6 质量传输基本概念汇总
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传输原理-第13章质量传输的基本概念和传质微分方程-1
数学表达式： Ci f x, y, z,
稳定传质
无质量蓄积
定态传质
浓
稳定浓度场：Ci f (x, y, z ) ，Ci 0
度 按时间
场
不稳定浓度场：Ci f (x, y, z, ) ，Ci 0
不稳定传质 有质量蓄积
不定态传质
13.1 浓度、速度、扩散通量密度
在1333K温度下Al扩散进入MgO陶瓷的试样断面图（电镜照片）
第13章 质量传输的基本概念和传质微分方程
传质有两种基本方式：
1. 分子传质:由分子运动引起的传质。
从本质来说，它是依赖微观粒子的随机的分子运动所引起 的，当体系存在浓度差时，浓度大的分子破坏了均衡态而 导致了分子的定向运动，促进浓度大的区域的分子向浓度 小的区域,从而达到浓度一致，完成质量传输的过程。
一维浓度场
浓
空间
二维浓度场
度
三维浓度场
场
物理量性质 数量场
一维稳定浓度场：Ci f (x ) 一维不稳定浓度场：Ci f (x, )
13.1 浓度、速度、扩散通量密度
浓度梯度：
传质方向上单位距离上的浓度变化量（最大浓度变率）。
表达式：
gradCi
Ci n
方向： 低浓度
高浓度为正
菲克第一定律
对浓度较为方便，即：
JA=－DAB C（dxA/dy）
mol/㎡s
jA=－DAB （dA/dy）
kg/㎡s
– DAB：组分A在组分B的扩散系数，叫互扩散系数
– DA、DB 叫A、B的扩散系数
13.2 扩散系数
1.扩散系数Di 单位: m2/s
Di
Ji
传输原理-第十六章 质量传输的基本概念
16.2 分子扩散传质系数
• 它是从大的球型分子(A)在小分子的液相溶剂(B)中扩散
推导出来的，用Stokes定律描述作用在运动溶质分子上
的曳力。然后，假设所有分子是相似的，并按立方晶
格排列，同时用分子体积表示分子半径。
DAB
9.96 105 T
B (VA ')1/3
• 式中，μB为溶剂B的黏度，N·s/m2；VA′为溶质A在正常 沸点下的的分子体积，cm3/mol
• 尽管扩散与固体结构无关，但分子扩散系数随物质的 浓度和温度而变。经验表明阿累尼乌斯(Arrhenius)式 可以较好的表达固态扩散系数与温度的关系，即：
DAB D0 exp(E / RT )
(2) 与固体结构密切有关的扩散 • 在冶金过程中经常遇到气体在多孔固体中的扩散，气孔
结构与扩散系数密切相关，如矿石的还原，煤燃烧和砂
DAB
d A
dz
jAz为组分A在z方向上的分子扩散量，即单位时间、通 过单位面积的质量，kg/(m2·s)；
ρA为组分A的质量浓度，kg/m3。
16.2 分子扩散传质系数
• 分子扩散系数为物质的物理属性，表示扩散能力的大 小。可理解为沿扩散方向，在单位时间内，浓度梯度
为1时，通过单位面积的质量，其单位为m2/s。它与 物质的运动黏度和导温系数具有相似的物理意义。
16.2 分子扩散传质系数
• 由于 cA cB c ，C为混合物的总摩尔。可以给出：
dcA d (c cB ) dcB
dz
dz
dz
• 对于理想气体，则有 dPA d (P PB ) dPB
dz
dz
dz
• 当静止状态时，各处的压力相等，两气体相互扩散的摩
质量传输的名词解释
质量传输的名词解释质量传输是指物质在空间或时间上从一个位置向另一个位置传递的过程。
这个过程可以在不同的系统中发生，包括自然界中的大气、水域和地壳运动，也可以发生在人类活动中的运输、通讯、能源等领域。
一、质量传输的基本概念质量传输可以被理解为物质在空间或时间上的扩散和迁移。
它描述了物质从一个区域到另一个区域的传递过程。
