第二章--传质的理论基础
传质的理论基础PPT教案学习
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组分A通过停滞组分B的扩散（单向扩散）
NA
D
dCA dz
xA(NA
NB)
NB=0
NA
D
dCA dz
xA N A
D
dCA dz
CA C
NA
分离变量，积分
NA
DC z
ln
C C A2 C C A1
NA
Dp R0Tz
ln
(p (p
pA2 ) p A1 )
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2）所用坐标系以混合物的主体流速（平均流 速）运动，而不是静止不动的坐标。
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jA
DAB
d A
dz
JA
DAB
dCA dz
分析：
1.适用于由于分子无规则热运动引起 的扩散 过程； 2.传递的速度即为扩散速度uA－u（ uA－um）； 3.只限于浓度梯度这个驱动引起的传 质； 4.负号表明扩散方向与浓度梯度方向 相反， 即分子 扩散朝 着浓度 降低的 方向进 行；
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例：气体氢放在一矩形压力容器中，其壁厚
10mm，容器内的CH2=1kmol/m3，容器外 的H2浓度可忽略。D＝0.26×10-12m2/s，求
通过容器壁的氢的摩尔通量。
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Known: CA,1, CA,2, L, D
·
Find: NA (kmol /m 2
mA AuA
(kg/m 2·s)
mB BuB
m mA mB AuA BuB u
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第二章 传热传质过程
第二章传热传质过程第二章传热传质过程第二章1、有一o2（a）和co2(b)的混合物，温度为297k，压力为1.519х105pa,已知是吗？0.40，ua？0.08米/秒，乌兰巴托？0.02m/s，尝试计算以下值：（1）混合物A组分和B组分的摩尔浓度C，Ca（2）混合物A组分和B组分的质量浓度？，？acb?b（3）混合物的平均质量速度和组分a和B的相对速度V，UA？v、乌布？V（4）混合物的绝对摩尔扩散通量，组分A和组分B N，Na，Nb（5）混合物的绝对质量扩散通量，组分A和组分B N，Na，Nb（6）组分B的相对质量扩散通量和相对摩尔扩散通量JB，JB回答：（1）0.0615kmol/m3；0.0246kmol/m3；0.0369kmol/m32、氢气和空气在总压力为1.0132×105pa，温度为25℃的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散率为0.6×10-4m2/s，在垂直于扩散方向距离为10mm的两个平面上氢气分压力为16000pa和5300pa。
试计算此两种气体的摩尔扩散通量。
（必做）答案：?0.0259mol/m2?s（2） 2.411kg/m3；0.787kg/m3；1.624kg/m3（3）0.0396m/s；0.0404m/s；？0.0196m/s（4）0.00271kmol/m2。
s0.00197kmol/m2。
s（5）0.0955kg/m2。
s0.000738kmol/m2。
s?????0.0630kg/m2.s??0.0325kg/m2.s?? (6)? 0.0318kg/m2。
s8.86? 10? 4kmol/m2。
s????3、采用量筒来测定水蒸气在空气中的扩散系数。
试验用量筒内径为30mm，水面离开量筒口边缘的距离为100mm，筒底水温及环境温度均为25℃，相对湿度为30%的一股气流吹过筒口1小时后，用精密天平测得水的损失为10.7mg。
试确定在试验条件下水蒸气在空气中的扩散系数。
热质交换(byLJ)-2资料
NAz1 dz D CA1 dCA
z2 CA2
P＝PA+PB NB
则
z z1 z 2
C P RT
NA D CA1 CA2 z
CA PA RT
NA PA1 PB2
PB1 PB z1 距离 PA z2
PA2
代入得扩散通量的表达式
NA JA
D PA1 PA2 RT z
则
um＝ （CAuA +CBuB）/C
Principles and Equipment of Heat and Mass Transfer
(2)以扩散速度表示的质量通量 扩散速度与浓度的乘积称为以扩散速度表示的 通量,即 jA= ρA(uA-u) jB= ρB(uB-u) JA= CA(uA-um) JB= CB(uB-um) jA－ 以扩散速度表示的组分A的质量通量, kg/(m2· s） JA －以扩散速度表示的组分A的摩尔通量, kmol/(m2· s） 对于两组分 j= jA+ jB J= JA+ JB
以摩尔为基准，可表达为
dCA JA DAB dz
dCB JB DBA dz
JA，JB —组分A、B的摩尔扩散 JA＝－JB 故 DAB＝－DBA
