62传质与扩散原理详解
吸收过程的界面传质机理
在吸收过程中，界面传质是起着重要作用的。通过不同的界面传质机理，吸收塔内的气体可以通过吸收剂的界面传递到液体中，从而实现对气体的吸收。
需要注意的是，吸收过程的界面传质效率受到很多因素的影响，包括界面的物理性质、流体的性质、操作参数等。因此，在设计和运行吸收过程时，要注意控制这些因素，以提高界面传质效率，保证吸收过程的高效运行。
此外，吸收过程中的界面传质还与吸收剂的选择有关。常用的吸收剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、氢氧化铜等。不同的吸收剂具有不同的物理性质和化学性质，会对界面传质的效率产生影响。因此，在选择吸收剂时，要考虑吸收剂的物理性质和化学性质，以确保吸收过程的高效运行。
总的来说，吸收过程的界面传质是起着关键作用的，它决定了吸收过程的效率。因此，在设计和运行吸收过程时，要注意控制影响界面传质效率的因素，并选择合适的吸收剂，以保证吸收过程的高效运行。
吸收过程的界面传质机理
界面传质是指在两相界面处传递物质的过程。在吸收过程中，界面传质也是起着重要作用的。
界面传质机理主要有三种：扩散传质、迁移传质和渗流传质。
1.扩散传质：在两相界面处，因为两相间的温度、压力和浓度差异，导致物质在界面处扩的电势差异，导致带电粒子在界面处迁移而传递。
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。
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。
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
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。
(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。
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与传质是物理化学中重要的概念，涉及物质在空间中的分布和传播。
它们在各个领域中都有广泛应用，从环境科学到生物医学，都与扩散与传质密切相关。
本文将为您介绍扩散与传质的基本概念、原理和应用。
一、扩散的概念与原理扩散指的是物质从高浓度区域向低浓度区域的无序传播过程。
它是由于分子或粒子的热运动而引起的，这种分子或粒子的运动使得物质在空间中分布均匀。
扩散是一种自发过程，不需要外力干预。
扩散的原理可以通过扩散方程来描述，即弗里德曼第二扩散定律。
该定律表示扩散通量与浓度梯度之间的关系。
具体而言，如果两个区域之间存在浓度差异，那么物质将会从浓度较高的区域向浓度较低的区域扩散。
这个扩散过程遵循浓度梯度的负梯度方向。
二、扩散的因素与速率扩散的速率受到多种因素的影响。
其中最重要的因素是温度和浓度梯度。
温度的升高会增加分子的热运动，进而加快扩散的速率。
浓度梯度的增大也会促进扩散的进行。
此外，物质的粒径和性质、介质的孔隙度以及溶剂的性质等也会影响扩散速率。
比如，粒径较小的颗粒具有更高的表面积，从而扩散速率更快。
另外，溶剂的粘度和溶解性等特性也会对扩散产生影响。
三、传质的概念与机制传质是指物质在不同相之间的传递过程。
这里的相可以是气体-气体、气体-液体、液体-液体和固体-液体等等。
传质现象在自然界和工业领域中都有重要的应用。
例如，生物体内的氧气和二氧化碳通过传质过程在肺部和组织间传递。
传质的机制可以通过弗里德曼第一传质定律来描述，该定律表明传质通量与浓度差异之间的关系。
与扩散不同，传质需要一个外界力场来推动物质的传递。
这个外界力场可以是浓度差、电场或压力差等。
四、传质的应用传质现象在各个领域中都有广泛的应用。
在环境科学中，传质是大气与水体中污染物转移的关键。
通过研究大气中的传质过程，可以预测污染物在不同区域的分布和浓度。
在生物医学中，传质现象是药物传递的基础。
通过了解药物在体内的传质机制，可以提高药效和减少不良反应。
对流扩散与相间传质讲解
2019/6/8
对流扩散与相间传质
2/27
JA
( D
DE
)
dcA dz
对流传质通量
在湍流主体中
DE D 在层流内层中
NA
DE RT
dpA dz
NA
D RT
dpA dz
D 较小
dpA dz
较大，DE
0
在缓冲层内
NA
D DE RT
dpA dz
溶
质p
A
在 气
pi
相
中
的
分
压
2019/6/8
气相主体
气膜 液膜
液
膜
边
液相主体
界
气
膜
边
界
相界面 传质方向
图32 2 双膜模型
对流扩散与相间传质
溶
质
A 在
液
相
ci
中 的
c
摩 尔
浓
度
6/27
双膜模型的理论要点是：
