什么是传质过程
传质过程概述
第六章 精馏§1 传质过程概述 6-1由卫生球挥发引出传质传质过程的定义——物质以扩散的方式，从一相转移到另一相的相界面的转移过程，称为物质的传递过程，简称传质过程。
日常生活中的冰糖溶解于水，樟脑丸挥发到空气中，都有相界面上物质的转移过程。
例如某焦化厂里，用水吸收焦炉气中的氨。
OH NH O H NH 423®+。
如图6-1所示。
图6-1 吸收传质示意图再如某酒精厂里，酒精的增浓与提纯。
即利用乙醇与水的沸点不同，或挥发度不同，使乙醇与水分离的过程。
如图6-2所示。
图6-2 精馏传质示意图这两个例子说明，有物质()O H OH H C NH 2523 , , 在相界面的转移过程，都称为传质过程。
6-2 传质过程举例焦化厂的例子，是吸收操作。
——利用组成混合气体的各组分在溶剂中溶解度不同来分离气体混合物的操作，称为吸收操作。
焦炉气中不仅含有3NH ，还有242 , , , H CH CO CO 等气体，利用3NH 易溶于水，以水为吸收剂，使3NH 从焦炉气中分离出来。
吸收主要用来分离气体混合物，所以有的教NH称为溶质，炉气中其他气体称为材称吸收为气体吸收。
如图6-3所示。
水称为溶剂，3(HCl，制备盐酸，也是一种吸收操作。
惰性组分。
用水吸收氯化氢气体)图6-3吸收塔局部示意图酒精厂的例子，是精馏操作。
——利用液体混合物各组分沸点（或挥发度）的不同，将物质多次部分汽化与部分冷凝，从而使液体混合物分离与提纯的过程，称为精馏操作。
精馏主要用来分离液体混合物，所以有的教材称精馏为液体精馏。
传质过程还有，萃取——利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。
例如用醋酸乙酯萃取醋酸水溶液中的醋酸。
如图6-4所示。
此例中醋酸乙酯称为萃取剂(A，水称为稀释剂)(B。
萃取操作能够进行的必要条件是：溶质在萃(S，醋酸称为溶质))取剂中有较大的溶解度，萃取剂与稀释剂要有密度差。
传质过程(化工基础,化学).
无论哪种类型的均相混合物，要将 其分离成纯净或几乎为纯态物质，必 须造成一个两相物系，利用原物系中 各组分间某种特性的差异，使其中某 个组分在两相间进行传质。
物质在两相中的传质历程
物质首先从一相主体扩散到两 相界面的该相一侧，然后通过相 界面进入另一相，最后从此相的 界面向主体扩散。
例如气体吸收，气相主体中溶 质扩散经过气相到达气液相界面， 溶解进入液相，然后扩散进入液 相主体。
（3）传质过程推动力与速率 组分偏离平衡状态的程度是传质过程
的推动力。
由于相组成的表示方法不同，推动力的 形式便不一样，可以是压力差、浓度差 等等
上述空气中氨向水中传递过程的例子， 气相氨浓度用分压表示时，过程推动力 为p一p*。
传质过程中，物质传递的快慢常以传质速率 来表示，其定义为；单位时间内，单位相接触 面上被传递组分的物质的量。
（2）传质过程的方向与极限
相间传质和相际平衡所共有的几点规律： ①一定条件下，处于非平衡状态的两
相体系内组分会自动地进行旨在使体系 的组成趋于平衡态的传递。经过足够长 的 时间，体系最终将达到平衡态，此时 相间没有净的质量传递；
② 条件的改变可破坏原有的平衡状态。 如改变后的条件保持恒定，一定时间后， 体系又可达到新的平衡。
2．传质过程的共性
（1）传质的方式与历程 单相物系内的物质传递是依靠物质的扩散作
用来实现的。常见的扩散方式有：
• 分子扩散：物质靠分子运动从高浓度处转移 到低浓度处，物质在静止或滞流流体中的扩散 便是此种。
