA,B（固） <10-10m2/s
mA V
M AnA V
pA M A RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
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四．传质方式
第一节 概述
传质的两种方式
分子扩散 ---发生在静止流体、层流流动的流体中，
靠分子运动进行的。
对流传质（给质过程） ---发生在湍流流动的流体中， 靠流体微团的脉动进行的。
每cm3 所具有的分子个数： 氧气：2.5×1019 水：3.3×1022 铜：7.3×1022
组分A的扩散量JA,z A
（4）对二元体系，扩散系数的下标 B A B
可去掉。即
A
B BA
对气体体系有：DA,B＝ DB,A 对液体体系有：DA,B DB,A
第八章 传质过程导论
几点说明：
A、与导热不同，分子扩散的特点是：当一个 分子沿扩散方向移去后，留下的空位由其他分 子填空。 B、对JA的定义是通过“分子对称”的截面： 既有一个净A分子通过这截面，也有相等的净 B分子反方向通过同一截面，填补A的净空位。
C、分子对称面在空间上既可以是固定，也可 以是移动的。
费克定律同傅利叶定律及牛顿粘性定律
热量传递（热量扩散）
dQ dA t
n
（热量通量）= -（热量扩散系数）×（热量浓度梯度）
（通量）= -（扩散系数）×（浓度梯度）
分子传递基本定律，在固体中、静止或层流流动的流体内才会产生这种传 递过程。
质量传递（扩散）？
？
（质量通量）= -（质量扩散系数）×（质量浓度梯度）
简单回顾3：
总体 N A J A J B Nb Nb
1 PA1
AB
1’
JA
Nb
JB
F
F’
NA,b NB,b
PA2 2
AB 2’
总体流动通量Nb与A穿过界面2-2’的
Z
传质通量NA相等
NA
由组分B的恒算式
Nb
c cB
JB
c cB
JA
代入组分A恒算式得
NA
JA
cA c
c
cB
JA
1
cA cB
J A
液相 A+B
相界面
气相 A+B
A 精馏
B
分离依据
利用液相各组分 的挥发度差异
传质推动力
ΔP、ΔC Δy 、Δx
吸附和干燥过程
相界面
气液相
固相
A+B
C
A 吸附
化工原理考试试卷答案
1.3
0.0256 0.0430
Ya1.68Xa0（1分）
yb
yb
yb
0.07 0.0430
0.0270
（1分）
Ya
Ya
Ya
0.0021 0 0.0021
Ym
Yb
Ya
0.0270 0.0021
Kya
4•解：⑴
NOG
HOG
0.0370
HOG0.5
Ya
yb
min
1.2
Xb
yb
Yb1.8Xb
yb
Ya
Ya
yb
b
0.015 0.05 0.001
L 0.0200 0
L 0.0368kmol m
S1（1分）
（2）Yb1.75 Xb1.75 0.0200
0.0350
Ya1.75 Xa0
（1分）
Yb
Yb
Yb
0.05 0.0350 0.0150
（1分）
Ya
Ya
Ya
0.001 0 0.001
Ym
Yb
ln上
Ya
Ya
0.0150 0.001
（1分）
0.001
0.0167 0.0004
1.1656（1分）
1.5 1.1656 1.7485（1分〉
y∣j
y∣j
Yb
L G
Yb
Ya
Ym
h°
Ya
Xa
1.2 0.0113
Yb
Yb
OG
0.02 0.001
1.7485
0.01356
0.02 0.01356
Ya
Ya
0.0004 0.0113
0.0256 0.0430
Ya1.68Xa0（1分）
yb
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4•解：⑴
NOG
HOG
0.0370
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Yb1.8Xb
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0.015 0.05 0.001
L 0.0200 0
L 0.0368kmol m
S1（1分）
（2）Yb1.75 Xb1.75 0.0200
0.0350
Ya1.75 Xa0
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1.5 1.1656 1.7485（1分〉
