化工原理下传质机理
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。
化工原理传质
； 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
着浓度降低的方向进行
对于气体扩散：
dC A N A J A D dZ D dp A NA RT dZ
nA pA C A V RT
mA wA m
摩尔分率：在混合物中某组分的摩尔数 占混合物总摩尔数的分率。
气相：
nA 液相： x A n
nA yA n
yA yB y N 1
xA xB x N 1
质量分率与摩尔分率的关系：
nA mwA / M A xA n mwA / M A mwB / M B mwN / M N wA /M A wA /M A wB /M B wN /M N
JA NMcA/c
到界面溶解于溶剂中，造
成界面与主体的微小压差
NA
，
使得混合物向界面处的流 动。 （2）总体流动的特点：
总体流 动NM NMcB/c
JB
1
2
1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔 分率。
N MA
cA NM c
N MB
cB NM c
p Bm
——漂流因数，无因次
Sm
漂流因数意义：其大小反映了总体流动对传质速率的影 响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子
扩
散增大的倍数。 漂流因数的影响因素：
p p Bm 1
c cSm
1
浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。
化工原理 传质
化工原理传质
传质是指在化工过程中，物质通过某种媒介从一个位置传递到另一个位置的过程。
传质过程的关键在于物质的分子之间的相互作用和传递。
传质可以分为以下几种类型：质量传递、热传递和动量传递。
质量传递是指物质的质量通过扩散、对流或反应等机制在系统中的传递。
热传递是指热量通过传导、对流或辐射等方式在系统中的传递。
动量传递则是指动量通过流体的运动在系统中的传递。
在传质过程中，存在三种基本的物质传递机制：扩散、对流和反应。
扩散是指物质由高浓度向低浓度的传递，是靠分子之间的随机热运动实现的。
对流是指物质随着流体的运动而传递的过程，可以是气体或液体的流动。
反应是指物质在满足一定的条件下发生化学反应，从而引起传质的过程。
传质过程可以用一些常见的数学模型来描述，如离散点模型、连续模型和微分模型等。
离散点模型是指将传质系统划分为若干离散的点，通过计算不同点之间的物质传递速率来研究传质过程。
连续模型则是将传质系统看作是连续的媒介，利用方程组来描述传质过程。
微分模型是通过建立微分方程来描述传质过程的变化规律。
在化工过程中，传质是一个非常重要的环节。
对于很多反应来说，传质速率是限制反应速度的因素之一。
因此，研究传质过程对于提高化工过程的效率和产品质量具有重要意义。
化工原理下传质机理
cD (cA1 -cA2 ) 同理可得N A＝ z cBm
P c 漂流因子: , p Bm cBm
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
比较
NA D RTz ( pA1 pA2 )
相差
P/ p
BM
D P NA （pA1 -pA2） RTz pBm
P/ p
Bm
—反映了总体流动对传质速率的影响。
描述对流传质的基本方程
N A kc cA kmol/(m2·s )
对流传质 速率方程
s· △c)。 kc ——对流传质系数，kmol/(m2·
23
二、对流传质的类型与机理
1.对流传质的类型 对流 传质 强制对流传质
√
强制层流传质
√
强制湍流传质√
自然对流传质 流体与固体壁面间的传质 两流体通过相界面的传质
传质机理： 分子传质 浓度分布： 为一陡峭直线 传质机理 分子传质 涡流传质
层流 内层
在与壁 面垂直 的方向 上分为 三层
缓冲 层
湍流 主体
浓度分布： 为一渐缓曲线 传质机理： 涡流传质为主 浓度分布： 为一平坦曲线
26
2.2.6 吸收过程的机理
一、双膜模型☆ 二、溶质渗透理论 三、表面更新理论
双膜模型
kL D c z L cSm
气膜对流 传质系数 液膜对流 传质系数
30
根据双膜模型，推出
kG ∝DAB
或
kL ∝DAB
双膜模型 模型参数 气膜厚度 液膜厚度
zG zL
31
练 习 题 目
思考题 1.何为“总体流动”，对传质过程有何影响？
2.何为“漂流因子”，与主体流动有何关系？
《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？
(化工原理)第6章：质量传递过程基础
D z
c0 cBm
cA1 cA2
对于理想气体
cBm
cB2 cB1
ln
cB2 cB1
cB1 c0 cA1 cB2 c0 cA2
NA
D RTz
p pBm
pA1 pA2
p pBm
pBm
pB2 pB1
ln
pB2 pB1
pB1 p pA1 pB2 p pA2
c cBm
称为漂流因子 反应总体流动对传质通量的影响
NA ky y yi
NA kx xi x
NA kG pA pAi
NA kL cAi cA