• 涡流扩散：因流体的湍动和旋涡产生质点位 移，使物质由高浓度处转移到低浓度处的过程。 实际上，湍流流动有湍流主体和滞流底层之分， 所以其中物质传递既靠涡流扩散也靠分子扩散， 两者统称对流扩散。
第7章传质与分离过程概论
则
令
pBm
pB 2 pB1 p ln B 2 pB1
D p NA ( )( p A1 p A2 ) RT pBm
p Bm
─扩散初、终截面处组分B分压的对数平均值，kPa； ─漂流因子，无因次。
p p Bm
例题
如图所示，氨气(A)与氮气(B)在长0.1m的直
径均匀的联接管中相互扩散。总压p=101.3kPa,温 度T=298K，点1处pA1=10.13kPa、点2处
如图7-2所示的分子扩散现象，在任一截面，处于动 态平衡中的物质A、B的净扩散通量为零，即：
J JA JB 0
3.费克定律(Fick’s law)
7-18
在恒温恒压下，A在混合物中沿Z方向作稳定分 子扩散时，其扩散通量与扩散系数及在扩散方向的 浓度梯度成正比。
dc A J A D AB dz
物质以扩散方式从一处转移到另一处的过程，称为质
量传递过程，简称传质。在一相中发生的物质传递是单
相传质，通过相界面的物质传递为相际传质。 质量传递的起因是系统内存在化学势的差异，这种 化学势的差异可以由浓度、温度、压力或外加电磁场等 引起。 传质过程广泛运用于混合物的分离操作；它常与化 学反应共存，影响着化学反应过程，甚至成为化学反 应的控制因素。掌握传质过程的规律，了解传质分离
的工业实施方法，具有十分重要的意义。
7.1 概述
7.2 质量传递的方式与描述
7.3传质设备简介
7.1概述
7.1.1传质分离方法
我们依据分离原理的不同，可以将传质分离过程 分为平衡分离和速率分离两大类： 一、平衡分离过程 平衡分离指借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附 剂等）使均相混合物变为两相体系，再以混合物中 各组分处于平衡的两相中分配关系的差异为依据而 实现分离的过程。 不难看出，平衡分离属于相际传质过程。相际传 质是我们后面重点学习讨论的内容。
化工过程中的传热与传质
质量传递的控制策略
控制温度：通 过控制温度来 影响质量传递 的速度和方向
控制压力：通 过控制压力来 影响质量传递 的速度和方向
控制浓度：通 过控制浓度来 影响质量传递 的速度和方向
控制流速：通 过控制流速来 影响质量传递 的速度和方向
控制界面：通 过控制界面来 影响质量传递 的速度和方向
控制反应条件： 通过控制反应 条件来影响质 量传递的速度
对流换热
定义：流体与固体表面之间的热量传递过程 特点：速度快，效率高，适用于大空间、大流量场合 影响因素：流体的流速、温度、密度、粘度等 应用：化工、能源、环境等领域的传热过程
辐射换热
辐射换热原理：通过电磁波传递热量 辐射换热特点：不需要介质，可以在真空中传递热量 辐射换热应用：太阳能热水器、红外线加热器等 辐射换热影响因素：辐射源温度、辐射源面积、辐射源与接收器之间的距离等
降低传质污 染：新型传 质材料可以 降低传质污 染，提高环 保性能
提高传热传 质效率：新 型传热传质 材料可以提 高传热传质 效率，降低 能耗，提高 生产效率
传热与传质过程中的余热利用技术
余热回收：通过回收废热， 提高能源利用效率
余热利用：将废热转化为 热能，用于其他工艺过程
余热发电：利用废热发电， 减少能源消耗
新型传热与传质材料的节能潜力
提高传热效 率：新型传 热材料可以 提高传热效 率，降低能 耗
降低传质阻 力：新型传 质材料可以 降低传质阻 力，提高传 质效率
