第 四 章 传 质 过 程
化工原理传质过程导论
已知传质速率NA为7.7×10-7 kmol/m2·s ，试求该温度下，乙醇
在空气中的扩散系数。
解：pA1=1.9998kPa ∵空气吹过管口
∴pA2=0 本题为单向扩散
∴
NA
D RTz
p pBm
pA1 pA2
7.7 10 7 kmol / m2 s
pBm
3．双组分均相物系中，x 与 X 的关系？w 与 w 的关系？
x X 1 X
X x w w 1 x 1 w
w w 1 w
4．xA 与 CA 的关系？wA 与 A 的关系？
CA xAC A wA
5．对理想气体，C 与 p 的关系？y 与 p？ρ与 p？
CA
nA V
pA RT
C n P V RT
yA
nA npA PAmA V
M AnA V
pA M A RT
College of Power Engineering NNU WANG Yanhua
简单回顾3： 扩散原理
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 作用物
作业
• 1. 气体氨（A）与气体氮在一具有均匀直径的管子两端 作等摩尔反向扩散，已知总压为101.3kPa，温度为 298K，扩散距离为0.1m。在端点1处，pA1=10.13kPa； 另一端点2处，pA2=5.07kPa，扩散系数为2.30×10-5m2/s。 试求：A的扩散通量NAz。
计算：福勒（Fuller）公式：
D2
D1
p1 p2
T2 T1
1.75
环境工程原理 第四章 质量传递
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
一、质量传递与动量传递、热量传递
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,20º C 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
u
1
( Au A B u B )
类似地, 若组分A 和B 的( 物质的量) 浓度分别 为cA和cB , 则混合物流体的质量平均速度un 定 义为
1 u n (c A u A c B u B ) c
(二) 以质量平均速度u为参考基准
以质量平均速度为参考基准时, 所能观察 到的是诸组分的相对速度, 混合物总 体、A 组分和B 组分相对于质量平均速度 的扩散速度分别为, u-u= 0 ， uA - u和 uB - u。
实例：空气中气味的传播，食盐在静止的水 中的溶解等等。
分子扩散是在一相内部因浓度梯度的存在，由 于分子的无规则的随机热运动而产生的物质传 质现象。尽管分子运动向各方向是无规则的， 但是在浓度高处的分子向浓度低方向扩散表现 为数量大，效率高，反之，浓度低处的分子向 浓度高方向扩散的数量少，频率低，两处比较， 则浓度高处向浓度低处扩散的量大，从而表现 出沿浓度降低方向上质量的传递。
T --- 绝对温度，K ；
化学工程基础：第四章 传质过程
二、液相扩散系数
D f (介质种类, T , CA)
溶剂的缔合参数 溶剂的相对分子质量
D
1.859
10 18
(M )1/ 2T V 0.6
溶液温度 （非电解质稀溶液）
溶液的粘度 溶质的摩尔体积
D 1109 ~ 5109 m2 / s
例4-3 水蒸气在空气中扩散系数的实验测定
将如图所示的装置放在328k的恒温箱内，立管中盛
分子扩散速率与物质性质、浓度差和扩散距离等因素有关。恒温恒 压下，组分A相对于组分B作定常态分子扩散时，其扩散速率可用费 克定律描述
费克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一
点处的扩散速率与该处A的浓度梯度成正比 ，其表达
式为：
N A,0
DAB
dcA dz
NA,0——组分A扩散速率（扩散通量），kmol/（m2·s） ——组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m
扩散相当于通过有效膜的单方向分子扩散，所以
NA
D RTz G
p pBm
(
pA
pAi )
令
kG
D RTz G
p pBm
N A kG ( pA pAi )
kG为气膜传质系数, 单位为mol/m2.s.Pa
