传质系数和传质理论综述
热力学系统的传热传质与传质系数
热力学系统的传热传质与传质系数热力学系统是指由物质组成的系统，其内部存在着能量和物质的传递过程。
在这个系统中，传热和传质现象是非常重要的。
传热是指热量从高温区域传递到低温区域的过程，而传质则是指物质从浓度高的区域传递到浓度低的区域的过程。
在传热传质的过程中，我们会用到传质系数，它是描述物质在单位时间内从一处传递到另一处的能力。
一、传热1. 热传导：热传导是热量通过物体内部相互碰撞传递的过程。
热传导的速率与物体的导热性能有关，通常用热传导系数来表示。
热传导系数描述了单位横截面积上单位温度梯度的传热能力，记作λ。
例如，在均匀材料中，热传导系数的大小与材料的导热性能成正比。
2. 对流传热：对流传热是指热量通过流体内部的传递。
对流传热主要发生在流体内部，如气体或液体。
在对流传热中，除了传导的贡献外，流体的运动也会带走或带来热量。
对流传热的速率由传热系数h来表示，它与流体的性质、流动速度和流体与固体之间的接触面积相关。
3. 辐射传热：辐射传热是指热量通过电磁波的辐射传递。
辐射传热主要发生在高温物体或热辐射源的表面。
辐射传热的速率由斯特藩-玻尔兹曼定律描述，该定律表明热辐射通量与温度的四次方成正比。
二、传质1. 扩散传质：扩散传质是指物质由高浓度区域向低浓度区域的自发传递。
扩散传质过程中，物质的传递速率与物质的浓度梯度有关。
扩散系数D是描述单位横截面积上单位浓度梯度的传质能力，它与物质本身的性质以及传质过程中的温度和压强相关。
2. 对流传质：对流传质是指物质通过流体内部的传递。
与对流传热类似，对流传质也受到传质系数的影响。
传质系数描述了单位横截面积上单位浓度梯度的传质能力，它与流体的性质、流动速度和流体与固体之间的接触面积有关。
三、传质系数传质系数是描述物质传递能力的一个重要参数。
在传热过程中，传质系数常用于描述物质从一个位置传递到另一个位置的速率。
传质系数一般用K表示，它是一个复合参数，与物质自身性质、传质过程中的温度和压强等有关。
传质 总系数 分系数关系
传质总系数分系数关系
根据提出的双膜理论，传质总系数与传质分系数的关系可以用以下两个公式表示：
1. 传质总系数与传质分系数在气相和液相中的关系：
$\frac{1}{K_{c}} = \frac{1}{k_{s}} + \frac{1}{H k_{l}}$
2. 传质总系数与传质分系数在液相中的关系：
$\frac{1}{K_{t}} = \frac{H}{k_{s}} + \frac{l}{k_{l}}$
其中，$K_{c}$和$K_{t}$分别为气相和液相传质总系数，$k_{s}$和$k_{l}$分别为气相和液相传质分系数，$H$为溶解度系数（$kmol(m^3 \cdot kPa)$），其值随温度升高而减小。
如需更多传质总系数与分系数相关的知识，建议查阅化学工程相关书籍或文献，也可咨询化学工程领域的专家，以获取更全面和准确的信息。
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。
三种传质理论模型
三种传质理论模型在化学和工程过程中，传质过程是一个重要的研究对象，主要涉及物质分子在不同相之间（例如气体与液体、液体与液体、气体与固体等）的转移。
为了更好的理解和描述这些过程，研究人员提出了不同的传质理论模型。
一、费克定律费克定律（Fick’s Law）是传质理论中最基本的模型之一，它描述了溶质在不同浓度下经过一个固定的距离后的扩散速率。
该定律可表示为：$$J=-D\frac{\partial c}{\partial x}$$其中，$J$为扩散通量，单位为 $\text{mol}/(\text{m}^2\cdot\text{s})$；$D$为扩散系数，单位为 $\text{m}^2/\text{s}$；$c$为溶质浓度，单位为$\text{mol}/\text{m}^3$；$x$为扩散的位置，单位为 $\text{m}$。
该定律表明，扩散通量与浓度梯度成正比，与扩散距离成反比。
费克定律适用于各种扩散系统，如气体扩散、液体扩散和固体扩散等。
它的局限性在于，它忽略了溶质与溶剂之间的相互作用，也没有考虑非均匀性和复杂性。
二、斯特凡—麦尔定律斯特凡—麦尔定律（Stefan-Maxwell Law）是描述多组分流体中传质过程的理论模型，它包括了非对称和非线性的质量转移。
该定律可表示为：$$J_i=-\sum_{j\neq i}\frac{D_{ij}}{RT}c_i\nabla\mu_j$$斯特凡—麦尔定律适用于多组分气体、液体和固体的传质过程，能够反映溶剂和溶质之间的相互作用和非线性的效应。
