6 质量传输基本概念汇总
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移，不是物质的宏观移动，着眼点是浓度场的变化。
研究方法
研究质量传输的方法与研究热量传输的方法相似。
如果系统当中组分浓度比较低，质量交换率比较小， 传质现象的数学描述与传热现象是类似的。如果定 解条件也类似，从传热中得到的许多结果可以通过 类比直接应用于传质。当然，如果以上条件不满足，
传热与传质过程就会有明显差别，类比关系就不再
浓度附面层 有浓度梯度的区域叫浓度附面层
C -Cw =0.99（Cf—Cw）
3.传质通量
（1）速度
A 相对于静止坐标： i 组分运动速度＝vi (m/s)
v
多组元混合物，质量平均流速
摩尔平均流速
v v
i 1 i i i 1
1
n
n
i i
n 1 n vm ci vi xi vi c i 1 i 1
适用。
质量传输
三传的类似性
单一组分物质在平衡状态下的动量和热量传输现象
存在两种或两种以上组分，浓度连续变化，必存在一种旨在减少浓 度差的质量传输现象
某一组分从高浓度区域向低浓度区域的传输过程， 称为质量传输，或传质
冶金过程中的传质发生在不同的物 质和不同的浓度之间，而大多数则 发生在二相物质之间
生在单相内，有的存在与异相之间，这些带有物质传递的过
程 —— 质量传输（简称传质）。 产生传质现象是由于体系中各组分的浓度在两相之间未达 到平衡或在同一相内未达到均一，从而引起原子、分子或其它
流体的传递。正如速度差的存在是动量传递的动力，温度差是
热量传输的动力一样，浓度差的存在是质量传输的推动力。
传输过程有两种类型： 1. 均一相内部的传质，如气相、液相或固相 中的分子迁移现象。 （1）在 均一相的传质中，若传质过程是在静止的介质中或在垂直 浓度梯度方向仅有层流运动的流体中进行时，分子的迁移仅仅依靠 分子扩散，称为传导传质，它与传导换热相类似。 （2）若过程是在紊流主体中进行，由于漩涡的混合作用和流体漩 团的移动，传质被强化，称为对流传质，它与对流换热相类似。此 时传质速率与流体性质及流动状态有关且往往伴随加热和冷却。
m ol
N A kc cA
对流传质系数
浓度 差
m3
对流传质 摩尔通量
m
s
mol
m s
2
2. 通过相界面的传质，如铁水真空脱气（液—气），钢 水中夹杂物沉积与上浮（液—固），石灰石砂高温分解（固— 气）等，该类相间传质往往与物理化学过程同时发生，极限为 相间平衡。
相间平衡与组分的构成比例、性质、温度及压力等因素有关，
气体
c ci
i 1
n
分子量 （g）
x
i 1
n
i
1
pi xi p
浓度的定义及其表示方法
以双组分A、B 的混合物为例，它们的关系为
ρ= ρA + ρB kg/m3 ωA= (ρA / ρ) %
C = C A+CB
mol/m3
ωB= (ρB / ρ) %
χA=(CA / C) %
χB=(CB / C ) %
② 当气体流动液体静止时，气体对液体的传质为对流传质，而相
界面另一侧则以分子扩散的形式向内扩散； ③ 当气体、液体都处于运动状态时，据两相流体运动的紊流程度 以及流动方向相对速度的不同，传质机理将呈现出复杂的变化；
2 分子传质的速度与通量
（1）质量浓度 （单位体积中的组分质量）
i
mi V (Kg/m 3 )
浓度场、浓度梯度、浓度附面层
浓度场
某组分浓度在空间的分布及随时间变化规律叫该组分的 浓度场。
C i =f（x，y，z，τ）
∂C i / ∂τ=0
浓度场的维数
稳定浓度场；在该场中 传质即为定态传质
Ci =f（x，y，z）
浓度场、浓度梯度、浓度附面层
浓度梯度 浓度梯度的定义为
gradC=dC/dz
在传质方向上单位 距离的浓度变化量
质量传输
质量传输是指物质从体系的某一部分迁移到另一部
分的现象，简称传质。
传质现象出现的原因可能有很多，如浓度梯度、温 度梯度、压力梯度都会导致质量传输过程。本质上 讲，质量传输是由体系中的化学势差引起的。当然 流体的宏观流动也会将物质从一处迁移到另一处。
质量传输主要研究物质分子、原子等微观粒子的迁
氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等 吸收、吹炼 溶解、浸出、置换
其推动力是浓度差
气—— 固相间 气—— 液相间 液—— 固相间
许多材料加工、冶金、化工、低温工程、空间技术等领域 中，都充满了质量传输的现象，例如：渗碳、渗氮处理，球墨 铸铁的孕育处理，钢液的氧化脱碳，铁水与渣的相互作用，焙 炉炉衬的蚀损，砂型的脱水干燥，金属的凝固等。它们有时发
分子传质
不依靠宏观的混合作用发生的传质现象 典型的分子扩散传质发生在流体介质和固体介质中，亦发生 在流动的流体作层流运动时。 本质 微观粒子的随机的分子运动
当体系存在浓度差时，浓度大的分子破坏了均衡态而导致了 定向的分子运动，促使浓度大的区域的分子趋向浓度小的区 域，而达到浓度一致，从而完成宏观的质量传输。通常情况 下，分子扩散传质是很缓慢的，传递的质量亦是很少的。
属于热力学问题。实现相平衡需要很长时间，物系与平衡状态的偏
离程度以及物系的性质和两相接触方式等影响着物质由一相到另一
相的总传递速率，这属于动力学问题。
界面两边介质性质及运动状态不同，则通过相界面的传质机理 差异很大，例如：气—液间的传质 。
① 当气体和液体都处于静止状态时，两相内的传质都依靠分子扩 散；
n 1 n mi i V i 1 i 1
பைடு நூலகம்
总质量密度 （2）质量分数
i
mi
m
i 1
n
i =
i 1
n
i
1
i
（3）摩尔浓度
ni mi M i 103 ci = 3 i V V 10 M i (mol/m3 )
总摩尔浓度 （4）摩尔分数 ci xi c （5）分压
分子传质
基本物理定律－－菲克第一定律
摩尔 浓度
m ol m3
组分A在混合物 AB中的扩散系数
m
2
s
J
* A, Z
c A DAB z
m s
2
扩散方向上 的距离，m
扩散摩尔通量 mol
单位时间内，组分A通过与扩散 方向垂直的单位面积的摩尔数
对流传质
对流流动传质
NA=CA· uA 发生在运动着的流体与固体表面之间，或互不相溶的 两种或多种运动着的流体之间的质量传输现象 基本方程
研究方法
研究质量传输的方法与研究热量传输的方法相似。
如果系统当中组分浓度比较低，质量交换率比较小， 传质现象的数学描述与传热现象是类似的。如果定 解条件也类似，从传热中得到的许多结果可以通过 类比直接应用于传质。当然，如果以上条件不满足，
传热与传质过程就会有明显差别，类比关系就不再
浓度附面层 有浓度梯度的区域叫浓度附面层
C -Cw =0.99（Cf—Cw）
3.传质通量
（1）速度
A 相对于静止坐标： i 组分运动速度＝vi (m/s)
v
多组元混合物，质量平均流速
摩尔平均流速
v v
i 1 i i i 1
1
n
n
i i
n 1 n vm ci vi xi vi c i 1 i 1
适用。
质量传输
三传的类似性
单一组分物质在平衡状态下的动量和热量传输现象
存在两种或两种以上组分，浓度连续变化，必存在一种旨在减少浓 度差的质量传输现象
某一组分从高浓度区域向低浓度区域的传输过程， 称为质量传输，或传质
冶金过程中的传质发生在不同的物 质和不同的浓度之间，而大多数则 发生在二相物质之间
生在单相内，有的存在与异相之间，这些带有物质传递的过
程 —— 质量传输（简称传质）。 产生传质现象是由于体系中各组分的浓度在两相之间未达 到平衡或在同一相内未达到均一，从而引起原子、分子或其它
流体的传递。正如速度差的存在是动量传递的动力，温度差是
热量传输的动力一样，浓度差的存在是质量传输的推动力。
传输过程有两种类型： 1. 均一相内部的传质，如气相、液相或固相 中的分子迁移现象。 （1）在 均一相的传质中，若传质过程是在静止的介质中或在垂直 浓度梯度方向仅有层流运动的流体中进行时，分子的迁移仅仅依靠 分子扩散，称为传导传质，它与传导换热相类似。 （2）若过程是在紊流主体中进行，由于漩涡的混合作用和流体漩 团的移动，传质被强化，称为对流传质，它与对流换热相类似。此 时传质速率与流体性质及流动状态有关且往往伴随加热和冷却。
