化工原理(第四版)谭天恩 第八章 传质过程导论-dm
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,第8-9章
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m m a A A =m ma B B = mm a C C = ………. ......+++=C B A m m m mA,B 两组分 a a -1 n n x A A =n nx B B = nn x C C = ……. ......+++=C B A n n n n .......1+++=C B A x x x互换 A A A A A m m a m m x ==BB B m ma x = ……. ∑=++=i i i B B A A m a m m m a m m a n ...... ()....,,C B A i = 故 ∑==i iiAAA A m a m a n n x iiiA A A m x m 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）∑=++=i B A C C C ........ρρA V ma 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 M V n M V m C AA A A A A ===气体总摩尔浓度 RTpV n C ==摩尔分率与分压分率相等 pp n n y AA A ==气体混合物摩尔比可用分压比表示 BB AA B B A A B A M p M p M n 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 AABA -= 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 RT p c A A =得 dzdp RT D 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。
化工原理第四版谭天恩
化工原理第四版谭天恩化工原理是化学工程专业的一门重要课程，它涵盖了化工工程的基本理论和实际应用。
本书《化工原理第四版谭天恩》是该领域的经典教材之一，由谭天恩教授撰写。
本文将对该书的内容进行简要介绍，希望能够为化工工程专业的学生和从业人员提供一些帮助。
首先，本书系统地介绍了化工原理的基本概念和原理。
它包括了物质的性质与结构、热力学、动力学、传质与分离等内容，为读者打下了坚实的理论基础。
同时，本书还结合了大量的实际案例和工程应用，帮助读者更好地理解和应用所学知识。
其次，本书对化工工程中常见的工艺流程和设备进行了详细的介绍。
例如，化工反应器的设计与操作、传热设备的选择与优化、分离设备的原理与应用等。
这些内容对于化工工程实践具有重要的指导意义，可以帮助读者更好地理解和应用所学知识。
此外，本书还介绍了一些新兴的化工技术和研究领域。
例如，化工过程的模拟与优化、绿色化工技术的发展、化工废物处理与资源化利用等。
这些内容反映了化工工程领域的最新进展，对于读者了解行业动态和未来发展趋势具有重要意义。
总的来说，本书《化工原理第四版谭天恩》是一本内容全面、结构严谨、实用性强的教材。
它不仅适用于化工工程专业的本科生和研究生，也适用于从事化工工程设计、研发和生产的工程技术人员。
希望广大读者能够通过学习本书，掌握化工原理的基本理论和实际应用，为将来的工作打下坚实的基础。
总之，《化工原理第四版谭天恩》是一本不可多得的好书，它的出版填补了我国在这一领域的教材空白，为广大化工工程师和学生提供了一本优秀的学习资料。
希望该书能够得到更多读者的关注和喜爱，为化工工程领域的发展做出积极的贡献。
《化工原理》8传质过程导论2
College of Power Engineering NNU WANG Yanhua
令
pBm
pB2 pB1 l npB2
,
pB1
B组分在界面与主体间的对数平均分压
N AR PT D ln p p Z B B 1 2 R DT p P B m Z (pA 1pA 2)
思考：
气体的扩散系数随温度的升高而增示为P/pBm，它反映总体流动对传质的影响。
双组分气体A、B在进行稳定分子扩散，JA及NA分别表示在传 质方向上某截面溶质A的分子扩散通量与传质通量。当整个系
统为单向扩散时（B为停滞组分）， J A ＝ J B
N A ＞N B
JA+JB=0
n
Ji 0
i 1
DAB=DBA=D
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简单回顾4：一维稳定分子扩散等摩尔相互扩散
传质速率（或物质通量）NA：单位时间通过单位固定截面的A物质量， 单位 kmol/(m2•s)
等摩尔相互扩散中（物系静止）：
扩散方式 作用物
作用方式 作用对象
分子扩散 流体分子 热运动 静止、滞流
