传质机理和扩散速率
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。
传质概述与分子扩散课件
环境科学中的应用
大气污染控制
通过传质和分子扩散的原理，可以研 究和改良大气污染物的扩散和传输机 制，以减少污染物的浓度和影响范围 。
水处理技术
气候变化研究
气候变化研究中涉及的大气成分的传 输和扩散，也涉及到传质和分子扩散 的原理。
在污水处理和净水技术中，传质和分 子扩散被用于促进污染物的传递和分 离，以提高水质。
过程。
传质过程
01
02
03
04
传质过程可以分为分子扩散、 对流扩散和紊流扩散等类型。
分子扩散是指分子在静止或缓 慢流动的介质中，由于浓度差 异而引起的物质传递现象。
对流扩散是指物质随流体运动 而产生的扩散现象，如烟尘在
大气中的扩散。
紊流扩散是指紊流流体中物质 传递现象，其传递速率远高于
分子扩散和对流扩散。
04 传质与分子扩散的应用
工业生产中的应用
01
02
03
化学反应过程
传质和分子扩散在化学反 应过程中起着关键作用， 如反应物和产物的传递、 反应速率的控制等。
分离技术
在工业生产中，传质和分 子扩散是实现物质分离的 重要手段，如蒸馏、吸取 、萃取等。
热力学平衡
传质和分子扩散在热力学 平衡的建立和维持中起到 重要作用，如相平衡、化 学平衡等。
生物医学中的应用
药物传递
传质和分子扩散原理在药 物传递中起到关键作用， 如药物在体内的吸取、散 布、代谢和排泄过程。
生理过程
生物体内的物质传递和扩 散是维持生命活动的重要 过程，如营养物质的吸取 、代谢产物的排泄等。
医学诊断
在医学诊断中，通过检测 生物体内的物质传递和扩 散行为，可以用于诊断疾 病和研究药物效果。
超临界流体萃取的原理和应用
超临界流体萃取的原理和应用一、超临界流体萃取的原理超临界流体萃取是一种利用超临界流体对物质进行分离和提取的技术。
所谓超临界流体，是指在高于其临界温度和临界压力条件下的流体状态。
在这种状态下，超临界流体既具有气体的低粘度和高扩散性，又具有液体的高溶解力和可控性。
超临界流体萃取的基本原理是通过调节温度和压力，使超临界流体的密度和溶解力发生变化，从而实现对目标物质的选择性提取。
超临界流体萃取的主要原理包括溶解度变化原理、扩散速率变化原理和传质机理变化原理。
1. 溶解度变化原理超临界流体的溶解力随温度和压力的变化而变化。
通过调节温度和压力，可以使溶解度增大或减小，从而实现对目标物质的选择性提取。
当温度和压力适当增大时，超临界流体的溶解力会增大，有助于提高目标物质的萃取效率。
2. 扩散速率变化原理超临界流体的扩散速率比常规溶剂要快得多。
基于扩散速率变化原理，超临界流体可以更快地进入被提取物质的内部，提高物质的提取速率。
此外，超临界流体的扩散速率还受到温度和压力的影响，可以通过调节参数来控制提取速率。
3. 传质机理变化原理超临界流体的传质机理与常规溶剂有所不同。
超临界流体通过质量传递和热传递来实现物质的提取和分离。
传质机理的变化使得超临界流体的提取效率更高，同时还可以减少对环境的影响。
二、超临界流体萃取的应用超临界流体萃取技术在许多领域都有广泛的应用，主要包括化学、食品、药物和环境等。
1. 化学领域超临界流体萃取技术在化学合成、催化反应、分析测试等方面有着重要的应用。
超临界流体可以作为溶剂或反应介质，用于提取和分离化学物质，提高反应速率和选择性，减少催化剂的使用量。
2. 食品领域超临界流体萃取技术可以用于提取天然食品成分，如咖啡因、花青素、香料等。
相比传统的有机溶剂提取方法，超临界流体萃取技术具有高效、环保、无残留等优点，被广泛应用于食品加工和营养保健等领域。
3. 药物领域超临界流体萃取技术在药物研发、制备和分析中有着重要的应用。
传质概述与分子扩散
JA NxA NxB JB
相界面
um
NA NB 0
dc N A D A x A (c A uA cB uB ) J A NxA dz
实际传质通量 分子扩散通量 主体流动通量
此式即为定态一维分子扩散的通用扩散速率方程（微分方程），它表明，组分A 通过静止坐标的通量 NA 由两项组成：其一项是由于浓度梯度引起的摩尔扩散通 量—浓度梯度通量 JA；另一项是由于流体主体流动所造成的摩尔扩散通量—主体 流动通量 NxA。
非均相
混合物的 分离操作
( ΔS 0 )
液体蒸馏
均 相 气体吸收 液液萃取 传质分离
从热力学原理知道，混合物的分离过程，即为非自发的降熵过程。为使 分离过程进行，必须外界干预——或对物系做功，或加入分离介质(溶剂)， 或加入能量(热或功)。
