第1页：质量传递的方式与描述
本页为「质量传递的方式与描述」小节导览页，列出本节包含的内容要点。
- 7.1概述
- 第七章传质与分离过程概论
- 7.2.1分子传质（扩散）
- 7.2质量传递的方式与描述
第2页：分子扩散现象与费克定律
- 一、分子扩散现象与费克定律1.分子扩散现象由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象—分子传质。
- 分子传质又称为分子扩散，简称为扩散
- 分子传质在气相、液相和固相中均能发生播放：分子扩散现象
第3页：分子扩散现象与费克定律
描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。kmol/(m2·s )费克第一定律DAB—组分A在组分B中的扩散系数，m2/s
- 一、分子扩散现象与费克定律
- 2.费克(Fick)定律及DBA—组分B在组分A中的扩散系数，m2/s
第4页：质量传递的方式与描述
对于两组分扩散系统一、分子扩散现象与费克定律微分得故此得
第5页：总体流动现象示例
- 3.总体流动现象示例：用水吸收空气中的氨
- 一、分子扩散现象与费克定律设由A、B组成的二元气体混合物，其中A为溶质，可溶解于液体中，而B不能在液体中溶解。这样，组分A可以通过气液相界面进入液相，而组分B不能进入液相。由于A分子不断通过相界面进入液相，在相界面的气相一侧会留下“空穴”。根据流体连续性原则，混合气体会自动地向界面递补，这样就发生了A、B两种分子并行向相界面递补的运动，这种递补运动就形成了混合物的总体流动。
第6页：分子扩散现象与费克定律
相界面气相（A＋B）液相S主体流动一、分子扩散现象与费克定律
第7页：质量传递的方式与描述
- 二、气体中的稳态分子扩散设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则称为等分子反方向扩散。
- 1.等分子反方向扩散气相相界面－－－－－－－－－－－液相易挥发组分NANB难挥发组分蒸馏操作
第8页：质量传递的方式与描述
对于等分子反方向扩散NA=－NB二、气体中的稳态分子扩散因此得N=NA+NB=0故此得等分子反方向扩散
第9页：气体中的稳态分子扩散求解得
- (1)z=z1边界条件cA=cA1(pA=pA1）
- (2)z=z2cA=cA2(pA=pA2）
- 二、气体中的稳态分子扩散求解得
第10页：气体中的稳态分子扩散据此得
当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物处理，则二、气体中的稳态分子扩散据此得
第11页：一组分通过另一停滞组分的扩散
设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A为扩散组分，组分B为不扩散组分（称为停滞组分），组分A通过停滞组分B进行扩散。吸收操作液相相界面－－－－－－－－－－－－－气相溶质NANB＝0惰性组分B
- 2.一组分通过另一停滞组分的扩散
- 二、气体中的稳态分子扩散
第12页：质量传递的方式与描述
对于组分A通过停滞组B的扩散NB= 0整理得二、气体中的稳态分子扩散N=NA+NB=NA
第13页：质量传递的方式与描述
- (1)z=z1边界条件cA=cA1(pA=pA1）
- (2)z=z2cA=cA2(pA=pA2）
- 二、气体中的稳态分子扩散一组分通过另一停滞组分的扩散
第14页：质量传递的方式与描述
二、气体中的稳态分子扩散求解可得或
第15页：气体中的稳态分子扩散
由于扩散过程中总压不变二、气体中的稳态分子扩散
第16页：气体中的稳态分子扩散
令据此得组分B的对数平均分压二、气体中的稳态分子扩散
第17页：气体中的稳态分子扩散
比较—反映了总体流动对传质速率的影响相差飘流因数二、气体中的稳态分子扩散
第18页：气体中的稳态分子扩散
因为故～～总体流动影响无总体流动二、气体中的稳态分子扩散
第19页：液体中的稳态分子扩散
- 三、液体中的稳态分子扩散
- 1.等分子反方向扩散参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出—组分A在溶剂B中的扩散系数，m2/s
