62传质与扩散原理详解
吸收过程的界面传质机理
在吸收过程中，界面传质是起着重要作用的。通过不同的界面传质机理，吸收塔内的气体可以通过吸收剂的界面传递到液体中，从而实现对气体的吸收。
需要注意的是，吸收过程的界面传质效率受到很多因素的影响，包括界面的物理性质、流体的性质、操作参数等。因此，在设计和运行吸收过程时，要注意控制这些因素，以提高界面传质效率，保证吸收过程的高效运行。
此外，吸收过程中的界面传质还与吸收剂的选择有关。常用的吸收剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、氢氧化铜等。不同的吸收剂具有不同的物理性质和化学性质，会对界面传质的效率产生影响。因此，在选择吸收剂时，要考虑吸收剂的物理性质和化学性质，以确保吸收过程的高效运行。
总的来说，吸收过程的界面传质是起着关键作用的，它决定了吸收过程的效率。因此，在设计和运行吸收过程时，要注意控制影响界面传质效率的因素，并选择合适的吸收剂，以保证吸收过程的高效运行。
吸收过程的界面传质机理
界面传质是指在两相界面处传递物质的过程。在吸收过程中，界面传质也是起着重要作用的。
界面传质机理主要有三种：扩散传质、迁移传质和渗流传质。
1.扩散传质：在两相界面处，因为两相间的温度、压力和浓度差异，导致物质在界面处扩的电势差异，导致带电粒子在界面处迁移而传递。
化工原理传质知识点总结
化工原理传质知识点总结一、基本概念1.1 传质的意义传质是指物质在不同相之间的传递过程。
在化工工程中，传质是指溶质在溶剂中的扩散、对流、传热、反应等传输现象。
1.2 传质的分类传质可以根据溶质与溶剂之间的接触方式分为不同的分类：（1）扩散传质：溶质在溶剂中的自由扩散过程，不需要外力的帮助。
（2）对流传质：通过溶剂的对流运动，加快溶质的扩散速率。
（3）辐射传质：发射源释放的辐射物质在空气中传输的过程。
1.3 传质的单位在化工工程中，我们通常使用质量通量或摩尔通量来描述传质的速率。
质量通量用kg/(m^2·s)或g/(cm^2·min)表示，摩尔通量用mol/(m^2·s)或mol/(cm^2·min)表示。
1.4 传质的驱动力传质的驱动力可以通过浓度差、温度差、压力差等来实现。
在传质过程中，驱动力越大，传质速率越快。
1.5 传质的应用传质在化工工程中有着广泛的应用，例如在化学反应中，传质过程可以影响反应速率和产物浓度。
在洗涤、脱水、吸附等过程中，传质也起到重要的作用。
二、传质过程2.1 扩散传质扩散传质是指溶质在溶剂中的自由扩散过程，不需要外力的帮助。
扩散传质的速率与溶质浓度梯度成正比，与扩散距离成反比，与传质物质的性质、温度等因素有关。
2.2 对流传质对流传质是指通过溶剂的对流运动，加快溶质的扩散速率。
对流传质速率与对流速度和溶质浓度梯度成正比，与传质物质的性质、温度等因素有关。
2.3 质量传递系数质量传递系数是评价传质速率的重要参数，表示单位时间内溶质通过单位面积的传质速率。
它与溶质的性质、溶剂的性质、温度、压力等因素有关。
2.4 传质速率传质速率是指单位时间内溶质通过单位面积的传质量。
它由传质物质的性质、浓度梯度、温度、压力等因素决定。
三、传质原理3.1 扩散传质的原理扩散传质的原理是由于溶质在溶剂中的无规则热运动。
在热运动的影响下，溶质会沿着浓度梯度自行扩散，直到浓度均匀。
传质概述与分子扩散课件
环境科学中的应用
大气污染控制
通过传质和分子扩散的原理，可以研 究和改良大气污染物的扩散和传输机 制，以减少污染物的浓度和影响范围 。
水处理技术
气候变化研究
气候变化研究中涉及的大气成分的传 输和扩散，也涉及到传质和分子扩散 的原理。
在污水处理和净水技术中，传质和分 子扩散被用于促进污染物的传递和分 离，以提高水质。
过程。
传质过程
01
02
03