①在气-液两相接触面附近，分别存在着呈滞流流动的稳定气膜和液膜。 溶质连续稳定地通过两膜，膜的厚度随流体流动状态而变化； ②气-液两相在相界面上呈平衡状态，即相界面上不存在传质阻力。如以低浓度 气体溶解为例，则平衡关系服从Henry定律，即有 ci Hpi 或 c Hp ，其中H 为溶解度系数，单位随 c 和 p 的单位而定； ③膜层以外的气、液相主体，由于流体的充分湍动，分压或浓度均匀化，无分压 或浓度梯度。
溶质由气相主体 湍流扩散气膜边界 p 分子扩散相界面气侧 pi 无阻力溶解 相界面液侧 ci 分子扩散液膜边界 c 湍流扩散液相主体
第三节扩散和单相传质
第三节--扩散和单相传质第三节扩散和单相传质（Diffusion & Mass transfer between phase）对于任何过程都需要解决两个基本问题：一是过程的极限，另一是过程的速率。
吸收过程的极限取决于吸收的相平衡关系，上节已作讨论。
本节讨论吸收过程的速率吸收过程涉及两相间的物质传递，它包括三个步骤：一、溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递。
二、溶质在界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生的溶解过程三、溶质自界面被传递至液体主题，即液相内的物质传递。
一般来说，第②步界面上发生的溶解过程是很易进行的，其阻力很小。
因此，通常认为界面上气液两相的溶质浓度满足平衡关系。
这样，总传质过程速率将由两个单相即气相与液相内的传质速率所决定。
不论气相或液相，物质传递的机理有两种：一、分子扩散：当流体内部存在着某一组分的浓度差，则因分子的无规律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。
如香水的气味扩散。
分子扩散也可由温度梯度、压力梯度产生，由温度梯度产生的分子扩散叫热扩散，如湿木棍一头加热，另一端会冒出热气或水滴。
在此讨论的分子扩散仅因浓度梯度产生的。
分子扩散与传热中由于温度差而引起的热传导相似。
二、对流扩散：在流动的流体中的传质不仅会有分子扩散，而且有流体的宏观运动也将导致物质的传递，这种现象称为对流传质。
对流传质与对流传热类似，且通常是指流体与某一界面之间的传质。
§5.3.1双组分混合物中的分子扩散一、费克定律1855年，费克揭示了分子扩散的基本规律对于T、P一定的一维定态的分子扩散速率与浓度梯度成正比，即or—扩散速率通量，—组分A在A、B双组分混合物中的扩散系数，—浓度梯度，费克定律的形式与傅立叶热传导定律相类似。
费克定律表明只要混合物中存在浓度梯度，必产生物质的扩散流。
对于气体混合物，费克定律也常用分压梯度来表示∵∴=对于双组分混合物，若则即（浓度梯度相等，方向相反）在双组分混合物中，产生物质A的扩散流的同时，必伴有方向相反的物质B 的扩散流。
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
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
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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
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。
传质概述与分子扩散
传质概述与分子扩散传质是指物质在不同相之间的传递过程，其中包括固体、液体和气体等不同状态的物质。
传质概述了物质传递的基本机制和规律，其中分子扩散是传质过程中最为重要的一种方式。
一、传质概述传质是物质从高浓度区域向低浓度区域的自发移动过程，其驱动力来自于浓度差异、压力差或温度差等。
在自然界中，物质传递是常见的现象，如溶质在溶液中的扩散、气体的弥散和液体的渗透等。
传质过程主要由扩散、对流和物理吸附等几种基本机制组成。
扩散是指物质在无外力作用下由高浓度区向低浓度区的自发传递。
对流是指物质在流体介质中的传递过程，通常伴随着流体的运动。
物理吸附是指物质在固体表面的吸附过程，其传质速度与浓度差异成正比。
二、分子扩散分子扩散是一种重要的传质方式，它涉及到物质在溶液、气体或固体中的分子间的运动。
分子扩散是一种热力学过程，其速度受到浓度差异、温度、分子大小和介质性质等因素的影响。
1. Fick定律Fick定律是描述扩散过程的基本规律，根据Fick定律，单位时间内的扩散通量和浓度梯度成正比。
Fick定律可以用以下公式表示：J = -D(dC/dx)其中，J表示扩散通量，D表示扩散系数，dC/dx表示浓度梯度。
2. 扩散速率扩散速率是指单位时间内通过单位面积的物质传递量。
扩散速率与浓度差异成正比，与温度和分子大小成反比。
分子扩散速率可以通过Fick定律和斯托克斯-爱因斯坦公式计算。