质量传输可以通过不同的方式进行，如扩散、协同和对流。
例如，在自然界中，空气中的污染物可以通过对流和扩散进行传输，而水中的溶解物质可以通过河流和海洋流动进行迁移。
二、质量传输的机制1. 扩散：扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域传播的过程。
它是在没有外力作用下，分子或粒子由于热运动而发生的无序运动。
扩散是许多化学和生物过程中的重要机制，如氧气和二氧化碳在植物叶片中的气体交换等。
2. 协同：协同是指物质通过与其他物质相互作用而传输的过程。
这种相互作用可以是化学反应、溶解、吸附等。
例如，土壤中的养分可以通过与植物根系相互作用而被吸收和传输。
3. 对流：对流是指物质通过流体介质（如气体或液体）内部的流动进行传输的过程。
这种流动可以是自然的，如地球的大气运动，也可以是人类活动产生的，如液体在管道内的流动。
对流传输可以快速地将物质从一个地方传递到另一个地方，因此在工业和交通领域具有重要意义。
三、质量传输的应用领域1. 环境科学：质量传输在环境科学领域中具有重要意义。
通过了解和模拟质量传输的机制，可以预测和评估环境系统中污染物的传输和分布情况。
这对于环境保护、减少污染和改善生态健康具有重要价值。
2. 制造业：质量传输在制造业中也十分关键。
例如，在化学工业中，质量传输的理解可以帮助优化反应过程，提高产品质量和产量。
在材料科学领域，质量传输的研究可以用于设计新材料的制备方法和加工工艺。
3. 交通运输：质量传输在交通运输领域中具有重要意义。
例如，在航空领域，了解空气动力学和燃料传输的机制可以提高飞机的燃油效率和飞行安全。
质量传输的基本概念及基本定律
3、速度(sùdù)
迁移(qiānyí)速度
静止坐标为参照，相对固定参照系某种物质或总混合系的速度称为迁移速度，又称
绝对速度，而混合物的迁移速度也称主流速度。组分i的迁移流速用υi表示，m/s。
混合物的速度用平均速度来确定。
质量平均速度： m
ii
ii
摩尔平均速度： M
Cii
C
xii
n nA nB 1.946103 kg /(m2s)
N A cAuA 3.519105 kmol /(m2s); NB cBuB 1.866105 kmol /(m2s)
N N A NB 5.385105 kmol /(m2s)
*
第10章 质量传输(chuán shū)概述
19
共二十九页
CM
A
xAM A xAM A xBM B
xA
A
/
A
MA
/MA
B
/
MB
*
第10章 质量传输(chuán shū)概述
9
共二十九页
10.1 质量传输的基本概念
2、浓度(nóngdù)场、浓度(nóngdù)梯度
浓度(nóngdù)场
某组分浓度在空间(kōngjiān)的分布及随时间变化规律叫该组分 的浓度场。
100 %;
n i 1
xi
1
气体分压
Pi
i
R Mi
T
n
p pi
i 1
*
第10章 质量传输概述
8
共二十九页
10.1 质量(zhìliàng)传输的基本概念
以双组分A、B 的混合物为例，它们(tā men)的关系为
A
质量传输简介
2015/8/6
7
扩散的基本定律 • 一、斐克定律 1855年，物理学家斐克(Fick A E)确认 质量扩散(分子扩散)与浓度梯度之间的关系，类似于导热 与温度梯度之间的关系，即扩散通量与浓度梯度之间存在 着线性关系，这就是斐克定律。 • 在稳态扩散条件下，对于一个等温、等压(指总压力)由组 分 A,B组成的二元混合物，当此混合物无整体运动(宏观 对流)，且组分仅在y方向存在着由于浓度梯度引起的扩散 时，斐克定律的表达式为:
2015/8/6
式 中，mA和NA分别为组分 A 的 质流通量和摩尔通量。两者的换 算关系式是 NA=mA/MA。