04
传质过程可以分为分子扩散、 对流扩散和紊流扩散等类型。
分子扩散是指分子在静止或缓 慢流动的介质中，由于浓度差 异而引起的物质传递现象。
对流扩散是指物质随流体运动 而产生的扩散现象，如烟尘在
大气中的扩散。
紊流扩散是指紊流流体中物质 传递现象，其传递速率远高于
分子扩散和对流扩散。
04 传质与分子扩散的应用
工业生产中的应用
01
02
03
化学反应过程
传质和分子扩散在化学反 应过程中起着关键作用， 如反应物和产物的传递、 反应速率的控制等。
分离技术
在工业生产中，传质和分 子扩散是实现物质分离的 重要手段，如蒸馏、吸取 、萃取等。
热力学平衡
传质和分子扩散在热力学 平衡的建立和维持中起到 重要作用，如相平衡、化 学平衡等。
生物医学中的应用
药物传递
传质和分子扩散原理在药 物传递中起到关键作用， 如药物在体内的吸取、散 布、代谢和排泄过程。
生理过程
生物体内的物质传递和扩 散是维持生命活动的重要 过程，如营养物质的吸取 、代谢产物的排泄等。
医学诊断
在医学诊断中，通过检测 生物体内的物质传递和扩 散行为，可以用于诊断疾 病和研究药物效果。
化工原理 传质
化工原理传质
传质是指在化工过程中，物质通过某种媒介从一个位置传递到另一个位置的过程。
传质过程的关键在于物质的分子之间的相互作用和传递。
传质可以分为以下几种类型：质量传递、热传递和动量传递。
质量传递是指物质的质量通过扩散、对流或反应等机制在系统中的传递。
热传递是指热量通过传导、对流或辐射等方式在系统中的传递。
动量传递则是指动量通过流体的运动在系统中的传递。
在传质过程中，存在三种基本的物质传递机制：扩散、对流和反应。
扩散是指物质由高浓度向低浓度的传递，是靠分子之间的随机热运动实现的。
对流是指物质随着流体的运动而传递的过程，可以是气体或液体的流动。
反应是指物质在满足一定的条件下发生化学反应，从而引起传质的过程。
传质过程可以用一些常见的数学模型来描述，如离散点模型、连续模型和微分模型等。
离散点模型是指将传质系统划分为若干离散的点，通过计算不同点之间的物质传递速率来研究传质过程。
连续模型则是将传质系统看作是连续的媒介，利用方程组来描述传质过程。
微分模型是通过建立微分方程来描述传质过程的变化规律。
在化工过程中，传质是一个非常重要的环节。
对于很多反应来说，传质速率是限制反应速度的因素之一。
因此，研究传质过程对于提高化工过程的效率和产品质量具有重要意义。
传质概述与分子扩散
JA NxA NxB JB
相界面
um
NA NB 0
dc N A D A x A (c A uA cB uB ) J A NxA dz
实际传质通量 分子扩散通量 主体流动通量
此式即为定态一维分子扩散的通用扩散速率方程（微分方程），它表明，组分A 通过静止坐标的通量 NA 由两项组成：其一项是由于浓度梯度引起的摩尔扩散通 量—浓度梯度通量 JA；另一项是由于流体主体流动所造成的摩尔扩散通量—主体 流动通量 NxA。
非均相
混合物的 分离操作
( ΔS 0 )
液体蒸馏
均 相 气体吸收 液液萃取 传质分离
从热力学原理知道，混合物的分离过程，即为非自发的降熵过程。为使 分离过程进行，必须外界干预——或对物系做功，或加入分离介质(溶剂)， 或加入能量(热或功)。
2017/5/1 传质概述与分子扩散 2/22
值得指出的是，某些物系加入另一种物质（溶剂）后，使过程得以
以扩散速度 表示的通量
A u A ( A uA B uB ) w A ( nA nB ) B u wB ( nA nB )
1 cA um cA (cA uA cB uB ) x A ( N A N B ) ct cB um xB ( N A N B )
“传质原理”的教学，按由浅入深作如下安排：
①单相传质原理