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扩散：单组分A或B的流动——总体流动：混合物总体的宏观流动
N N b J A J B N b , N b,A
cA c N b , N b,B B N b cM cM
总体流动bulk flow of the mixture≠净物流net flow 但总体流动速率Nb=净物流速率N
(MA )0.5 T T 0 7.4 10 D D ( )( ) 0 0.6 T0 VA
8
⑶固体的扩散系数：渗透率代替
⑷生命物质中的扩散系数：大分子
Content
1
概 述 Introduction 扩散原理 Diffusion 对流传质 Turbulent diffusion
8.2.3 一维稳定分子扩散
总结：
⑴等摩尔相互扩散： 工业实例——精馏 无净物流 N=0，NA=JA，NB=JB，JA=-JB，浓度直线分布 D D N A J A (c A1 c A 2 ) N A J A (p A1 p A 2 ) RTz z ⑵单向扩散： 工业实例——吸收
2.质量比 w与摩尔比 X(液相)/Y(气相)
计算基准：惰性组分的量或质量 w w x X 双组分物系 w w X x 1 w 1 w 1 x 1 X
8.1.3 相组成的表示方法
3.浓度 concentration： 质量浓度Ci
Ci mi w i m m w i V V V
NB
相界面
B
A
NA
等摩尔相互扩散
特点：NA NB 常数 or N 0 NB J B and NA J A
J A J B 常数
仅分子扩散一种传质机制源自8.2.3 一维稳定分子扩散
⑵单向扩散 One-way(component) diffusion
分子扩散：JA=-JB。 主/总体流动：A进入液相而B 补充空位反向扩散离开界面， 界面总压低于气相主体，混合 气体向界面流动，Nb。
比较以上各式可得
NA k L ci cL
N A k x x i x k x k LcM
k y kG P
k y , k G , k x , k L ：分别气相摩尔分率、分压，液相摩尔 分率、摩尔浓度为推动力对应的分传 质系数或传质阻力的倒数
8.3.4 传质系数求取
液相(乙醇-水) 蒸馏
空气+氨气
吸收
CL
8.1.2 化工生产中的传质
相界面 CG 液相主体 Ci 液相主体 传质方向 CL 苯
空气 水 湿物料
煤焦油（含苯酚） 液液萃取
干燥
过程的方向与极限：相平衡 phase equilibrium 过程速率：传质速率= 传质推动力/传质阻力
8.1.3 相组成的表示方法
物理意义：单位浓度梯度下的扩散通量
物性常数：表征物质扩散速度的快慢
影响因素：种类(两种物质)、浓度、P、T 数量级 ： D气体>> D液体> >D固体 D气～10-5m2/s；D液～10-9m2/s；D固～10-10m2/s 获得途径：①试验测定；②手册查得；③借助某 些经验的或半经验的公式估算。
8.2.4 扩散系数 Diffusivity
cM P or NB=0，JA=-JB，浓度对数分布，引入漂流因子 c p Bm Bm D cM D P NA (cA1 c A 2 ), N A (p A1 p A 2 ) z c Bm RT z p Bm
8.2.4 扩散系数 Diffusivity
扩散系数，D，m2/s: ~ λ 和 μ
8.2.3 一维稳定分子扩散
⑵单向扩散
N B 0, N A J A N A cA cM
相界面
cA dc A J A N A (1 ) D cM dz N A dz DcM
z1 z2 cA 2 c A1
NB=0
A NA
dc A cM cA
DcM cM c A 2 DcM cB2 NA ln ln 浓度分布为对数 z 2 z12 c M cA1 z c B1 D cM c B2 c B1 N A (c A1 c A 2 ) 令：c Bm z c Bm ln(c B2 c B1 )
dCA dz dCB dz
J A J B (D AB
dC B dC A ) D BA d d
DAB DBA D
8.2.3 一维稳定分子扩散
⑴等摩尔相互扩散 Equimolar (counter) diffusion
无净物流 N=0，无主体流动 dc A D N A J A D (c A1 c A 2 ) dz z 组分A的浓度分布为直线 对气相(理想气体) n A pA D NA JA (p A1 p A 2 ) cA RTz V RT
1.质量分率 mass fraction，wi :∑ wi=1
