8.2 传质过程导论

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传质过程概述Generalization

质量百分率（质量分率）
WA
=
mA kg mA + mB kg
摩尔分率
WA
=
xAM A
xAM A
+ (1 − xA )M B
xA = WA
WA M A
M A + (1 − WA ) M B
xA
=
A的摩尔数 A的摩尔数 + B的摩尔数
摩尔比分率
XA
=
A的摩尔数 B的摩尔数
XA
=
xA 1− xA
xA
=
XA 1+ XA
精馏主要用来分离液体混合物，所以有的教材称精馏为液体精馏。传质过程还有，萃取——利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。例如用醋酸乙酯萃取醋酸水溶液中的醋酸。如图 8-4 所示。
图 8-4 萃取示意图
此例中醋酸乙酯称为萃取剂 (S ) ，醋酸称为溶质 ( A) ，水称为稀释剂 (B) 。萃取操作能
1−
xA
=
p
o A
p
o B
xA
p
o A
p
o B
xA
+
1− xA
=
αxA
αxA
+ (1−
xA
)
∴
yA
=
1+
αx A
(α −1)xA
…………… (II )
式 (II ) 为汽－液平衡的解析表达式。
由式 (II ) 得知，当α = 1时， y A = xA ，则表示该二元溶液不能用精馏的方法分离。注意：以后所见的 x, y 均为易挥发组分浓度，就是表示 xA , y A 的意思。

第八章传质过程导论(化工原理)

第八章传质过程导论第一节概述8-1 化工生产中的传质过程均相物系的分离（提纯，回收）1.吸收2.气体的减湿3.液－液萃取4.固－液萃取（浸沥，浸取）5.结晶6.吸附（脱附）7.干燥 8精馏目的：湿分离或混合8-2 相组成的表示法1. 质量分率和摩尔分率mm a A A =mm a B B =mm a C C =……….......+++=C B A m m m mA,B 两组分 a a -1 nn x A A =nn x B B =nn x C C =…….......+++=C B A n n n n .......1+++=C B A x x x互换 A A AA A m m a m m x ==BB B m m a x =…….∑=++=iii B B A A m a m m m a m m a n ...... ()....,,C B A i =故 ∑==iii AA A A m a m a nn xi iiAA A m xm a a ∑=2.质量比和摩尔比质量比 B A m m a /=摩尔比 B A n n X =()a a a -=1 ()x x X -=1)X X x -=13．浓度质量浓度 V m C A A = 3/m kg摩尔浓度 V n C A A = 3/m k m o l均相混合物的密度ρ即为各组分质量浓度的总和（体积与混合物相等）∑=++=iB A CC C ........ρρA V m a V m C A A A ===C x V n x V n C A A A A ===混合气体 RTp V n C A A A ==RTp MVn M Vm C AAAA A A ===气体总摩尔浓度 RTp Vn C ==摩尔分率与分压分率相等 pp nn y A A A ==气体混合物摩尔比可用分压比表示 BB A A BB A A BA Mp M p Mn M n n n Y ===第二节扩散原理8-3 基本概念和费克定律分子扩散：扩散速率与浓度梯度成正比费克定律：对双组分物系下表达为： dzdl D J A ABA -=A J —分子A 的扩散通量 s m kmol ⋅2/ 方向与浓度样应相反 AB D —比例系数组分A 在介质B 中的扩散系数 s m /2A c —组分A 浓度，3/m kmoldz dc A —组分A 的浓度梯度 4/m kmol RTp c A A =得 dzdp RTD J AAB A -=定义A J 通过得截面是“分子对称”得，即有一个A 分子通过某一截面，就有一个B 分子反方向通过这一截面，填补原A 分子得空部位，这种分子对称面为固定时，较为简便。