静止流体内部的分子扩散原理 流动流体内部的对流扩散(或对流传质)原理
②相间传质的模型理论与传质速率方程式 值得指出是，在传质原理的学习中，如能与传热原理的有关内容进行对照比较， 将是有趣且有益的。
2017/5/1 传质概述与分子扩散 4/22
二、分子扩散 （一）分子扩散与Fick定律
扩散传质的物理原理应用
扩散传质的物理原理应用一、扩散传质的基本概念扩散传质是指物质在混合体系中由高浓度区向低浓度区传播的过程。
其基本原理是分子之间的热运动使得高浓度区的分子自发地向低浓度区扩散。
扩散传质在许多领域中都有重要的应用，如材料科学、化学工程、生物医学等。
二、扩散的物理原理扩散的物理原理可以用布朗运动模型来解释。
布朗运动是指在液体或气体中，微观粒子由于受到周围分子的碰撞而发生的无规则运动。
在布朗运动中，微观粒子的位置在长时间的平均下，呈现出无规则的变动。
扩散传质中，扩散的速率与温度、浓度梯度和物质的分子大小有关。
三、扩散传质的应用1. 材料科学中的扩散在材料科学中，扩散传质是一种重要的质量传递方式。
通过控制材料中的扩散过程，可以改变材料的物理、化学性质，从而实现材料的功能改造。
例如，在金属材料中，通过控制金属原子之间的扩散可以改变材料的硬度、导电性等性质。
2. 化学工程中的扩散在化学工程中，扩散传质是许多反应过程中的重要步骤。
通过扩散传质的控制可以调节反应的速率、选择性等。
例如，在化学反应中，扩散传质可以影响反应物的扩散到反应物表面的速率，从而影响反应的进行。
3. 生物医学中的扩散在生物医学中，扩散传质的应用非常广泛。
扩散在生物体内起着重要的作用，包括氧气的吸收、二氧化碳的排出、药物的传输等。
通过扩散传质的研究，可以更好地理解生物体内物质传输的机理，从而指导医学领域的治疗和药物设计。
4. 环境保护中的扩散在环境保护领域，扩散传质有着重要的应用。
例如，在大气污染控制中，通过分析和模拟空气中污染物的扩散过程，可以确定对污染源的控制策略。
此外，在水体中的污染物的扩散过程中，也需要考虑扩散传质的影响。
四、总结扩散传质是一种重要的质量传递方式，其基本原理是分子之间的热运动导致物质自发地从高浓度区向低浓度区扩散。
扩散传质在众多领域中有着广泛的应用，包括材料科学、化学工程、生物医学和环境保护等。
通过研究和控制扩散传质的过程，可以改变材料的性质、调节化学反应的速率、指导医学治疗和环境保护措施的制定。
(化工原理)第6章：质量传递过程基础
D z
c0 cBm
cA1 cA2
对于理想气体
cBm
cB2 cB1
ln
cB2 cB1
cB1 c0 cA1 cB2 c0 cA2
NA
D RTz
p pBm
pA1 pA2
p pBm
pBm
pB2 pB1
ln
pB2 pB1
pB1 p pA1 pB2 p pA2
c cBm
称为漂流因子 反应总体流动对传质通量的影响
NA ky y yi
NA kx xi x
NA kG pA pAi
NA kL cAi cA
传质系数 k=f (D,η,ρ,u,d )
经验关联式很多，但普遍偏差较大 主要通过实验获得
JA
DAB
dcA dz
yi Ki xi
NA
D z
c0 cBm
cA1 cA2
NA
D RTz
主体中高度湍流传质阻力为零，即无浓度
O
距离 z
相际传质双膜模型
梯度。 ④ 相界面上气液处于平衡状态，无传质阻
力存在。
（2）总传质速率方程
① 气膜和液膜传质速率方程 对气相：
NA kG pA pAi
化学工程中的传质过程
化学工程中的传质过程传质是化学工程中的重要过程之一，它涉及物质在不同相之间传递的过程。
在化学工程中，传质过程是实现各种反应以及分离纯化的关键步骤之一。
本文将介绍传质的基本原理、传质过程的分类以及传质操作在化学工程中的应用。
一、传质的基本原理传质是指物质在空间中由高浓度区域向低浓度区域的传递。