Principles and Equipment of Heat and Mass Transfer
若在扩散的同时伴有混合物的主体流动，则物质 实际传递的通量除分子扩散通量外，还应考虑由于 主体流动而形成的通量。 由通量定义即斐克定律可知：
jA A(uA u ) D d A dz
因此，得
m D
A A
dA AuA D Au dz
《热质交换原理与设备》课程教学大纲(本科)
热质交换原理与设备(Principle and Equipment of Heat and Mass Transfer)课程代码：02410040学分：2.0学时：32 （其中：课堂教学学时：28实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：《传热学》、《工程热力学》、《流体力学》适用专业：建筑环境与能源应用工程教材：热质交换原理与设备，连之伟，北京：中国建筑工业出版社，第四版一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热质交换原理与设备》是具有承上启下意义，同时起到连接相关专业基础课与专业课桥梁作用的专业基础课。
它是在《传热学》、《流体力学》和《工程热力学》的基础上，将专业中《冷热源工程》、《暖通空调》、《热泵原理与应用》等专业课中涉及流体热质交换原理及相应设备的共性内容抽出，经综合、充实和系统整理而形成的一门专业基础课程。
此课程兼顾理论知识和设备知识，培养学生较全面掌握动量传输、热量传输及质量传输共同构成的传输理论的基础知识，掌握本专业中的典型热质交换设备的热工计算方法，为进一步学习本专业的专业课程打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:掌握传质的理论基础，包括传质的基本概念，扩散传质、对流传质的过程及分析, 相际间的热质传递模型。
课程目标2：理解传热传质的分析和计算知识，包括动量、热量和质量的传递类比，对流传质的准则关联式，热量和质量同时进行时的热质传递；学会运用所学知识分析实际问题。
课程目标3：熟悉空气热质处理方法，包括空气处理的各种途径，空气与水/固体表面之间的热质交换过程及主要影响因素，吸附和吸收处理空气的原理与方法，用吸收剂处理空气和用吸附材料处理空气的原理与方法；学会理论联系实际，分析环境控制领域常用的空气热质处理原理。
课程目标4：掌握热质交换设备的热工计算方法，包括间壁式热质交换设备的热工计算，混合式热质交换设备的热工计算和复合式热质交换设备的热工计算，能够针对具体需求对常见热质交换设备进行设计计算和校核计算。
热质交换原理与设备教学大纲
“热质交换原理与设备”课程教学大纲课程名称：热质交换原理与设备英文名称：Principle and Equipment Heat-Mass Exchanging课程编码：CJX0540学时：48 学分：3适用对象：建筑环境与设备工程专业本科生先修课程：传热学，工程热力学，流体力学使用教材：《热质交换原理与设备》，连之伟编著，中国建筑工业出版社，2011主要参考书：[1]《建筑环境传质学》，张寅平、张立志、刘晓华编，中国建筑工业出版社，2006[2]《热质交换原理与设备》，许为全编，清华大学出版社，1999一、课程介绍本课程为建筑环境与设备工程专业主要的专业基础课之一。
主要用于增强学生的专业理论水平，开阔学生的科学视野，从动量、热量和质量传递的统一的传递过程理论的高度上学习和研究本专业工程实践中遇到的诸如：热质交换设备的设计、加工、运行管理方面遇到的一些问题。
起到联系本专业基础课与技术课的桥梁作用，培养学生理论联系实际的能力。
掌握传输过程的基本理论及三种传输过程的类比；掌握空气热质交换理论方法和常用热质交换设备的热工计算方法，具备初步的优化设计和性能评价能力。
二、教学基本要求掌握质传递的基本规律和热质传递的类比，了解制冷剂为主的沸腾、凝结的基本规律；掌握强迫流的相变传热及固液相变热质交换基本原理，熟悉空气处理的各种途径；掌握空气与水/固表面之间的热质交换，熟悉用吸收剂的吸附材料处理空气的机理，熟悉被处理空气与室内空气发生的热质交换，了解常用热质交换设备的形式与结构、基本性能参数；掌握间壁式、混合式，有相变热质交换设备的热工计算，了解热质交换设备的评价的优化设计。
三、课程内容第一章绪论：建筑环境与设备专业涉及的热质交换现象及其设备分类，本门课程在专业中的地位与作用，本门课程的主要研究内容与方法。
第二章传质的理论基础：传质概论，扩散传质，对流传质，相际间的对流传质模型。
基本要求:理解浓度，扩散通量等基本概念，传质的两大基本方式和常见的8种形式，掌握Fick定律，Stefan定律，扩散系数概念，薄膜理论，三传的传递方程，传热传质同时传递模型的建立，雷诺类似律；了解柯尔本类似律，动量交换与热交换的类比在质交换中的应用；掌握对流传质的准则关联式，刘易斯关系式。
《热质交换原理与设备》习题答案(第3版)