涡流扩散 流体质点 湍动和旋涡
湍流
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费克定律
表 示 扩 散 方 向 与 浓 度 梯 度 方 向 相 反
JA DABddCAz
A 在 B 中 的 扩 散 系 数 m 2/s
气相
NAL D zLccsm cAqcA2 L
化工原理讲稿第八章传质过程概论
•第二节 扩散与单相传 2.组分在液质体中的扩散系数
•第二节 扩散与单相传 Wilke-Ch质omg公式估算
•适用于低分子量的非电解质在很稀溶液中的扩散系数的计算。 ❖组分在液体中的扩散系数比在气体中的小得多 ； ❖与温度成正比，与粘度成反比； ❖一般为10-9m2/s。
•第二节 扩散与单相传 四、涡流扩质散与对流传质
•(2)气－固接触传质过程 •干燥：含水分（或可挥发性液体）的固体与比 较干燥的气体接触。
•气体吸附：物质从气相进入固相表面。
•(3)液－液接触传质过程 •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。
•第一节 概 述 (Introduction)
•(4)液－固接触传质过程 •固－液萃取：浸取、浸沥。应用溶剂将固体原 料中的可溶组分提取出来。 •液相吸附：如活性炭脱去蔗糖粗溶液中的有色 物质。
二、相组成的表示方法 •（一）质量分率和摩尔分率
•1.质量分率
•质量分率为混合物中某组分的质量占总质量的分率或百分率
•第一节 概 述 (Introduction)
2.摩尔分率
• 指混合物中某组分的摩尔数占总摩尔数的分率或百分率 。
•3.质量分率与摩尔分率的换算
•第一节 概 述 (Introduction)
• 摩尔汽化潜热接近相等的二元混合物进行精馏操作时 ，在汽、液两相的接触过程中，易挥发的A组分由液相进 入汽相的速率与难挥发的B组分从汽相进入液相的速率大 体相同。因此，无论在汽相中，或者在液相中进行的传质 过程都可视为等分子反向扩散
•第二节 扩散与单相传质
• 如例图题所8-示2：，氨气(A)与氮气(B)在长0.1m的直 径均匀的联接管中相互扩散。总压p=101.3kPa, 温度T=298K，点1处pA1=10.13kPa、点2处 PA2=5.07kPa，扩散系数D=2.30x10-5m2/S。 试求稳态下的扩散通量JA、JB及传质速率NA、NB 。
化工原理第08章01改
精馏：利用液体各组分的挥发度不同，进行混合 液体的分离。
萃取：利用液体各组分在萃取剂（液体）中溶解 度的不同，进行混合液体的分离。
其他分离操作：结晶，吸附，膜分离。 干燥：除去固体中湿分（主要为水分）。
第8章 气体吸收
8.1 概述 8.1.1 吸收的目的和依据 目的：（1）回收有用物质；
性；黏度小；价廉，易得，无毒，不易燃易爆。
8.1.4 物理吸收和化学吸收 物理吸收：气体各组分因在溶剂中溶
解度的不同而被分离的吸收操作。 化学吸收：利用化学反应而实现吸收
的操作。化学吸收应满足的条件： （1）反应的可逆性； （2）较高的反应速率。
8.1.5 吸收操作的经济特性 吸收的操作费用： （1）流动能耗； （2）溶剂能耗； （3）解析操作费用（此项费用最大）。 常用的解析方法：升温、减压、吹气，
8.2.3.2 指明过程的极限
吸收过程的极限
H ， LG ， x 1 ,ma x x 1 ey1m LG ， y2,mi ny2em2x
8.2.3.3 计算过程的推动力
吸收推动力
推动力：实际浓度与平衡浓度的偏离程度。
吸收推动力
y yye p ppe
xxe x cce c
解吸推动力
y ye yp pe p
8.5.1.3 传质速率积分式
G dy
N
adh A
K
y a
y
y e
d h
Ldx
N
adh A
K
x a
x e
x d h
H
G Ka
y
y y1
2
y
dy y
谭天恩化工原理
谭天恩化工原理
化工原理是研究化学工程与工艺的基本理论和原则，旨在揭示化学反应的机理和动力学过程，并探索将这些反应用于工业生产过程的方法。
化工原理涵盖了各种化学反应，包括物理变化和化学变化。
通过分析反应物的性质、反应条件和催化剂等因素，可以预测和优化反应的产物和反应速率。
在化工原理中，热力学是一个重要的概念。
它研究热和能量在化学反应中的转化关系，从而确定反应的方向和能量变化。
根据热力学原理，反应会向熵增大和自由能减小的方向进行。
另一个关键概念是动力学，它研究反应速率和反应机制。
通过测量反应速率和研究反应的中间产物和过渡态，可以确定反应的速率方程和反应机理。
化工原理还涉及到质量传递和能量传递的问题。
质量传递研究物质在不同相态之间的传递过程，如气相吸附、溶解和蒸发等。
能量传递则是研究热传导、传热和传质的现象，其中包括传热器、冷却器和加热器等设备的设计和优化。
化工原理不仅涉及到理论研究，还应用于工程实践。
例如，在化工工艺设计中，根据化工原理可以确定反应器的尺寸和操作条件，选择适当的催化剂和反应器类型。