2017/5/1 传质概述与分子扩散 2/22
值得指出的是，某些物系加入另一种物质（溶剂）后，使过程得以
以扩散速度 表示的通量
A u A ( A uA B uB ) w A ( nA nB ) B u wB ( nA nB )
1 cA um cA (cA uA cB uB ) x A ( N A N B ) ct cB um xB ( N A N B )
“传质原理”的教学，按由浅入深作如下安排：
①单相传质原理
静止流体内部的分子扩散原理 流动流体内部的对流扩散(或对流传质)原理
②相间传质的模型理论与传质速率方程式 值得指出是，在传质原理的学习中，如能与传热原理的有关内容进行对照比较， 将是有趣且有益的。
2017/5/1 传质概述与分子扩散 4/22
二、分子扩散 （一）分子扩散与Fick定律
液相传质的三种方式
液相传质的三种方式液相传质是化学过程中重要的一部分，涉及到不同物质之间的扩散、吸附和反应等。
液相传质有三种方式，分别是扩散传质、对流传质和分子内传质。
1.扩散传质扩散传质指的是分子或离子在液相中由高浓度地区自发地向低浓度地区移动的过程。
这种传质方式是由于分子和离子的热运动导致的，且传递的速率取决于浓度梯度的大小、温度和分子的大小和形状等因素。
在扩散传质过程中，传输的分子或离子只能沿着溶液中的纵向方向移动，并且不能穿过界面。
此外，扩散传质的速率是与传质物质的浓度梯度成正比，且离子强度高的传递速率会变慢。
2.对流传质对流传质是指由于溶液中的物质不断迁移所形成的传质方式，主要是由于流体的运动和液相界面上的液体的扰动引起的。
对流传质的速度通常是比扩散传质更快的。
在对流传质的过程中，液体以循环的方式移动，而溶质经常被剪切或拖拽，从而导致了物质的混合和传递。
对流传质的速度不仅与液体流速成正比，也与溶质分子的扩散系数和液体的黏度成反比。
3.分子内传质分子内传质是指在溶液中，由于物质的存在，同种分子内部的扩散距离变得比较小，使得物质相互作用和反应发生在一个有限范围内。
一般来说，分子内传质是由于分子之间的吸附和解吸、单分子反应等反应导致的。
在分子内传质的过程中，溶液中会形成一个区域，其中物质的浓度比周围高，这个区域被称为反应体。
由于分子内传质的过程比较复杂，且涉及到反应动力学和化学反应的机理，因此需要采用更加精确的研究方法才能确定其传质机制和速率。
总之，液相传质是化学工程学中一个非常重要的领域，包括许多不同的传质机制。
了解不同传质方式的特点，能够帮助我们更好地理解和应用传质原理，从而更有效地进行化学工程设计和优化。
固液传质过程
固液传质过程一、概述固液传质是指在固体和液体之间发生的物质传递现象。
在化学、生物、环境等领域中，固液传质都是非常重要的过程。
例如，土壤中的植物根系吸收水分和养分就是通过固液传质实现的。
本文将详细介绍固液传质过程。
二、传质机理1. 扩散扩散是指分子或离子由高浓度区域自发地向低浓度区域移动的过程。
在固液界面上，扩散通常是最主要的传质机制。
扩散速率与浓度梯度成正比，与距离平方成反比。
2. 对流对流是指由于流体流动而导致物质移动的过程。
对流可以加速物质传输，但需要外力驱动，如重力、电场等。
3. 平衡吸附平衡吸附是指分子或离子在固体表面上吸附并与表面结合形成一个稳定的状态。
这种吸附通常不会改变溶液中物质总量。
三、影响因素1. 温度温度越高，分子运动越剧烈，扩散速率也越快。
2. 溶液浓度溶液浓度越高，浓度梯度越大，扩散速率也越快。
3. 固体颗粒大小固体颗粒越小，表面积就越大，吸附和扩散的速率也就越快。
4. 溶质分子大小溶质分子大小对扩散速率有影响。
分子较大的物质扩散速率较慢。
四、传质模型1. Fick第一定律Fick第一定律描述了在稳态条件下的扩散过程。
它表明传质通量与浓度梯度成正比。
2. Fick第二定律Fick第二定律描述了非稳态条件下的扩散过程。
它表明浓度随时间变化的速率与浓度梯度的二次导数成正比。
3. 费克-普朗克方程费克-普朗克方程综合考虑了对流和扩散两种传质机制。
它描述了在非稳态条件下物质传输的总通量。
五、应用案例1. 土壤中植物根系吸收营养植物根系吸收水分和营养元素的过程是一个典型的固液传质过程。
土壤中的水分和营养元素通过扩散和吸附等机制进入植物根系。
2. 污染物在地下水中的迁移地下水中污染物的迁移也是一个固液传质过程。
污染物通过对流和扩散等机制从高浓度区域向低浓度区域移动。