传质系数 k=f (D,η,ρ,u,d )
经验关联式很多，但普遍偏差较大 主要通过实验获得
JA
DAB
dcA dz
yi Ki xi
NA
D z
c0 cBm
cA1 cA2
NA
D RTz
主体中高度湍流传质阻力为零，即无浓度
O
距离 z
相际传质双膜模型
梯度。 ④ 相界面上气液处于平衡状态，无传质阻
力存在。
（2）总传质速率方程
① 气膜和液膜传质速率方程 对气相：
NA kG pA pAi
化工原理-1-第七章-质量传递基础
其中VC为物质的临界体积（属于基本物性），单位为cm3/mol，可查有关 数据表格，书中表7-4为常见物质的临界体积。 对液体：
同样可由一状态下的D推算出另一状态下的D，即：
T D2 D1 2 1 T 1 2
三、生物物质的扩散系数 常见的一些生物溶质在水溶液中的扩散系数见表7-5。对于水溶液中 生物物质的扩散系数的估算，当溶质相对分子质量小于1000或其分 子体积小于500 cm3/mol时，可用“二”中溶液的扩散系数估算式进 行估算；否则，可用下式进行估算：
解：以A——NH3，B——H2O p 800 y 0.0079 对气相： A A 5 P 1.013 10 pA 800 CA 0.3284 mol 3 m RT 8.314 20 273 0.01 17 对液相： x A 0.01 1 0.01048 17 18
原子扩散体积 v/cm3/mol
S 22.9
分子扩散体积 Σ v/cm3/mol
CO CO2 N2O NH3 H2O SF6 Cl2 Br2 SO2 18.0 26.9 35.9 20.7 13.1 71.3 38.4 69.0 41.8
注：已列出分子扩散体积的，以分子扩散体积为准；若表中未列分子，对一般有机化合物分 子可按分子式由相应的原子扩散体积加和得到。
1 1 MA MB
2
v 13 v 13 P A B
式中：D为A、B二元气体的扩散系数，m2/s；
P为气体的总压，Pa；T为气体的温度，K； MA、MB分别为组分A、B的摩尔质量，kg/kmol； Σ vA、Σ vB分别为组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol。 由该式获得的扩散系数，其相对误差一般小于10%。
化工原理知识点总结干燥
化工原理知识点总结干燥干燥是指将含水物质中的水分除去的过程，广泛应用于化工、冶金、食品、药品、农业等行业中。
干燥工艺可以提高产品质量，延长产品保存期限，增加产品附加值。
本文将从干燥的基本原理、传热传质机理、常见的干燥设备和干燥过程中的控制因素等方面对干燥做出总结。
一、基本原理1.1水分除去过程干燥的基本原理是将物质中的水分除去，水分从物质中逸出，物质变得更干燥。
水分除去的方式分为蒸发和挥发两种。
蒸发是指物质表面的水分被热能所吸收，转化为水蒸气散发出去；挥发是指水分通过物质内部的孔隙、裂缝等介质被蒸发并逸出。
1.2干燥速率干燥速率是指在干燥过程中，单位时间内从物质中脱除的水分量。
干燥速率受温度、湿度、空气流速等因素的影响。
1.3干燥曲线干燥曲线是指在干燥过程中，物质含水量随着时间变化的曲线。
常见的干燥曲线有初始下降期、常速期和末速期。
二、传热传质机理2.1传热机理干燥中传热主要通过对流传热和辐射传热两种方式实现。
对流传热是指通过对流换热将热量传递给物质表面，将水分蒸发出去；辐射传热是指通过辐射换热将热能传递给物质表面，促使水分蒸发。
2.2传质机理干燥中传质主要通过扩散传质实现，即水分从物质内部向外部扩散传递。
传质速率受物质的性质、温度、湿度、压力等因素的影响。
三、常见的干燥设备3.1流化床干燥流化床干燥是指将物料通过气体流化，使得气体均匀地穿透物质，从而提高传热传质效率。
流化床干燥适用于颗粒状、粉末状的物料。
3.2喷雾干燥喷雾干燥是指通过将液态物料雾化成细小颗粒，然后与热空气接触，使得水分蒸发，从而实现干燥。
喷雾干燥适用于液态物料的干燥。
3.3真空干燥真空干燥是指在低压条件下进行的干燥过程。
通过减压降低水的沸点，从而实现水分的除去。
真空干燥适用于对热敏感物料的干燥。
3.4离心干燥离心干燥是指将物料通过高速旋转的离心机，使得水分被甩出物料的表面，从而达到干燥的目的。
离心干燥适用于颗粒状、液态的物料。
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系数 名称 亨利 系数 溶解度 系数 影响 因素 温度 温度
表达式 P*=Ex
单位 kPa
kmoห้องสมุดไป่ตู้ m3kPa
“方向”
关系
系数大 E HM S 则难溶 系数大 则易溶
y*=mx Y*=mX
相平衡 常数
无因次
温度 总压
系数大 则难溶
2.2 传质机理与吸收速率
A B
物质有宏观移动，一组份扩散，另一组份 反向等量扩散，保证总浓度不变。 即JA＝-JB
dc A J A＝ D AB dz
c=cA+cB=常数
J B＝ D BA dc B dz
dc A dc B dz dz
DBA DAB D
一、等分子反方向扩散 物质A的传质速率NA（单位时间、单位截 面上传递的A量） dc A D dp A N A =J A＝ D dz RT dz 若为定态过程，则NA为常量 边界条件：z1=0，pA＝pA1； z2=z，pA＝pA2
从而表现出沿浓度降 低方向上质量的传递。
菲克定律