第二章 传质的理论基础3、从分子运动论的观点可知：D ∽312p T -两种气体A 与B 之间的分子扩散系数可用吉利兰提出的半经验公式估算：410D -=若在压强5001.01310,273PPa T K =⨯=时各种气体在空气中的扩散系数0D ，在其他P 、T 状态下的扩散系数可用该式计算32000P T D D P T ⎛⎫= ⎪⎝⎭（1）氧气和氮气：2233025.610/()32o V m kg kmol μ-=⨯⋅=223331.110/()28N N V m kg kmol μ-=⨯⋅=52115233 1.5410/1.013210(25.6)D m s -==⨯⨯⨯+（2）氨气和空气：51.013210P Pa =⨯ 25273298T K =+=50 1.013210P Pa =⨯ 0273T K =3221.0132980.2()0.228/1.0132273D cm s=⨯⨯=2-4、解：气体等摩尔互扩散问题124230.610(160005300)()0.0259/()8.3142981010A A A D N P P kmol m s RT z --⨯⨯-=-==⋅∆⨯⨯⨯错误！未找到引用源。
m 2sR 0通用气体常数单位：J/kmol ﹒K5、解：250C 时空气的物性：351.185/, 1.83510,kg m Pa s ρμ-==⨯⋅6242015.5310/,0.2210/m s D m s υ--=⨯=⨯32420006640.2510/40.08Re 2060515.531015.53100.620.2510o c P T D D m s P T u d v v S D ----⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭⨯===⨯⨯===⨯用式子（2-153）进行计算0.830.440.830.4440.0230.023206050.6270.9570.950.25100.0222/0.08m e c m m sh R S sh D h m sd -==⨯⨯=⨯⨯===设传质速率为A G ，则211220000()()()44ln4A A A m A s A A lA m A s AA s A m A s A dG d dx h d u d du d dx h du l h ρρππρρρρρρρρρρ⋅⋅⋅⋅=-==--=-⎰⎰2-6、解：20℃时的空气的物性：（注：状态不同，D 需修正）353352244200505541.205/, 1.8110,1.013102930.22100.2410/1.0132102730.053 1.205Re 99901.81101.81100.6261.2050.2410o c kg m Pa s P T D D m s P T u dv S D ρμρμρ------==⨯⋅⎛⎫⨯⎛⎫==⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⨯⨯===⨯⨯===⨯⨯（1）用式0.830.440.023m e c sh R S =计算m h0.830.4440.02399900.6260.24100.018750.05m m sh D h d -⨯⨯⨯⨯===（2）用式13340.0395e c sh R S =计算m h134340.0395(9990)(0.626)0.24100.01621/0.05m sh D h m sd -⨯⨯===第3章传热传质问题的分析和计算5、解：040,C 时空气的物性ρυ⨯23-6=1.128kg/m ,=16.9610m /s60e 210R 1.1810u lυ⨯===⨯⨯-616.9610转折点出现在56e 510101.1810e R , 4.24R c x l m μν⨯⨯⨯=== 因此，对此层流---湍流混合问题，应用式（2-157）30.8(0.037870)e c LR S Sh γ=-查表2—4得，定性温度为350C 时，324000.26410O D P T D P T -⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭2m /s40.264100.64c DS υ-⨯⨯===-616.9610360.8[0.037(1.1810)870]0.641548.9LSh γ=⨯⨯-⨯=430.288101548.9 4.4610/10mLL D h Sh m sL --⨯⎛⎫==⨯=⨯ ⎪⎝⎭每2m 池水的蒸发速率为()m A A S A n h ρρ⋅∞=-300C 时，3030.03037/;40,0.05116/A S A S kg m C kg m ρρ⋅⋅'==时()354.4610(0.030370.50.05116) 2.1410m A A S A S n h ρϕρ--⋅⋅'=-=⨯⨯-⨯=⨯6、解：在稳定状态下，湿球表面上水蒸发所需的热量来自于空气对湿球表面的对流换热，即可得以下能量守衡方程式2()s fg H O h T T h n ∞-=其中fg h 为水的蒸发潜热222()H O H O H O m S n h ρρ⋅⋅∞=-22()H O H O ms fgS h T T h h ρρ∞⋅⋅∞=+-又23r P 1m p c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⋅⎝⎭ 查附录2—1，当s T =035C 时，水蒸汽的饱和蒸汽压力5808S P=于是 325808180.0408/8314308H OS S sP M kg mRT ρ⨯===⨯0ρ∞=第四章 空气的热湿处理1、（1）大气是由干空气和一定量的水蒸汽混合而成的。