8
可发现质扩散与动量传递的类似性
以上三式，分别表示了分子扩散速率、导热速率和动量扩散速率各自与其相应的梯 度成正比。它们具有形式相同的数学表达式，说明在一维系统中，动量交换、热量 交换和质交换具有类似性，这三者之间是可以相互比拟的。
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18
如图 12一4所示，当流体受迫流过 平板界面时，如果界面向流体进行 组分 A的质量传递，则沿着界面可 形成浓度边界层。采用推导换热微 分方程和层流边界层的动量微分方 程及能量微分方程的方法，可以推 导出沿平板层流流动浓度边界层中 组分A的扩散方程为
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19
由于动量传递、热量传递和物质传递同时存在，因此，边界层微 分方程还有连续性方程、动量方程和能量方程，即
2015/8/6 2
基本概念
混合物浓度的表示方法 浓度梯度是质量传输的一种推动力。
两种或两种以上物质组成的混合物中，各组分在混合物中所占份量的多少， 习惯上称为浓度。某组分在混合物中占有的份额大，就表示该组分浓度高。 浓度的表示方法很多。 在混合物中的浓度梯度就是指某组分在混合物中的不同区域存在浓度.差异。 本节主要介绍质量浓度和摩尔浓度。 质量浓度是指单位体积的棍合物中含某组分i的质量，称为该组分的质量浓 度，kg/m3，用 表示。设有A,B两种物质组成的混合物，其总体积为V i (m3 )，两种物质的质量分别为 mA(kg)和mBCkg)，则质量浓度定义为。
质量传输
第三篇 质量的传输
第一章
质量传输的基本概念
质量传质简称传质，是以物质传递的运动规律作为研究对 象的。所谓质量传输过程，即物质从物体或空间的一部分 转移到另一部分的过程叫传质。
当一个体系内部的一种或几种物质组分的浓度不均匀时， 各组分就会从浓度高的地方向浓度低的地方转移，故其推 动力是浓度差。 冶金过程中的传质发生在不同的物质和不同的浓度之间， 而大多数则发生在二相物质之间 如：氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等是 气—— 固相间发生 吸收、吹炼 气—— 液相间 溶解、浸出、置换 液—— 固相间
的区域叫浓度附面层，其原因主要是速度附面层引起的， 其厚度用δc 表示
2013-10-14
§1—2 扩散传质的基本定律
扩散传质即物性传质，它与粘性动量传输及导热相似，不同的 是在扩散传质体系中，各组分的传质速度彼此不同，某一组分 的传质速度，受其他组分的性质和浓度制约。
一.菲克扩散定律（Fick’s First Law）
NA =JA + χAN
JA =CA（uA－uM）
JA =－DABC（dχA/dy）
χAN=CAuM
χAN=χA(NA+NB）
所谓扩散速度是指某组分在浓度梯度的作用下进行 分子扩散时某组分分子微团移动的速度。
uA－u和uA－uM即为组分A相对于质量和摩尔平均速度的扩散速 度。
2.扩散通量与主体流动通量 由Fick第一定律 ： J A=－DAB（dCA/dy）
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式中的JA表示在恒定的总浓度C的双组分混合物中，组分A以 扩散速度uA-uM进行扩散时的摩尔通量mol/㎡s。 若用质量浓度表示，则为
即为稳定浓度场；在该场中传质即为定态传质。
浓度场的维数
第一章
质量传输的基本概念
质量传质简称传质，是以物质传递的运动规律作为研究对 象的。所谓质量传输过程，即物质从物体或空间的一部分 转移到另一部分的过程叫传质。