在化学工程中，传质可以通过扩散、对流和反应来实现。
扩散是指物质由浓度较高的区域向浓度较低的区域通过分子运动的方式传递。
对流是指物质在流体中由于流体的运动而传递，可以通过外加压力差或者液体搅拌等方式实现。
反应传质是指在化学反应过程中，反应物和产物通过扩散和对流的方式进行传递。
二、传质过程的分类根据传质方法的不同，传质过程可以分为气体传质、液体传质和固体传质三种。
1. 气体传质气体传质是指气体在不同相之间的传递过程。
在化学工程中，气体传质通常通过气体的扩散来实现。
扩散系数是气体传质研究中的重要参数，它与物质本身的性质、传质介质的性质以及温度等因素有关。
气体传质在化学工程中的应用广泛，例如在气体吸附、蒸馏和气体分离等领域都有重要的应用。
2. 液体传质液体传质是指液体在不同相之间的传递过程。
在化学工程中，液体传质通常通过扩散和对流的方式来实现。
液体传质过程中的重要参数是质量传递系数，它与溶质的性质、传质介质的性质以及温度等因素有关。
液体传质在化学工程中的应用广泛，例如在溶剂萃取、萃取精馏和浸出等工艺中都有重要的应用。
3. 固体传质固体传质是指固体在不同相之间的传递过程。
在化学工程中，固体传质通常通过扩散和渗透的方式来实现。
固体传质过程中的重要参数是固体的扩散系数和扩散路径的长度。
固体传质在化学工程中的应用广泛，例如在膜分离、吸附和离子交换等工艺中都有重要的应用。
三、传质操作在化学工程中的应用传质操作在化学工程中广泛应用于反应器设计、分离纯化以及废水处理等领域。
下面将以蒸馏过程为例介绍传质操作在化学工程中的应用。
蒸馏是一种常用的分离纯化方法，它通过液体的汽化和凝结来实现混合物组分之间的分离。
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界面处P↓，使得主体与界面产生微小的压 差ΔP，促使混合气体向界面流动，产生主 体流动。
微小ΔP足以造成必要的主体流动，各处总 压仍可认为相等，即JA＝－JB依然成立。
JA
N cA
cM
主体流动N
N cB cM
NA
JB
Q
相界面
NB
JB
N
cB cM
0
JA
JB
N
cB cM
扩散方向z
N
JA
cM cB
pBm
pA pAi
cBm
cBi ln
cB cBi
cB
c
p RT
pBm
pBi pB ln pBi
pB
NA
D
c A
cAi
NA
JA
D
RT
pA
等分子反 向扩散速率JA大cM/cBm(或p/pBm)倍。 cM/cBm(或p/pBm)恒大于1，当cA较小时， cM/cB(或p/pBm)≈1.0
• 对流传质：流动流体与相界面之间的物质传递。类似与传热中的对流传热。
一、双组分混合物中的分子扩散
1. 费克（Fick)定律
JA
DAB
dc A dz
式中：cA－组分A的浓度，kmol/m3
dc A dz
－组分A的浓度梯度（沿浓度增大方向为正），kmol/m4
DAB－组分A在介质B中的扩散系数,m2/s
气相与界面的传质速率：
N A kg p pi
N A ky y yi
式中：kg－以分压差为推动力的气相传质系数，kmol/(m2.s.kPa)
ky－以摩尔分数差为推动力的气相传质系数，kmol/(m2.s)
NA－对流传质速率，kmol/(m2.s)
液相与界面的传质速率：
N A kl ci c N A kx xi x
JA －组分A的扩散通量，kmol/m2.s
对双组分混合物，若总浓度不变，cM=cA+cB=常数
JB
DBA
dcB dz
DAB
DBA
,
dcA dz
＝－ dcB dz
J A JB
对气体：cA
pA RT
JA
DAB RT
dpA dz
2、等分子反向扩散
稳定传质时，在静止（或层流）的气体中，若各处总压相等。
p=pA+pB=pAi+pBi=常数
δ
JA
NA