化工原理讲稿第八章传质过程概论

•精馏：利用液体混合物中各组分饱和蒸汽压或沸点或挥发性的差异而将各组分分离开来;
•吸收：利用气体混合物中的各组分在某种溶剂中的溶解度不同而将各组分分离开来;
•增（减）湿：不饱和气相与温度比它高的热水接触为增湿；含水蒸气的饱和湿气体与温度比它低的冷水接触为减湿。
•第一节概述 (Introduction)
• 对于气体，在总压不太高的条件下，组分在气相中的摩尔浓度可用分压来表示。即
第二节扩散与单相传质
•因此
• 这两个通量方向相反，大小相等，若以A的传递方向 (Z)为正方向，则可写出下式:
•由于总压是常数，所以 •因此
第二节扩散与单相传质
• 传质速率的定义：在任一固定的空间位置上，A在单位时间内通过单位面积的物质的量，称为A的传质速率，用NA表示。 •在等分子反向扩散中：
•结晶：溶质的过饱和溶液与溶质固体相接触。
•第一节概述 (Introduction)
•和传热速率一样，传质速率也可表示成
•
或
传质速率＝传质系数×浓度差
传质过程的进行：
•物质由一相内部扩散至两相界面； •物质穿过相界面； •物质由相界面扩散至另一相的内部主体
•第一节概述 (Introduction)
•第二节扩散与单相传 •2.扩散通质量
• 扩散通量：是指在单位时间内单位面积上扩散传递的物质的量，其单位为kmol/(m2·S),以J表示。
3.费克定律(Fick’s law) • 在恒温恒压下，A在混合物中沿Z方向作稳定分子扩散时，其扩散通量与扩散系数及在扩散方向的浓度梯度成正比。
•扩散面
（二）质量比和摩尔比 •若双ห้องสมุดไป่ตู้分物系由A、B两组分组成，则 •1.质量比

《化工原理》8传质过程导论2

p.9例8-3 在温度 0C、总压例在温度25 、总压100kPa下，用水吸收空气中的氨。气相主体含氨下用水吸收空气中的氨。 20%，由于水中氨的浓度很低，其平衡分压可取为零。若氨在气相中的扩散，由于水中氨的浓度很低，其平衡分压可取为零。阻力相当于2mm厚的停滞气层，扩散系数厚的停滞气层，阻力相当于厚的停滞气层扩散系数D=0.232cm2/s，求吸收的传质速率， NA。又若气相主体中含氨为又若气相主体中含氨为2.0%（均为摩尔分数），试重新求解。），试重新求解（均为摩尔分数），试重新求解。本题属于单向扩散。其中，，解：(1) 本题属于单向扩散。其中，z=0.002m，D=0.232×10-4m2/s，， × T=298K，P=100kPa，pA1=20kPa，pA2=0，R=8.314kJ/kmol•K，带入下，，，，，式，得
在主体（ =0，在主体（z1=0，pA=pA1）至界面 =z，间积分，（z2=z，pA=pA2）间积分，得：
p − p A2 pB2 pD pD NA = ⋅ ln = ⋅ ln RTz p − p A1 RTz p B1
College of Power Engineering NNU WANG Yanhua
传质过程导论2 传质过程导论
Mass Transfer Separation Process
教师：教师：王延华
简单回顾1：简单回顾：
传质过程
相内传质过程：相内传质过程：物质在一个物相内部从浓度(化学位)高的地方向浓度(化学位)低的地方转移的过程。相际传质过程：相际传质过程：物质由一个相向另一个相转移的过程。相际传质过程是分离均相混合物必须经历的过程，其作为化工单元操作在工业生产中广泛应用。

化工原理传质

dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m dz
； 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。