当一个体系内部的一种或几种物质组分的浓度不均匀时， 各组分就会从浓度高的地方向浓度低的地方转移，故其推 动力是浓度差。 冶金过程中的传质发生在不同的物质和不同的浓度之间， 而大多数则发生在二相物质之间 如：氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等是 气—— 固相间发生 吸收、吹炼 气—— 液相间 溶解、浸出、置换 液—— 固相间
的区域叫浓度附面层，其原因主要是速度附面层引起的， 其厚度用δc 表示
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§1—2 扩散传质的基本定律
扩散传质即物性传质，它与粘性动量传输及导热相似，不同的 是在扩散传质体系中，各组分的传质速度彼此不同，某一组分 的传质速度，受其他组分的性质和浓度制约。
一.菲克扩散定律（Fick’s First Law）
NA =JA + χAN
JA =CA（uA－uM）
JA =－DABC（dχA/dy）
χAN=CAuM
χAN=χA(NA+NB）
所谓扩散速度是指某组分在浓度梯度的作用下进行 分子扩散时某组分分子微团移动的速度。
uA－u和uA－uM即为组分A相对于质量和摩尔平均速度的扩散速 度。
2.扩散通量与主体流动通量 由Fick第一定律 ： J A=－DAB（dCA/dy）
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式中的JA表示在恒定的总浓度C的双组分混合物中，组分A以 扩散速度uA-uM进行扩散时的摩尔通量mol/㎡s。 若用质量浓度表示，则为
即为稳定浓度场；在该场中传质即为定态传质。
浓度场的维数
质量传输
1401030.239
D1300 2.0105 e 21300 5.1521011m2 / sec
可见，温度从927提高到1027，就使扩散 系数增加3倍，即渗碳速度增加了3倍。
FCC 致密度 74% BCC 致密度 68% HCP 致密度 74%
研究生入学试题选
则菲克第一定律可 写成方程式 ：
A. Fick 指出：在单位时间内通 过垂直于扩散方向的单位截面积的扩
散物质流量(称为扩散通量 J )与该截
面处的浓度梯度呈正比。这个规律称 为菲克第一定律或扩散第一定律。
J D dC dx
D —— m2 / s J —— kg / s . m2
用化学位表示的菲克第一定律：
碳在γ-Fe 中扩散时，D 0 =2.0×10-5 m2 / s， Q=140×103 J / mol。 R=8.314J/K·mol，试计算在 927和1027 ℃ 时的碳的扩散系数，并说明温度对 扩散的影响。
1401030.239
D1200 2.0 105 e 212000 1.76 1011 m2 / sec
因此在一定的条件下，扩散的快慢主要取决于扩散系数 D。
扩散系数与温度和扩散激活能等有关， 可用（Arrhenius公式）表示：
D
D0
exp
Q RT
R=8.314J/K·mol
根据Arrhenius公式：DFra bibliotekD0exp
Q RT
温度是影响扩散系数的最主要因素。温度越高， 原子的能量越大，越易发生迁移，扩散系数越大。
第三篇 质量传输
绪论
物质从体系的某一部分迁移到另一部分的现象 称为质量传输，简称传质。
D1300 2.0105 e 21300 5.1521011m2 / sec
可见，温度从927提高到1027，就使扩散 系数增加3倍，即渗碳速度增加了3倍。
FCC 致密度 74% BCC 致密度 68% HCP 致密度 74%
研究生入学试题选
则菲克第一定律可 写成方程式 ：
A. Fick 指出：在单位时间内通 过垂直于扩散方向的单位截面积的扩
散物质流量(称为扩散通量 J )与该截