2．液膜传质速率方程
同理可得
NA
D zL
cM cBm
(cAi
cA)
令
kL
D zL
cM cBm
中，物质传递主要是分子扩散和涡流扩散两种传质作用
之和， 即NA来自DdcA dz
DE
dcA dz
式中 DE 涡流扩散系数 , m2 / s
DE越大，表明流体质点在其浓度梯度方向上的脉动越剧烈，传 质速率越高。与分子扩散系数不同，涡流扩散系数不是流体的物
传质过程及塔设备介绍
传质过程及塔设备介绍1. 传质过程简介传质是指物质在两相界面上的传递过程，即在两个相互接触的相中，从一个相传递到另一个相的物质传递。
在化工过程中，传质过程是非常重要的，它涉及到多种物质的拆分、合成、分离等操作。
传质过程的效率直接影响到化工过程的效果和经济性。
一般来说，传质过程包括质量传递和热量传递两个方面。
质量传递是指物质的传递，而热量传递是指通过传热介质的传递。
传质过程的方式有多种，常见的包括扩散、对流、吸附等。
传质过程在化工工艺中有广泛的应用，例如在化学反应中的溶解、吸附过程中的质量传递、萃取过程中的相互传质等。
在化工过程设计中，正确选择传质方式以及相应的设备，对于提高化工过程的效率和经济性至关重要。
2. 塔设备介绍在化工过程中，塔设备是实现传质过程的关键设备之一。
不同的传质过程需要采用不同的塔设备，下面介绍几种常见的塔设备。
2.1 吸收塔吸收塔是一种用于气液吸收的设备。
其原理是通过将气体通过填充物与液体相接触，使气体中的物质被液体吸收。
吸收塔在化工过程中应用广泛，例如石油化工中的气体脱硫、环保领域中的废气处理等。
2.2 萃取塔萃取塔是一种用于液体相萃取的设备。
其原理是通过将萃取剂与待处理液体相接触，使其中的特定组分被相对亲和力更强的萃取剂萃取出来。
萃取塔在化工过程中常用于提取纯度高的物质或分离混合物中的不同组分。
2.3 脱硫塔脱硫塔是一种用于脱除硫化物的设备，在石油化工等领域广泛应用。
其原理是通过将硫化物所在气体与溶液相接触，使硫化物被溶液吸收，从而达到脱硫的效果。
脱硫塔在燃煤电厂、石油炼制等领域中起着重要作用。
2.4 蒸馏塔蒸馏塔是一种用于液体蒸馏的设备。
其原理是将混合液体加热至其中的组分沸腾，然后凝结回液体，通过蒸馏塔的不同区域实现组分之间的分离。
蒸馏塔在化工领域广泛应用，例如在石油炼制中提炼石油产品时的分馏过程中就需要使用蒸馏塔来分离不同碳链长度的烃类化合物。
3. 总结传质过程是化工过程中非常重要的一环，在许多操作中都扮演着关键角色。
液态金属凝固中的传热、传质及液体流动
t R2 K2
K为凝固系数。
在实际的生产中，通常不需计算出铸件的凝固时间， 只需通过比较它们的相对厚度或模数就可制定生产工艺。
铸件温度场及凝固时间的精确计算——计算机数值模拟
4、焊接温度场
准稳定温度场的概念
图4－4 “厚板”表面运动点热源的温度场
图4－5 薄板焊接时的温度场分布
(图b是否有误？）
3．数值计算法 数值计算法是把所研究的物体从时间和位置上分割成许多小
单元，对于这些小单元用差分方程式近似地代替微分方程式， 给出初始条件和边界条件，逐个计算各单元温度的一种方法。 即使铸件形状很复杂，也只是计算式和程序烦杂而已，在原则 上都是可以计算的。
数值计算法比其它近似计算法准确性高，当单元选得足够小
无限长圆棒试样 测温及结果处理
2.铸件的两种凝固方式
图4－3 合金成分和温度梯度对凝固方式的影响 a)、b)为层状凝固，c)、d)为体积凝固 影响因素:(1）化学成分（液－固相线距离）
（2）温度梯度
层状凝固过程 层状凝固缩孔特点
体积凝固过程 体积凝固方式的缩松
3、铸件凝固时间计算
——与铸件厚度及温度场（凝固速度）相关
1）铸型的蓄热系数 铸型的蓄热系数越大，对铸 件的冷却能力就越大，铸件是的温度梯度就越大。 铸型的导热系数越大，能把铸型内表面吸收的热迅 速传至外表面，使铸型内表面保持强的吸热能力， 铸件内的温度梯度也就大。如金属型、涂料等的影 响。
2）铸型的预热温度的影响 铸型预热温度越高，对铸件的冷却作用就越小，铸件断面上的温度梯度也 就越小。 3．浇注条件的影响 过热热量加热了铸型，所以过热度越大，相当于铸型预热温度越高。铸件 内的温度场越平坦。 4．铸件结构的影响 1）铸件的壁厚 厚壁铸件比薄壁铸件含有更多的热量，当凝固层向中心推 进时，把铸型加热到更高温度，所以铸件内温度场较平坦。 2）铸件的形状 铸件的棱角和弯曲表面，与平面的散热条件不同，向外凸 出的部分，散出的热量为较大何种的铸型所吸收，铸件的冷速较大，如果铸 件内凹的表面，则相反。