摩尔分率 mole fraction，xi(液相)/yi(气相)
n mi M i w i Mi x i / yi i n (mi M i ) ( w i M i )
x i Mi yi Mi wi ( x i Mi ) ( yi Mi )
单向扩散
气相： N A
D P (p A1 p A 2 ) RT z p Bm
8.2.3 一维稳定分子扩散
D cM NA (c A1 c A 2 ) z c Bm
⑵单向扩散
NA
D P (p A1 p A 2 ) RT z p Bm
N B 0 , J A J B
～～组分A通过停滞(或不扩散)组分B的分子扩散
物质在浓度差、温度差、压 力差等推动力作用下，从一 处向另一处的转移。
分类：相内传质和相际传质。
目的：分离均相混合物。 实现方法：加入分离剂，加入能量，加入场
8.1.2 化工生产中的传质
逆过程
吸收 adsorption ←→脱吸 desorption (第九章)
蒸馏 distillation ←→蒸馏 (第十章)
二．广义费克定律 绝对扩散通量NA、 NB、N
dc A J A DAB dz
相对于静止面的传质速 率，kmol / m 2 s
萃取 exaction ←→萃取 (第十二章)
干燥 drying
←→增湿 (第十三章)
吸附 absorption，结晶 crystallizaiotn，浸取 leaching，离子交换 ion exchange，膜分离 membrane separation… (第十四章)
8.1.2 化工生产中的传质
δ G：有效膜厚
对流扩散速率～分子扩散→→菲克定律进行计算
D NA pG pi RTG
气膜传质系数kG
8.3.3 对流传质速率方程
气相与界面的传质速率方程 气相分传质速率方程
NA k G pG pi
NA k y y yi
液相与界面的传质速率方程 液相分传质速率方程
传质设备简介 Equipments
2
3
4
8.3.1 流体对传质的贡献
⑴流体静止：分子扩散 ⑵流体层流：扩散，但流动 改变了截面的浓度分布
dcA d z W
传质增强
⑶流体湍流：最常见，促进了横向(传质方向)传质， 流体主体的浓度均化，界面处浓度梯度进一步增加 层流底层扩散，其余对流，传质强化
D D 总体流动对运动组分 A传质的影响， 等摩尔相互扩散： N A (c A1 c A 2 ) , 气相： NA (p A1 p>1 A2 ) z RTz
漂流因子： 总体流动加速A的传质，而阻碍B的传质
cM P or c Bm p Bm
漂流因子↑，总体流动越利于A传质
若cA很小，漂流因子≈1 ，总体流动可忽略
8.4 三传类比 (自学)
三传间～类似的规律～类比研究
Content
1
概 述 Introduction 扩散原理 Diffusion 对流传质 Turbulent diffusion 传质设备简介 Equipments
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8.5 传质设备简介
塔设备(第十一章内容)
填料塔：填料为 接触元件，连续 接触设备
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概 述 Introduction 扩散原理 Diffusion
流体界面间的传质 Turbulent diffusion
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传质设备简介 Equipments
8.2.1 基本概念
传质机理：
分子扩散：分子无规则热(微观)运动造成的扩散 发生在静止或传质垂直方向层流流体中
～热传导
对流传质：流体质点的湍流和漩涡引起的扩散 发生在湍流流体中，强度更大 ～对流传热 扩散通量JA，flux；传质通量NA ；相界面interface
第八章 传质过程导论
Introduction of
Mass Transfer
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概 述 Introduction
扩散原理 Diffusion
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流体界面间的传质 Turbulent diffusion
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传质设备简介 Equipments