传质过程导论

传热
能量传递 E
本节内容
一.分子扩散与Fick定律
二.单方向稳态扩散. 三. 分子扩散系数DAB 小结
作业：5-7(提示：该过程为稳态过程)
一. 分子扩散与Fick定律
1. 分子扩散
分子扩散的本质是分子的运动；
推动力：浓度差、温度差
氢气透过橡皮的扩散,锌与铜形成固体溶液时在铜中的扩散，以及粮食内水分的扩散等
本节小结
1. 了解分子扩散的原因，掌握Fick定律。 2.熟练掌握等分子反方向扩散通量的求解方法。 3.熟练掌握单方向分子扩散通量的求解方法。
反之,则是流动
当分子对称截面是静止截面时，称为等摩尔相互扩散。
对于双分子的等摩尔相互扩散，有：
DAB dp A DBA dpB JA JB R T dz R T dz
p pA pB dpA dpB 则： DAB DBA
3.等分子反方向扩散（等摩尔相互扩散）的数学描述
du dy
t q n
对于气体混合物，经常采用气体分压表示：
nA pA DAB dp A cA JA V R T R T dz
注意：Fick定律的前提条件是分子对称的截面，即有一个A分子通过该截面，必然有一个B分子反方向通过同一截面（类似于拥挤的公共汽车）。该截面可以是静止的，也可以是运动的。
1. 气体中的扩散系数
1 1 1.00 10 T M M A B 2 1 1 pt vA 3 vB 3
5 1.75 1 2
DAB
m2/s
T：绝对温度，K MA、MB：组分A、B的分子量， pt：总压（绝压），Pa

第八章 - 第二讲 -传质概论-分子扩散

kg / m3
= i
对气体混合物(在总压不太高时)中A组分的质量浓度为
A
=
pAM A RT
kg / m3
三、浓度
2.摩尔浓度
指单位体积内的物质的量，对A组分
CA
=
nA V
mol / m3
c = ci
对于气体混合物(在总压不太高时)，若其中组分A的分压为PA，则可由理想气体定律计算其摩尔浓度
积分：z=z1 ：PA =PA1 z=z2 ：PA =PA2
NA
=
D
RT
(PA1
−
) PA2
同理：
NB
=
D
RT
(PB1
−
PB2
)
NA
=
−
D RT
PA1 z1
− −
PA2 z2
NA = −NB
净物质通量： N = N A + NB = 0
一、等分子反向扩散
注：
①液相：总浓度CM=CA+CB，则：
( ) N AL
= J AL
= D
L
CA1 − CA2
L
( ) NBL
=
J BL
=
D
L
CB1 − CB2
L
NAL = −NBL
②实际中少有等分子反向扩散，但对于二组分摩尔汽化潜热相等的精馏过程，可视为此类型。
第一节传质过程概述
3.质量浓度与摩尔浓度
组成质量浓度摩尔浓度
计算公式
Ci
=
mi V
=
M i pi RT
ci
= ni V
=
pi RT
换算公式
Ci = ai

第八章传质过程导论第九章气体吸收

第八章传质过程导论第九章气体吸收1-1 吸收过程概述与气液平衡关系1-1 在25℃及总压为101.3kPa的条件下，氨水溶液的相平衡关系为p*=93.90x kPa。

试求(1) 100g水中溶解1g的氨时溶液上方氨气的平衡分压和溶解度系数H；(2) 相平衡常数m。

1-2 已知在20℃和101.3kPa下，测得氨在水中的溶解度数据为：溶液上方氨平衡分压为0.8kPa时，气体在液体中溶解度为1g (NH3)/1000g(H2O)。