面处的浓度梯度呈正比。这个规律称 为菲克第一定律或扩散第一定律。
J D dC dx
D —— m2 / s J —— kg / s . m2
用化学位表示的菲克第一定律：
碳在γ-Fe 中扩散时，D 0 =2.0×10-5 m2 / s， Q=140×103 J / mol。 R=8.314J/K·mol，试计算在 927和1027 ℃ 时的碳的扩散系数，并说明温度对 扩散的影响。
1401030.239
D1200 2.0 105 e 212000 1.76 1011 m2 / sec
因此在一定的条件下，扩散的快慢主要取决于扩散系数 D。
扩散系数与温度和扩散激活能等有关， 可用（Arrhenius公式）表示：
D
D0
exp
Q RT
R=8.314J/K·mol
根据Arrhenius公式：DFra bibliotekD0exp
Q RT
温度是影响扩散系数的最主要因素。温度越高， 原子的能量越大，越易发生迁移，扩散系数越大。
第三篇 质量传输
绪论
物质从体系的某一部分迁移到另一部分的现象 称为质量传输，简称传质。
传输原理课件 6 质量传输基本概念
质量传输过程受动量传输和热量传输影响，三种传 输都与分子的转移和运动有关，他们的传输规律具有 相似性。
质量传输除了分子传输或湍流传输产生的传质速率 外,还需考虑传输介质自身在传输方向上移动，及混 合物宏观运动由一处向另一处移动所携带的传输组分 的速率。这种由混合物整体流动携带的传输组分的速 率取决于混合物的宏观运动速度和混合物的组成，与 浓度梯度不成比例。
质量传输与动量传输、热量传输现象相比，动量传 输和热量传输只考虑传输介质的流速或温度的变化 以及传输的速率。而质量传输除了考虑传输的速率 以外，还需考虑传输介质自身在传输方向上的移动。
1 质量传输方式:
扩散传质：由体系中浓度差（本质上是化学势差 ）引起的质量传输。（分子传质）
从本质上说，它是依赖微观粒子（分子、原子、 离子）的随机的分子运动所引起的。对某一传输 的物质体系而言，当体系存在浓度差时，浓度大 的分子破坏了均衡态而导致了定向的分子运动， 促使浓度大的区域的分子趋向浓度小的区域，而 达到浓度一致，从而完成宏观的质量传输。通常 情况下，分子扩散传质是很缓慢的，传递的质量 亦是很少的。 如:金属件热处理内部成分均匀化和表面合金化。
分子传质
基本物理定律－－菲克第一定律
组分A在混合物 m2 AB中的扩散系数 s
J
* A,Z
DAB
cA z
摩尔 浓度
mol m3
扩散方向上 的距离，m
扩散摩尔通量 mol m2 s
单位时间内，组分A通过与扩散 方向垂直的单位面积的摩尔数
对流传质
对流流动传质
NA=CA·uA
发生在运动着的流体与固体表面之间，或互不相溶的 两种或多种运动着的流体之间的质量传输现象
其推动力是浓度差
氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等 气—— 固相间 吸收、吹炼 气—— 液相间
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气体
c ci
i 1
n
分子量 （g）
x
i 1
n
i
1
pi xi p
浓度的定义及其表示方法
以双组分A、B 的混合物为例，它们的关系为
ρ= ρA + ρB kg/m3 ωA= (ρA / ρ) %
C = C A+CB
mol/m3
ωB= (ρB / ρ) %
χA=(CA / C) %
χB=(CB / C ) %
m ol
N A kc cA
对流传质系数
浓度 差
m3
对流传质 摩尔通量
m
s
mol
m s
2
2. 通过相界面的传质，如铁水真空脱气（液—气），钢 水中夹杂物沉积与上浮（液—固），石灰石砂高温分解（固— 气）等，该类相间传质往往与物理化学过程同时发生，极限为 相间平衡。