3. 扩散过程与介质性质扩散过程中介质的性质对传质速率起着重要的影响。
分子扩散在固体介质中的速率较慢，而在液体和气体中较快。
介质的孔隙度、孔径和分子间作用力等也会影响扩散速率。
4. 应用分子扩散在许多领域有着广泛的应用。
例如，化学工程中的膜分离技术、食品加工中的蒸馏和浸泡等都与分子扩散密切相关。
此外，医药领域中的药物传递和环境科学中的污染物扩散等问题也需要对分子扩散进行深入研究。
结语传质概述与分子扩散是解释物质在不同相之间传递的重要概念。
分子扩散作为传质过程中的一种基本方式，其机制和规律对于我们理解和应用传质现象具有重要意义。
传输原理课件-7 传质方程及扩散传质
守 多组分系统中，流体作多维流动
Z
恒 非稳态和有化学反应的条件下传质
定 以双组分（A、B）混合物系统为例
OPz IPy
律 流体的质量平均速度为v，
三个分量： vx， vy， vZ，
传
流动方向上存在A的 浓度梯度引起的
输
过
流体宏观运动时的主
程
体流动引起的
：
组分A的生成（或消耗）
IPx
dz
OPx
dx dy
方式。 ➢ 扩散与材料生产和使用中的物理过程有密切关系，例如：凝
固、偏析、均匀化退火、冷变形后的回复和再结晶、固态相 变、化学热处理、烧结、氧化、蠕变等等。
7. 传质方程及扩散传质
扩散：由构成物质的微粒(离子、原子、分子)的
热运动而产生的物质迁移现象称为扩散。扩散的
宏观表现是物质的定向输送。
扩散的分类
微元体的质量 微元体的质量 生成消耗的质量 体的质量增量
IP - OP + R
=S
y方向： 组分A沿y方向在微元体净质量流量: IPy - OPy
[ ( Av y jAy ) dy]dxdz
y
z方向： 组分A沿z方向在微元体净质量流量: IPz - OPz
[ ( Avz jAz ) dz]dxdy
组分A沿x方向输出微元体总的质量流量：OPx
[( Avx
jAx )
(Avx
x
jAx )
dx]dydz
组分A沿x方向在微元体净质量流量：IPx - OPx Y
[ ( Avx jAx ) dx]dydz
x
IPx
dz
OPx
dxdy
OPy IPz
X
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。
传质机理与扩散速率
A
AB dz
B
BA dz
AB
扩散现象
D D
AB
BA
§2.2.1 分子扩散与费克定律
JA
DAB
dcA dz
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：J A
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
表示扩散方向与浓度梯度方向相反 A
B
JA
DAB
dC A dz
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
扩散通量，kmol/m2s
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
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
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。
结论：
1）
p p Bm
c
、cSm
——漂流因数，无因次
漂流因数的影响因素： 浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。 低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。
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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。
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。
JA
N cA
cM
主体流动N
N cB cM
NA
JB
Q
相界面
NB
JB
N
cB cM
0
JA
JB
N
cB cM
扩散方向z
N
JA
cM cB
pBm
pA pAi
cBm
cBi ln
cB cBi
cB
c
p RT
pBm
pBi pB ln pBi
pB
NA
D
c A
cAi
NA
JA
D
RT
pA
等分子反 向扩散速率JA大cM/cBm(或p/pBm)倍。 cM/cBm(或p/pBm)恒大于1，当cA较小时， cM/cB(或p/pBm)≈1.0
• 对流传质：流动流体与相界面之间的物质传递。类似与传热中的对流传热。
一、双组分混合物中的分子扩散
1. 费克（Fick)定律
JA
DAB
dc A dz