若 pA>pAi，必有cB<cBi，A、B两组分反向扩散。
JA
D RT
dpA ＝－－ D dz RT
dpB dz
＝－J B
JA= -JB,通过任一截面PQ的净物流为零。
JB
NB
PQ
相界面i
JA
D RT
dp A dz
NA
D pAi
涡流扩散通量为：J AE
DE
dcA dz
J AT
DAB
DE
dcA dz
对流传质：流动的流体与相界面之间的物质传递。
1. 对流传质分析：
N
湍流
层流
静止流体
M
传质方向
组分的浓度分布图
2、对流传质速率
对流传质现象极为复杂。仿造对流传热，将流体与界面之间的传质速率
NA写成与牛顿冷却定律相似的形式。
Nu
0.023Re0.80
P0.3~0.4 r
对流传质
对流传热
Sherwood Number Sh=kd/D Reynolds Number Re=du ρ/μ Schmidt Number Sc=μ/ρD
Nu=αd/λ Re=duρ/μ Pr=cpμ/ λ
B、用水吸收空气中的SO2为例
1 ＝1 H 1
cM 或 p 称为漂流因子
c Bm
p Bm
δ cA
cAi
cBi cB
扩散方向
比较
等分子反向扩散：
NA
D
c A
cAi
单向扩散：
NA
JA
D
RT
pA
p Ai
N A
D
cM cBm
cA cAi
NA
D
RT
p
pBm
pA pAi
二、扩散系数
扩散系数为物质的传递性质，与温度、压力和混合气体的浓度有关。 1 、气体中的扩散系数
NA
JA
N
cA cM
J
A
J
A
cA cB
JA
cA cB cB
J
A
cM cM cA
单向扩散
NA
JA
cM ＝－D cM cA
dc A dz
cM cM cA
N A
Dc M
ln
cM cAi c M cA
D cM
cBm
cA cAi
NA
D
RT
p
式中：kl－以摩尔浓度差为推动力的液相传质系数，m/s kx－以摩尔分数差为推动力的液相传质系数，kmol/(m2.s)
3、对流传质系数的关联式
A、气体或液体在降膜式吸收器中作湍流流动 当Re>2100,Sc=0.6~3000时
Sh
0.023Re0.83
S
0.33 c
园管内流体强制湍流时的传热关联式
N A 0 dz RT
dp A
pA
CM
CA
NA
JA
D
RT
pA
p Ai
NA
D
c A
cAi
CB
CAi CBi
上式条件：如液相能以相同速率向界面提供B组分，
保持cBi不变，上式成立。
扩散方向
3、单向扩散
在吸收过程中，A被液体吸收cA>cAi ，存在JA。 B不溶解于液相为惰性组分，为界面阻留，cBi>cB,存在JB。
第三节 传质机理与吸收速率
气液相界面
气相
y 物质在相间传递包括三个步骤：
液相
yi
• 由气相主体传递到相界面
• 相界面上的溶解
A
xi
• 自相界面向液相主体传递 x
物质在单相中的传递机理有：
• 分子扩散：在静止(或作平行于相界面的层流流动）的流体中，靠分子微观
运动导致组分由高浓度向低浓度的传递。类似于传热中的热传导。
H
K La kLa kG a b(L)0.82 6.49 104 (G)0.7 L 0.25
式中：H－溶解度系数，kmol/(m3.kPa) L′－液体的空塔质量流速，kg/(m2.s) G′－气体的空塔质量流速，kg/(m2.s)
C、传质单元高度的关联式：
H G＝ Gm Ln ScG 0.5 H L＝ L L q ScL 0.5
D
D0
T T0
1.75
p0 p
2、 液体中的扩散系数
D
D0
T T0
0
D0为T0、P0时的扩散系数
讨论：D气≈105D液，但组分在液体中的摩尔浓度较气体大，N气≈100N液， 组分浓度对D液有较大的影响。
三、湍流流体中的扩散
式中m值在0.3左右，n值在0.4~0.5左右；q值在0.2~0.3左右。