传热和传质基本原理 第四章 三传类比
4.2.2 柯尔本类似律
雷诺类似律或忽略了层流底层的存在，普朗特正 对此进行改进，推导出普朗特类似律：
冯卡门认为紊流核心与层流底层之间还存在一个 过渡层，于是又推导出了卡门类似律：
契尔顿和柯尔本根据许多层流和紊流传质的实验结果， 在1933年和1934年，得出：
简明适用，引入了流体的 重要物性Sc数。
24
根据薄膜理论，通过静止气层扩散过程的传质系数可定义为：
25
在紧贴壁面处，湍动渐渐消失，分子扩散起主导 作用，在湍流核心区，湍流扩散起主导，传质系 数与扩散系数成下列关系
另外，δ的数值决定于流体的流动状态，即雷诺 数。
26
4.4.2
同一表面上传质过程对传热过程的影响
设有一股温度为t2 的流体流经温度为t1的壁面。传递过程 中，组分A、B从壁面向流体主流方向进行传递，传递速 率分别为NA、NB。可以认为在靠近壁面处有一层滞留薄 层，假设其厚度为y0 ，求壁面与流体之间的热交换量。
边界层厚度
1904年普朗特首先提出
39
4.5.1 边界层理论的基本概念
边界层的定义
流体在绕过固体壁面流动时，紧 靠固体壁面形成速度梯度较大的 流体薄层称为流动边界层 流速相当于主流区速度的0.99处到固 体壁面间的距离定义为边界层的厚度
边界层的形成与特点
Re x 2 10 5
vl Re
以此两式计算管内流动质交换系数结果很接近。
17
18
紊流
19
例题： 试计算空气沿水面流动时的对流质交换系数hm和每 小时从水面上蒸发的水量。已知空气的流速 u=3m/s，沿气流方向的水面长度l=0.3m，水面的温 度为15 ℃ ，空气的温度为20 ℃ ， 空气的总压力 1.013*105Pa，其中水蒸汽分压力p2=701Pa，相当 于空气的相对湿度为30%。
金属凝固理论 第4章 液态金属凝固过程中的传热、传质及液体流动
金属的凝固温度越高，在凝固过程中铸件表面和铸型内表 面的温度越高，铸型内外表面的温差就越大，致使铸件断 面温度场出现较大的梯度。如有色金属与钢铁相比，其温 度场较平坦。
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（2）铸型性质的影响 1）铸型的蓄热系数
铸型的蓄热系数越大，对铸件的冷却能力就越大， 铸件内的温度梯度就越大。铸型的导热系数越大， 能把铸型内表面吸收的热迅速传至外表面，使铸 型内表面保持强的吸热能力，铸件内的温度梯度 也就大。
向中心推进时，把铸型加热到更高温度，所以铸 件内温度场较平坦。
2）铸件的形状 铸件的棱角和弯曲表面，与平面的散热条件不同。
向外凸出的部分，散出的热量被较大体积的铸型 所吸收，铸件的冷速较大，如果铸件内凹的表面， 则相反。
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三、铸件的凝固方式及影响因素
TL
TS
L
S+L S
第四章 液态金属凝固过程 中的传热、传质及液体流动
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第一节 凝固过程中的传热
在材料成形过程中，液态金属的过热热量和 凝固潜热主要是通过传导而释放的。
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一、凝固过程中的热传导及傅里叶方程
温度场基本概念: 稳定温度场： 不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函 数），其表达式为：
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T n
Tw Tf
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凝固过程中，热量传递有三种形式：传导、辐射、 对流。
以热传导为主。 热传导过程取决于温度的分布——温度场：温度
随空间和时间的变化。 T = f（x，y，z，t） Fourier热传导方程：
化工基础 第四章 传质过程.