试求在此温度和压力下，亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。

1-3 在总压为101.3kPa，温度为30℃的条件下，含有15%（体积%）SO2的混合空气与含有0.2%（体积%）SO2的水溶液接触，试判断SO2的传递方向。

已知操作条件下相平衡常数m=47.9。

1-2 传质机理1-4 组分A通过厚度为的气膜扩散到催化剂表面时，立即发生化学反应：，生成的B离开催化剂表面向气相扩散。

试推导稳态扩散条件下组分A、B的扩散通量及。

1-5 假定某一块地板上洒有一层厚度为1mm的水，水温为297K，欲将这层水在297K的静止空气中蒸干，试求所需时间为若干。

已知气相总压为101.3kPa，空气湿含量为0.002kg/（kg 干空气），297K时水的饱和蒸汽压为22.38 kPa。

假设水的蒸发扩散距离为5mm。

1-3 吸收速率1-6 采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的CO2。

已知25℃时CO2在水中的亨利系数为1.66×105kPa，现空气中CO2的体积分率为0.06。

操作条件为25℃、506.6kPa，吸收液中CO2的组成为。

试求塔底处吸收总推动力∆p、∆c、∆ X和∆ Y。

1-7 在101.3kPa及20℃的条件下，在填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。

若在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数H＝1.995kmol/(m3·kPa)。

塔内某截面处甲醇的气相分压为6kPa，液相组成为2.5 kmol/m3，液膜吸收系数k L=2.08×10-5m/s，气相总吸收系数K G＝1.122×105 kmol/(m2·s·kPa)。

第08章传质过程导论

说明：（1）JA,z、 JB,z是相对扩散通量（绝对扩散通量用NA,z表示）
组分A移走后，出现空位，其他分子（可能是A也可能是B）将会补位，若A、B分子量不等，那么质量中心会局部发生漂移。JA,z、 JB,z是为了使JA,z＋ JB,z＝0而定义的，即JA,z、 JB,z是相对于一个移动的扩散面而定义的扩散通量。
组分A的扩散量JA,z A
B
A
B
A
B BA
（2）JA,z＝－ JB,z 由JA,z＋ JB,z＝0可证得。
B
A A
B
A B
B
组分B的扩散量JB,z 质量中心面
A 13/36
《化工原理》电子教案/第八章
一．菲克定律
说明：（3）DA,B是物性。
DA,B f (P,T, x) 转下页
DA,B（气） 10-5m2/s DA,B（液） 10-9m2/s DA,B（固） <10-10m2/s
mA V
M AnA V
pA M A RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
《化工原理》电子教案/第八章
返回第7页
9/36
四．传质方式
第一节概述
传质的两种方式
分子扩散 ---发生在静止流体、层流流动的流体中，
靠分子运动进行的。
对流传质（给质过程） ---发生在湍流流动的流体中，靠流体微团的脉动进行的。
每cm3 所具有的分子个数：氧气：2.5×1019 水：3.3×1022 铜：7.3×1022
组分A的扩散量JA,z A
（4）对二元体系，扩散系数的下标 B A B
可去掉。即
A
B BA
对气体体系有：DA,B＝ DB,A 对液体体系有：DA,B DB,A

化工原理课后答案(中国石化出版社) 第8章传质过程导论

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第八章传质过程导论第八章传质过程导论1．含有 CCl 4 蒸汽的空气，由 101.3kPa(绝)、293K 压缩到 l013kPa(绝)后，进行冷却冷凝，测出 313K 下开始有 CCl 4 冷凝，混合气出冷凝器时的温度为 300K 求： (l)压缩前、压缩后开始冷凝前与出冷凝器时，CCl 4 蒸汽的质量分率、质量比和摩尔浓度。

(2)出冷凝器时 CCl 4 蒸汽冷凝的百分率。

四氯化碳的饱和蒸汽压数据如下： 273 283 288 T /K 293 89.8 300 123 313 210p / mmHg 33.7 注：1mmHg = 133.3 p a55.671.1解：(1)l013kPa(绝)，313K 下开始有 CCl 4 冷凝，则210 × 101.3 760 y= = 0.0276 1013 0.0276 × 154 压缩前： a = = 0.131 0.0276 ×154 + (1 0.0276) × 29 0.0276 × 154 a= = 0.15 (1 0.0276) × 29 yp 0.0276 × 101.3 C= = = 1.15 × 10 3 kmol / m 3 RT 8.314 × 293 压缩后开始冷凝前： a = 0.131 ， a = 0.15 yp 0.0276 × 1013 C= = = 1.07 × 10 2 kmol / m 3 RT 8.314 × 313 123 × 101.3 760 出冷凝器时： y ' = = 0.0162 1013 0.0162 × 154 a' = = 0.080 0.0162 × 154 + (1 0.0162) × 29 0.0162 × 154 a'= = 0.087 (1 0.0162) × 29第 1 页第八章传质过程导论yp 0.0162 × 1013 = = 6.58 × 10 3 kmol / m 3 RT 8.314 × 300 a a' 0.15 0.087 × 100% = 42% (2) × 100% = a 0.15 C=2．二氧化硫与水在 30℃下的平衡关系为： a (kgSO2 / 100kgH 2 O) 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 52 1.0 79 1.5 1254.7 11.8 19.5 36 试求总压为 101.3kPa(绝)下的 x y 关系，并作图。