相间平衡与组分的构成比例、性质、温度及压力等因素有关，
浓度附面层 有浓度梯度的区域叫浓度附面层
C -Cw =0.99（Cf—Cw）
3.传质通量
（1）速度
A 相对于静止坐标： i 组分运动速度＝vi (m/s)
v
多组元混合物，质量平均流速
摩尔平均流速
v v
i 1 i i i 1
1
n
n
i i
n 1 n vm ci vi xi vi c i 1 i 1
生在单相内，有的存在与异相之间，这些带有物质传递的过
程 —— 质量传输（简称传质）。 产生传质现象是由于体系中各组分的浓度在两相之间未达 到平衡或在同一相内未达到均一，从而引起原子、分子或其它
流体的传递。正如速度差的存在是动量传递的动力，温度差是
热量传输的动力一样，浓度差的存在是质量传输的推动力。
传输过程有两种类型： 1. 均一相内部的传质，如气相、液相或固相 中的分子迁移现象。 （1）在 均一相的传质中，若传质过程是在静止的介质中或在垂直 浓度梯度方向仅有层流运动的流体中进行时，分子的迁移仅仅依靠 分子扩散，称为传导传质，它与传导换热相类似。 （2）若过程是在紊流主体中进行，由于漩涡的混合作用和流体漩 团的移动，传质被强化，称为对流传质，它与对流换热相类似。此 时传质速率与流体性质及流动状态有关且往往伴随加热和冷却。
n 1 n mi i V i 1 i 1
总质量密度 （2）质量分数
i
mi
m
i 1
n
i =
i 1
n
i
1
i
（3）摩尔浓度
ni mi M i 103 ci = 3 i V V 10 M i (mol/m3 )
总摩尔浓度 （4）摩尔分数 ci xi c （5）分压
氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等 吸收、吹炼 溶解、浸出、置换
其推动力是浓度差
气—— 固相间 气—— 液相间 液—— 固相间
许多材料加工、冶金、化工、低温工程、空间技术等领域 中，都充满了质量传输的现象，例如：渗碳、渗氮处理，球墨 铸铁的孕育处理，钢液的氧化脱碳，铁水与渣的相互作用，焙 炉炉衬的蚀损，砂型的脱水干燥，金属的凝固等。它们有时发
分子传质
不依靠宏观的混合作用发生的传质现象 典型的分子扩散传质发生在流体介质和固体介质中，亦发生 在流动的流体作层流运动时。 本质 微观粒子的随机的分子运动
当体系存在浓度差时，浓度大的分子破坏了均衡态而导致了 定向的分子运动，促使浓度大的区域的分子趋向浓度小的区 域，而达到浓度一致，从而完成宏观的质量传输。通常情况 下，分子扩散传质是很缓慢的，传递的质量亦是很少的。
移，不是物质的宏观移动，着眼点是浓度场的变化。
研究方法
研究质量传输的方法与研究热量传输的方法相似。
如果系统当中组分浓度比较低，质量交换率比较小， 传质现象的数学描述与传热现象是类似的。如果定 解条件也类似，从传热中得到的许多结果可以通过 类比直接应用于传质。当然，如果以上条件不满足，
传热与传质过程就会有明显差别，类比关系就不再
② 当气体流动液体静止时，气体对液体的传质为对流传质，而相
界面另一侧则以分子扩散的形式向内扩散； ③ 当气体、液体都处于运动状态时，据两相流体运动的紊流程度 以及流动方向相对速度的不同，传质机理将呈现出复杂的变化；
2 分子传质的速度与通量
（1）质量浓度
质量传输
质量传输是指物质从体系的某一部分迁移到另一部
分的现象，简称传质。
传质现象出现的原因可能有很多，如浓度梯度、温 度梯度、压力梯度都会导致质量传输过程。本质上 讲，质量传输是由体系中的化学势差引起的。当然 流体的宏观流动也会将物质从一处迁移到另一处。
质量传输主要研究物质分子、原子等微观粒子的迁
浓度场、浓度梯度、浓度附面层
浓度场