但是，该定律也有一些局限性，如扩散系数随浓度变化很大，扩散过程中可能会发生流动等。
对流传质模型考虑了流体流动与传质之间的相互作用。
在传质过程中，流体流动会带动溶质的运动，从而影响溶质的分布、浓度、速度和扩散通量等。
对流传质模型可以表示为：其中，$v$为流体速度，$D$为扩散系数；$\rho$和$c$分别为流体的密度和溶质的浓度。
安工大 冶金传输原理第十二章 传质
c A J1A - J 2 A .A.dx
- D AB
（23）
c A c A c A c A . A [-D AB (-D AB ).dx].A .A.dx x x x x
c A c A ( D AB ) x x
（24）
该式即为菲克第二定律，它描述了非稳态时，物质扩散传质的
浓度场，表示为：
Ci f（x，y，z，）
当组分i的浓度不是时间变化，而仅是空间的函数时，成为稳态 浓度场，即：
C i 0
Ci f（x，y，z）
④浓度梯度 表示为：
浓度梯度：在传质方向上某一组分浓度Ci随空间距离x的变化率，
C i grad C i x
（6）
⑤自扩散、互扩散、爬坡扩散
ii）多组分混合物的质量平均速度 u
u
u
i 1 n i
n
i
i
i 1
u
i 1 i
1
n
i
(m / s)
(7 )
ρi—i组分的质量浓度 ρ—混合物的质量浓度 iii）多组分混合物的mol平均速度
um
ui—i组分的绝对速度
c u
i 1 n i
n
i
c
i 1
两种成分不 同的固体
两种液体
两种气体
iii）爬坡扩散 上面说了，在浓度梯度的推动力下，物质由浓度高的区域向 低浓度区域扩散。这句话是不严谨的，因为有时会出现低浓度向 高浓度的扩散，这种扩散称为“爬坡”扩散。 例如：含Fe-Si（3.8%）-C（0.48%）和Fe-C（0.44%）两块合金 焊接在一起，如图：
1 n c i ui c i 1
容量传质系数
容量传质系数
一、容量传质系数是什么？
容量传质系数是指在多孔介质中，溶质扩散的能力。
具体来说，就是单位时间内单位体积多孔介质内的物质传输速率与质量浓度梯度之间的比值。
二、容量传质系数的意义
容量传质系数是描述溶质在多孔介质中扩散的能力，而多孔介质的性质会直接影响这种能力。
容量传质系数可以用来衡量多孔介质孔隙结构和性质。
另外，容量传质系数还可以指导和优化多孔介质的设计和应用。
三、容量传质系数的计算方法
计算容量传质系数有多种方法，常用的有层析法、影响法、交汇点法等。
其中，最常用的是层析法，其基本原理是将多孔介质切为若干水平切面，通过测量每个切面上溶质浓度的分布，从而计算出容量传质系数。
四、容量传质系数的影响因素
多孔介质的孔隙结构和性质会直接影响容量传质系数。
例如，孔径大小、孔隙率、孔道分布等因素都会影响多孔介质内物质的扩散速率。
此外，温度、化学性质和流动速度等因素也会影响容量传质系数。
五、容量传质系数在实际应用中的价值
容量传质系数对于多种领域的应用具有重要意义。
在环境领域，容量传质系数可以用来研究土壤、水体中污染物的传输过程，为环境保护提供重要依据。
在化学工程领域，容量传质系数可以用来优化反应器的设计和操作，提高反应效率。
此外，该系数还可以用于各种材料的设计、选择和性能评价。
六、总结
容量传质系数描述了溶质在多孔介质内扩散的能力，具有重要的理论和应用价值。
通过对容量传质系数及其影响因素的探究和研究，可以优化多孔介质的设计和应用，推动工程和环境领域的发展。
传质系数
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
传质系数
据式（1），m＝SvDt＝SkD△Ct＝kDS（C0－Ci）t （1）
按有关因素，可逐个列出若干个传质速率方程
式中，km 和k’m。
均可称为传质系数，但它们的使用条件不同，量纲或因次不同，其数值显然不等。
所以在使用、或用实验测定数据计算传质系数时，必须考虑每个具体情况下的特点，并注意单位的统一。
在堆浸中，通常使用的传质方程是建立在浸出金属浓度C 与浸出时间t 的关系上，或浸出金属量对时间t 的关系上。
当溶浸液以恒定的喷淋强度流过矿石堆时，它的体积（V）对时间的微分为
或dV＝QdtS （4A）
式中，S－矿堆的横截面积，m2；
Q－堆浸中的喷淋强度，m3／（h·m2）；
C－浸出时间△t 内，溶液中的金属平均浓度，kg/m3。
我们定义浸出金属浓度C 是浸出金属量对流过矿堆的溶浸液体积的微分，即将式（4A）代入式（4B），得
整理式（4C）并积分，得
△m＝k”mQCS△t （5）
式中，k”m－堆浸时的传质系数；
△m－浸出时间△t 内，单位面积上浸出的金属量，kg。
比较式（2），（3）和（5）中的km，k’m和k”m可知，传质系数的使用要针。
化工原理