学习_第八章传质过程导论

与热平衡不同之处：
▲达到相平衡时，一般两相
浓度不相等。
▲ 相平衡属动态平衡 -----达到相平衡时，传质过程仍在进行，只不过通过相界面的某一组分的净传质量为零。
pG 气相主体
相界面 pi
Ci
空气+氨气吸收
水液相主体传质方向
CL
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第一节概述
三、相组成的表示方法
摩尔分数
N A,z J A,z xA N A,z
N B,z J B,z x B N A,z N B,z
NA
相界面
单向扩散
N A,z (1 x A ) J A,z
D dcA dz
20/ 36
2．单向扩散
在 z1 ,cA1 ， z2 , cA2 范围内积分得：
DAB 7.4 1015
M B 1/ 2T
V
0.6 A
固体中的扩散系数需靠实验确定。
T , , D
如何解释此规律？
返回上13页56/
菲克定律的另一种常用形式----- NA,z与 JA,z的关系式
绝对扩散通量NA、 NB、N----相对于静止面的摩尔传质速率，
kmol/m2s

pA P
c n P V RT
A

mA V

M AnA V

pA M A RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
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第一节概述
四．传质方式
分子扩
散---发生在静止流体、层流流动的流体传质的两种方式中，
对流靠传分质子（运给动质进过行程的。

化工原理考研辅导：第8、9章传质过程导论及吸收

导
1 1 1 H
k x mk y k L
kG
cG* cL ci cL
故 1 1 KL kL
1 1 Kx kx
NA kL (cG* cL ) kx (x* x)
27
提高传质速率的措施：提高液体流速；
考双膜控制：
加强液相湍流程度。
研气膜阻力和液膜阻力均不可忽略
辅
1 1 m 1 1 1
气膜液膜
研 2. 界面两侧各有一层有效膜， pG
组成
辅所有阻力集中在这两层膜中，
pi
膜中传质为定态的分子扩散，
导湍流区的阻力可以忽略；
气相主体
Ci
传质方向液相主体
气相推动力：pG-pi
CL
G
L
液相推动力：ci-cL
z
距离
3．在相界面处，气液两相达到平衡。
双膜模型
20
双膜理论将整个相际传质过程简化为通过气、液两膜层的
X
Xa
Ya
LS GB
X
Xb
Yb
-----操作线方程
GBYa
Ga ya
LS Xa
La xa
（二）涡流扩散
D2
D1
T2 1 T12
研
J AB
DE
dcA dz
陈敏恒教材：无论气相或液相，物质传递的机理包括分子扩散和对流传质
辅湍流流体中进行涡流扩散的同时，也存在着分子扩散。
称为对流传质
导
J AB
D
DE
dcA dz
层流：D占主要地位；湍流：DE占主要地位。
过渡区：D和DE 数量级相当，不可忽略
分子扩散过程。
西北大学09年