3. 药物在人体内的吸收和代谢药物在人体内的吸收和代谢也是一个固液传质过程。
药物通过扩散等机制进入人体细胞内，然后被代谢酶代谢并排出体外。
6.2传质与扩散原理详解
界面处P↓，使得主体与界面产生微小的压 差ΔP，促使混合气体向界面流动，产生主 体流动。
JA
主体流动N
N
cA cM cB cM
N
NA
JB 微小ΔP足以造成必要的主体流动，各处总 压仍可认为相等，即JA＝－JB依然成立。
cB NB JB N 0 cM J A J B N cB cM
c M c Ai D c M c A c Ai ln c M c A c Bm
NA
D p p A p Ai RT p Bm
c Bi c B c ln Bi cB
c
p RT
p Bm
p Bi p B p ln Bi pB DBA
dc B dz
DAB DBA ,
dcA dc ＝－ B dz dz
J A J B
pA DAB dpA 对气体：cA J A RT RT dz
2、等分子反向扩散
稳定传质时，在静止（或层流）的气体中，若各处总压相等。
δ
p=pA+pB=pAi+pBi=常数
园管内流体强制湍流时的传热关联式
Nu 0.023Re0.80 Pr0.3~0.4
对流传质 对流传热 Nu=αd/λ Re=duρ/μ Pr=cpμ/ λ
Sherwood Number Reynolds Number Schmidt Number
Sh=kd/D Re=du ρ/μ Sc=μ/ρD
第三节 传质机理与吸收速率
气液相界面
气相
y
物质在相间传递包括三个步骤：
• 由气相主体传递到相界面 • 相界面上的溶解 • 自相界面向液相主体传递
化工原理第八章
N A dz D
0
C A2
C A1
dC A CA 1 CM
D CM 积分后 N A C (C A1 C A 2 ) BM
C BM
C B 2 C B1 CB2 ln C B1
CM C M 1 , 低浓度吸收 漂流因子 1 C BM C BM
例题：在一个大气压和0℃的条件下CO2沿某一方
y yi x i x y yi m ( x i x ) NA 1 1 1 m ky kx k y kx y ye NA K y ( y ye ) 1 m k y kx
总传质系数
Ky
1 1 m k y kx
同样 NA=KX (xe-x）
2 4
4 N K ( y y ) 2 . 2 10 0.03 传质速率 A y e 6 2 6.6 10 kmol / m s
N A K x ( xe x ) 4.4 10 0.015 6.6 10 kmol / m s
2
4
6
E ②总压增加后，由 m 可知 P P 101.3 m' m 2 1.25 P' 162
Kx
1 1 1 mk y k x
mK y
Ky
1 1 m k y kx
有什么条件？
y mx b
4.2 阻力控制
总阻力
当
1 1 m K y k y kx
气相阻力控制
1 m ky kx
Ky≈ky ， Kx≈mky ， yi≈ye 条件： m很小（溶解度很大）， 例如：水吸收 NH3 ，HCl 等易溶气体
1.388104 (44 28) 2.221103 kg /(m2 .h)
质量传递的基本原理(1)
dxA N Az c DAB dz
N Az DAB
d A dz
以质量分数为基准 A xmA
混合物质量浓度，kg /m3
当混合物的密度为常数时
N Az DAB
dxmA dz
（二）分子扩散系数
DAB N Az dc A dz
扩散物质在单位浓度梯度下的扩散速率，表 征物质分子扩散能力。扩散系数大，表示分子扩 散快。 分子扩散系数是物理常数，其数值受体系温度、 压力和混合物浓度等因素的影响
两种扩散方式的区别
扩散方式 作用物 分子扩散 流体分子 涡流扩散 流体质点
作用方式
作用对象 扩散快慢
热运动
静止、层流 慢
湍流和旋涡
湍流 快
三传的类似性
•
动量传递 热量传递 质量传递 质量传递、热量传递 （扩散） （扩散） （扩散） 和动量传递都牵涉到流体 牛顿粘性定 傅立叶导热 费克扩散定 质点交换（涡流传递）和 律 定律 律 分子交换（分子传递）， du dQ dA t dc 三种传递之间必然存在一 - NAZ DAB n dy dz 定的内在联系。在湍流流 动中，上述三种传递同时 扩散并不单独占有任何空 扩散占据一 发生时，湍流流体质点和 间 定空间 分子之间的交换不同程度 地影响着三种传递，使三 通量=-（扩散系数）×（梯度） 种传递的机理和计算方法 具有相似性。
A
Thank you!