百科名片化工原理化学工程学及其进展化学工程学，以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工业规模条件下，它所发生物理或化学点击此处添加图片说明状态变化的工业过程及这类工业过程所用装置的设计和操作的一门技术学科。
化学工程学的进展：三阶段：单元操作：20世纪初期。
单元操作的物理化学原理及定量计算方法，奠定了化学工程做为一门独立工程学科的基础。
“三传一反”概念：20世纪60年代多分支：20世纪60年代末。
形成了单元操作、传递过程、反应工程、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及控制等完整体系。
目录英文名称0.1 化学工程学科的进展单元操作图书信息内容简介图书目录绪论第1章流体流动原理及应用第2章传热及传热设备第3章传质原理及应用第4章固体颗粒流体力学基础与机械分离第5章固体干燥第6章其他单元附录化工原理（第三版上册）化工原理（第三版）（下册）内容简介目录一、上册二、下册英文名称0.1 化学工程学科的进展单元操作图书信息图书目录绪论第1章流体流动原理及应用第2章传热及传热设备第3章传质原理及应用第4章固体颗粒流体力学基础与机械分离第5章固体干燥第6章其他单元附录化工原理（第三版上册）化工原理（第三版）（下册）内容简介目录一、上册二、下册展开编辑本段英文名称Chemical Engineering Principles编辑本段0.1 化学工程学科的进展单元操作化工生产是以化学变化或化学处理为主要特征的工业生产过程。
在化学工业中，对原料进行大规模的加工处理，使其不仅在状态与物理性质上发生变化，而且在化学性质生也发生变化，成为合乎要求的产品，这个过程即叫化工生产过程。
以氯碱生产为例说明化工生产过程的基本步骤。
可见，虽然电解反应为核心过程，但大量的物理操作占有很大比重。
另外象传热过程，不仅在制碱中，在制糖、制药、化肥中都需要，在传热过程物料的化学性质不变，遵循热量传递规律，通过热量交换的方式实现，所用设备均为换热器，作用都是提高或降低物料温度，为一普遍采用的操作方式。
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2.传质系数的经验公式
(1) 用水吸收氨
kGa 6.07 104 G0.9W 0.39
式中：kGa —— 气相体积传质分系数，kmol/(m3.h.kPa)； G —— 气相空塔质量流速，kg/(m2.h)；
增加
面上的浓度梯度成正比）。
流体表面暴露的时间越长，膜 内浓度分布曲线就越平缓，界 面上溶质扩散速率随之下降。
cA0
界面
距相界面的距离
第五节
传质系数和传质理论
直到时间为c时，膜内流体与主流发生一次完全混合而使浓度重新均匀 后发生下一轮的表面暴露和膜内扩散。 c 称为汽、液接触时间或溶质渗 透时间，是溶质渗透理论的模型参数，气、液界面上的传质速率应是该 时段内的平均值。 由该理论解析求得液相传质系数
双膜理论存在着很大的局限性，例如对具有自由相界面或高度湍动 的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的，因此界面两侧存在稳 定的等效膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以 成立； 该理论提出的双阻力概念，即认为传质阻力集中在相接触的两流体 相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算中得到了 广泛承认，仍是传质过程及设备设计的依据；
PD B ReG Sc G kG RTpBm
适用范围: 湿壁塔或拉西环填料塔 ReG = 2×103~3.5×104 ScG = 0.6~2.5
P = 101~303 kPa(绝压)
模型参数:
应用场合 湿壁塔 填料塔 0.023 0.066 0.83 0.8 0.44 0.33
气 液 相界面 液相主体 气相主体 膜 膜
p pi = Ci / H Ci
pi
1
2
C
第五节
传质系数和传质理论
按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验所得的关联式
的结果相差较大； 由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度 1 和
2 以及界面上浓度 pi 和 Ci 都难以确定；
L — 液体的粘度，N· s/m2 ;
L — 液体的密度 kg/m3 ; D’ — 溶质在液相中的分子扩散系数 m2/s ;
W
— 液体的空塔质量速度，kg/(m2· s).
