第八章 - 第二讲 -传质概论-分子扩散

n
ai = 1
i =1
8.1.2 相组成的表示方法
一、质量分率和摩尔分率
⒉摩尔分率：
液相：
xi
=
nl , i nl
n
xi = 1
i =1
两组分物系： xA = x xB = 1− x
气相：
yi
=
ng,i ng
n
yi = 1
i =1
一、质量分率和摩尔分率
⒊换算：
？ 摩尔质量：MA、MB、MC ……
• 超滤、微滤、反渗透、渗析、电渗析等
场分离过程
• 在外力场（电场、磁场、声场等）的作用下，利用各 组分扩散速率的不同实现混合物分离
• 电泳、热扩散、电场分离、声场分离等
8.1.2 相组成的表示方法
一、质量分率和摩尔分率
⒈质量分率：
aA
=
mA m
aB
=
mB m
aC
=
mC m
......
m = mA + mB + mC +......
液－液萃取： 利用液体混合物中各组
分在某种溶剂中的溶解 度差异而将各组分分离 开来；（乙酸乙酯从水溶液
中回收醋酸，芳烃抽提）
溶剂要不互溶或部分互 溶，有选择性。
㈠ 、平衡分离过程
4、液－固接触传质过程
固－液萃取：浸取、浸沥
结晶：
㈠ 、平衡分离过程
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。
一、等分子反向扩散
2、等分子反向扩散传质速率NA
定义：任一固定空间位置上，单位时间通过单位面积的A的物 质的量，称为A的传质速率。
等分子反向扩散：
N A=
JA
=
−D
dCA dz
=
−
D RT
dPA dz
稳定扩散：NA、T、P恒定→dPA/dz 恒定
PA~z为一直线
一、 等分子反向扩散
令，扩散距离z2 –z1 =δ
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
( ) 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。
一类：机械分离 特点：被分离物为非均相的，简单的将混合物分开。 如：过滤、沉降…
二类：传质分离 包含： 平衡分离过程；速率控制分离过程。 特点：被分离物为均相物系。如蒸馏、吸收、萃取等。
8.1.1 传质过程及分离方法
㈠ 平衡分离过程 依据被分离混合物的各组分在平衡两相中的组成分配存在差异 而实现分离的过程。
二、质量比和摩尔比
⒉摩尔比： nA + nB = n
液 相 ：X = (nA nB )l 气 相 ：Y = (nA nB )g
本书中用X表示液相组成，Y表示气相组成。
摩尔比和摩尔分率的换算关系如下
X= x 1− x
x= X 1+ X
三、浓度
1.质量浓度
指单位体积内的物质的质量，对A组分
A
=
mA V
思考：前提 条件？
JA = −JB
一、等分子反向扩散
1、等分子反向扩散
对于气体（压力 不太高）
JA
=
−DAB
dCA dz
CA
=
PA RT
JA
=
−
DAB RT
dPA dz
JB
=
−
DBA RT
dPB dz
总压恒定，P = PA + PB dPA = −dPB
等摩尔反向扩散
JA = −JB
DAB = DBA = D
aAm
aA
xA
=
m
MA ai
=
Mi
MA ai Mi
aA
=
mA m
=
xA n MA
n
=
xi n Mi
xA MA
n
xi Mi
i =1
i =1
二、质量比和摩尔比
⒈质量比： mA + mB = m
双组分物系 （A＋B）
a = mA mB
质量比和质量分率的换算关系如下
a= a 1− a
a= a 1+ a
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：
发生的场合：运动流体与固体壁面之间，不互溶的两运动流体之间。
2、对流扩散通量
J AE
=
−DE
dcA dZ
总扩散通量（对流+分子扩散）
J AT
= −(D
+
DE
)
dcA dZ
湍流区：DE＞＞D