化学工程中的传质过程分析与计算

化学工程中的传质过程分析与计算在化学工程中，传质过程是一个关键的环节。

它涉及到物质从一个相的传输到另一个相的过程，如气相到液相、液相到固相等。

理解传质过程对于设计和优化化学工程过程具有重要意义。

本文将从传质的基本概念、传质的机制、传质过程的数学建模以及传质计算方法等方面进行分析与探讨。

一、传质的基本概念在化学工程过程中，物质传质是指通过物质的扩散、对流和反应等方式，使两相之间的组分发生变化的过程。

传质过程最常见的几种方式包括：气体和气体之间的扩散传质、气体和液体之间的气液传质、液体和液体之间的液液传质以及固体和液体之间的固液传质等。

不同的传质方式对应着不同的传质机制和计算方法。

二、传质机制1. 扩散传质：扩散传质是指物质在浓度梯度的作用下，由高浓度区向低浓度区自发性地传输的过程。

在扩散传质中，物质的传质速率与浓度梯度、物质的扩散系数以及系统的温度等因素有关。

2. 对流传质：对流传质是指通过流体的运动将物质从一个地方转移到另一个地方的过程。

对流传质的速率与流体的速度、物质的浓度以及系统的流动特性等因素有关。

3. 反应传质：反应传质是指在化学反应中，物质的传质与反应同时进行的过程。

反应传质的速率不仅受到物质的传质速率的限制，还受到反应速率的限制。

三、传质过程的数学建模为了描述传质过程中物质的传递规律，化学工程中常使用质量守恒和动量守恒以及物质传递过程的理论，建立数学模型。

传质过程的数学建模一般包括质量守恒方程、动量守恒方程和质量传递方程等。

1. 质量守恒方程：质量守恒方程描述了传质过程中物质浓度随时间和空间的变化规律。

通常表示为：∂C/∂t = -∇·(J)+R其中，C表示物质的浓度，J表示物质的传递通量，R表示源项或汇项。

2. 动量守恒方程：动量守恒方程描述了传质过程中流体速度随时间和空间的变化规律。

通常表示为：ρ(∂u/∂t+u·∇u) = -∇P+μ∇^2u+F其中，ρ表示流体的密度，u表示流体的速度，P表示压力，μ表示流体的动力粘度，F表示体积力。

传质过程导论-西南科技大学网络教育学院

课程名称：化工原理
8.1 概述
8.1.2 对流干燥流程及其经济性
预热器空气湿物料对流干燥流程示意图（并流、连续）废气干燥器干燥产品
经济性：能耗和热的利用率
课程名称：化工原理

8.2 湿空气的性质及湿度图
pW ②非空气—水系统 H 0.622 p pW 46 p乙醇 H 空气—乙醇系统 29 p p乙醇
课程名称：化工原理
8.2.1 湿空气的性质
（3）相对湿度
pw ps
（8-2）
0≤ ≤ 1。相对湿度可用来衡量湿空气的不饱和程度。 =0，即pw =0，为绝干空气； =1，即pw = ps，此时湿空气中水蒸汽分压达到最大值，为饱和湿空气当总压p一定时，H随及温度t而变，在一定总压p下，只要知道、 t就可求H 。
缺点：热空气离开干燥器时尚带有相当大的一部分热能，因此对流干燥的热能利用程度比传导干燥差。
热空气
课程名称：化工原理

8.1 概述
（3）辐射干燥
热能以电磁波的形式由辐射器发射到达湿物料表面，被湿物料吸收后又转变为热能将水分加热汽化而达到干燥的目的。优点：生产强度大，产品干燥均匀而洁净，设备紧凑使用灵活，可以减少占地面积，缩短干燥时间。缺点：电能消耗大。（4）介电加热干燥将需要干燥的物料臵于高频电场内，依靠电能加热物料并使湿分汽化。此法由于加热的能量是由高频装臵产生的，其所需的费用较大，故在工业上的应用受到限制。
8.2.1 湿空气的性质
（1）水蒸汽分压pw（kPa）
空气中水蒸汽分压 pw↑ ，水汽含量就越高，根据分压定律， pw与干空气分压pa之比
pw pw nw pa p pa na

《化工原理》8传质过程导论1.