总之，化工原理是化学工程的基础，通过研究化学反应的原理和特性，可以为化工过程的设计和优化提供理论依据。
第08章 传质过程导论
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
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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-第八章-第八章
组成
pG pi
又 根 据 膜 模 型 的 假 定 ， 可 知
Ci
气相主体
传质方向 液相主体
ci Hpi
CL
dG
dL
z
距离
双膜模型
NA
pG pi 1
ci
cL 1
kG
kL
pi
p
L
1
Hk L
pG
p
L
11
k G Hk L
pG
1
p
* L
总推动力 总传质阻力
KG
--------以分压差为推动力的气相总吸收速率方程
CA HpA
亨利定律
溶 解 度 系 数 ， k m o l/( m 3 P a )
是物性，通常由实验测定。可从有关手册中查得。 H 越大，表明溶解度越大，越易溶 H 随温度变化而变化，一般地，T，H
第二节 吸收过程相平衡
亨利定律的其他形式：
CA HpA
pA
C H
CA C
ExA
E越大，表明溶解度越小； E随温度变化而变化， T，E
根 据 相 律 可 知 ，
自 由 度 数FC2
3223
A
A+B
S
（气体） （液体）
所 有 独 立 变 量 ： 温 度 、 总 压 、 气 相 组 成 、 溶 解 度 等
C A fT,P ,pA
在 几 个 大 气 压 以 内 、 温 度 一 定 条 件 下 ，
CA fpA 或 p AgCA
第二节 吸收过程相平衡
mk y k x K x
x y m
第三节 吸收过程模型和传质速率方程
吸 收 速 率 方 程 的 分 析 :
化工原理 第八章 传质过程导论.doc
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AB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 - 4kmol/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。
化工原理考试试卷答案
0.0256 0.0430
Ya1.68Xa0（1分）
yb
yb
yb
0.07 0.0430
0.0270
（1分）
Ya
Ya
Ya
0.0021 0 0.0021
Ym
Yb
Ya
0.0270 0.0021
Kya
4•解：⑴
NOG
HOG
0.0370
HOG0.5
Ya
yb
min
1.2
Xb
yb
Yb1.8Xb
yb
Ya
Ya
yb
b
0.015 0.05 0.001
L 0.0200 0
L 0.0368kmol m
S1（1分）
（2）Yb1.75 Xb1.75 0.0200
0.0350
Ya1.75 Xa0
（1分）
Yb
Yb
Yb
0.05 0.0350 0.0150
（1分）
Ya
Ya
Ya
0.001 0 0.001
Ym
Yb
ln上
Ya
Ya
0.0150 0.001
（1分）
0.001
0.0167 0.0004
1.1656（1分）
1.5 1.1656 1.7485（1分〉
y∣j
y∣j
Yb
L G
Yb
Ya
Ym
h°
Ya
Xa
1.2 0.0113
Yb
Yb
OG
0.02 0.001
1.7485
0.01356
0.02 0.01356
Ya
Ya
0.0004 0.0113
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。
《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？
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化工原理(第四版)谭天恩 第八章 传质过程导论-dm
靠分子或原子的无规则热运动
A B A B B A 组分B的扩散量JB,z A B 质量中心面 B B A B 组分A的扩散量JA,z B B B
JA,z------相对扩散通量，kmol/m2s
A
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《化工原理》电子教案/第八章
第二节 分子扩散
二．菲克定律
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
组分A的扩散量JA,z A B A B A A B 质量中心面 B B A B A B 14/36 B A A
组分B的扩散量JB,z
《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 （4）对二元体系，扩散系数的下标 可去掉。即 对气体体系有：DA,B＝ DB,A 对液体体系有：DA,B DB,A