某组分浓度在空间的分布及随时间变化规律叫该组分的 浓度场。
C i =f（x，y，z，τ）
∂C i / ∂τ=0
浓度场的维数
稳定浓度场；在该场中 传质即为定态传质
Ci =f（x，y，z）
浓度场、浓度梯度、浓度附面层
浓度梯度 浓度梯度的定义为
gradC=dC/dz
在传质方向上单位 距离的浓度变化量
属于热力学问题。实现相平衡需要很长时间，物系与平衡状态的偏
离程度以及物系的性质和两相接触方式等影响着物质由一相到另一
相的总传递速率，这属于动力学问题。
界面两边介质性质及运动状态不同，则通过相界面的传质机理 差异很大，例如：气—液间的传质 。
① 当气体和液体都处于静止状态时，两相内的传质都依靠分子扩 散；
分子传质
基本物理定律－－菲克第一定律
摩尔 浓度
m ol m3
组分A在混合物 AB中的扩散系数
m
2
s
J
* A, Z
c A DAB z
m s
2
扩散方向上 的距离，m
扩散摩尔通量 mol
单位时间内，组分A通过与扩散 方向垂直的单位面积的摩尔数
对流传质
对流流动传质
NA=CA· uA 发生在运动着的流体与固体表面之间，或互不相溶的 两种或多种运动着的流体之间的质量传输现象 基本方程
适用。
质量传输
三传的类似性
单一组分物质在平衡状态下的动量和热量传输现象
存在两种或两种以上组分，浓度连续变化，必存在一种旨在减少浓 度差的质量传输现象
某一组分从高浓度区域向低浓度区域的传输过程， 称为质量传输，或传质
冶金过程中的传质发生在不同的物 质和不同的浓度之间，而大多数则 发生在二相物质之间
c ci
i 1
n
分子量 （g）
x
i 1
n
i
1
pi xi p
浓度的定义及其表示方法
以双组分A、B 的混合物为例，它们的关系为
ρ= ρA + ρB kg/m3 ωA= (ρA / ρ) %
C = C A+CB
mol/m3
ωB= (ρB / ρ) %
χA=(CA / C) %
χB=(CB / C ) %
m ol
N A kc cA
对流传质系数
浓度 差
m3
对流传质 摩尔通量
m
s
mol
m s
2
2. 通过相界面的传质，如铁水真空脱气（液—气），钢 水中夹杂物沉积与上浮（液—固），石灰石砂高温分解（固— 气）等，该类相间传质往往与物理化学过程同时发生，极限为 相间平衡。
相间平衡与组分的构成比例、性质、温度及压力等因素有关，
浓度附面层 有浓度梯度的区域叫浓度附面层
C -Cw =0.99（Cf—Cw）
3.传质通量
（1）速度
A 相对于静止坐标： i 组分运动速度＝vi (m/s)
v
多组元混合物，质量平均流速
摩尔平均流速
v v
i 1 i i i 1
1
n
n
i i
n 1 n vm ci vi xi vi c i 1 i 1
生在单相内，有的存在与异相之间，这些带有物质传递的过
程 —— 质量传输（简称传质）。 产生传质现象是由于体系中各组分的浓度在两相之间未达 到平衡或在同一相内未达到均一，从而引起原子、分子或其它
流体的传递。正如速度差的存在是动量传递的动力，温度差是
热量传输的动力一样，浓度差的存在是质量传输的推动力。
传输过程有两种类型： 1. 均一相内部的传质，如气相、液相或固相 中的分子迁移现象。 （1）在 均一相的传质中，若传质过程是在静止的介质中或在垂直 浓度梯度方向仅有层流运动的流体中进行时，分子的迁移仅仅依靠 分子扩散，称为传导传质，它与传导换热相类似。 （2）若过程是在紊流主体中进行，由于漩涡的混合作用和流体漩 团的移动，传质被强化，称为对流传质，它与对流换热相类似。此 时传质速率与流体性质及流动状态有关且往往伴随加热和冷却。
n 1 n mi i V i 1 i 1
总质量密度 （2）质量分数
i
mi
m
i 1
n
i =
i 1
n
i
1
i
（3）摩尔浓度