减少传热损 失：新型传 热材料可以 减少传热损 失，提高能 源利用效率
提高传热稳 定性：新型 传热材料可 以提高传热 稳定性，降 低传热波动 对生产过程 的影响
化工传质过程
传质基本原理
传热和传质基本原理
传热和传质基本原理传热和传质是物质在不同状态和介质之间传递能量和物质的过程。
它们是热力学和物质平衡的基础，对于理解和应用许多自然现象和工程问题至关重要。
传热是指热量在物体之间传递的过程。
热量是物体内部微观粒子的运动状态，是一种能量的形式。
当物体与其他物体或环境接触时，热量就会在它们之间传递。
传热的方式可以分为三种：传导、对流和辐射。
传导是在物体内部传递热量的方式。
当物体的一部分受热时，它的分子会加速运动，与周围分子发生碰撞，从而将能量传递给周围分子。
这种传递方式在固体中最为常见，因为固体的分子间距相对较小，分子之间的相互作用力较强。
固体的导热性能与其导热系数有关，导热系数越大，物体的导热性能越好。
对流是热量通过流体运动传递的方式。
当流体受热时，其密度会减小，从而使流体上升，而冷却的流体则下降。
这种上升和下降的流动形成了对流现象。
对流的传热效果与流体的流速、流体的性质以及流体与物体之间的接触面积有关。
辐射是通过电磁波辐射传递热量的方式。
所有物体都会辐射热能，辐射的强度与物体的温度有关。
辐射传热不需要介质，可以在真空中进行。
辐射的传热效果与物体的表面特性、温度差以及波长有关。
传质是指物质通过扩散、对流等方式在不同状态和介质之间传递的过程。
传质的方式可以分为扩散、对流和溶解。
扩散是溶质在溶剂中自发性的分子或离子运动，使其浓度均匀分布的过程。
扩散速率与浓度梯度、温度、溶质和溶剂的性质以及扩散距离有关。
对流传质是在流体中溶质随着流体的流动传递的过程。
流体中的溶质可以通过流体的对流运动从一处运动到另一处。
对流传质的速率与流体的流速、溶质的浓度梯度以及流体和溶质的性质有关。
溶解是溶质在溶剂中形成溶液的过程。
溶解速率与溶质和溶剂的性质、温度和浓度有关。
传热和传质是许多自然现象和工程问题的基础。
在自然界中，许多地理、气象、生物学和化学现象都与传热和传质有关，如大气环流、海洋环流、生物代谢等。
在工程领域，传热和传质的研究和应用广泛存在于化工、能源、材料等领域，如炼油、化学反应、传热设备等。
固液传质过程
固液传质过程一、概述固液传质是指在固体和液体之间发生的物质传递现象。
在化学、生物、环境等领域中，固液传质都是非常重要的过程。
例如，土壤中的植物根系吸收水分和养分就是通过固液传质实现的。
本文将详细介绍固液传质过程。
二、传质机理1. 扩散扩散是指分子或离子由高浓度区域自发地向低浓度区域移动的过程。
在固液界面上，扩散通常是最主要的传质机制。
扩散速率与浓度梯度成正比，与距离平方成反比。
2. 对流对流是指由于流体流动而导致物质移动的过程。
对流可以加速物质传输，但需要外力驱动，如重力、电场等。
3. 平衡吸附平衡吸附是指分子或离子在固体表面上吸附并与表面结合形成一个稳定的状态。
这种吸附通常不会改变溶液中物质总量。
三、影响因素1. 温度温度越高，分子运动越剧烈，扩散速率也越快。
2. 溶液浓度溶液浓度越高，浓度梯度越大，扩散速率也越快。
3. 固体颗粒大小固体颗粒越小，表面积就越大，吸附和扩散的速率也就越快。
4. 溶质分子大小溶质分子大小对扩散速率有影响。
分子较大的物质扩散速率较慢。
四、传质模型1. Fick第一定律Fick第一定律描述了在稳态条件下的扩散过程。
它表明传质通量与浓度梯度成正比。
2. Fick第二定律Fick第二定律描述了非稳态条件下的扩散过程。
它表明浓度随时间变化的速率与浓度梯度的二次导数成正比。