由分子的微观运动引起的物质扩散称
为分子扩散。物质在静止流体及固体中的 Content design, 10 years experience
传递依靠分子扩散。分子扩散的速率很慢，
对于气体约为0.1m/min，对于液体约为 5×10-4m/min，固体中约为10-7m/min。
催化反应过程中的传质与反应研究
催化反应过程中的传质与反应研究催化反应是一种重要的化学反应方式，通过引入催化剂可以提高反应速率和选择性，从而降低反应温度和能量消耗。
然而，催化反应的过程并不仅仅是催化剂与反应物之间的相互作用，传质过程也起着至关重要的作用。
本文将探讨催化反应过程中的传质与反应研究，从传质理论、实验方法和应用角度进行分析。
一、传质理论传质是指物质在不同相之间的传递过程，包括质量传递和能量传递。
在催化反应中，传质过程对于反应速率和选择性有着重要影响。
传质理论主要包括扩散传质和对流传质两种机制。
1. 扩散传质扩散传质是指物质在催化剂表面附近通过扩散的方式传递。
扩散传质受到扩散系数和浓度梯度的影响。
扩散系数与温度、压力和物质性质有关，可以通过实验测定或理论计算得到。
浓度梯度则与反应物浓度分布和催化剂结构有关。
研究者通过测定物质的扩散系数和浓度分布，可以评估传质对催化反应的影响。
2. 对流传质对流传质是指物质通过流体介质的对流传递。
在催化反应中，对流传质主要受到流体速度和流体性质的影响。
流体速度越大，对流传质的速率越快。
此外，流体性质也会影响对流传质的速率，例如流体的黏度和密度等。
研究者可以通过测定流体速度和流体性质，来研究对流传质对催化反应的影响。
二、实验方法为了研究催化反应过程中的传质与反应，研究者采用了多种实验方法。
1. 质量传递实验质量传递实验是通过测定反应物浓度变化来研究传质过程。
研究者可以在反应器中设置传质层，通过测定传质层中反应物浓度的变化，来评估传质对催化反应的影响。
此外，研究者还可以通过改变传质层的厚度和催化剂的形状等条件，来研究传质对催化反应的影响。
2. 流体力学实验流体力学实验是通过测定流体速度和流体性质来研究对流传质过程。
研究者可以通过流体力学实验装置，测定流体速度和流体性质的变化，来评估对流传质对催化反应的影响。
此外，研究者还可以通过改变流体速度和流体性质等条件，来研究对流传质对催化反应的影响。
三、应用角度传质与反应研究在催化反应的应用中具有重要意义。
吸收过程中的传质速率等于扩散速率的条件
吸收过程中的传质速率等于扩散速率的条件吸收过程是指溶质从高浓度区域移动到低浓度区域的过程。
在吸收过程中，如果溶质的传质速率等于扩散速率，即从高浓度区域向低浓度区域的传递速率与溶质通过扩散的速率相等，那么溶质在吸收过程中能够保持稳定的浓度梯度，不会因为过快或者过慢的传质速率导致浓度梯度的扩散或者收缩，使得吸收过程能够持续进行。
传质速率是指传质过程中单位时间内通过的溶质质量与传质面积之比。
在吸收过程中，如果传质速率等于扩散速率，即吸收速率与扩散速率相等，那么吸收过程就能够保持均衡状态，不会出现浓度梯度的变化。
扩散速率是指溶质在浓度梯度驱动下的传递速率。
扩散是指由于浓度的差异使得溶质分子或粒子从高浓度区域向低浓度区域传递的现象。
扩散速率与浓度梯度、传质物质的分子量、温度、介质的性质等因素有关。
传质速率等于扩散速率的条件是在吸收过程中维持稳定的浓度梯度。
如果传质速率小于扩散速率，即吸收速率小于扩散速率，那么溶质就会在吸收过程中发生积累，浓度梯度会逐渐扩散，从而减小溶质的传递速率，甚至停止吸收过程。
如果传质速率大于扩散速率，即吸收速率大于扩散速率，那么溶质就会在吸收过程中逐渐消耗，浓度梯度会逐渐收缩，从而加大溶质的传递速率，最终达到吸收过程的终止。
实际上，吸收过程中传质速率往往是通过吸收表面与外界介质之间的传质阻力来调节的。
传质阻力主要包括边界层阻力和纳流道阻力。
边界层阻力是指在吸收表面上形成的一个由溶质分子或粒子组成的边界层，这个边界层的存在使得溶质分子或粒子需要克服一定的阻力才能够通过吸收表面。
纳流道阻力是指在吸收表面附近存在的纳米尺度的管道，这些管道对溶质分子或粒子的传递起到了限制作用。
由于传质速率等于扩散速率的条件是在吸收过程中维持稳定的浓度梯度，而传质阻力会导致传质速率的减小，所以为了满足传质速率等于扩散速率的条件，需要通过减小传质阻力来提高传质速率，从而达到吸收过程的维持。
对于液体中的吸收过程，可以通过增加搅拌速率、使用表面活性剂、调节温度等方法来减小边界层阻力和纳流道阻力，从而提高传质速率。
物理化学中的扩散与传质现象
物理化学中的扩散与传质现象扩散是物理化学中一个重要的概念，它描述的是物质在空间中的传播过程。
扩散现象广泛存在于自然界和工业生产中，对于理解和解释化学反应、物质反应速率、传质等过程有着重要的意义。