第20页：质量传递的方式与描述
- 三、液体中的稳态分子扩散参照气体中的一组分通过另一停滞组分的扩散过程，可写出
- 2.一组分通过另一停滞组分的扩散或
第21页：质量传递的方式与描述
三、液体中的稳态分子扩散其中停滞组分B对数平均物质的量浓度停滞组分B对数平均摩尔分数
第22页：扩散系数
- 四、扩散系数
- 1.气体中的扩散系数通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体中的扩散系数，其值一般在m2/s范围内。
第23页：扩散系数
四、扩散系数估算气体扩散系数经验公式福勒公式—组分A、B的摩尔质量，kg/kmol；—组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol。
第24页：扩散系数
四、扩散系数简单分子的扩散体积v/（cm3/mol）物质v/（cm3/mol）物质
第25页：扩散系数原子的扩散体积/
四、扩散系数原子的扩散体积/（cm3/mol）元素/（cm3/mol）元素
第26页：扩散系数由福勒公式可知，气体
四、扩散系数由福勒公式可知，气体扩散系数与成正比、与成反比。根据该关系，可得—、下的扩散系数，m2/s；—、下的扩散系数，m2/s。
第27页：扩散系数
- 四、扩散系数
- 2.液体中的扩散系数液体中溶质的扩散系数不仅与物系的种类、温度有关，而且随溶质的浓度而变。液体中的扩散系数可从有关资料中查得，某些低浓度下的二组元液体混合物的扩散系数列于附录一中。液体中的扩散系数，其值一般在m2/s范围内。
第28页：扩散系数
四、扩散系数估算液体扩散系数经验公式威尔基公式—溶剂B的摩尔质量，kg/kmol；—溶质在正常沸点下的分子体积，cm3/mol。—溶剂B的黏度，Pa·s；—溶剂B的缔合因子；
第29页：扩散系数
四、扩散系数常见溶剂的缔合因子非缔合溶剂苯乙醇甲醇水溶剂名称
第30页：扩散系数
四、扩散系数某些物质在正常沸点下的分子体积分子体积/（cm3/mol）物质分子体积/（cm3/mol）物质
第31页：练习题目与思考题
练习题目
思考题
- 求解分子传质问题的基本方法是什么？
- 2.“漂流因子”与总体流动有何关系？
- 3.气体扩散系数与哪些因素有关？
- 4.如何获得气体扩散系数与液体扩散系数？
作业题：3、4、51
第32页：对流传质
本页为「对流传质」小节导览页，列出本节包含的内容要点。
- 7.1概述
- 第七章传质与分离过程概论
- 7.2.1分子传质（扩散）
- 7.2质量传递的方式与描述
- 7.2.2对流传质
第33页：涡流扩散由于流体质点的湍动和旋涡
- 1.涡流扩散由于流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传递现象—涡流扩散。
- 涡流扩散在湍流流体中发生一、涡流扩散现象
- 在涡流扩散中时刻存在分子扩散
- 涡流扩散的通量远大于分子扩散的通量
第34页：涡流扩散通量方程
- 2.涡流扩散通量方程—涡流扩散系数，m2/skmol/(m2·s )
- 一、涡流扩散现象描述涡流扩散通量的方程为涡流扩散通量
第35页：对流传质
的类型运动流体与固体表面之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递过程—对流传质。二、对流传质对流传质自然对流传质强制层流传质强制湍流传质√强制对流传质√
第36页：对流传质
- 的机理所谓对流传质的机理
- 的机理所谓对流传质的机理是指在传质过程中，流体以哪种方式进行传质。
第37页：湍流主体层流内层缓冲层传质机理
湍流主体层流内层缓冲层传质机理：分子传质传质机理：涡流传质为主浓度分布：为一陡峭直线传质机理浓度分布：为一渐缓曲线浓度分布：为一平坦曲线分子传质涡流传质在与壁面垂直的方向上分为三层二
第38页：速率方程描述对流传质
速率方程描述对流传质的基本方程—对流传质速率方程。—对流传质系数，kmol/(m2·s·△c)kmol/(m2·s )二、对流传质对流传质速率方程对流传质通量
第39页：相际间的传质
本页为「相际间的传质」小节导览页，列出本节包含的内容要点。
- 7.1概述
- 第七章传质与分离过程概论
- 7.2.1分子传质（扩散）