D RT
dpA dz
将上式中的p、z 对应积分，整理得：
D
NA RTz (pA1 pA2 )
同理，组分B有
D
NB
JB
RTz
pB1 pB2
若为液相，则有
D
N A z cA1 cA2
D
NB z cB1 cB2
例1. 氨气（A)与氮气（B）在一等径管两端相互扩散，管子各处的温度均为298K，总压均为1.013×105Pa。在端点 1处，氨气的摩尔分数yA1=0.15；在端点2处，yA2=0.06，点1、2间的距离为1m。已知此时扩散系数DAB=2.3×105m2/s。试求A组分的传质通量。
§8-1-2 相组成的表示方法
1、质量分数和摩尔分数
质量分数
wA

mA m
wB

mB m
wi 1
摩尔分数
xA

nA n
xB

nB n
xi 1
相互换算关系：
wA
xA M A
wi
i Mi
（一般液相用x，气相用y）
wA xAM A
xi M i
i
2、质量比和摩尔比（常见于双组分物系）
扩散：物质在单一相内的传递过程
流体中物质扩散的基本方式：
扩散方式分子扩散涡流扩散
作用物流体分子流体质点
作用方式热运动湍动和旋涡
作用对象静止、滞流
湍流
分子扩散：
推动力浓度差物质传递简称为扩散
终点：浓度差为〇
扩散快慢？
College of Power Engineering NNU WANG Yanhua

第八章传质过程导论

第八章传质过程导论第一节概述8-1 物质传递过程(传质过程)传质过程• 相内传质过程• 相际传质过程相内传质过程：物质在一个物相内部从浓度(化学位)高的地方向浓度(化学位)高的地方转移的过程。

实例：煤气、氨气在空气中的扩散，食盐在水中的溶解等等。

相际传质过程：物质由一个相向另一个相转移的过程。

相际传质过程是分离均相混合物必须经历的过程，其作为化工单元操作在工业生产中广泛应用，如蒸馏、吸收、萃取等等。

几种典型的相际传质过程●吸收：物质由气相向液相转移，如图8-1所示A图8-1 吸收传质过程●蒸馏：不同物质在汽液两相间的相互转移，如图8-2所示。

相界面B图8-2 蒸馏传质过程●萃取，包括液-液萃取和液-固萃取液-液萃取：物质从一个相向另一个相转移。

例如用四氯化碳从水溶液中萃取碘。

液-固萃取：物质从固相向液相转移。

●干燥：液体(通常为水)由固相向气相转移其它相际传质过程：如结晶、吸附、气体的增湿、减湿等等。

传质过程与动量传递、热量传递过程比较有相似之处，但比后二者复杂。

例如与传热过程比较，主要差别为： (1)平衡差别传热过程的推动力为两物体(或流体)的温度差，平衡时两物体的温度相等；传质过程的推动力为两相的浓度差，平衡时两相的浓度不相等。

例如1atm,20ºC 下用水吸收空气中的氨，平衡时液相的浓度为0.582 kmol/m3 ，气相的浓度为3.28×10 - 4 kmol/m3 ，两者相差5个数量级。

(2)推动力差别传热推动力为温度差，单位为ºC ，推动力的数值和单位单一；而传质过程推动力浓度有多种表示方法无(例如可用气相分压、摩尔浓度、摩尔分数等等表示)，不同的表示方法推动力的数值和单位均不相同。

8-2浓度及相组成的表示方法1. 质量分数和摩尔分数● 质量分数：用w 表示。

以A 、B 二组分混合物为例，有w A = (8-1)● 质量分数：用x 或y 表示。

以A 、B 二组分混合物为例，有x A = (8-2)2. 质量比与摩尔比 ● 质量比：混合物中一个组分的质量对另一个组分的质量之比，用w 表示。

[工学]传质过程导论

pB2 Dp D p NA ln (p A1 p A2 ) RTZ pB1 RTZ pBm
23
化工原理－－ 2 0
N AL
D c z L csm
cA1 cA2

与等摩尔相互扩散相比多了一个因子p/pBm——漂流因数。漂流因数反映总体流动对传质速率的影响。
③温度的单位简单（K或℃）；浓度（或组成）的表示和单位制有多种。
1
1
§8.1 概述
二、相组成的表示方法
1. 质量分数和摩尔分数化工原理－－ 2 0
10
mB mA wB 质量分数 w A m m nA nB x xB A 摩尔分数 n n
w
i
1
x
i
1
（一般液相用x，气相用y）
减湿
A
气相 B+A A
干燥
增湿
萃取
相界面固相 B+A 液相 S+A A
液相 S+A A
相界面
固相
1
1
A 结晶（或A+S） A
气相相界面或液相固相 B+A C A
吸附
A
溶解浸沥（取）固—液萃取
脱附
§8.1 概述
• 相际传质的复杂性
化工原理－－ 2 0
9
举例: 吸收与传热的区别 ①推动力不一样传热是温度差；传质是浓度差。 ②过程的最终状态不一样传热是Δt=0；相际间的传质不是浓度差=0，而是相平衡。
1
1
DE ——涡流扩散系数。非物性常数，与湍动程度有关，且与流体质点所处位置有关，很难测定。 D——扩散系数。在温度压力不变时为Const.

化工原理(第八章传质基础)

D2 = D1 ( T2µ1 ) T1µ 2
3、生物物质的扩散系数化工原理对于水溶液中生物溶质扩散系数的估算，当溶质的分子量小于1000或其分子体积小于500 cm3/mol 时，可用下式计算：
DAB
1/ T (φM B )T2 −15 = 7.4 ×10 µVA0.6
m2 / s
吉首大学
吉首大学
JA pA1 pB1 JB pA2 pB2
由于总压p=pA+pB为常数，微分则有：0=dpA+dpB DAB=DBA=D
二、扩散系数化工原理扩散系数是衡量物质扩散能力的物理性质，单位：m2/s 1、气体中的扩散系数气体中的扩散系数与其系统、温度和压力有关，其数量级为 10－5m2/s 对于二元气体扩散系数的估算，通常使用富勒（Fuller）公式：
固相 C
固相 B+A
气相 C+A
液相 A
汽相精馏
干燥
B+A A+B B
三、相组成的表示方法化工原理１．质量分率和摩尔分率混合物中某组分Ａ的质量mA占混合物总重量m的分率，称为组分Ａ的质量分率。即： wA= mA/m 混合物中某组分Ａ的摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率，称为组分Ａ的质量分率。即： xA= nA/n ２．质量比和摩尔比以Ｂ为参照组分，则质量比：w = mA/mB，摩尔比：X = nA/nB 3．质量浓度和摩尔浓度单位体积溶液中溶质的质量，称为质量浓度，即： CA=mA/V 单位体积溶液中溶质的摩尔数，称为摩尔浓度，即： cA=nA/V
C （C －C ） A Ai CBm
CA CAi CAi’
δ δ’
’ D’ C （C’ C ） Ai－ ’ A C’ δ’ Bm

08传质过程导论

F’ NA,b NB,b 2 Z PA2 A B 2’
总体
N A J A J B Nb Nb
总体流动通量Nb与A穿过界面2-2’的传质通量NA相等
2019年2月27日星期三
NA
由组分B的恒算式代入组分A恒算式得
Nb
c c JB JA cB cB
NA J A
cA c cA JA 1 JA c c cB B
JA
D dp A RT dz
P PA JA 1 J A PB PB
化工原理
NA
D P dpA P D dpA RT P PA dz PB RT dz
相界面
分离依据利用不同气相组份在液相溶剂中的溶解度差异，进行选择性的吸收传质推动力
气相
液相
A+B
化工原理
A+S
A
吸收
A
脱收
ΔP、ΔC Δy 、Δx
2019年2月27日星期三
萃取过程（Extraction）
相界面
分离依据利用液相各组分在溶剂中的溶解度差异传质推动力
液相
液相
A+B
化工原理
J B J A
3）通过相界面2-2’的只有A的溶解通量NA
2019年2月27日星期三
2’
NA
取截面F-F’及2-2’之间的体系进行物料衡算对组分A 对组分B
NA JA Nb
cA c
1
PA1 JA
A
B JB
1’
cB 0 J B Nb c
Nb
F 化工原理