dcA DAB dz
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《化工原理》电子教案/第八章
一．菲克定律
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。 （2）JA,z＝－ JB,z 由JA,z＋ JB,z＝0可证得。
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《化工原理》电子教案/第八章
二．双组分、一维稳态分子扩散举例
1．等摩尔相互扩散
特点：N A, z N B, z 常数
化工原理(第八章传质基础)
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
化工原理第8章
化学反应工程导论
“化学反应工程”主要解决下列问题： • 反应过程解析 • 反应技术开发 • 反应器设计 它涉及诸多有关学科理论，是一门多科性 的交叉学科。
化学反应工程涉及学科：
• 化学（化学热力学，化学动力学） • 化工传递过程（反应器中流体流动，混合传热与 质） • 化学工艺学（反应工艺路线及设备） • 工程控制论（反应过程动态特性，反应过程的测 量与反应过程最佳化）
• 选择性
生成目的产物消耗关键组分的量 v A nP 已转化的关键组分量 v P n A,o n A
转化率x、收率φ、选择性β三者之间的关系
φ=βX
§3 流动系统的反应动力学
3-1 流动系统的反应动力学和反应时间
• 设物料的总体积流量为qv，0，反应物的起始浓度为： cA，0，当物料通过微元体积dVR时，反应物的转化 率由xA → xA+dxA
混流；当N=∞时，类似于活塞流反应器。
• 之所以要引入多釜串联模型，是因为釜数本身可 以反映出实际流动情况偏离活塞流或偏离全混流 的程度。
§5 反应器内物料的停留时间分布
“分布”的概念：
工程数学的分支之一——概率论与数理统计，
是一门研究偶然现象规律性的学科。由于物料微
团在反应器中的停留时间，也是一种偶然现象。
§4 反应器内物料的流动模型 4-1 全混流模型
在连续搅拌釜内，可视为理想混合反应 器，或称为全混流反应器。在这种釜内，可 以认为进入反应器的物料瞬间混合均匀，立 即均匀分散在整个反应器里。由于连续进料 也连续出料，致使物料微团在反应期内的停 留时间长短不一，从0~∞都有。是一种极端流 动模型之一。
例如，公园入口处一下子进来了100名学生（红色运动服者）， 公园出口处的人流量为200人/分钟，10分钟后，公园出口走出 了五名学生，学生在出口人流中所占的分率为
《化工原理》教材精讲
谭天恩《化工原理》教材精讲课程安排与课程总述本讲内容介绍一、课程安排授课依据、授课安排、听课要求二、课程指导课程内容、研究方法、计算方法课程安排使用教材 谭天恩，窦梅，周明华《化工原理》（第３版）化学工业出版社教材内容 上、下册上册章节下册章节绪论第一章 流体流动第二章 流体输送机械第三章 机械分离与固体流态化第四章 搅拌第五章 传热第六章 传热设备第七章 蒸发第八章 传质过程导论第九章 吸收第十章 蒸馏第十一章 气液传质设备第十二章 液—液萃取第十三章 干燥第十四章 其它分离过程授课依据名校历年考研真题分析（１）天津大学化工原理考研试题（２００４．２００５，２００６，２００７，２００８，２００９，２０１０）中科院化工原理考研试题（２０００，２００１，２００２，２００３，２００４，２００５，２００７）华东理工大学化工原理考研试题（２００３，２００４，２００５，２００６，２００７，２０１１，２０１２）浙江大学化工原理考研试题（２０００，２００１，２００２，２００３，２００４，２００５，２００９）浙江大学化工原理考研试题（２０００，２００１，２００２，２００３，２００４，２００５，２００９）大连理工大学化工原理考研试题（２００１，２００２，２００３，２００４，２００５，２００６，２００７）华南理工大学化工原理考研试题（２００２，２００３，２００４，２００５，２００６，２００７，２００８）各章节内容分布各章节所占分值各章节考察方式名校历年考研真题分析（２）—１—涉及题型：填空题、选择题、计算题、简答题、实验题涉及章节：流体流动与输送、传热、吸收、蒸馏、萃取、干燥、机械分离与固体流态化、其它（搅拌、吸附、膜分离、结晶等）命题共性：计算题占的比重很大（＞６０％），所涉及的章节主要有流体输送、传热、吸收、蒸馏等课程安排授课内容第一部分 考点分析与习题解析 第二部分 考研真题及难题精讲第三部分 冲刺串讲与真题模拟授课资料授课视频授课讲义第一部分 考点分析与习题解析 一、教材基本内容１、本章的框架结构２、考研大纲分析３、重难点讲解二、课后典型习题解析第二部分 考研真题及难题精讲一、考情分析及命题规律总结１、常见考试题型２、试题权重分析３、命题规律总结及趋势分析二、考点回顾三、名校真题及难题解析第三部分 冲刺串讲与真题模拟一、每章公式总结，及复习思路二、应试技巧与答题方法三、模拟套题解析１、试卷点评：题型、题量、分值分布，难度分析等２、试题精讲：逐题分析（考点及解题思路）听课要求听课时必须全神贯注。