- 7.2质量传递的方式与描述
- 7.2.2对流传质
- 7.2.3相际间的传质
第40页：相际间的传质
- 一、相际间的对流传质过程设组分A从气相传递到液相（如吸收），该过程由以下3步串联而成：
- ①组分A从气相主体扩散到相界面；
- ②在相界面上组分A由气相转入液相；
- ③组分A由相界面扩散到液相主体。一般来说，相界面上组分A从气相转入液相的过程很快，相界面传质阻力可以忽略。因此，相际间传质的阻力主要集中在气相和液相中。若其中一相传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可以忽略，此种传质过程即称之为“该相控制”。
第41页：相际间的对流传质过程
一、相际间的对流传质过程
第42页：相际间对流传质模型
- 二、相际间对流传质模型
- 1.双膜模型惠特曼(Whiteman)于1923年提出，最早提出的一种传质模型。pbcb停滞膜模型（双阻力模型）双膜模型示意图播放：双膜模型
第43页：相际间对流传质模型
停滞膜模型的要点
- ①当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞膜—气膜和液膜，溶质A经过两膜层的传质方式为分子扩散。
- ②在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无传质阻力。
- ③在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。
- 二、相际间对流传质模型
第44页：相际间对流传质模型
依据双膜模型，组分A通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为二、相际间对流传质模型
第45页：相际间对流传质模型
设对流传质速率方程分别为比较得气膜对流传质系数液膜对流传质系数二、相际间对流传质模型
第46页：相际间对流传质模型∝或
根据双膜模型，导出停滞膜模型的模型参数液膜厚度zL气膜厚度zG∝二、相际间对流传质模型∝或
第47页：相际间的传质
- 2.溶质渗透模型希格比(Higbie)于1935年提出，为非稳态模型。溶质渗透模型示意图
- 二、相际间对流传质模型播放：溶质渗透模型
第48页：相际间对流传质模型
溶质渗透模型的要点
- ①液面由无数微小的液体单元所构成，当气液两相相互接触时，液相主体中的某些单元运动至相界面便停滞下来。在气液未接触前，液体单元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。
- ②随着接触时间的延长，溶质A通过不稳态扩散方式不断地向液体单元中渗透。
- 二、相际间对流传质模型
第49页：相际间对流传质模型
- ③液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经过时间θc后，旧的液体单元即被新的液体单元所置换而回到液相主体中去。在液体单元深处，仍保持原来的主体浓度不变。
- ④液体单元不断进行交换，每批液体单元在界面暴露的时间θc都是一样的。
- 二、相际间对流传质模型
第50页：溶质渗透模型
根据溶质渗透模型，可导出二、相际间对流传质模型设对流传质速率方程分别为
第51页：相际间对流传质模型
比较可得溶质渗透模型的模型参数暴露时间∝二、相际间对流传质模型
第52页：相际间对流传质模型
- 3.表面更新模型丹克沃茨(Danckwerts)于1951年提出，为非稳态模型。表面更新模型的要点
- ①溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。
- ②界面上液体单元有不同的暴露时间或称年龄，界面上各种不同年龄的液体单元都存在。
- ③不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换的概率是均等的。单位时间内表面被置换的分率称为表面更新率，用符号S表示。
- 二、相际间对流传质模型
第53页：表面更新模型
根据表面更新模型，可导出二、相际间对流传质模型设对流传质速率方程分别为
第54页：相际间对流传质模型
表面更新模型的模型参数表面更新率比较可得∝二、相际间对流传质模型
