传质原理及应用
多孔介质传热传质理论与应用
多孔介质传热传质理论与应用多孔介质传热传质理论是一种对多孔介质的物理性质的科学研究，因为历史上没有人直接从孔隙结构中去分析传热传质过程，所以这一理论很长时间没有发展。
多孔介质传热传质是物理概念，指在给定介质中发生的热量和物质的传输。
孔介质传热传质理论是以传热学、分子动力学、流体力学等跨学科为基础而建立起来的一种新兴理论，其目的是要研究多孔介质传热传质的形式，有效地利用多孔介质传热传质的原理，为解决各种由多种热力学系统的传热传质问题进行理论研究和实验研究。
多孔介质传热传质理论有很多应用，其中最主要的应用之一是工业热交换器的设计。
此外，多孔介质传热传质理论还可用于研究如煤层气、页岩气和混合热源在多孔介质中的热传导和热扩散特性，从而实现热源的有效调节和利用。
此外，多孔介质传热传质理论也可以用于估算地表层和深层地质中的热传导特性，以及研究对地表层的热设计。
多孔介质传热传质理论是多孔介质研究领域新兴的理论，在一定程度上改变了传热传质的研究方法，积极促进了各种介质传热、传质以及传热传质过程的研究，产生了深远的影响。
受多孔介质传热传质理论影响，研究者们开发出新型的工业热交换器，可以实现更高效、更智能的能量利用。
由于多孔介质传热传质理论完善了介质传热和传质的理论，使得热交换器变得更加精确、更加高效，并取得了更好的效果。
此外，多孔介质传热传质理论还为我们提供了新的机遇：可以更加有效地利用深层地质的热量，以及如混合热源的有效利用等。
多孔介质传热传质理论提供了一种智能化的解决方案，将多种热力学介质有效地传输到需要传输的目标，从而实现有效利用能源的目的。
综上所述，多孔介质传热传质理论是一种新兴的理论，对介质传热传质过程的研究产生了巨大的影响，并在工业热交换器的设计、混合热源的影响以及深层地质热量的利用等方面，带来了新的机遇和研究方向，预示着多孔介质传热传质理论在未来将会发挥更大的作用。
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。
食品工程原理七传质原理及应用PPT课件
A＋B
cA1
cB1
JB
A＋B JA cA2
cB2
Fick law
JA
DAB
dc A dz
JB
DBA
dcB dz
7－2－1
传质速率与浓度梯度的大小成正比。
q dt w / m2 dx
du N / m2 dy
7－2－3
⑵、单向扩散 主体流动（总体流动），单向扩散描述
JA JB
NA
NA
Nm 1
JB 2
主体流动与扩散流的区别：扩散流是微观运动
的宏观表现，传递的是组分A或B；主体流动
是宏观运动，携 A、B流向界面2。
空气+ 酸
酸酸
Nm NA NB
NA JA xANA NB
碱液
NA
D
dcA dz
kg / ( ㎡·s)
n=S ni
Ni =ci ui kmol / ( ㎡·s)
b.以扩散速度表示： N = S N i
j = S ji
j i = i (u i － u) kg / ( ㎡·s)
J = S Ji
J i = c i (u i －u ) kmol / (㎡·s)
§2 传 质 原 理
一、质量传递的方式 相间质量传递三步骤 1、分子传质（分子扩散）
P / PBM (C/CBM)的作用如顺水推舟。证明主体流 动将加强分子扩散，使其通量加大，故将其称
“漂流因子”或移动因子。当 A 组分浓度很
小时，P / PBM ≈1，则单向扩散近于等分子扩散。 P
理想态的精馏、离子交换
PB2
学习_第三章传质原理
三、对流传质比拟关系式
蒸发冷却——同时发生热量和质量传递的实例
一、方程的导出
由控制体流出的组分A的净通量+控制体内组分A的质量积累率控制体内组分A的质量生成率=0
流入： 流出：
积累率： 生成率：
可推得传 质微分方 程：
二、传质微分方程的简化
（1）混合物密度ρ与分子扩散系数DAB为常数
（2）ρ（或C）与DAB为常数，且系统内无化学反应
（3） ρ（或C）与DAB为常数，且系统内无化 学反应，且流体的整体平均速度为零。
上两式称为斐克第二定律，它表达了不稳定状态下分子扩 散的规律。 （4）稳态扩散，其他条件与（3）相同
三、常用的初始条件和边界条件 初始条件：
第一类边界条件： 第二类边界条件：
第三类边界条件：
四、无化学反应的一维稳定分子扩散 1、单向扩散
2、等摩尔逆扩散
上两式称为稳态的等摩尔逆向扩散方程。 可求解该扩散过程的浓度分布方程：
第三章 传质原理
传质（质量传递）——物质由高浓度向低浓度方向 转移的过程
推动力——浓度差 还有热扩散，压力扩散，但工程上只考虑均温、均
压下的浓度扩散
传质的两种基本方式： 分子扩散
紊流扩散
第一节 分子扩散基本定律
一、基本概念
1、浓度
质量浓度 kg/m3 kmol/m3一维稳态分子扩散
第三节 对流传质
一、浓度边界层和传质微分方程组
二、对流传质准数方程式
类似于Pr准数，把γ/D称为施米特（Schmidt）准数， 记为Sc；把α /D称为刘易斯（Lewis）准数，记为Le,它表示 了温度分布与浓度分布之间的关系。