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相界面
苯
CG 液相主体 Ci 液相主体 传质方向 CL
传质方向 气 — 液系统：如吸收、解吸 等单元操作 Ci 操作 汽 — 液系统：如蒸馏、精馏 CL 煤焦油（含苯酚） 液 — 液系统：如液液萃取操 作 空气 +氨气 液 — 固系统：如结晶、浸取 操作 液液萃取 吸收 — 固系统：如干燥操作 气相 （乙醇 -水） 气
1855 年 Fick 用与傅立 叶定律类比的方法而 不是用实验方法提出 的。
J A, z
dcA ----又称菲克第一定律，适用于 DAB 双组分体系。 dz dcB DBA dz
du 对照： dy 牛顿粘性定律： t 12/36 q 傅立叶定律：
n
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思考5：cA与A的关系？
cA
A
MA
思考6：对理想气体，c与 p的关系？y与p？与p？
nA pA cA V RT
nA pA yA n P
n P c V RT
m A M A nA pA M A A V V RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
在 z1 , c A1 ， z, c A 范围内积分得： cA2 D p A1 p A D N A, z c A1 c A RT z z 1
z z1
等摩尔相互扩散
-----cA（或pA）随z呈线性变化
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《化工原理》电子教案/第八章
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。
扩散系数的经验估算式：
对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由福勒 （Fuller）等提出的公式：
1.013 10 T D
5
1.75
P (V A )பைடு நூலகம் / 3 (VB ) 如何解释此规律？ （低压，室温）
1/ 3 2
1 1 M A MB
DT
1.75
P
对于很稀的非电解质溶液（溶质A+溶剂B），其扩散系 数常用Wilke-Chang公式估算：
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《化工原理》电子教案/第八章
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。
传质的两种方式
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《化工原理》电子教案/第八章
第二节 分子扩散
dc A D dz
N B,z J B,z x B N A,z N B,z
N A, z J A, z
边界条件：
z z1 ,
c A c A1 c A c A2
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等摩尔相互扩散
z z2 ,
《化工原理》电子教案/第八章
1．等摩尔相互扩散
N A, z dz D
z1
z2
c A2
c A1
dcA
N A, z
c A1 c A2 推动力 D c A1 c A2 z 2 z1 z D 阻力
cA1
NB NA A
相界面
B
cD D y A1 y A2 p A1 p A2 z 2 z1 RT z 2 z1
N A,z C Av A,z
N B,z C B v B,z
N z Cv M , z N A, z N B, z
相对扩散通量JA、 JB
----相对于移动面（以vM,z大小在运动）的摩尔传质速率，kmol/m2s
vM,z v M , z (v
J A,z C A v A,z v M ,z
wA / M A xA w A / M A wB / M B
思考3：双组分均相物系中，x与X的关系？w与的 w 关系？
X x 1 X x X 1 x
w
w 1 w
w w 1 w
思考4：xA与cA的关系？wA与A的关系？
c A x Ac
A wA
《化工原理》电子教案/第八章
D AB 7.4 10
15
M B
V
1/ 2
T
0.6 A
T , , D
如何解释此规律？
固体中的扩散系数需靠实验确定。
《化工原理》电子教案/第八章
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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