dcA 扩散通量J A＝ DAB dz
负号：扩散是沿物质A浓度降低的方向
与牛顿粘性定律、傅立叶定律的对比
菲克定律
牛顿粘性定律
du dy
dQ t dS n
傅立叶定律
一、等分子反方向扩散 A和B混合，A和B总量摩尔 浓度不随位置而变
DP pB 2 NA ln RTz pB1
pB1 +pA1 =pB2 +pA2 ,即pA1 -pA2 =pB1 -pB2
DP pB 2 （pA1 -pA2） DP（p A1 -p A2） NA ln RTz pB1 （pB1 -pB2） RTz（p B1 -p B2） pB1 ln DP（pA1 -pA2） pB 2
c dc A ( ) cB dz
c dcA N A ( ) cB dz
dcA dcB
c dcB NA ( ) cB dz
pB dpB P c , cB , dcB RT RT RT
P 1 dpB N A D( ) pB RT dz
DP pB 2 z=0,pB =pB1;z=z,pB =pB2 ,积分得N A ln RTz pB1
传质的基本方式
• 分子扩散(molecular diffusion) 在一相内部有浓度差异的条件下，由于分子的 无规则热运动而造成的物质传递现象。 • 涡流扩散(turbulent diffusion) 靠流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。
对流传质是指发生在运动着的流体与相界面之 间的传质过程，在流体湍流的情况下，对流传质 就是湍流主体与相界面之间的分子扩散与涡流扩 散两种传质作用之和。
B在总体流动中所占份额
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
总体流动现象
相界面 在多组分系统中， 气相（A＋B） 液相 S 各组分在进行分子扩 JA 散的同时其微团常处 于运动状态 ——总体 NA 总体 NxA 流动现象。 流动 Nx NB 0
B
示例：用水吸收空气 中的氨
12
JB
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
D 则传质速率为： N A ( p A1 p A 2 ) RTz
c c0
cA1
cB2 cA2 cB1
JA
JB O z1 z2
z
等分子反向扩散
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
设A、B组分的气体混合物与液体接触，在相界面
处，只有组分A可溶于液相，而组分B不溶于液相。
A溶于液相，留下空缺，混合气体向液相表面递补， A、B分子递补运动成为“总体流动” N为总体流动的通量，c为A和B总浓度，则， N· (cA/c)代表A在总体流动中所占份额， N· (cB/c)代表
分子微观运动：由于分子的无规则的随机 热运动而产生的物质传质现象。 扩散过程的快慢——扩散通量（kmol/m2.s)
尽管分子运动向各方向是无规则的，但是 在浓度高处的分子向浓度低方向扩散表现为 数量大，效率高，反之，浓度低处的分子向 浓度高方向扩散的数量少，频率低，两处比 较，则浓度高处向浓度低处扩散的量大。
c cA cB const dcA dcB
cA dcA cA dcB NA J A N D D c dz cB dz
dcA cA dcA cA dcA N A D D (1 ) dz cB dz cB dz
cB cA dcA ( ) cB dz
溶剂 S 的对 数平均浓度
式中 D ——溶质A在溶剂S中的扩散系数，m2/s 。
2.2 传质机理与吸收速率
2.2.1 2.2.2 分子扩散与菲克定律 气相中的稳态分子扩散
2.2.3
2.2.4
液相中的稳态分子扩散
扩散系数(自学)
2.2.5 对流传质 2.2.6 吸收过程的机理
3
2.2.1分子扩散与菲克定律 分子扩散——简称扩散
借助分子微观运动，使组分从浓度高处向浓 度低处传递。——推动力为浓度差
RTz pBm
cD (cA1 -cA2 ) 同理可得N A＝ z cBm
P c 漂流因子: , p Bm cBm
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
比较
NA D RTz ( pA1 pA2 )
相差
P/ p
BM
D P NA （pA1 -pA2） RTz pBm
P/ p
Bm
—反映了总体流动对传质速率的影响。
在扩散运动和总体运动作用下： NA＝JA+ N· (cA/c) NB＝JB+ N· (cB/c)
由于气相中B在传质方向上的静通量NB＝0 即：NB＝JB+ N· (cB/c)＝0 -JB＝ N· (cB/c)
dcB J B＝ D dz
dcB c N D cB dz
cA dcA cA dcB NA J A N D D c dz cB dz
飘流因数
17
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
因为 故
P p
P/ p
Bm
Bm
1
P/ p
P/ p
Bm
～
1
NA
～ 总体流动影响
Bm
N A J A 无总体流动
18
2.2.3
液相中的稳态分子扩散
Dc N (c A1 c A2 ) zcSm
/ A
/
cSm
AB
cS2 cS1 ln(cS2 / cS1 )