3. 费克-普朗克方程费克-普朗克方程综合考虑了对流和扩散两种传质机制。
它描述了在非稳态条件下物质传输的总通量。
五、应用案例1. 土壤中植物根系吸收营养植物根系吸收水分和营养元素的过程是一个典型的固液传质过程。
土壤中的水分和营养元素通过扩散和吸附等机制进入植物根系。
2. 污染物在地下水中的迁移地下水中污染物的迁移也是一个固液传质过程。
污染物通过对流和扩散等机制从高浓度区域向低浓度区域移动。
3. 药物在人体内的吸收和代谢药物在人体内的吸收和代谢也是一个固液传质过程。
药物通过扩散等机制进入人体细胞内，然后被代谢酶代谢并排出体外。
流体的传热和传质
流体的传热和传质流体的传热和传质是热力学和传质学领域中的重要理论和实践问题。
在许多工程和自然现象中，流体的传热和传质过程起着关键作用，如热力设备的设计、化工反应过程的控制以及环境保护等。
本文将从理论和实践两个方面，对流体传热和传质进行探讨。
一、流体的传热流体的传热是指热量在流体中的传递过程。
这种传递可以通过三种方式进行：传导、对流和辐射。
传导是指热量在固体或液体中的传递过程，其传递方式与物质的微观结构有关。
对流是指传热介质的流动对传热过程的影响，其传递方式与流体的性质和流动条件有关。
辐射是指热量以电磁波的形式传递，不需要传热介质参与。
在工程实践中，为了提高流体的传热效率，常采用换热器。
换热器是一种通过流体的换热面进行热量传递的设备，根据换热的方式和流体的性质可以分为不同类型，如壳管式换热器、板式换热器等。
不同的换热器在不同的工况下有着各自的优势和适用性。
二、流体的传质流体的传质是指在流体中不同组分之间物质的传递过程。
传质过程可以通过扩散、对流和反应等方式进行。
扩散是指溶质在流体中由浓度高的区域向浓度低的区域传递，其速度与浓度梯度成正比。
对流是指流体的流动对传质过程的影响，常用于提高传质效率。
反应是指溶质通过化学反应或生物反应等方式在流体中传递。
在化工工艺中，流体的传质过程对反应速度和产品质量有着重要影响。
为了实现高效传质，需要控制传质介质的流动条件和溶质的浓度梯度，同时合理选择传质设备和工艺参数。
三、流体传热和传质实践案例流体的传热和传质在许多工程和自然过程中发挥着重要作用。
以下是一些实践案例：1. 化工反应过程中的传热和传质：在化学反应中，传热和传质过程对反应速度和产物分布有着直接影响。
通过合理设计反应器和传热设备，可以提高反应的效率和选择性。
2. 多相流传热和传质：在多相流动中，不同相之间的传热和传质过程对相变、反应和质量传递起着重要作用。
例如，在锅炉中的蒸汽生成和汽车发动机中的冷却系统，多相流传热和传质是需要考虑的重要问题。
化工基础 第三章 传质过程-I
如果没有实验数据，物质的分子扩散系数值 D可以由 经验或半经验公式进行估算。 （1）扩散组分A在气体B中的扩散系 T 1 1 2 D [ m / h] 1/ 3 1/ 3 2 P(v A vB ) M A M B 式中：D － 扩散系数 [m2/h]；
首先建立虚拟膜的概念。 浓度的变化也逐渐减慢，至 湍流流体经过固体壁面时， 外流区后几乎不存在浓度梯 在壁面附近有一个层流底层， 度了，如图3-I-1所示。 或称流体膜。若有扩散物质 从固体表面扩散出来（例如 食糖溶于水中，或萘升华到 空气中），则扩散物质只能 靠分子扩散通过层流底层， 分子扩散速度小，所以层流 底层中浓度差很大，即浓度 梯度大。在层流底层外，从 过渡区到外流区（湍流主 体），逐步依靠流体质点的 图3-I-1 位移和混和进行传质，
作用。
§2 传质设备
经验公式（ 3-I-2 ）虽然误差较大，但能说明影