单向扩散
N A,z (1 x A ) J A,z
dc A D dz
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《化工原理》电子教案/第八章
2．单向扩散
在 z1 , c A1 ， z 2 , c A2 范围内积分得：
N A, z dz cD
z1 z2 c A2 c A1
组分A的扩散量JA,z A B A B A A B 质量中心面 B B A B A B 14/36 B A A
组分B的扩散量JB,z
《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)
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DA,B（气） 10-5m2/s DA,B（液） 10-9m2/s DA,B（固） <10-10m2/s （4）对二元体系，扩散系数的下标 可去掉。即 对气体体系有：DA,B＝ DB,A 对液体体系有：DA,B DB,A
NB=0 NA A
相界面
特点： N B, z 0
由前面的介绍可知，还有 J A, z J B , z 常数
N A, z J A, z x A N A, z N B, z
N B,z J B,z x B N A,z N B,z
N A, z J A, z x A N A, z
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
扩散通量，kmol/m2s
J B, z
B 在 A 中的扩散系数 m2/s
对二元体系 DA,B＝ DB,A=D
《化工原理》电子教案/第八章
第二节 分子扩散
菲克定律的其它表达形式：
dxA DAB dpA J A, z cDAB dz RT dz
J A, z
气相浓度
液相浓度
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《化工原理》电子教案/第八章
第一节 概述
三、相组成的表示方法
摩尔分数 摩尔比
nA x A (或y A ) n nA X A (或Y A） nB nA ，kmol/m3 V
质量分数 质量比 质量浓度
wA
mA m m wA A mB
物质的量浓度 c A
mA ，kg/m3 A V
目录
第八章 传质过程导论
第一节 概述
一、化工生产中的传质过程 二、相平衡 三、相组成的表示方法 四、传质方式
第二节 分子扩散
一、费克定律 二．费克定律的另一种常用形式 三．双组分、一维稳态分子扩散举例
1
《化工原理》电子教案/目录
目录
第三节 对流传质
一、对流传质机理分析 二、膜模型 三、传质模型简介 四、对流传质方程 五、对流传质系数经验式
B A B A
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 A B A B B B A B 15/36 B A A
组分B的扩散量J 对气体体系由JA,z＝－ JB,z可证得。 B,z 质量中心面 对液体体系当 ＝常数时可证得。 《化工原理》电子教案/第八章
第八章 小结
2
《化工原理》电子教案/目录
第八章 传质过程导论
分离过程在全厂的设备投资 费和操作费上占很大比重。 对一典型的化工厂，分离设 备的投资占60-70％，分离过 程的能耗约占30％。
动量传递 三传热量传递 质量传递
均相混合物 分离 非均相混合物
-----在浓度差、温度差、压 力差等推动力作用下，从一处 向另一处的转移过程。包括相 内传质和相际传质两类。
热力学性质 熔点、沸点、临界点、转变点、蒸汽压、 电、磁性质
输送性质
扩散系数、分子飞行速度
反应速度常数
反应速度性质 热力学性质
反应平衡常数、化学吸附平衡常数、 离解常数、电离电位
生物学 生物学亲和力、生物学吸附平衡、生物学反应速度常数 返回上页
《化工原理》电子教案/第八章
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第一节 概述
一、化工生产中的常规分离方法
x A N A, z N B, z
JA,z NA,z 静止面
N B,z J B,z x B N A,z N B,z
绝对扩散通量 = 相对扩散通量 + 总体扩散通量
（相对于静止坐标） （相对于平均速度） 相对于静止坐标）
J A, z dcA DAB ---不常用 dz
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《化工原理》电子教案/第八章
二．双组分、一维稳态分子扩散举例
1．等摩尔相互扩散
特点：N A, z N B, z 常数
Nz 0
由前面的介绍可知，还有 J A, z J B , z 常数
NB NA A
相界面
B
N A, z J A, z x A N A, z N B, z
所有A分子的速度的算术 NA 平均值。 , z x A N A, z N B , z