m ol
N A kc cA
对流传质系数
浓度 差
m3
对流传质 摩尔通量
m
s
mol
m s
2
2. 通过相界面的传质，如铁水真空脱气（液—气），钢 水中夹杂物沉积与上浮（液—固），石灰石砂高温分解（固— 气）等，该类相间传质往往与物理化学过程同时发生，极限为 相间平衡。
相间平衡与组分的构成比例、性质、温度及压力等因素有关，
气体
c ci
i 1
n
分子量 （g）
x
i 1
n
i
1
pi xi p
浓度的定义及其表示方法
以双组分A、B 的混合物为例，它们的关系为
ρ= ρA + ρB kg/m3 ωA= (ρA / ρ) %
C = C A+CB
mol/m3
ωB= (ρB / ρ) %
χA=(CA / C) %
χB=(CB / C ) %
② 当气体流动液体静止时，气体对液体的传质为对流传质，而相
界面另一侧则以分子扩散的形式向内扩散； ③ 当气体、液体都处于运动状态时，据两相流体运动的紊流程度 以及流动方向相对速度的不同，传质机理将呈现出复杂的变化；
2 分子传质的速度与通量
（1）质量浓度 （单位体积中的组分质量）
i
mi V (Kg/m 3 )
浓度场、浓度梯度、浓度附面层
浓度场
某组分浓度在空间的分布及随时间变化规律叫该组分的 浓度场。
C i =f（x，y，z，τ）
∂C i / ∂τ=0
浓度场的维数
稳定浓度场；在该场中 传质即为定态传质
Ci =f（x，y，z）
浓度场、浓度梯度、浓度附面层
浓度梯度 浓度梯度的定义为
gradC=dC/dz
在传质方向上单位 距离的浓度变化量
质量传输
质量传输是指物质从体系的某一部分迁移到另一部
分的现象，简称传质。
传质现象出现的原因可能有很多，如浓度梯度、温 度梯度、压力梯度都会导致质量传输过程。本质上 讲，质量传输是由体系中的化学势差引起的。当然 流体的宏观流动也会将物质从一处迁移到另一处。
质量传输主要研究物质分子、原子等微观粒子的迁
氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等 吸收、吹炼 溶解、浸出、置换
其推动力是浓度差
气—— 固相间 气—— 液相间 液—— 固相间
许多材料加工、冶金、化工、低温工程、空间技术等领域 中，都充满了质量传输的现象，例如：渗碳、渗氮处理，球墨 铸铁的孕育处理，钢液的氧化脱碳，铁水与渣的相互作用，焙 炉炉衬的蚀损，砂型的脱水干燥，金属的凝固等。它们有时发
分子传质
不依靠宏观的混合作用发生的传质现象 典型的分子扩散传质发生在流体介质和固体介质中，亦发生 在流动的流体作层流运动时。 本质 微观粒子的随机的分子运动
当体系存在浓度差时，浓度大的分子破坏了均衡态而导致了 定向的分子运动，促使浓度大的区域的分子趋向浓度小的区 域，而达到浓度一致，从而完成宏观的质量传输。通常情况 下，分子扩散传质是很缓慢的，传递的质量亦是很少的。
属于热力学问题。实现相平衡需要很长时间，物系与平衡状态的偏
离程度以及物系的性质和两相接触方式等影响着物质由一相到另一
相的总传递速率，这属于动力学问题。
界面两边介质性质及运动状态不同，则通过相界面的传质机理 差异很大，例如：气—液间的传质 。
① 当气体和液体都处于静止状态时，两相内的传质都依靠分子扩 散；
n 1 n mi i V i 1 i 1
பைடு நூலகம்
总质量密度 （2）质量分数
i
mi
m
i 1
n
i =
i 1
n
i
1
i
（3）摩尔浓度
ni mi M i 103 ci = 3 i V V 10 M i (mol/m3 )
总摩尔浓度 （4）摩尔分数 ci xi c （5）分压
分子传质
基本物理定律－－菲克第一定律
摩尔 浓度
m ol m3
组分A在混合物 AB中的扩散系数
m
2
s
J
* A, Z
c A DAB z
m s
2
扩散方向上 的距离，m
扩散摩尔通量 mol
单位时间内，组分A通过与扩散 方向垂直的单位面积的摩尔数
对流传质
对流流动传质
NA=CA· uA 发生在运动着的流体与固体表面之间，或互不相溶的 两种或多种运动着的流体之间的质量传输现象 基本方程