1、管内受迫流动时的对流传质 2、流体沿平板流动时的对流传质
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。
食品工程原理第七章 传质原理
对于两组分系统，有：
j=jA+jB
3．以主体流动速度表示的传质通量
主体流动速度与浓度的乘积称为以主体流动速度表示的 传质通量： 质量通量：rAu=rA(rAuA+rBuB)/r=wA(nA+nB)
rBu=wB(nA+nB)
摩尔通量：cAum=cA(cAuA+cBuB)/c=xA(NA+NB) cBum=xB(NA+NB)
第七章 传质原理
第一节 传质基础
一、食品工业中的传质过程
1．气体吸收和脱吸 饮料冲气（CO2）、通气发酵、挥发性香精回收、油脂氢 化、糖汁饱充、天然油料脱臭等。 2．空气调节 空气的增湿与减湿。
3．吸附
动、植物油脱色、自来水净化等。
4．结晶 蔗糖、葡萄糖、蜂蜜中糖分、冰淇淋中乳糖等。 5．固——液萃取 从油料种子中提取油脂、从甘蔗（甜菜）中提糖等。
rB=cBMB=0.05×28=1.4kg/m3 r=rA+rB=0.88+1.4=2.28kg/m3
c=cA+cB=0.02+0.05=0.07kmol/m3 u=(rAuA+rBuB)/r
=(0.88×0.002+1.4×0.003)/2.28
=2.614×10-3m/s
um=(cAuA+cBuB)/c
6．干燥
果蔬干制、奶粉制造、面包和饼干的焙烤、淀粉制造、以 及酒糟、酵母、麦芽、砂糖的干燥等。
7．蒸馏
在酿酒工业中是应用最早的单元操作。
二、混合物组成的表示方法
1. 质量浓度——单位体积混合物中某组分的质量。
rA=mA/V
2. 物质的量浓度——单位体积混合物中某组分的物质的量。 cA=nA/V 质量浓度与物质的量浓度间的关系： cA=rA/MA 3. 质量分数——某组分的质量mA与混合物总质量m之比。 wA=mA/m 归一方程： SwAi=1
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。
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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F’
F
NA NB
2
pA2 NA
2’
z
上两式相加得： NA NN'
NA：组分A通过两相界面的通量，kmol/(m2·s)
实用文档
18
组分B由两相界面向气相主体的分子扩散与由气相 主体向两相界面的总体流动所带的组分B数值相等，方 向相反，因此宏观上看，组分B是不动的或停滞的。所 以由气相主体到两相界面，只有组分A在扩散，称为单 向扩散或组分A通过静止组分B的扩散。
1’
1
pA1
JA N JB
F’
F
NA NB
2
pA2 NA
2’
z
15
总体流动的特点： 1）由分子扩散引起的宏观流动，不是外力驱动； 2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩 尔分率； 3）总体流动与溶质的扩散方向一致，有利于传质
取一固定截面F，则该截面不仅有分子扩散，还有 总体流动。根据分子对称面的特点，截面F不是分子对 称面。若将分子扩散相对应的分子对称面看成一个与 总体流动速度相同的运动截面，则一系列运动的分子 对称面与固定的截面F重合。F上的净物流通量N’为
截面。
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14
2、一维稳态分子扩散
一维：只沿一个方向扩散，其他方向无扩散或扩散量可以 忽略。稳态：扩散速率的大小与时间无关，只随空间位置 而变化。
（1）单相扩散 吸收操作的分析
假设：只有气相溶质A不断由气相主 体通过两相界面进入液相中，而惰性 组分B不溶解且吸收剂S不气化。 因溶质Ａ扩散到界面溶解于溶剂中， 造成界面与主体的微小压差，使得混 合物向界面处移动，即产生了宏观上 的相对运动，叫做总体流动。也叫摩 尔扩散，摩尔扩散指分子群实。用文档
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6
3.1 传质基本概念
质量传递现象 蒸馏、吸收、干燥及萃取等单元操作
物质由一相转移到另一相，或者在一个均相中，其 基本机理都相同。
分子扩散传质
单相内物质 传递的原理
涡流扩散传质
涡流扩散时也伴有分 子扩散，对流传质
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7
一、分子扩散
1、分子扩散子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在 浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较 高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。