第五节
二、 传质理论 1.双膜理论
传质系数和传质理论
2.溶质渗透理论
3.表面更新理论
第五节
1.双膜理论
传质系数和传质理论
第五节
传质系数和传质理论
一、传质系数
二、 传质理论
第五节
一、传质系数
传质系数和传质理论
传质系数的影响因素 物系的性质 填料的结构 操作条件 传质系数的来源 实验测定 经验公式 准数关联式
第五节
1.传质系数的实验测定
传质系数和传质理论
由填料层高度计算式：
V Yb Ya h KY a Ym V (Yb Ya ) KY a hYm
kL 2
c
DAB
该理论指出传质系数与扩散系数DAB的 0.5 次方成正比，比双膜理 论更加接近于实验值，表明其对传质机理分析更加接近实际。
第五节
3.表面更新理论
传质系数和传质理论
气液接触表面是在连续不断地更新，而不是每隔一定的周期c才发生 一次。 处于表面的流体单元随时都有可能被更新，无论其在表面停留时间 （龄期）的长短，被更新的机率相等。 引入一个模型参数 S 来表达任何龄期的流体表面单元在单位时间内 被更新的机率（更新频率）。 由于不同龄期的流体单元其表面瞬时传质速率不一样，将龄期为 0→∞ 的全部单元的瞬时传质速率进行加权平均，解析求得传质系数为：
第五节
D
传质系数和传质理论
-─溶质在气相中的分子扩散系数m2/s； P/pm -─气相漂流因子； kG -─气相传质系数kmol/(m2skPa) ； R -─通用气体常数kJ/ (kmolK ) ； L -─特征尺寸 m ； G -─混合气体的密度kg/m3； T -─温度 K； G -─混合气体的粘度Ns/m2 ； G -─气体的空塔质量流速； De -─填料层中流体通道的当量直径，de=4a/，（a为填料的比表面
适用条件： (1) 直径为10-32mm陶瓷环填料塔； (2) 喷淋密度U为3-20m3/(m2 h)； (3) 气体的空塔质量速度G为30-580 kg/(m2 h)； (4) 操作温度为21-27℃。
第五节
传质系数和传质理论
(3) 用水吸收二氧化硫
kGa 9.9 10 G W
4 0.7
第五节
2.溶质渗透理论
传质系数和传质理论
工业设备中进行的气液传质过程，相界面上的流体总是不断地与主流 混合而暴露出新的接触表面。希格比（Higbie）认为流体在相界面上暴 露的时间很短，溶质不可能在膜内建立起如双膜理论假设的那种稳定的 浓度分布。 溶质通过分子扩散由表面不断 cAi 地向主体渗透，每一瞬时均有 不同的瞬时浓度分布和与之对 应的界面瞬时扩散速率（与界 液相浓度cA
0.25
kLa bW 0.82
b-─与温度有关的常数，见P69表9-3
适用条件： (1)气体的空塔质量流速G为 320-4150kg/(m2h)
(2)液体的空塔质量流速W为 4400-58500 kg/(m2h)；
(3)直径为25mm的环形填料。
第五节
传质系数和传质理论
3.传质系数的准数关联式
4W Re L a L
液体通过填料层的雷诺数
液相施密特准数
L Sc L L D
Ga
3 gl3 L 2 L
液相的伽利略准数
第五节
上述准数中：
传质系数和传质理论
a— 填料比表面积m2/m3 ; kL — 液膜传质系数，m/s ; cSm/c— 液相漂流因子; l g — 特征尺寸，取填料直径m ; —重力加速度，m/s2 ;
m2/m3，为填料层的空隙率m3/m3）；
U0
-─气体在填料空隙中的实际流速，u0=u/（u为空塔气速m/s）；
第五节
传质系数和传质理论
0.67
(2)计算液相传质系数的准数关联式
ReL Sh L 0.000595
液相舍伍德准数
Sc L 0.33 Ga 0.33
cSm l Sh L kL c D
W
—— 液相空塔质量流速，kg/(m2.h)；
适用条件： (1) 直径为12.5mm陶瓷环填料塔。
第五节
传质系数和传质理论
(2) 常压下用水吸收二氧化碳
用水吸收二氧化碳属难溶气体吸收，吸收阻力主要在液膜侧。计算液 相体积传质系数的经验公式为
kLa 2.57U 0.96
U — 液相喷淋密度，m3/(m2h) 。单位时间喷淋在单位塔截 面上的液相体积，
(1) 计算气相传质系数的准数关联式
Sh G ReG Sc G
气相舍伍德准数
RTp Bm l Sh G kG P D
气体通过填料层的雷诺数 ReG
d e u0
G
4G aG
气相施密特准数
Sc G
G G D
第五节
传质系数和传质理论
Sh G ReG ScG
k L SDAB
第五节
传质系数和传质理论
该理论得出的传质系数正比于扩散系数DAB的0.5次方； 该理论的模型参数是表面更新机率 S，而不是接触时间 c ； 目前还不能对c和S进行理论预测，因此用上述两个理论来 预测传质系数还有困难； 溶质渗透理论和表面更新理论指出了强化传质的方向，即 降低接触时间或增加表面更新机率。