过渡区：DE≈D 层流底层：DE=0
8.2.2 一维稳定分子扩散 一、等分子反向扩散
1、等分子反向扩散 通过某截面的两方向相反的物质扩散通量相等。
1、气（汽）－液接触传质过程
气体吸收：Hale Waihona Puke Baidu
精馏：
㈠ 、平衡分离过程
1、气（汽）－液接触传质过程
增湿或减湿：
不饱和气相与温度比它高的 热水接触－－增湿； 含水蒸气的饱和湿气体与温 度比它低的冷水接触－－减 湿。
㈠ 、平衡分离过程
2、气－固接触传质过程
干燥：
气体吸附：
㈠ 、平衡分离过程
3、液－液接触传质过程
ai =
xi M i xi M i
i
xi =
ai M i ai M i
i
第一节 传质过程概述
2.质量比与摩尔比——双组分或虚拟双组分物系
组成 质量比
摩尔比
计算公式
a = mA mB
X = nA nB
Y = pA （低压气体） pB
换算公式
a = aA 1− aA
X = xA 1− xA
Y = yA 1− yA
（液体蒸发、固体溶解、云的形成、均相混合物的分离） 共同点
传质：物质在一相中或通过相界面在两相之间的转移过程称 为质量传递过程，简称传质过程。 单相传质：只在一相中进行 相际间传质：从一相传递到另一相中的过程。
8.1 概 述
二、分离方法
分离过程：是将混合物分成组成互不相同的两种或两种以上 产品的操作过程。
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
Ci = ci Mi ci = xicM ci = Ci Mi
8.2 扩散与单相传质
8.2.1 质量传递的基本方式
传质过程分析： 物质由一相内部扩散至两相界面
传质速率：
传质速率=
传质推动力 传质阻力 =
1/
浓度差 传质系数
=
传质系数
浓度差
（二）速率分离过程
借助某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用，利 用各组分在某物质中传递速率的差异实现组分分离的过程。
膜分离过程
• 利用混合物中各组分在选择透过性膜中的透过速率不 同，实现混合物分离的单元操作过程
CA
=
nA V
=
pA RT
三、浓度
⒊换算：
ρA与aA ：
A
=
mA V
=
aA m V
= aA
CA与xA ：
CA
=
nA V
=
xA n V
=
xA CM
相组成表第示一法：节 传质过程概述
1.质量分率与摩尔分率
组成 质量分率 摩尔分率
计算公式
换算公式
ai
=
mi m
xi
=
ni n
yi
=
pi p
（低压气体）
8.2.1 质量传递的基本方式
2、费克定律（Fick’s Law）
双组分物系、稳态传质：
JA
=
−DAB
dCA dz
DAB——A在B中 的扩散系数，
m2/s
浓度梯度
气体：
CA
=
nA V
=
PA RT
J
A
=
−
DAB RT
dPA dz
8.2.1 质量传递的基本方式
二、对流扩散
1、对流扩散
流体质点或微团的运动引起的流体中某组分由高浓度向低 浓度处传递的现象，又称涡流扩散、对流传质。
物质穿过相界面 物质由界面扩散至另一相主体 传递机理： ❖ 分子扩散：与热传导类似 ❖ 对流传质：与对流传热类似
8.2.1 质量传递的基本方式 一、分子扩散与费克定律
1、分子扩散（分子传质） 定义：单一相内、浓度差异下，分子的无规则运动（布朗运动） 造成的物质传递现象。 分子扩散发生的场合：静止流体内部、层流流体与流动方向垂 直的方向上。 扩散通量J： 单位时间、单位面积上通过扩散传递的物质量，kmol/(m2·s)
化工原理
第八章 传质过程概论
主讲人：李楠
第八章 传质过程概论
本章重点
• 关于传质的基本概念 • 相组成的表示方法及换算 • 分子扩散与费克定律 • 等分子反向扩散 • 双组份混合物中的一维稳定分子扩散 • 涡流扩散与对流传质
难点：概念多、杂，内容新、抽象。
8.1 概 述
8.1.1 传质过程及分离方法 一、传质过程