《化工原理》第十九讲
A3 A2 A 1 Y A3 A2 A Y2*
YNT 1 ANT ANT 1 A 1Y ANT ANT 1 A2 A Y2*
YNT 1 ANT ANT 1 A 1 Y Y2* Y2*
液相总传质单 元高度HOL,m
z
z
dz
V
0
K Y a
Y1 dY L Y2 Y Y* K Xa
X1 dX X2 X* X
z HOG NOG HOL NOL
气相传质单 元数NOG
H OG
V KY aΩ
H OL
L K X aΩ
HOG变化范围为0.15~1.5m
1、气相及液相传质单元高度
难点
2、传质单元数NOG、NOL的计算
五、理论板层数的计算
1、最小吸收剂用量的确定
2、气相及液相总体积吸收系数kmol/(m3.s) 3、气相及液相传质单元高度 4、脱吸因数 S、吸收因数 A 5、传质单元数NOG、NOL的计算公式 6、填料层高度计算公式
二、吸收剂用量的确定
适用条件是什么？
ΔYm
ΔY1 ln
ΔY2 ΔY1
ΔY2
ΔY1 Y1 Y1*
ΔY2 Y2 Y2*
2、数值积分法求NOG的平衡关系是怎样的？
3、用纯溶剂逆流吸收，若液气比等于m，回收率 等于0.9，则NOG等于多少？
4、用清水逆流吸收除去混合物中的有害气体，已知 入塔气体组成，y1=0.1,A=90%，平衡关系y=0.4x， 液相传质单元高度HOL=1.2m，操作液气比为最小液 气比的1.2倍，求：（1）所需填料层高度；（2）如 果填料层高度不受限制，L/V仍为原值，则回收率最 大可以达到多少？
传热与传质理论研究及应用
传热与传质理论研究及应用在工程领域具有重要意义，对于各种系统的设计与优化起着至关重要的作用。
从热力学的角度来看，传热与传质是研究物质在不同状态间传递的过程，其研究涉及到温度、压力、物质浓度等多个因素的综合考虑。
本文将从传热与传质理论的基础入手，探讨其在不同工程领域的具体应用，以及当前研究中存在的问题与挑战。
一、传热与传质理论基础传热与传质理论是热力学的基础知识之一，通过研究物质在空间内传递的方式和速率，可以对工程系统的性能进行准确评估。
传热主要包括传导、对流和辐射三种方式，而传质则包括扩散、对流和传递等机制。
这些传热与传质现象在自然界和工程领域中随处可见，为了更好地控制和利用这些现象，工程师们需要对传热与传质理论有深入的了解。
二、传热与传质理论在工程领域的应用1. 传热与传质在汽车工程中的应用在汽车发动机中，传热与传质是一个关键的问题。
通过对冷却系统的优化设计，可以提高发动机的效率和性能，减少能源的消耗。
同时，传热与传质的研究也可以帮助汽车制造商设计出更加环保和节能的汽车。
2. 传热与传质在建筑工程中的应用建筑工程中的空调系统和供暖系统都涉及到传热与传质理论的应用。
通过合理设计空调系统的传热与传质过程，可以提高建筑物的舒适度和节能效果。
在冬季保暖时，建筑的传热与传质特性也需要得到合理的考虑。
3. 传热与传质在化工工程中的应用在化工生产过程中，传热与传质是一个极其重要的环节。
通过对传热与传质过程的深入研究，可以提高化工生产的效率和产率，减少能源的消耗和物质的浪费。
同时，传热与传质的研究也可以帮助化工企业设计出更加安全和环保的生产系统。
三、传热与传质理论研究的现状及存在的问题尽管传热与传质理论在工程领域有着广泛的应用，但在实际研究中仍然存在一些问题和挑战。
其中包括传热与传质模型的建立和求解方法、实验数据的获取和验证、以及跨尺度传热与传质过程的研究等方面。
未来的研究需要进一步深入探讨这些问题，并提出相应的解决方案，以推动传热与传质理论的发展和应用。
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以绝对速度表示的摩尔通量
• 设二元混合物的总物质的量浓度为 C ，组分A、B的摩尔浓 度分别为 C A 、C B，则以绝对速度表示的组分A、B的摩尔 通量为 ：
N A C Au A
N B C Bu B
混合物的总摩尔通量为：
N N A N B C Au A C B u B Cu m
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传质的速度
主体 流动速度
uA u
组分的 绝对速度
u A u
主体 扩散速度
u A um
u A u m
绝对速度＝主体流动速度＋扩散速度
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传质的通量
Bu Bm
• 以主体流动速度表示的摩尔通量 对二元混合物：
1 C CAum CA CAuA CBuB A CAuA CBuB xA N C C
C B um x B N
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P17
C i －－ 在单位容积中所含某组分的物质的
量，即物质的量浓度。
n A , n B －－组分A,B在容积V中具有的物质
的量
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质量浓度与物质的量浓度的关系：