ni mi M i 103 ci = 3 i V V 10 M i (mol/m3 )
总摩尔浓度 （4）摩尔分数 ci xi c （5）分压
氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等 吸收、吹炼 溶解、浸出、置换
其推动力是浓度差
气—— 固相间 气—— 液相间 液—— 固相间
许多材料加工、冶金、化工、低温工程、空间技术等领域 中，都充满了质量传输的现象，例如：渗碳、渗氮处理，球墨 铸铁的孕育处理，钢液的氧化脱碳，铁水与渣的相互作用，焙 炉炉衬的蚀损，砂型的脱水干燥，金属的凝固等。它们有时发
分子传质
不依靠宏观的混合作用发生的传质现象 典型的分子扩散传质发生在流体介质和固体介质中，亦发生 在流动的流体作层流运动时。 本质 微观粒子的随机的分子运动
当体系存在浓度差时，浓度大的分子破坏了均衡态而导致了 定向的分子运动，促使浓度大的区域的分子趋向浓度小的区 域，而达到浓度一致，从而完成宏观的质量传输。通常情况 下，分子扩散传质是很缓慢的，传递的质量亦是很少的。
移，不是物质的宏观移动，着眼点是浓度场的变化。
研究方法
研究质量传输的方法与研究热量传输的方法相似。
如果系统当中组分浓度比较低，质量交换率比较小， 传质现象的数学描述与传热现象是类似的。如果定 解条件也类似，从传热中得到的许多结果可以通过 类比直接应用于传质。当然，如果以上条件不满足，
传热与传质过程就会有明显差别，类比关系就不再
② 当气体流动液体静止时，气体对液体的传质为对流传质，而相
界面另一侧则以分子扩散的形式向内扩散； ③ 当气体、液体都处于运动状态时，据两相流体运动的紊流程度 以及流动方向相对速度的不同，传质机理将呈现出复杂的变化；
2 分子传质的速度与通量
（1）质量浓度
质量传输
质量传输是指物质从体系的某一部分迁移到另一部
分的现象，简称传质。
传质现象出现的原因可能有很多，如浓度梯度、温 度梯度、压力梯度都会导致质量传输过程。本质上 讲，质量传输是由体系中的化学势差引起的。当然 流体的宏观流动也会将物质从一处迁移到另一处。
质量传输主要研究物质分子、原子等微观粒子的迁
浓度场、浓度梯度、浓度附面层
浓度场
某组分浓度在空间的分布及随时间变化规律叫该组分的 浓度场。
C i =f（x，y，z，τ）
∂C i / ∂τ=0
浓度场的维数
稳定浓度场；在该场中 传质即为定态传质
Ci =f（x，y，z）
浓度场、浓度梯度、浓度附面层
浓度梯度 浓度梯度的定义为
gradC=dC/dz
在传质方向上单位 距离的浓度变化量
属于热力学问题。实现相平衡需要很长时间，物系与平衡状态的偏
离程度以及物系的性质和两相接触方式等影响着物质由一相到另一
相的总传递速率，这属于动力学问题。
界面两边介质性质及运动状态不同，则通过相界面的传质机理 差异很大，例如：气—液间的传质 。
① 当气体和液体都处于静止状态时，两相内的传质都依靠分子扩 散；
分子传质
基本物理定律－－菲克第一定律
摩尔 浓度
m ol m3
组分A在混合物 AB中的扩散系数
m
2
s
J
* A, Z
c A DAB z
m s
2
扩散方向上 的距离，m
扩散摩尔通量 mol
单位时间内，组分A通过与扩散 方向垂直的单位面积的摩尔数
对流传质
对流流动传质
NA=CA· uA 发生在运动着的流体与固体表面之间，或互不相溶的 两种或多种运动着的流体之间的质量传输现象 基本方程
适用。
质量传输
三传的类似性
单一组分物质在平衡状态下的动量和热量传输现象
存在两种或两种以上组分，浓度连续变化，必存在一种旨在减少浓 度差的质量传输现象
某一组分从高浓度区域向低浓度区域的传输过程， 称为质量传输，或传质
冶金过程中的传质发生在不同的物 质和不同的浓度之间，而大多数则 发生在二相物质之间