本文将介绍扩散的基本概念和传质现象及其应用。
一、扩散现象的基本概念扩散是指由高浓度区域向低浓度区域的物质传播过程，其驱动力是浓度差异的存在。
扩散现象的发生与物质的分子运动密切相关，分子在空间中的无规则热运动使得物质以分子的形式从高浓度区域向低浓度区域扩散。
扩散的速率与浓度差异、温度、扩散物质的特性等因素有关。
二、扩散过程的描述为了准确描述扩散过程，我们常常使用菲克第一定律和菲克第二定律来描述物质的转移过程。
1.菲克第一定律菲克第一定律是一种描述扩散过程中物质转移速率的数学关系。
该定律表明，物质转移的速率正比于浓度梯度的变化率，并与物质的扩散系数成正比。
数学公式为：J = -D * (dc/dx)其中，J表示物质转移的速率，D表示扩散系数，dc/dx表示浓度随空间坐标的变化率。
2.菲克第二定律菲克第二定律是菲克第一定律的推广，用于描述扩散过程中物质浓度随时间和空间的变化。
数学公式为：∂c/∂t = D * (∂²c/∂x²)其中，∂c/∂t表示浓度随时间的变化率，∂²c/∂x²表示浓度随空间坐标的二阶导数。
通过菲克定律的描述，我们可以计算出扩散过程中物质的转移速率和浓度分布，从而进一步认识和理解扩散过程。
三、传质现象及其应用在物理化学中，传质是指不同组分之间的物质转移过程。
传质现象广泛应用于实际生活和工业领域。
1.气体的扩散气体的扩散是指气体分子在容器中的自由运动，随着时间的推移，气体分子将均匀地分布在整个容器空间中。
气体扩散现象在大气环境中具有重要的科学意义，也应用于气体的分离和纯化等工业过程。
2.液体的扩散液体的扩散现象在溶液中具有重要的应用价值。
溶解过程中，溶质分子经由液体的扩散过程，从高浓度区域向低浓度区域扩散，最终达到均匀分布。
传质系数与扩散系数的关系
传质系数与扩散系数的关系
传质系数与扩散系数之间存在密切的关系，由费克定律表示。
费克定律指出，传质系数与扩散系数成正比。
这意味着物质通过扩散传递的速率（传质系数）与物质通过分子运动在流体中分散的速率（扩散系数）之间存在直接的联系。
这种关系在理解和优化吸收单元操作中具有重要意义，特别是在涉及气体在液体中的溶解度以及传质与扩散之间的关系时。
传质系数主要关注物质通过扩散传递的速率，而扩散系数则关注物质在流体中的分散速率，两者的关系为研究和优化传质过程提供了理论基础。
需要注意的是，双膜理论也涉及到传质系数与扩散系数的关系，但双膜理论的关联式与实验所得结果存在一定的差异。
因此，在实际应用中，需综合考虑多种因素以及具体的操作条件来准确理解和应用传质系数与扩散系数的关联。
如需了解更多关于传质系数与扩散系数的关系，建议查阅化学工程领域相关的教材或者咨询该领域专家获取帮助。
分子扩散和分子扩散传质
分子扩散和分子扩散传质一、什么是分子扩散1、分子扩散(Molecular Diffusion，MD)是分子在固体、液体、气体介质中的自由运动，而这种自由运动是由分子本身的能量而引起的物理现象。
2、分子扩散是物质在介质中不受外力干扰下，运动的随机过程，物质由热激活能和化学动力平衡推动，物质在介质中物理传质过程。
二、分子扩散的特点1、分子扩散是一种物理传质，不要求介质具有特定结构，只要有空间和时间，就可以发生分子扩散。
2、本质上，分子扩散是一种能量和物质混合侵入，物质由高温区扩散到低温区的过程，即传热和传质的过程。
3、分子扩散的速率随温度的升高而增加，随温度的降低而减少，而相对空气密度则反之。
三、分子扩散的作用1、分子扩散在国际金融市场的作用是把同一市场的交易价格拉宽，促使市场在国际范围内越来越自由化，提高交易的流动性，大大减少了商品价格的不稳定性和走势乖离现象。
2、分子扩散在生命中的作用有很多，例如：对细胞结构的影响、焦磷酸脱氢酶影响氧化还原反应等，都需要氧分子分子扩散驱动。
3、分子扩散在熔盐湖中的作用是把冷凝在湖内的熔盐搅动运动，形成平衡，减少温度梯度，保持湖底的稳定。
四、分子扩散传质1、分子扩散传质是物质传质的一种，其本质是利用分子的运动，从密度大的介质中扩散到密度小的介质，当某一化学物质在液体状态或气体状态进行扩散时，它会慢慢消耗，成为低浓度区，同时又会把浓度从低浓度区分布到附近的高浓度区域。
2、分子扩散传质在化学、物理、热力学等领域非常重要，能够提高反应物之间的相互作用，可以加快反应的进行，改善介质的化学组成，改善固定相的性质，起到调节物质的传递和分配的作用。
3、分子扩散传质中的速度主要取决于介质的结构、温度、物质的性质等，一般来说，温度升高，分子扩散速度就会增加，而温度降低，分子扩散速度就会降低。
气体传质和反应过程的机理研究
气体传质和反应过程的机理研究气体传质和反应过程机理研究是物理化学领域的一个重要分支，主要研究气体物质在不同条件下的传输行为及其在反应过程中的物理和化学变化规律，十分广泛地应用于工业和科研领域。