CA
* A
A
M
* A
M －－组分A的摩尔质量，kg/kmol
MA aA M nA xA n
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第二章
传质的理论基础
2.1 传质概论 2.2 扩散传质 2.3 对流传质 2.4 相际间的对流传质模型
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第二章
主要内容：
传质的理论基础
1、传质过程的基本概念及基本定律 2、扩散传质和对流传质的基本机理和规律 3、对流传质的基本分析和准则关联式
Kg m
2
Kg m 3 s m s
Kmol Kmol m 3 m 2 s
m s
传质通量＝浓度×传质速度
由于传质的速度表示方法不同，故传质通量亦有不 同的表达形式。
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以绝对速度表示的质量通量
• 设二元混合物的总质量浓度为 ，组分A、B的质量浓度分
J J
A
JB
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以主体流动速度表示的通量
• 以主体流动速度表示的质量通量 对二元混合物：
1 A A u A B uB A m A u A A u A B uB
2.1.1 混合物构成成分的表达
质量浓度
MA A V
MB B V
i －－ 在单位容积中所含某组分的质量，
即质量浓度。
M A , M B 组分A,B在容积V中具有的质量
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物质的量浓度
nA CA V
nB CB V
质量分数 摩尔分数
混合物的总质量 kg
混合物总物质的量 kmol
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2.1.2
传质速率的度量
斐克定律仅适用于描述由于分子 传质所引起的传质通量，但一般在进 行分子传质的同时，各组分的分子微 团常处于运动状态，故存在组分的运 动速度。为了更全面地描述分子扩 散，必须考虑各组分之间的相对运动 速度以及该情况下的扩散通量等问题
故可得：
1 um (C A u A C B uB ) C
2
NA、 NB －－分别为以绝对速度表示的组分A、B的质量通量； N－－以绝对速度表示的混合物的总质量通量， Kmol/(m
s)
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以扩散速度表示的通量
• 以扩散速度表示的质量通量
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第二章
浓度差导致传质
传质的理论基础
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2.1
传质概论
基本概念 • 混合物构成成分的表达 • 传质速率的度量 • 质量传递的基本方式
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B ，则以绝对速度表示的组分A、B的质量通量 别为 A 、
为 ：
m A Au A
mB BuB
混合物的总质量通量为：
m m A m B A u A B u B u
故可得：
u
1
( A u A B uB )
mA、 mB －－分别为以绝对速度表示的组分A、B的质量通量； m－－以绝对速度表示的混合物的总质量通量， Kg /(m2 s)
2 符号 j i ，单位 Kg /( m s )
对二元混合物：
jA A (u A u)
• 以扩散速度表示的摩尔通量 符号 J
i
jB B ( uB u )
j jA jB
，单位 kmol /( m 2 s )
J B C B ( uB um )
对二元混合物： J A C A (u A um )
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2.1.3 质量传递的基本方式
与热量传递中的导热和对流换热类似，质 量传递的方式分为：
分子传质 对流传质
分子传质又称为分子扩散，简称为扩散，它 是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递 现象。 分子传质在气相、液相和固相中均能发生。
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二元混合物A、B在浓度不均匀时的互扩散 及它们的浓度沿y方向的分布情况图。
1.exe
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传质通量
定义：单位时间通过垂直于传质方向上 单位面积的物质数量。 单位： Kg /( m s ) 或 kmol /(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱm 2 s )
2
由单位换算可知：