8.1.1 传质过程定义
动量传递 三传热量传递 质量传递
费克定律的其它表达形式：
J A cD AB
dx A d p A RT D dp A DAB AB dz dz RT dz
8.2.2 菲克定律 Fick’s Law
传质与传热区别:分子占据体积→→“分子对称面” 双组分混合物，在总浓度 ( 气相也可说总压 ) 各处相等的前提下，有:
N N b J A J B N b , N b,A
cA c N b , N b,B B N b cM cM
总体流动bulk flow of the mixture≠净物流net flow 但总体流动速率Nb=净物流速率N
(MA )0.5 T T 0 7.4 10 D D ( )( ) 0 0.6 T0 VA
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⑶固体的扩散系数：渗透率代替
⑷生命物质中的扩散系数：大分子
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概 述 Introduction 扩散原理 Diffusion 对流传质 Turbulent diffusion
8.2.3 一维稳定分子扩散
总结：
⑴等摩尔相互扩散： 工业实例——精馏 无净物流 N=0，NA=JA，NB=JB，JA=-JB，浓度直线分布 D D N A J A (c A1 c A 2 ) N A J A (p A1 p A 2 ) RTz z ⑵单向扩散： 工业实例——吸收
2.质量比 w与摩尔比 X(液相)/Y(气相)
计算基准：惰性组分的量或质量 w w x X 双组分物系 w w X x 1 w 1 w 1 x 1 X
8.1.3 相组成的表示方法
3.浓度 concentration： 质量浓度Ci
Ci mi w i m m w i V V V
NB
相界面
B
A
NA
等摩尔相互扩散
特点：NA NB 常数 or N 0 NB J B and NA J A
J A J B 常数
仅分子扩散一种传质机制源自8.2.3 一维稳定分子扩散
⑵单向扩散 One-way(component) diffusion
分子扩散：JA=-JB。 主/总体流动：A进入液相而B 补充空位反向扩散离开界面， 界面总压低于气相主体，混合 气体向界面流动，Nb。
比较以上各式可得
NA k L ci cL
N A k x x i x k x k LcM
k y kG P
k y , k G , k x , k L ：分别气相摩尔分率、分压，液相摩尔 分率、摩尔浓度为推动力对应的分传 质系数或传质阻力的倒数
8.3.4 传质系数求取
液相(乙醇-水) 蒸馏
空气+氨气
吸收
CL
8.1.2 化工生产中的传质
相界面 CG 液相主体 Ci 液相主体 传质方向 CL 苯
空气 水 湿物料
煤焦油（含苯酚） 液液萃取
干燥
过程的方向与极限：相平衡 phase equilibrium 过程速率：传质速率= 传质推动力/传质阻力
8.1.3 相组成的表示方法
物理意义：单位浓度梯度下的扩散通量
物性常数：表征物质扩散速度的快慢
影响因素：种类(两种物质)、浓度、P、T 数量级 ： D气体>> D液体> >D固体 D气～10-5m2/s；D液～10-9m2/s；D固～10-10m2/s 获得途径：①试验测定；②手册查得；③借助某 些经验的或半经验的公式估算。
8.2.4 扩散系数 Diffusivity
cM P or NB=0，JA=-JB，浓度对数分布，引入漂流因子 c p Bm Bm D cM D P NA (cA1 c A 2 ), N A (p A1 p A 2 ) z c Bm RT z p Bm
8.2.4 扩散系数 Diffusivity
扩散系数，D，m2/s: ~ λ 和 μ
8.2.3 一维稳定分子扩散
⑵单向扩散
N B 0, N A J A N A cA cM
相界面
cA dc A J A N A (1 ) D cM dz N A dz DcM
z1 z2 cA 2 c A1
NB=0
A NA
dc A cM cA
DcM cM c A 2 DcM cB2 NA ln ln 浓度分布为对数 z 2 z12 c M cA1 z c B1 D cM c B2 c B1 N A (c A1 c A 2 ) 令：c Bm z c Bm ln(c B2 c B1 )
dCA dz dCB dz
J A J B (D AB
dC B dC A ) D BA d d