一、气体传质机理研究气体传质是指气体分子间的质量传输过程。
在这个过程中，气体分子从高浓度区域向低浓度区域传输，直到两个区域的浓度达到平衡状态。
气体传质机理研究主要解决以下问题：1.传输速度：气体传输速度受多种因素影响，如气体间的作用力、温度、压力等。
在研究传输速度的过程中，需要考虑这些因素对气体分子在传输中所造成的影响。
2.扩散特性：扩散是指气体分子在非均匀浓度梯度下从高浓度区向低浓度区移动的过程。
研究扩散特性主要是为了确定气体分子在传输中的运动趋势，并能在一定程度上控制和调节气体的传输。
3.传输机制：气体传输机制的研究主要集中于质量、纵向和横向传输的传递规律，以及外部条件（如温度、压力、气体种类等）对传输行为的影响，研究结果对于工业实践具有参考价值。
二、反应过程机理研究反应过程机理研究指研究化学反应的过程和机制。
化学反应在很大程度上是气体相互作用的结果，因此，气体传质技术是研究反应过程机理的基础。
反应过程机理研究主要解决以下问题：1.反应动力学：反应动力学研究反应速率对各种反应参数的依赖关系，如温度、压力、浓度和催化剂等，以及不同反应物结构、电荷状态和自由能差异等因素的影响。
2.反应速率方程：反应速率方程描述反应物质浓度与时间的关系，研究反应速率方程有助于揭示反应物的转化过程和机理。
3.传质与化学反应：传质对化学反应动力学和热力学单位都有影响，连续相反应体系传质控制速率决定着反应速率，研究传质与化学反应之间的关系对于理解反应的本质和进行反应工程设计具有重要意义。
三、气体传质和反应过程的应用气体传质和反应过程机理研究为许多工业和科研领域提供了重要工具和方法。
以下是一些典型应用：1. 环境控制：研究气体传输和化学反应的机理，能够为大气污染控制和空气质量改善提供重要依据。
质量传递的基本原理.ppt
由分子的微观运动引起的物质扩散称
为分子扩散。物质在静止流体及固体中的 Content design, 10 years experience
传递依靠分子扩散。分子扩散的速率很慢，
对于气体约为0.1m/min，对于液体约为 5×10-4m/min，固体中约为10-7m/min。
扩散运动的例子
气
液 固
两种扩散方式的区别
三传的类似性
• 质量传递、热量传递 和动量传递都牵涉到流体 质点交换（涡流传递）和 分子交换（分子传递）， 三种传递之间必然存在一 定的内在联系。在湍流流 动中，上述三种传递同时 发生时，湍流流体质点和 分子之间的交换不同程度 地影响着三种传递，使三 种传递的机理和计算方法 具有相似性。
涡流扩散
当流体处于湍流状态时，在垂直于 主流方向上，除了分子扩散外，更重要
的是由流体质点强烈掺混所导致的物质
扩散，称为涡流扩散。 虽然在湍流流动中分子扩散与涡流
扩散同时发挥作用，但宏观流体微团的
传递规模和速率远远大于单个分子，因 此涡流扩散占主要地位，即物质在湍流 流体中的传递主要是依靠流体微团的不 规则运动。
质量传递的基本原理
传质机理 分子扩散 涡流扩散
传质机理
分子扩散 涡流扩散
传质可以由分子的微观运动引 起，也可以由流体质点的掺混引起。 因此，传质的机理包括分子扩散和涡 流扩散，又称分子传质和涡流传质。
分子扩散
welcome to use these PowerPoint templates, New
dcA:组分A的物质的量浓度，kmol/m3 dz:组分A在z方向上的浓度梯度。 kmol/m3
NAz D A B
d cA d z
• 以摩尔分数为基准
扩散传质的速率控制步骤
扩散传质的速率控制步骤扩散传质是指物质在不同相之间通过分子扩散的方式进行传递。
在自然界和工业过程中，扩散传质广泛应用于气体、液体和固体之间的物质传递过程。
了解扩散传质的速率控制步骤对于理解和优化这些过程具有重要意义。
下面将详细介绍扩散传质的速率控制步骤。
一、扩散传质基本概念1. 扩散：指物质由高浓度区域向低浓度区域自发地移动的过程。
2. 传质：指物质从一个相向另一个相进行转移的过程，可以是气体、液体或固体。
二、速率控制步骤1. 外部传输阻力外部传输阻力是指在扩散传质中，由于流体流动或固体颗粒运动引起的阻力。
这种阻力会影响物质在界面上的浓度分布，并且会限制物质通过界面的速率。
外部传输阻力主要包括：- 流体流动阻力：当流体经过固体表面时，会产生黏滞阻力，使得物质在界面上的浓度分布不均匀。
- 固体颗粒运动阻力：当固体颗粒在流体中移动时，会对流体产生阻力，影响物质的传输速率。
2. 内部传输阻力内部传输阻力是指扩散传质过程中由于物质在相内的传输引起的阻力。
这种阻力会影响物质在相内的浓度分布，并且会限制物质通过相内的速率。
内部传输阻力主要包括：- 液相扩散：液体中溶质分子通过液相扩散进行传递。
液相扩散速率受到溶质浓度梯度、温度和溶剂黏度等因素的影响。
- 气相扩散：气体中分子通过气相扩散进行传递。
气相扩散速率受到气体浓度梯度、温度和压力等因素的影响。
- 固相扩散：固体材料中原子或分子通过固态扩散进行传递。
固态扩散速率受到温度、晶格结构和缺陷等因素的影响。
3. 界面传质界面传质是指物质在相界面上的传输过程。
在扩散传质中，相界面的性质对于物质的传输速率起着重要作用。
界面传质主要包括：- 液-液界面：液体之间的传质过程，如液体中溶质分子通过液-液界面进行扩散。
- 气-液界面：气体和液体之间的传质过程，如气体分子通过气-液界面进行扩散。
- 固-液界面：固体和液体之间的传质过程，如溶解固体颗粒中的溶质分子通过固-液界面进行扩散。
扩散传质的定律
扩散传质的定律一、引言扩散传质是指物质在空气、水或其他介质中由高浓度向低浓度扩散的过程。
在自然界和工业生产中，扩散传质是一种普遍存在的现象。
了解扩散传质的定律对于环境保护、化工生产等方面具有重要意义。
二、浓度梯度与扩散速率扩散传质的速率与浓度梯度有关。
浓度梯度越大，扩散速率越快。
这是因为在浓度梯度较大的区域，物质分子之间的相互作用力较小，从而更容易发生扩散。
三、扩散速率与温度温度对扩散速率也有影响。
一般来说，温度升高会导致扩散速率加快。
这是因为温度升高会增加分子的平均动能，使分子运动更加剧烈，从而促进扩散传质的发生。
四、扩散速率与物质的性质不同物质的扩散速率也有所不同。
分子量较小的物质一般扩散速率较快，而分子量较大的物质扩散速率较慢。
此外，物质的溶解度、极性等性质也会对扩散速率产生影响。
五、扩散传质的应用扩散传质在很多领域都有广泛应用。
例如，在环境科学中，通过研究扩散传质的规律可以预测和评估污染物在大气、水体中的传播和迁移。
在化工生产中，扩散传质常被用于分离和纯化物质，如蒸馏、萃取等过程中。
六、扩散传质的限制条件在实际应用中，扩散传质也存在一些限制条件。
首先，扩散传质的速率一般较慢，特别是在较长距离传质时。
其次，扩散传质过程中可能会受到环境因素的影响，如风速、湿度等。
另外，扩散传质还受到传质介质的性质限制，如溶解度、渗透性等。
七、扩散传质的改进措施为了提高扩散传质的效率，人们常常采取一些改进措施。
例如，在化工生产中，可以通过增大传质界面积、提高温度、增加搅拌强度等方式来加快扩散传质的速率。
在环境治理中，可以利用生物膜、吸附材料等来增加污染物与介质间的接触面积，从而加快扩散传质的过程。
八、结论扩散传质的定律是研究物质传输过程中的重要基础。
通过研究扩散传质的规律，可以更好地理解和控制物质在自然界和工业生产中的传播和迁移。
进一步的研究和应用将有助于解决环境保护和工业生产中的相关问题，推动社会的可持续发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
NA
Dpln RTz
pB2 pB1
——积分式
在气相扩散
NA
pp A 1p B 1p A 2p B2
Dpln RTz
pB2 pB1
NA
Dp ln RTz
pB2 pB1
pA1 pB2
pA2 pB1
Dp RTz
pA1 pA2 pB2 pB1
ln ( pB2 pB1)
p Bm
pB2 pB1 ln pB2
A
B
称为分子扩散。
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)。
扩散现象
§2.2.1 分子扩散与费克定律
二．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。
表 示 扩 散 方 向 与 浓 度 梯 度 方 向 相 反 A B
NA NM
NA
DdcA dz
NAccA
NA
Dc ccA
dcA dz
——微分式
2．单向扩散
在气相扩散
N
Dc
dc A
A c c dz
A
cA
pA RT
p c
RT
NART(pDppA)ddpzA
0zNA dzp pA A 12R D(T p pd-pp A A)
NA
DplnppA2 RTz ppA1
单相内传递方式：
分子扩散；湍流扩散 。
Hale Waihona Puke 组成气膜 液膜pG 气相主体
pi Ci
dG
dL
距离
双膜模型
传质方向 液相主体
CL z
二、传质理论简介
双膜模型缺陷： ①只适用与有固定相界面的情形； ③界面阻力不计，这是一个尚有争议的问题
§2.2 传质机理与扩散速率
一．传质方式与理论
每cm3 所具有的分子个数， 氧气：2.5×1019 水：3.3×1022 铜：7.3×1022
NB
TP
pA1
JA
pB1 1
JB
TP
pA2
2 pB2
A
B NA
1．等摩尔反向扩散
NJ
dc D A
DdpA
A
A
dz RTdz
z 0, p p
边界条件 1
A
A1
z z, p p
2
A
A2
N
z2
D
dz
dp PA2
A z1
RT PA1
A
D
N
(p p )
A
RT(z z) A1 A2
2
1
NB
B
NA A
p B1
NARD TBzpmp(pA1pA)2
NA zDcSmc(cA1cA2)
分子扩散：静流止流的动或的层流体中，
传质方 对式流传质 靠： 分在 子 中湍 运 ，流 动流 来的 动 进方行式传质
靠流体质点的行脉传动质来的进方
§2.2.1 分子扩散与费克定律
一．分子扩散
分子扩散：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
（1）单位时间内自容器1向容器2传递的NH3的量；
（2）连通管中与截面1相距0.305m处NH3的分压（kPa）
§2.2.1 分子扩散与费克定律
2．单向扩散
所 谓 单 向 扩 散 是 指 组 分 A 通 过 停 滞 （ 或 不 扩 散 ） 组 分 B 的 分 子 扩 散 ，
特点 NB： ,z 0
J J 常数
(2)相界面上没有传质阻力， 即可认为所需的传质推动力 为零，或气液两相在相界面 处达到平衡。
(3)气膜和液膜外湍流流动, 无浓度梯度, 即无扩散阻力
组成
pG 气相主体
pi Ci
dG dL 距离
双膜模型
传质方向 液相主体
CL z
二、传质理论简介
双膜理论模型
（1）A由气相主体到相界面， 气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶 解过程； （3）A自相界面到液相主体， 液相内传递。
DA,Bf(P,T,x)
DA,B（气）10-5m2/s DA,B（液）10-9m2/s DA,B（固）<10-10m2/s
§2.2.1 分子扩散与费克定律
1．等摩尔反向扩散
通过连通管内任一截面处两个组分的扩散速率大小相等。
JAJB 常数
传质速率：在任一固定的空间位置上，单位时间内通过垂直于
传递方向的单位面积传递的物质量，记作N。
JA
DAB
dCA dz
A 在 B中 的 扩 散 系 数 m 2/s
扩 散 通 量 ， k m o l/m 2 s
扩散现象
§2.2.1 分子扩散与费克定律
二．费克定律
混合物的总浓度在各处是相等的，即：
cc c AB
dc dc
A B
dz
dz
J J
A
B
dc
dc
J D A,J D B
A
AB dz
B
BA dz
A
B
NB=0
DABDBA A
NA
总体流动：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的流 动
NMA
NM
cA c
NMB
NM
cB c
相界面
单向扩散
2．单向扩散
NA JA NMccA
NB JBNMccB
0
JB
NM
cB c
JB
NM
cB c
JA
NM
cB c
N A N Mc c B N M c c AN M cA ccBN M
AB
扩散现象
D D
AB
BA
§2.2.1 分子扩散与费克定律 JA DABddczA
二．费克定律 理想气体：
c
n
p A
A V RT
dcA dz
1
= RT
dpA dz
费克定律的其它表达形式：
JA
DAB RT
dpA dz
§2.2.1 分子扩散与费克定律
二．费克定律
说明：（1）JA是相对扩散通量 （2）DA,B是物性之一
§2.2 传质机理与扩散速率
§2.2 传质机理与扩散速率
一．传质方式与理论
当不平衡的气液两相接触时，若y>y*，则溶质从气相 向液相传递，为吸收过程
双 膜 模 型
溶
质
渗
透
模
型
表
面
更
新
模
型
二、传质理论简介
双膜理论模型
气膜 液膜
要点：
(1) 相界面两侧流体的对流 传质阻力全部集中在界面两 侧的两个停滞膜内，膜内传 质方式为分子扩散。
相界面
等摩尔相互扩散
或者
N AzD z C A 1C A 2 C A 1zD C A 2 推 阻 动 力 力 21
结论：
p
1） NApA 1pA2
p pB2
pB1 2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。 pA1
3）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。
pA2 0 扩散距离z z
例：在如图所示的两个大容器内，分别装有组成不同的 NH3和N2两种气体的混合物。连通管长0.61m，内径24.4m， 系统的温度为25℃，压强为101.3kPa。左侧容器内NH3的 分压为20kPa，右侧容器内NH3的分压为6.67kPa。已知在 25 ℃ 、 101.3kPa 的 条 件 下 ， NH3 － N2 的 扩 散 系 数 为 2.3×10－5 m2/s。试求：