响扩散的诸因素中，既有物质本身的性质如分子量
和摩尔体积，又有外部条件如温度和压力，而且使
用也比较方便，可用于估算D值。
从式（ 3-I-2 ）也可以看出，扩散系数与气体浓 度无关，但随温度升高和压力下降而加大。 如果已经知道在热力学温度T0和压力P0下的扩散 系数D0，则可按下式计算出它在热力学温度T和压力 P时的扩散系数D的数值：
有人认为在这种情况下这个膜层已经不复存在。
（ 2 ）在上述情况下，物质传递主要靠漩涡来进行，
即传质方式主要是对流扩散，而分子扩散很少。此时的 传质速率主要取决于流体力学条件，而与流体性质的关 系极小。
继双膜理论之后又陆续提出了一些理论，如溶质渗透
理论，表面更新理论，界面动力状态理论，无规漩涡模
型等。这些理论在说明自由界面的非稳态漩涡扩散和流 体力学影响因素等方面又大大向前发展了。它们所提出 的传质机理和实际情况更为接近。但是由于这些理论所 依据的主要参数（如表面单元暴露时间，新表面的形成 速率等）还难于直接测出，因此直接根据它们进行计算 来解决实际问题尚有困难，而只是在指导研究上有较大
第5章 传质过程
影响泛点气速的因素有填料特性、流体物性、气液的流 量等。实际操作气速常取泛点气速的50％～85％。
（2）板式塔
①塔板的结构 板式塔的壳体为圆筒形，里面装有若干 块水平的塔板。
液体靠重力作用自上而下逐板流向塔底，且在各快塔板 板面上形成流动的液层；
相间传质的每一步有各自的速率方程，称为分速率 方程；整个过程速率方程为总速率方程，相应的有传质 分系数和总系数之分。
3. 塔设备简介
气体吸收和液体精馏两种气液传质过程通常在塔设 备内进行。塔设备的基本功能在于提供气、液两相充分 接触的机会。
根据塔内气液接触部件的结构型式，分为填料塔与板式 塔两大类。
c.舌形塔板
舌形孔的典型尺寸为：φ＝20°，R=25mm，A＝25mm。
舌形塔板结构简单、不易堵塞。液体流动阻力小。 对负荷波动的适应能力较差，气相夹带较严重。
d．筛孔塔板
结构简单、造价低廉、 气体压降小、生产能力 较大；缺点是操作弹性 范围较窄，小孔筛板易 堵塞。
e．导向筛板
① 在塔板上开设了一 定数量的导向孔，开口 方向与液流方向相同； ② 增加了鼓泡促进装 置，把液流入口处的塔 板翘起一定角度，使液 体一进入塔板就有良好 的接触。
两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最 后从此相的界面向主体扩散。
（2）传质过程的方向与极限
例：分析氨和空气的气体混合物与水在一恒温恒压的 容器中进行两相接触的传质过程。
相间传质和相际平衡的共有规律 ①一定条件下，处于非平衡态的两相体系内组分会自发 地进行传递，使体系组成趋于平衡态。
②条件的改变可破坏原有的平衡。其平衡体系的独立变 量数由相律决定：f = k –φ + 2 f为独立变量数, k为组分数, φ为相数, 2 指外界只有 温度和压力两个条件可以改变体系的平衡状态。
传质过程名词解释
传质过程名词解释
传质过程是指物质在不同相之间传递、传递和混合的过程。
这种过程可以发生在气体、液体或固体之间，使得物质从一个区域向另一个区域移动或分散。
传质过程通常受到浓度差异、温度差异或压力差异的驱动。
在传质过程中，物质可以通过扩散、对流或反应来传递。
扩散是指物质自高浓度区域向低浓度区域的随机运动，而对流是指物质通过流动介质（如气体或液体）的流动传递。
在反应中，物质可以通过化学反应或生物转化等方式进行转化或传递。
传质过程在生物、环境和工程领域都具有重要的应用价值，例如气体交换、溶解、扩散和过滤等。