式中：cA－组分A的浓度，kmol/m3
dc A dz
－组分A的浓度梯度（沿浓度增大方向为正），kmol/m4
DAB－组分A在介质B中的扩散系数,m2/s
气相与界面的传质速率：
N A kg p pi
N A ky y yi
式中：kg－以分压差为推动力的气相传质系数，kmol/(m2.s.kPa)
ky－以摩尔分数差为推动力的气相传质系数，kmol/(m2.s)
NA－对流传质速率，kmol/(m2.s)
液相与界面的传质速率：
N A kl ci c N A kx xi x
JA －组分A的扩散通量，kmol/m2.s
对双组分混合物，若总浓度不变，cM=cA+cB=常数
JB
DBA
dcB dz
DAB
DBA
,
dcA dz
＝－ dcB dz
J A JB
对气体：cA
pA RT
JA
DAB RT
dpA 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。
p=pA+pB=pAi+pBi=常数
δ
JA
NA
若 pA>pAi，必有cB<cBi，A、B两组分反向扩散。
JA
D RT
dpA ＝－－ D dz RT
dpB dz
＝－J B
JA= -JB,通过任一截面PQ的净物流为零。
JB
NB
PQ
相界面i
JA
D RT
dp A dz
NA
D pAi
涡流扩散通量为：J AE
DE
dcA dz
J AT
DAB
DE
dcA dz
对流传质：流动的流体与相界面之间的物质传递。
1. 对流传质分析：
N
湍流
层流
静止流体
M
传质方向
组分的浓度分布图
2、对流传质速率
对流传质现象极为复杂。仿造对流传热，将流体与界面之间的传质速率
NA写成与牛顿冷却定律相似的形式。
Nu
0.023Re0.80
P0.3~0.4 r
对流传质
对流传热
Sherwood Number Sh=kd/D Reynolds Number Re=du ρ/μ Schmidt Number Sc=μ/ρD
Nu=αd/λ Re=duρ/μ Pr=cpμ/ λ
B、用水吸收空气中的SO2为例
1 ＝1 H 1
cM 或 p 称为漂流因子
c Bm
p Bm
δ cA
cAi
cBi cB
扩散方向
比较
等分子反向扩散：
NA
D
c A
cAi
单向扩散：
NA
JA
D
RT
pA
p Ai
N A
D
cM cBm
cA cAi
NA
D
RT
p
pBm
pA pAi
二、扩散系数
扩散系数为物质的传递性质，与温度、压力和混合气体的浓度有关。 1 、气体中的扩散系数
NA
JA
N
cA cM
J
A
J
A
cA cB
JA
cA cB cB
J
A
cM cM cA
单向扩散
NA
JA
cM ＝－D cM cA
dc A dz
cM cM cA
N A
Dc M
ln
cM cAi c M cA
D cM
cBm
cA cAi
NA
D
RT
p
式中：kl－以摩尔浓度差为推动力的液相传质系数，m/s kx－以摩尔分数差为推动力的液相传质系数，kmol/(m2.s)
3、对流传质系数的关联式
A、气体或液体在降膜式吸收器中作湍流流动 当Re>2100,Sc=0.6~3000时
Sh
0.023Re0.83
S
0.33 c
园管内流体强制湍流时的传热关联式
N A 0 dz RT
dp A
pA
CM
CA
NA
JA
D
RT
pA
p Ai
NA
D
c A
cAi
CB
CAi CBi
上式条件：如液相能以相同速率向界面提供B组分，
保持cBi不变，上式成立。
扩散方向
3、单向扩散
在吸收过程中，A被液体吸收cA>cAi ，存在JA。 B不溶解于液相为惰性组分，为界面阻留，cBi>cB,存在JB。
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：
液相
yi
• 由气相主体传递到相界面
• 相界面上的溶解
A
xi
• 自相界面向液相主体传递 x
物质在单相中的传递机理有：
• 分子扩散：在静止(或作平行于相界面的层流流动）的流体中，靠分子微观
运动导致组分由高浓度向低浓度的传递。类似于传热中的热传导。
H
K La kLa kG a b(L)0.82 6.49 104 (G)0.7 L 0.25
式中：H－溶解度系数，kmol/(m3.kPa) L′－液体的空塔质量流速，kg/(m2.s) G′－气体的空塔质量流速，kg/(m2.s)
C、传质单元高度的关联式：
H G＝ Gm Ln ScG 0.5 H L＝ L L q ScL 0.5
D
D0
T T0
1.75
p0 p
2、 液体中的扩散系数
D
D0
T T0
0
D0为T0、P0时的扩散系数
讨论：D气≈105D液，但组分在液体中的摩尔浓度较气体大，N气≈100N液， 组分浓度对D液有较大的影响。
三、湍流流体中的扩散
式中m值在0.3左右，n值在0.4~0.5左右；q值在0.2~0.3左右。