DAB DBA D
8.2.3 一维稳定分子扩散
⑴等摩尔相互扩散 Equimolar (counter) diffusion
无净物流 N=0，无主体流动 dc A D N A J A D (c A1 c A 2 ) dz z 组分A的浓度分布为直线 对气相(理想气体) n A pA D NA JA (p A1 p A 2 ) cA RTz V RT
1.质量分率 mass fraction，wi :∑ wi=1
摩尔分率 mole fraction，xi(液相)/yi(气相)
n mi M i w i Mi x i / yi i n (mi M i ) ( w i M i )
x i Mi yi Mi wi ( x i Mi ) ( yi Mi )
单向扩散
气相： N A
D P (p A1 p A 2 ) RT z p Bm
8.2.3 一维稳定分子扩散
D cM NA (c A1 c A 2 ) z c Bm
⑵单向扩散
NA
D P (p A1 p A 2 ) RT z p Bm
N B 0 , J A J B
～～组分A通过停滞(或不扩散)组分B的分子扩散
物质在浓度差、温度差、压 力差等推动力作用下，从一 处向另一处的转移。
分类：相内传质和相际传质。
目的：分离均相混合物。 实现方法：加入分离剂，加入能量，加入场
8.1.2 化工生产中的传质
逆过程
吸收 adsorption ←→脱吸 desorption (第九章)
蒸馏 distillation ←→蒸馏 (第十章)
二．广义费克定律 绝对扩散通量NA、 NB、N
dc A J A DAB dz
相对于静止面的传质速 率，kmol / m 2 s
萃取 exaction ←→萃取 (第十二章)
干燥 drying
←→增湿 (第十三章)
吸附 absorption，结晶 crystallizaiotn，浸取 leaching，离子交换 ion exchange，膜分离 membrane separation… (第十四章)
8.1.2 化工生产中的传质
δ G：有效膜厚
对流扩散速率～分子扩散→→菲克定律进行计算
D NA pG pi RTG
气膜传质系数kG
8.3.3 对流传质速率方程
气相与界面的传质速率方程 气相分传质速率方程
NA k G pG pi
NA k y y yi
液相与界面的传质速率方程 液相分传质速率方程
传质设备简介 Equipments
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8.3.1 流体对传质的贡献
⑴流体静止：分子扩散 ⑵流体层流：扩散，但流动 改变了截面的浓度分布
dcA d z W
传质增强
⑶流体湍流：最常见，促进了横向(传质方向)传质， 流体主体的浓度均化，界面处浓度梯度进一步增加 层流底层扩散，其余对流，传质强化
D D 总体流动对运动组分 A传质的影响， 等摩尔相互扩散： N A (c A1 c A 2 ) , 气相： NA (p A1 p>1 A2 ) z RTz
漂流因子： 总体流动加速A的传质，而阻碍B的传质
cM P or c Bm p Bm
漂流因子↑，总体流动越利于A传质
若cA很小，漂流因子≈1 ，总体流动可忽略
8.4 三传类比 (自学)
三传间～类似的规律～类比研究
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8.5 传质设备简介
塔设备(第十一章内容)
填料塔：填料为 接触元件，连续 接触设备
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8.2.1 基本概念
传质机理：
分子扩散：分子无规则热(微观)运动造成的扩散 发生在静止或传质垂直方向层流流体中
～热传导
对流传质：流体质点的湍流和漩涡引起的扩散 发生在湍流流体中，强度更大 ～对流传热 扩散通量JA，flux；传质通量NA ；相界面interface
第八章 传质过程导论
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8.1.1 传质过程定义
动量传递 三传热量传递 质量传递
费克定律的其它表达形式：
J A cD AB
dx A d p A RT D dp A DAB AB dz dz RT dz
8.2.2 菲克定律 Fick’s Law
传质与传热区别:分子占据体积→→“分子对称面” 双组分混合物，在总浓度 ( 气相也可说总压 ) 各处相等的前提下，有: