传质系数和传质理论
热力学系统的传热传质与传质系数
热力学系统的传热传质与传质系数热力学系统是指由物质组成的系统，其内部存在着能量和物质的传递过程。
在这个系统中，传热和传质现象是非常重要的。
传热是指热量从高温区域传递到低温区域的过程，而传质则是指物质从浓度高的区域传递到浓度低的区域的过程。
在传热传质的过程中，我们会用到传质系数，它是描述物质在单位时间内从一处传递到另一处的能力。
一、传热1. 热传导：热传导是热量通过物体内部相互碰撞传递的过程。
热传导的速率与物体的导热性能有关，通常用热传导系数来表示。
热传导系数描述了单位横截面积上单位温度梯度的传热能力，记作λ。
例如，在均匀材料中，热传导系数的大小与材料的导热性能成正比。
2. 对流传热：对流传热是指热量通过流体内部的传递。
对流传热主要发生在流体内部，如气体或液体。
在对流传热中，除了传导的贡献外，流体的运动也会带走或带来热量。
对流传热的速率由传热系数h来表示，它与流体的性质、流动速度和流体与固体之间的接触面积相关。
3. 辐射传热：辐射传热是指热量通过电磁波的辐射传递。
辐射传热主要发生在高温物体或热辐射源的表面。
辐射传热的速率由斯特藩-玻尔兹曼定律描述，该定律表明热辐射通量与温度的四次方成正比。
二、传质1. 扩散传质：扩散传质是指物质由高浓度区域向低浓度区域的自发传递。
扩散传质过程中，物质的传递速率与物质的浓度梯度有关。
扩散系数D是描述单位横截面积上单位浓度梯度的传质能力，它与物质本身的性质以及传质过程中的温度和压强相关。
2. 对流传质：对流传质是指物质通过流体内部的传递。
与对流传热类似，对流传质也受到传质系数的影响。
传质系数描述了单位横截面积上单位浓度梯度的传质能力，它与流体的性质、流动速度和流体与固体之间的接触面积有关。
三、传质系数传质系数是描述物质传递能力的一个重要参数。
在传热过程中，传质系数常用于描述物质从一个位置传递到另一个位置的速率。
传质系数一般用K表示，它是一个复合参数，与物质自身性质、传质过程中的温度和压强等有关。
传质 总系数 分系数关系
传质总系数分系数关系
根据提出的双膜理论，传质总系数与传质分系数的关系可以用以下两个公式表示：
1. 传质总系数与传质分系数在气相和液相中的关系：
$\frac{1}{K_{c}} = \frac{1}{k_{s}} + \frac{1}{H k_{l}}$
2. 传质总系数与传质分系数在液相中的关系：
$\frac{1}{K_{t}} = \frac{H}{k_{s}} + \frac{l}{k_{l}}$
其中，$K_{c}$和$K_{t}$分别为气相和液相传质总系数，$k_{s}$和$k_{l}$分别为气相和液相传质分系数，$H$为溶解度系数（$kmol(m^3 \cdot kPa)$），其值随温度升高而减小。
如需更多传质总系数与分系数相关的知识，建议查阅化学工程相关书籍或文献，也可咨询化学工程领域的专家，以获取更全面和准确的信息。
三种传质理论模型
三种传质理论模型在化学和工程过程中，传质过程是一个重要的研究对象，主要涉及物质分子在不同相之间（例如气体与液体、液体与液体、气体与固体等）的转移。
为了更好的理解和描述这些过程，研究人员提出了不同的传质理论模型。
一、费克定律费克定律（Fick’s Law）是传质理论中最基本的模型之一，它描述了溶质在不同浓度下经过一个固定的距离后的扩散速率。
该定律可表示为：$$J=-D\frac{\partial c}{\partial x}$$其中，$J$为扩散通量，单位为 $\text{mol}/(\text{m}^2\cdot\text{s})$；$D$为扩散系数，单位为 $\text{m}^2/\text{s}$；$c$为溶质浓度，单位为$\text{mol}/\text{m}^3$；$x$为扩散的位置，单位为 $\text{m}$。
该定律表明，扩散通量与浓度梯度成正比，与扩散距离成反比。
费克定律适用于各种扩散系统，如气体扩散、液体扩散和固体扩散等。
它的局限性在于，它忽略了溶质与溶剂之间的相互作用，也没有考虑非均匀性和复杂性。
二、斯特凡—麦尔定律斯特凡—麦尔定律（Stefan-Maxwell Law）是描述多组分流体中传质过程的理论模型，它包括了非对称和非线性的质量转移。
该定律可表示为：$$J_i=-\sum_{j\neq i}\frac{D_{ij}}{RT}c_i\nabla\mu_j$$斯特凡—麦尔定律适用于多组分气体、液体和固体的传质过程，能够反映溶剂和溶质之间的相互作用和非线性的效应。
但是，该定律也有一些局限性，如扩散系数随浓度变化很大，扩散过程中可能会发生流动等。
对流传质模型考虑了流体流动与传质之间的相互作用。
在传质过程中，流体流动会带动溶质的运动，从而影响溶质的分布、浓度、速度和扩散通量等。
对流传质模型可以表示为：其中，$v$为流体速度，$D$为扩散系数；$\rho$和$c$分别为流体的密度和溶质的浓度。
安工大 冶金传输原理第十二章 传质
c A J1A - J 2 A .A.dx
- D AB
（23）
c A c A c A c A . A [-D AB (-D AB ).dx].A .A.dx x x x x
c A c A ( D AB ) x x
（24）
该式即为菲克第二定律，它描述了非稳态时，物质扩散传质的
浓度场，表示为：
Ci f（x，y，z，）
当组分i的浓度不是时间变化，而仅是空间的函数时，成为稳态 浓度场，即：
C i 0
Ci f（x，y，z）
④浓度梯度 表示为：
浓度梯度：在传质方向上某一组分浓度Ci随空间距离x的变化率，
C i grad C i x
（6）
⑤自扩散、互扩散、爬坡扩散
ii）多组分混合物的质量平均速度 u
u
u
i 1 n i
n
i
i
i 1
u
i 1 i
1
n
i
(m / s)
(7 )
ρi—i组分的质量浓度 ρ—混合物的质量浓度 iii）多组分混合物的mol平均速度
um
ui—i组分的绝对速度
c u
i 1 n i
n
i
c
i 1
两种成分不 同的固体
两种液体
两种气体
iii）爬坡扩散 上面说了，在浓度梯度的推动力下，物质由浓度高的区域向 低浓度区域扩散。这句话是不严谨的，因为有时会出现低浓度向 高浓度的扩散，这种扩散称为“爬坡”扩散。 例如：含Fe-Si（3.8%）-C（0.48%）和Fe-C（0.44%）两块合金 焊接在一起，如图：
1 n c i ui c i 1
化工原理
百科名片化工原理化学工程学及其进展化学工程学，以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工业规模条件下，它所发生物理或化学点击此处添加图片说明状态变化的工业过程及这类工业过程所用装置的设计和操作的一门技术学科。
化学工程学的进展：三阶段：单元操作：20世纪初期。
单元操作的物理化学原理及定量计算方法，奠定了化学工程做为一门独立工程学科的基础。
“三传一反”概念：20世纪60年代多分支：20世纪60年代末。
形成了单元操作、传递过程、反应工程、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及控制等完整体系。
目录英文名称0.1 化学工程学科的进展单元操作图书信息内容简介图书目录绪论第1章流体流动原理及应用第2章传热及传热设备第3章传质原理及应用第4章固体颗粒流体力学基础与机械分离第5章固体干燥第6章其他单元附录化工原理（第三版上册）化工原理（第三版）（下册）内容简介目录一、上册二、下册英文名称0.1 化学工程学科的进展单元操作图书信息图书目录绪论第1章流体流动原理及应用第2章传热及传热设备第3章传质原理及应用第4章固体颗粒流体力学基础与机械分离第5章固体干燥第6章其他单元附录化工原理（第三版上册）化工原理（第三版）（下册）内容简介目录一、上册二、下册展开编辑本段英文名称Chemical Engineering Principles编辑本段0.1 化学工程学科的进展单元操作化工生产是以化学变化或化学处理为主要特征的工业生产过程。
在化学工业中，对原料进行大规模的加工处理，使其不仅在状态与物理性质上发生变化，而且在化学性质生也发生变化，成为合乎要求的产品，这个过程即叫化工生产过程。
以氯碱生产为例说明化工生产过程的基本步骤。
可见，虽然电解反应为核心过程，但大量的物理操作占有很大比重。
另外象传热过程，不仅在制碱中，在制糖、制药、化肥中都需要，在传热过程物料的化学性质不变，遵循热量传递规律，通过热量交换的方式实现，所用设备均为换热器，作用都是提高或降低物料温度，为一普遍采用的操作方式。
传质系数和传质理论
第五节
2.溶质渗透理论
传质系数和传质理论
工业设备中进行的气液传质过程， 工业设备中进行的气液传质过程，相界面上的流体总是不断地与主流 混合而暴露出新的接触表面。希格比（Higbie） 混合而暴露出新的接触表面。希格比（Higbie）认为流体在相界面上暴 露的时间很短， 露的时间很短，溶质不可能在膜内建立起如双膜理论假设的那种稳定的 浓度分布。 浓度分布。 溶质通过分子扩散由表面不断 θ ∞ cAi 地向主体渗透， 地向主体渗透 ， 每一瞬时均有 不同的瞬时浓度分布和与之对 应的界面瞬时扩散速率（ 应的界面瞬时扩散速率 （ 与界 面上的浓度梯度成正比） 面上的浓度梯度成正比）。 流体表面暴露的时间越长， 流体表面暴露的时间越长，膜 内浓度分布曲线就越平缓， 内浓度分布曲线就越平缓 ， 界 面上溶质扩散速率随之下降。 面上溶质扩散速率随之下降。 界面 距相界面的距离 液相浓度cA
第五节
β
传质系数和传质理论
γ
Sh G = α (ReG ) (ScG )
PD (ReG )B (ScG )γ kG = α RTp Bm
适用范围: 适用范围: 湿壁塔或拉西环填料塔 ReG = 2×103~3.5×104 ScG = 0.6~2.5 P = 101~303 kPa(绝压) 模型参数: 模型参数:
θ 增加
cA0
第五节
传质系数和传质理论
直到时间为θ 直到时间为θc时，膜内流体与主流发生一次完全混合而使浓度重新均匀 后发生下一轮的表面暴露和膜内扩散。 称为汽、 后发生下一轮的表面暴露和膜内扩散 。 θc 称为汽 、 液接触时间或溶质渗 透时间，是溶质渗透理论的模型参数， 透时间 ， 是溶质渗透理论的模型参数 ， 气 、 液界面上的传质速率应是该 时段内的平均值。 时段内的平均值。 由该理论解析求得液相传质系数
传质系数和传质理论
U0
-─气体在填料空隙中的实际流速，u0=u/（u为空塔气速m/s）；
第五节
传质系数和传质理论
0.67
(2)计算液相传质系数的准数关联式
ReL Sh L 0.000595
液相舍伍德准数
Sc L 0.33 Ga 0.33
cSm l Sh L kL c D
PD B ReG Sc G kG RTpBm
适用范围: 湿壁塔或拉西环填料塔 ReG = 2×103~3.5×104 ScG = 0.6~2.5
P = 101~303 kPa(绝压)
模型参数:
应用场合 湿壁塔 填料塔 0.023 0.066 0.83 0.8 0.44 0.33
双膜理论存在着很大的局限性，例如对具有自由相界面或高度湍动 的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的，因此界面两侧存在稳 定的等效膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以 成立； 该理论提出的双阻力概念，即认为传质阻力集中在相接触的两流体 相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算中得到了 广泛承认，仍是传质过程及设备设计的依据；
气 液 相界面 液相主体 气相主体 膜 膜
p pi = Ci / H Ci
pi
1
2
C
第五节
传质系数和传质理论
按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验所得的关联式
的结果相差较大； 由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度 1 和
2 以及界面上浓度 pi 和 Ci 都难以确定；
kL 2
c
DAB
该理论指出传质系数与扩散系数DAB的 0.5 次方成正比，比双膜理 论更加接近于实验值，表明其对传质机理分析更加接近实际。
化工原理
百科名片化工原理化学工程学及其进展化学工程学，以化学、物理和数学原理为基础，研究物料在工业规模条件下，它所发生物理或化学点击此处添加图片说明状态变化的工业过程及这类工业过程所用装置的设计和操作的一门技术学科。
化学工程学的进展：三阶段：单元操作：20世纪初期。
单元操作的物理化学原理及定量计算方法，奠定了化学工程做为一门独立工程学科的基础。
“三传一反”概念：20世纪60年代多分支：20世纪60年代末。
形成了单元操作、传递过程、反应工程、化工热力学、化工系统工程、过程动态学及控制等完整体系。
目录英文名称0.1 化学工程学科的进展单元操作图书信息内容简介图书目录绪论第1章流体流动原理及应用第2章传热及传热设备第3章传质原理及应用第4章固体颗粒流体力学基础与机械分离第5章固体干燥第6章其他单元附录化工原理（第三版上册）化工原理（第三版）（下册）内容简介目录一、上册二、下册英文名称0.1 化学工程学科的进展单元操作图书信息图书目录绪论第1章流体流动原理及应用第2章传热及传热设备第3章传质原理及应用第4章固体颗粒流体力学基础与机械分离第5章固体干燥第6章其他单元附录化工原理（第三版上册）化工原理（第三版）（下册）内容简介目录一、上册二、下册展开编辑本段英文名称Chemical Engineering Principles编辑本段0.1 化学工程学科的进展单元操作化工生产是以化学变化或化学处理为主要特征的工业生产过程。
在化学工业中，对原料进行大规模的加工处理，使其不仅在状态与物理性质上发生变化，而且在化学性质生也发生变化，成为合乎要求的产品，这个过程即叫化工生产过程。
以氯碱生产为例说明化工生产过程的基本步骤。
可见，虽然电解反应为核心过程，但大量的物理操作占有很大比重。
另外象传热过程，不仅在制碱中，在制糖、制药、化肥中都需要，在传热过程物料的化学性质不变，遵循热量传递规律，通过热量交换的方式实现，所用设备均为换热器，作用都是提高或降低物料温度，为一普遍采用的操作方式。
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
被吸收NH3的体积： VNH3＝80*(0.25-0.053) =15.8 m3
传热过程
吸收过程
理论 将对流给热视为壁 实质 附近滞流层的热传
导过程—付立叶定
将吸收视为A穿过相界面附 近滞流双膜的分子扩散过 程—费克定律
At
T
T
t
t
A1 (T tw1 ) A2 (tw2 t )
N
DAC
DgP
RTpBg
A(
Dl (CA CS
CSl
p )
pi) A(Ci C)
作业： P185 7
§5-3 吸收速率
吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的 生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。
一、吸收速率定义：NA= dnA/dτ 对于稳定吸收过程：NA=nA/τ mol(A)/s 吸收过程是物质的相转移过程，通过扩散方式进行。
二、扩散 1、分子扩散：物质以分子热运动方式穿过静止或滞流流 体的传递过程——特点：传递速率慢。 2 、对流扩散：物质以相对运动方式穿过湍流流体的传递 过程——特点：传递速率快。
A(Ci
C) =klA(Ci-C)
kl
DlCT
lCS
所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：
NA=kgA(p-pi) 或液膜中的扩散速率：
计算吸收速率。
NA=klA(Ci-C)
作业： P185 12、13
六、吸收速率方程 1 气膜吸收分速率方程
液液萃取过程中传质系数的计算
液液萃取过程中传质系数的计算液液萃取（Liquid-Liquid Extraction）是一种常用的分离技术，是指将混合溶液中的一种或几种有机物从其中分离出来的一种技术。
它可以将有机物以溶剂状形式抽出，也可以将无机物抽出，可以以非常低浓度的溶质进行有效的分离。
这最大程度地减少了分离中的溶剂消耗，极大地节约了能源、时间，降低污染和成本。
传质系数(Mass Transfer Coefficient)是指液液萃取过程中溶质物在两相之间的传质过程的系数，是萃取效率与萃取时间的决定因素之一。
一、传质系数的量化液液萃取中的传质系数可以用相关公式来量化：1. 二相流传质系数：即溶液和萃取剂流动混合时，溶质从一相迁移到另一相的物料传质速率。
2. 热力学传质系数：指的是热力作用的影响，是液体混合的基本参数。
3. 动力学传质系数：是指溶质从一相迁移到另一相的传质速率，也是传质系数的另一基本参数。
4. 外加参数的传质系数：传质系数中的第四个参数，是外加参数的综合影响，包括蒸汽、添加催化剂、增添体积等外界因素。
二、传质系数影响因素1. 溶质属性：溶质的性质包括分子量、反应特性、性状和结构等，对传质系数有重要影响。
2. 溶剂属性：溶剂性质、溶质浓度、相对极性和物理状态等，也会影响传质系数。
3. 温度影响：温度影响溶质的传质速率，当温度升高时，传质系数也会提高。
4.物理性质：包括传质过程中的空气、蒸气、液体湍流和掺杂等物理性质，都会影响传质系数。
三、传质系数的计算传质系数的计算可以使用一些适用性强的公式，比如等静力学理论、溶质伴性传质相关理论、热力学表达式等，也可以采用一些量化测试法（如摩克杯实验）来计算该参数。
一般来说，传质系数是分步测量的，即根据系统不断变化的参数，重复测试传质系数的数值，然后取其极限值。
此外，可以借助计算机模拟传质系数，并结合实际测量结果来估算，得到最终的数值。
综上所述，传质系数是液液萃取过程中混合物质从一相向另一相转移的能力指标，对液液萃取过程的萃取效率和萃取时间有重要影响，可以采用公式计算、实验测量、计算机模拟等方式来进行确定。
第七章 传质基础
x nA nA 15 / 17 0.0156 n nA nB 15 / 17 1000/ 18
p A P 2.266 0.0224 101.3
y
m
y x
0.0224 1.436 0.0156
烧杯示意图
NA=4.00×10-8/Z · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · (a) dt时间内，液面高度降低dZ，在此微元时间内，认为NA保持不 变，则物料衡算得 ： NA·A·dt=A·dZ·ρ/M 将（a）式代入上式得： 4.00×10-8dt=780/46·Z·dZ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · (b) (b)式积分得 Z2=4.718×10-9t+C · · · · · · · · · · (c) 边界条件：t=0，Z=0；t=t，Z=0.1 m t=2.16×106（s）≈24.5 (天)
y=PKG
Kx=CKG
2. 传质阻力 定 义：总传质速率方程写成推动力除以阻力的形式，则分子浓度差即为推动力，分母
气体
液相 pA 层流层 缓冲层 湍流主体 pA
有效膜模型要点： ①将流体在距相界面δ′以内称滞流层， 而滞流层以外 称湍流主体层 ②在湍流主体层流体湍动强烈，浓度趋 于一致，传质充分，无传质阻力。 ③δ′滞流层内，物质完全按分子扩散 传质，传质速率按单向扩散计算
NA DG P ( p pi ) ' RT G pBM
传质动力学参数
传质动力学参数传质动力学参数是研究物质在传质过程中的变化规律的重要指标，它描述了传质的速率、效率以及物质在传质过程中的各种特性。
本文将从几个常见的传质动力学参数出发，介绍它们的定义、意义以及它们在实际应用中的作用。
我们来介绍一下传质系数。
传质系数是描述物质在传质过程中的速率的参数，它反映了物质在单位时间内通过单位面积的传质量。
传质系数的大小取决于物质的性质、传质介质的性质以及传质过程的条件等因素。
在实际应用中，传质系数常被用来评估传质过程的快慢以及传质效率的高低。
例如，在化工工艺中，传质系数的大小将直接影响到反应速率以及反应的均匀性，因此，合理选择传质系数是提高反应效率的重要手段之一。
接下来，我们来介绍一下扩散系数。
扩散系数是描述物质在传质过程中的扩散能力的参数，它反映了物质在单位浓度梯度下的扩散速率。
扩散系数的大小取决于物质的性质以及传质介质的性质。
在实际应用中，扩散系数常被用来评估物质在传质过程中的扩散能力。
例如，在环境科学领域，扩散系数的大小将直接影响到物质在土壤或水体中的迁移速率，因此，准确确定扩散系数是评估物质迁移行为的重要基础。
除了传质系数和扩散系数，还有一个重要的传质动力学参数是传质速率。
传质速率是描述物质在传质过程中的速率的参数，它反映了物质在单位时间内通过单位面积的传质量。
传质速率的大小取决于传质系数、浓度梯度以及传质面积等因素。
在实际应用中，传质速率常被用来评估传质过程的快慢以及传质效率的高低。
例如，在化学工程中，传质速率的大小将直接影响到反应速度以及反应的均匀性，因此，合理控制传质速率是提高反应效率的重要手段之一。
还有一个重要的传质动力学参数是传质效率。
传质效率是描述传质过程中物质传递效果的参数，它反映了物质在传质过程中的损失情况。
传质效率的大小取决于传质速率、传质系数以及传质过程中的损失因素等因素。
在实际应用中，传质效率常被用来评估传质过程的损失程度。
例如，在环境工程中，传质效率的大小将直接影响到废水处理的效果，因此，提高传质效率是改善废水处理效果的重要途径之一。
化工原理讲稿 传质系数和传质理论
适用条件： (1)气体的空塔质量流速G为 320-4150kg/(m2h) (2)液体的空塔质量流速W为 4400-58500 kg/(m2h)； (3)直径为25mm的环形填料。
第五节 传质系数和传质理论
3.传质系数的准数关联式 (1) 计算气相传质系数的准数关联式
m2/m3，为填料层的空隙率m3/m3）；
U0 -─气体在填料空隙中的实际流速，u0=u/（u为空塔气速m/s）；
第五节 传质系数和传质理论
(2)计算液相传质系数的准数关联式
Sh L 0.000595 Re L 0.67 Sc L 0.33 Ga 0.33
液相舍伍德准数
Sh L
kL
cSm c
传质系数和传质理论
一、传质系数 二、 传质理论
第五节 传质系数和传质理论
一、传质系数 传质系数的影响因素 ➢物系的性质 ➢填料的结构 ➢操作条件 传质系数的来源
➢实验测定 ➢经验公式 ➢准数关联式
第五节 传质系数和传质理论
1.传质系数的实验测定 由填料层高度计算式：
h V Yb Ya KY a Ym
➢ 由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度 1 和 2 以及界面上浓度 pi 和 Ci 都难以确定；
➢ 双膜理论存在着很大的局限性，例如对具有自由相界面或高度湍动 的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的，因此界面两侧存在稳 定的等效膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以 成立；
➢ 该理论提出的双阻力概念，即认为传质阻力集中在相接触的两流体 相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算中得到了 广泛承认，仍是传质过程及设备设计的依据；
第五节 传质系数和传质理论
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。
传输原理复习
一、名称解释绪论：传输过程：物理量从非平衡状态朝平衡状态转移的过程动量传输：垂直于实际流体流动方向上，动量由高速度区向低速度区的转移热量传输：热量由高温区向低温区的转移质量传输：物系中一个或者几个组分由高浓度区向低浓度区的转移热平衡：物系内的温度各处均匀一致通量：单位时间内通过单位面积，表示强度的物理量动量传输部分：流体：自然界能够流动的物体流体密度：单位体积流体的质量重度（容重）：单位体积内物体的重量质量体积：流体的连续介质模型：流体看成由无限多个流体质点所组成的密集而无缝隙的连续介质流体压缩性：作用在流体上的压力增大时，流体所占的体积将缩小的特性流体膨胀性：温度升高，体积膨胀的特性粘性：做相对运动的两流体层的接触面上，存在一对等值反向的作用力来阻碍相邻流体的相对运动的特性牛顿粘性定律：当流体的流层之间存在相对位移，由于流体的黏性作用，在其速度不相等的流层之间以流体与固体表面之间所产生的黏性阻力的大小与速度梯度和接触面积成正比，并与流体的黏性有关。
粘度：又称粘度系数，是量度流体粘度滞性大小的物理量。
运动粘度系数：流体的动力黏度与其密度的比值理想流体：不可压缩，不计粘性的流体牛顿流体：满足牛顿黏性定律，以切应力对速度梯度作图，得到的一条过原点的直线，满足这种特性的流体叫牛顿流体非牛顿流体：不符合牛顿黏性定律的流体稳定流：运动参数只随位置改变而与时间无关的流体流场：充满运动流体的空间迹线：流体质点运动的轨迹线，只随质点不同而异，与时间无关流线：同一瞬间流场中连续的不同位置质点的流动方向线流管：流场内取任意封闭曲线l，通过l上每一点连续作流线，则流线族构成的管状表面叫流管流束：流管内取微小曲面dA,通过dA上每一点做流线，这族流线叫流束流量：单位时间内流经封闭管道或明渠有效截面的流体量微元体：边长为dx，dy，dz的六面空间体。
流体动力学：流体力学的一个分支，研究作为连续介质的流体在力作用下的运动规律及其与边界的相互作用水头损失：单位质量流体的能量损失压力损失：单位体积流体的能量损失层流：流体质点在流动方向上分层流动，各层互不干扰和渗混，且流线呈平行状态的流动湍流：流体流动时各质点在不同方向上做复杂的无规则运动，互相干扰的向前运动的流动边界层：流体在绕流过固体壁面流动时紧靠固体壁面形成的速度梯度较大的流体薄层热量传输部分：传导传热：温度不同的物体直接接触，由于自由电子的运动或分子的运动而发生的热交换现象对流传热：在流体流动进程中发生的热量传递的现象辐射传热：两个温度不同且互不接触的物体之间通过电磁波进行的换热过程温度场：像重力场，速度场一样，物体存在着时间和空间上的温度分布等温面：物体中同一瞬间相同温度各点连成的面等温线：任何一个二维截面上等温面表现温度梯度：温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率热流量：一定面积的物体两侧存在温差时,单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量热通量：单位时间通过单位面积的热能的变量成其导数随时间和地点的变化规律。
三种传质理论模型
6
kc SDAB A
5
表面更新模型
表面更新理论
该理论得出旳传质系数正比于扩散系数 DAB 旳 0.5 次方；
该理论旳模型参数是表面更新机率 S，而不是接
触时间 c ； 目前还不能对 c 和 S 进行理论预测，所以用上
述两个理论来预测传质系数还有困难； 溶质渗透理论和表面更新理论指出了强化传质旳
膜很薄，忽视其中溶质旳积累过程；传质开始时，稳定 浓度梯度旳建立过渡时间很短，能够忽视。
2
溶质渗透理论模型 cAi
液相浓度cA
工业设备中进行旳气液传质过程，
相界面上旳流体总是不断地与主
流混合而暴露出新旳接触表面。
赫格比（Higbie）以为流体在相
界面上暴露旳时间很短，溶质不 cA0 可能在膜内建立起如双膜理论假
发生下一轮旳表面暴露和膜内扩散。c 称为汽、液接触时间或溶质渗透时
间，是溶质渗透理论旳模型参数，气、液界面上旳传质速率应是该时段内
旳平均值。 由该理论解析求得液相传质系数 kc 2
D AB
c
3
溶质渗透理论模型
该理论指出传质系数与扩散系数 DAB 旳 0.5 次方成正比， 比双膜理论愈加接近于试验值，表白其对传质机理分析 愈加接近实际。 考虑了形成稳定浓度梯度旳过渡时间。此段时间内，有 一种溶质从相界面对液膜深度方向逐渐渗透旳过程。
设旳那种稳定旳浓度分布。
界面
增长
距相界面旳距离
溶质经过分子扩散由表面不断地向主体渗透，每一瞬时都有不同旳瞬时浓度 分布和与之相应旳界面瞬时扩散速率（与界面上旳浓度梯度成正比）。 流体表面暴露旳时间越长，膜内浓度分布曲线就越平缓，界面上溶质扩散速 率随之下降。
化工原理 第七章 理论版、传质系数
三、水吸收SO2（是具有中等溶解度的气体吸收，两膜阻力并存）
2-4-3 吸收系数的准数关联式
一、传质过程中常用的准数 1、施伍德准数Sh （包含膜系数的准数）
2、施密特准数Sc（反映物性的准数） 3、雷诺准数Re（反映流动状况的准数） 4、伽利略准数Ga（反映重力与粘滞力 的相互关系）
2. 膜吸收系数测定（在小试和中试装置上进行，可用于关联经 验方程）
测定方法是：设法在另一相的阻力可被忽略或可以推算的 条件下进行实验。如，测定水吸收低浓度氨气时的气膜体积吸 收系数 ，其步骤为： （1）由标定法直接测定 ； （2）相同条件下
（3）气膜体积吸收系数为：
2-4-2 吸收系数的经验公式 一、用水吸收氨（是易溶气体吸收，阻力主要在气膜中）
2-3-5 理论板层数的求法 一、图解法（与精馏中的方法一样，但必须用摩尔比浓度。）
T 填料层高度 Z=等板高度 理论板层数 板式塔高度 Z=板间距 （理论板层数/总板效率）导方法：逐板列物料衡算式，并结合相平衡关系。
表达式：
克列姆塞尔方程表达形式之一
吸收因数： 相对吸收率：
l---特性尺寸
二、计算气膜吸收系数的准数关联式 三、计算液膜吸收系数的准数关联式 四、气相及液相传质单元高度的计算试
表示溶质的吸收率与理论
最大吸收率（即在塔顶达到 气液平衡时的吸收率）的比 值
二、解析法 条件：平衡关系为直线 推导方法：逐板列物料衡算式，并结合相平衡关系。 表达式：
吸收因数： 相对吸收率：
表示溶质的吸收率与理论
最大吸收率（即在塔顶达到 气液平衡时的吸收率）的比 值
第四节 吸收系数 2-4-1 吸收系数测定 1. 在实际装置上测定总吸收系数（也称标定法）
- 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)。
3 gl 3 ρ L 2 µL
液相的伽利略准数
第五节
上述准数中： 上述准数中：
传质系数和传质理论
填料比表面积m a— 填料比表面积m2/m3 ; 液膜传质系数， kL — 液膜传质系数，m/s ; /c— 液相漂流因子; cSm/c 液相漂流因子; l g — 特征尺寸，取填料直径m ; 特征尺寸，取填料直径m —重力加速度，m/s2 ; 重力加速度， 重力加速度
应用场合 湿壁塔 填料塔 α 0.023 0.066 β 0.83 0 .8 γ 0.44 0.33
第五节
D
传质系数和传质理论
溶质在气相中的分子扩散系数m /s； -─溶质在气相中的分子扩散系数m2/s； 气相漂流因子； P/pm -─气相漂流因子； 气相传质系数kmol/(m kG -─气相传质系数kmol/(m2⋅s⋅kPa) ； 通用气体常数kJ/ (kmol⋅ R -─通用气体常数kJ/ (kmol⋅K ) ； L -─特征尺寸 m ； 混合气体的密度kg/m ρG -─混合气体的密度kg/m3； T -─温度 K； 混合气体的粘度N µG -─混合气体的粘度N⋅s/m2 ； 气体的空塔质量流速； G -─气体的空塔质量流速； 填料层中流体通道的当量直径， a/ε De -─填料层中流体通道的当量直径，de=4a/ε，（a为填料的比表面 为填料层的空隙率m m2/m3，ε为填料层的空隙率m3/m3）； 气体在填料空隙中的实际流速， =u/ε 为空塔气速m/s m/s） U0 -─气体在填料空隙中的实际流速，u0=u/ε（u为空塔气速m/s）；
第五节
传质系数和传质理论
(3) 用水吸收二氧化硫
kG a = 9.9 × 10−4 G 0.7W 0.25
k L a = bW 0.82
b-─与温度有关的常数，见P69表9-3 与温度有关的常数，
适用条件： 适用条件： (1)气体的空塔质量流速G为 320-4150kg/(m2⋅h) 气体的空塔质量流速G 320-4150kg/(m h)； (2)液体的空塔质量流速W为 4400-58500 kg/(m2⋅h)； 液体的空塔质量流速W 4400(3)直径为25mm的环形填料。 直径为25mm的环形填料。 25mm的环形填料
µG ρG D
第五节
β
传质系数和传质理论
γ
Sh G = α (ReG ) (ScG )
PD (ReG )B (ScG )γ kG = α RTp Bm
适用范围: 适用范围: 湿壁塔或拉西环填料塔 ReG = 2×103~3.5×104 ScG = 0.6~2.5 P = 101~303 kPa(绝压) 模型参数: 模型参数:
注意： 注意：实验测定的传质系数用于吸收或解吸塔设计 计算时，设计体系的物性、 计算时，设计体系的物性、操作条件及设备性能应与实 验测定时的情况相同或相近。 验测定时的情况相同或相近。
第五节
传质系数和传质理论
2.传质系数的经验公式 2.传质系数的经验公式 (1) 用水吸收氨
kG a = 6.07 × 10−4 G 0.9W 0.39
液体的粘度， s/m µL — 液体的粘度，N·s/m2 ; ρL — 液体的密度 kg/m3 ; D’ — 溶质在液相中的分子扩散系数 m2/s ; W — 液体的空塔质量速度，kg/(m2·s). 液体的空塔质量速度， s). s)
第五节
二、 传质理论 1.双膜理论
传质系数和传质理论
2.溶质渗透理论 3.表面更新理论
k L = SDAB
第五节
传质系数和传质理论
该理论得出的传质系数正比于扩散系数D 次方； 该理论得出的传质系数正比于扩散系数DAB的0.5次方； 该理论的模型参数是表面更新机率S 而不是接触时间θ 该理论的模型参数是表面更新机率S， 而不是接触时间θc ； 目前还不能对θc和S进行理论预测，因此用上述两个理论来 目前还不能对θ 进行理论预测， 预测传质系数还有困难； 预测传质系数还有困难； 溶质渗透理论和表面更新理论指出了强化传质的方向， 溶质渗透理论和表面更新理论指出了强化传质的方向 ， 即 降低接触时间或增加表面更新机率。 降低接触时间或增加表面更新机率。
kL = 2
πθc
DAB
该理论指出传质系数与扩散系数D 次方成正比， 该理论指出传质系数与扩散系数DAB的 0.5 次方成正比，比双膜理 论更加接近于实验值，表明其对传质机理分析更加接近实际。 论更加接近于实验值，表明其对传质机理分析更加接近实际。
第五节
3.表面更新理论
传质系数和传质理论
气液接触表面是在连续不断地更新，而不是每隔一定的周期θ 气液接触表面是在连续不断地更新，而不是每隔一定的周期θc才发生 一次。 一次。 处于表面的流体单元随时都有可能被更新， 处于表面的流体单元随时都有可能被更新 ， 无论其在表面停留时间 龄期）的长短，被更新的机率相等。 （龄期）的长短，被更新的机率相等。 引入一个模型参数 S 来表达任何龄期的流体表面单元在单位时间内 被更新的机率（更新频率） 被更新的机率（更新频率）。 由于不同龄期的流体单元其表面瞬时传质速率不一样， 由于不同龄期的流体单元其表面瞬时传质速率不一样，将龄期为 0→∞ 的全部单元的瞬时传质速率进行加权平均，解析求得传质系数为： 的全部单元的瞬时传质速率进行加权平均，解析求得传质系数为：
第五节
传质系数和传质理论
Байду номын сангаас
(2) 常压下用水吸收二氧化碳
用水吸收二氧化碳属难溶气体吸收，吸收阻力主要在液膜侧。 用水吸收二氧化碳属难溶气体吸收，吸收阻力主要在液膜侧。计算液 相体积传质系数的经验公式为
k L a = 2.57U 0.96
U — 液相喷淋密度，m3/(m2⋅h) 。单位时间喷淋在单位塔截 液相喷淋密度， 面上的液相体积， 面上的液相体积， 适用条件： 适用条件： 直径为10 32mm陶瓷环填料塔； 10- mm陶瓷环填料塔 (1) 直径为10-32mm陶瓷环填料塔； 喷淋密度U 20m h)； (2) 喷淋密度U为3-20m3/(m2 ⋅ h)； 气体的空塔质量速度G 30h)； (3) 气体的空塔质量速度G为30-580 kg/(m2 ⋅ h)； 操作温度为21 27℃ 21(4) 操作温度为21-27℃。
第五节
传质系数和传质理论
3.传质系数的准数关联式 (1) 计算气相传质系数的准数关联式
Sh G = α (Re G ) (Sc G )
β
γ
气相舍伍德准数
RTp Bm l Sh G = kG P D
d e u0 ρ
气体通过填料层的雷诺数 Re G = 气相施密特准数
µG
4G = aµ G
Sc G =
第五节
传质系数和传质理论
(2)计算液相传质系数的准数关联式
Sh L = 0.000595(Re L )
液相舍伍德准数 液体通过填料层的雷诺数 液相施密特准数
0.67
(Sc L )0.33 (Ga )0.33
cSm l Sh L = k L c D′
4W Re L = aµ L
µL Sc L = ρ L D′
式中： 气相体积传质分系数， kPa)； 式中：kGa —— 气相体积传质分系数，kmol/(m3.h.kPa)； G W —— 气相空塔质量流速，kg/(m2.h)； 气相空塔质量流速， h)； —— 液相空塔质量流速，kg/(m2.h)； 液相空塔质量流速， h)；
适用条件： 适用条件： 直径为12 mm陶瓷环填料塔 12. 陶瓷环填料塔。 (1) 直径为12.5mm陶瓷环填料塔。
θ 增加
cA0
第五节
传质系数和传质理论
直到时间为θ 直到时间为θc时，膜内流体与主流发生一次完全混合而使浓度重新均匀 后发生下一轮的表面暴露和膜内扩散。 称为汽、 后发生下一轮的表面暴露和膜内扩散 。 θc 称为汽 、 液接触时间或溶质渗 透时间，是溶质渗透理论的模型参数， 透时间 ， 是溶质渗透理论的模型参数 ， 气 、 液界面上的传质速率应是该 时段内的平均值。 时段内的平均值。 由该理论解析求得液相传质系数
第五节
传质系数和传质理论
一、传质系数 二、 传质理论
第五节
一、传质系数
传质系数和传质理论
传质系数的影响因素 物系的性质 填料的结构 操作条件 传质系数的来源 实验测定 经验公式 准数关联式
第五节
1.传质系数的实验测定
传质系数和传质理论
由填料层高度计算式： 由填料层高度计算式：
V Yb − Ya h= KY aΩ ∆Ym V (Yb − Ya ) KY a = Ωh∆Ym
第五节
2.溶质渗透理论
传质系数和传质理论
工业设备中进行的气液传质过程， 工业设备中进行的气液传质过程，相界面上的流体总是不断地与主流 混合而暴露出新的接触表面。希格比（Higbie） 混合而暴露出新的接触表面。希格比（Higbie）认为流体在相界面上暴 露的时间很短， 露的时间很短，溶质不可能在膜内建立起如双膜理论假设的那种稳定的 浓度分布。 浓度分布。 溶质通过分子扩散由表面不断 θ ⇒∞ cAi 地向主体渗透， 地向主体渗透 ， 每一瞬时均有 不同的瞬时浓度分布和与之对 应的界面瞬时扩散速率（ 应的界面瞬时扩散速率 （ 与界 面上的浓度梯度成正比） 面上的浓度梯度成正比）。 流体表面暴露的时间越长， 流体表面暴露的时间越长，膜 内浓度分布曲线就越平缓， 内浓度分布曲线就越平缓 ， 界 面上溶质扩散速率随之下降。 面上溶质扩散速率随之下降。 界面 距相界面的距离 液相浓度cA
第五节
1.双膜理论
传质系数和传质理论
气 液 相界面 液相主体 气相主体 膜 膜 p pi = Ci / H Ci
pi
δ1
δ2
C
第五节
传质系数和传质理论