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13
（2）分子对称面
双组分混合物在总浓度C（对气相是总压P）各处
相等的情况下
CC AC B常 数
dCA dCB dZ dZ
DABDBAD
JA JB
组分A和组分B等量反方向扩散通过的截面叫分子对
称面。特征是，仅对分子扩散而言，该截面上净通量等
于零，且该截面既可以是固定的截面，也可以是运动的
操作线方程，进料状态的影响、理论板数的确定、回流
比的讨论及热量衡算）；
（3）吸收塔的工艺计算（包括：物料衡算与操作线方
程、吸收剂用量的讨论、填料层高度的计算）；
（4）塔设备的基本结构，填料塔附件、填料的主要类
型及性能、填料塔与板式塔的比较。
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3
2．本章难点
传质机理； 非理想体系的气液平衡关系； 特殊情况下精馏过程理论板数的确定； 板式塔的塔板结构及流体力学性能。
理想气体：
cA
pA RT
dcA = 1 dpA dz RT dz
JA
DAB RT
dpA dz
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12
费克定律与傅里叶定律比较
JA DABddczA
dQ=-dS t
n
费克定律与傅里叶定律形式上相似，区别在于：
A、热传导传递的是能量，分子扩散传递的是物质。
B、分子扩散，一个分子转移后，留下相应的空间， 必由其他分子补充，即介质中的一个或多个组分是运 动的，因此，扩散通量存在一个相对于什么截面的问 题；而在热传导中，介质通常是静止的而只有能量以 热能的方式进行传递。
N’=N+JA+JB=N
固定截面上包括运动的分子对称面，则有：JA=-JB N总体流动通量，由两部分组成
NCA NCB N CC
总体流动中携 带的组分A
总体流动中携 带的组分B
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17
在截面F与两相界面间做物料衡算
对组分A：
JA
CA C
N
NA
对组分B：
CB C
N
JB
1’
1
pA1
JA N JB
实用文档
4
前言
过程工业中，经常需将混合物加以分离。 采用适当的分离方法与设备，并消耗一定的物料 和能量。
分离：根据混合物性质的不同采用不同的方法
混合物
分离基本特征：物质由一相转移到另一
均相混合物 相或生成新相，过程取决于两相之间的
平衡关系，称为相际传质过程
非均相混合物 不属于同一相的两种或两种以上的
由（1）可导出单向扩散速率计算式：
DP
NA
RTZ
PBm
(pA1
pA2
)
PBm
pB2 pB1 ln pB2 pB1
P B m 1、2截面上组分B分压的对数平均值
组分A的分压与扩散距离z为对数关系
对于液体的分子运动规律远不及气体研究得充分，
分子运动论：随机运动,道路曲折,碰撞频繁 扩散速率 很慢
(1)费克定律 a.扩散通量：
单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积
扩散的物质量，J表示， kmol/(m2·s)。
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10
b.费克定律
温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处 的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。
JA DABddczA
物质混合得到的混合物
实用文档
5
在相界面利用平衡关系进行分离操作时，从技术角度来说： （1）尽可能经济地增大两相界面的表面积，以及怎样在界面上 充分利用平衡关系； （2）平衡状态为过程的极限，分离不能持续进行，还必须研究 如何既偏离平衡状态，又进行所期望的分离。
主要介绍气液传质原理，蒸馏操作和吸收操作的 主要工艺计算，以及板式塔和填料塔的设备特点及流 体力学特性。
JA——组分A扩散速率(扩散通量)， kmol/(m2·s)；
d c A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度, kmol/m4
dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着物质浓度降低的方向进行
实用文档
11
对于气体混合物，费克定律采用组分的分压表示
第三章 传质机理及应用
实用文档
1
主要内容
3.1 传质基本概念 3.2 蒸馏 3.3 吸收 3.5 传质设备
实用文档
2
1．本章重点
（1）二元物系的气液相平衡关系（包括：拉乌尔定律，
温度组成图，气液相平衡图，挥发度及相对挥发度），
气体的溶解度和亨利定律，吸收速率方程式； （2）双组分连续精馏的工艺计算（包括：物料衡算与