注意！传质速率方程式有多种形式（浓度的表示方法有多 种 传质推动力和相应的传质系数）。传质比传热更复杂。
• 作业 • 1.2.3.4
kL
DL
L
c csm
N A p A1 p A 2
1
推动力 阻力
kG
N A cA1 cA 2
1
推动力 阻力
kL
过 程 进 行 的 速 率
推动力 阻力
显然，若流体气体中的湍流愈激烈Re，则δ ，传质阻力也 愈小，即1/k。
传质速率方程式能否用于计算？ (cA1-cA2)可求，但k=?（同传热的，k取决于流体物性、流动 状况等因素）实验测定经验公式（下一章）。
RT p p dl A
利用边界条件积分后
因整体流动而产生的传递速率分别为 :
N
D
ln
p p Ai
Dp ln Bi
N
N cA 和N
N
c B
A,M
Mc
B,M
Mc
A RTl p p RTl p
A1
B1
由于 p pA1 pB1 pA2 pB2 pA1 pA2 pB2 pB1
对流扩散
N D D dcA
AB
E dz
层流：D占主要地位； 湍流：DE占主要地位。
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.
对流传质
膜模型
c cA1 F
层流底层 （DE ≈ 0，分子扩散）
作用物
流体分子
流体质点
作用方式
化工原理第二版下册
化工原理第二版下册化工原理是化学工程专业的重要基础课程，它涉及到化学工程领域的基本理论和知识，对于培养学生的工程思维和解决实际问题的能力具有重要意义。
本文将就化工原理第二版下册的内容进行介绍和解析，希望能够对学习化工原理的同学们有所帮助。
第一章，传质过程。
传质过程是化工过程中非常重要的一部分，它涉及到物质在不同相之间的传递和分布。
在本章中，我们将学习到各种传质过程的基本理论和计算方法，包括扩散、对流、质量传递系数等内容。
通过学习本章，我们可以更好地理解化工过程中的传质现象，并能够进行相应的传质计算和设计。
第二章，传热过程。
传热过程是化工过程中不可或缺的一部分，它涉及到热量在不同物质之间的传递和分布。
在本章中，我们将学习到各种传热过程的基本理论和计算方法，包括导热、对流、辐射传热等内容。
通过学习本章，我们可以更好地理解化工过程中的传热现象，并能够进行相应的传热计算和设计。
第三章，化工流程。
化工流程是化工工程中的核心内容，它涉及到物质在设备和管道中的流动和转化。
在本章中，我们将学习到各种化工流程的基本原理和计算方法，包括流体力学、动量平衡、能量平衡等内容。
通过学习本章，我们可以更好地理解化工过程中的流动现象，并能够进行相应的流程设计和优化。
第四章，化工反应工程。
化工反应工程是化工工程中的重要组成部分，它涉及到物质在化学反应中的转化和产物的选择。
在本章中，我们将学习到各种化工反应的基本原理和计算方法，包括反应动力学、反应速率、反应器设计等内容。
通过学习本章，我们可以更好地理解化工过程中的化学反应过程，并能够进行相应的反应工程设计和优化。
总结。
化工原理第二版下册涵盖了化工工程中的传质、传热、流程和反应等重要内容，通过学习本书，我们可以更好地掌握化工工程的基本理论和方法，为将来的工程实践打下坚实的基础。
希望同学们能够认真学习本书，并将所学知识运用到实际工程中，不断提高自己的专业能力和素质。
化工原理是一门综合性强、理论性强、实践性强的学科，希望同学们能够在学习过程中保持好奇心，不断探索和创新，为未来的化工工程事业做出更大的贡献。
传质学第四章
）。
４．自然对流传质的格拉晓夫（Grashof）准数， GrAB 表示流体中不同位置上存在密度差时所引起的自然对流 传质贡献。
GrAB
L3 gA 2
L3 g A 2
4.3 对流传质系数的关联式
由于实际过程中传质设备结构各式各样，且湍流下 传质机理研究尚不透彻，所以目前传质设备的设计还需 靠经验方法，即根据实验获得对流传质系数的关联式。
，忽D略E。为零；在过渡区，则D 与DE
的数量级相当，都不能
SUCCESS
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2020/2/8
与对流传热关联式类似，传质系数的关联式也表示 成准数形式。此时，除了Re数外，还将出现一些新的 准数,兹介绍如下。 １．施密特Schmidt)准数,Sc
施密特准数载对流传质计算中的作用与普兰特准数在 对流传热中的类似。
对于液体，在2<Re<2000时，
Sh 2 0.95 Re0.50 Sc1/3
而当 2000 Re 17000
时，
Sh 0.347 Re0.62 Sc1/3
SUCCESS
THANK YOU
2020/2/8
接触时间τ不易求得．
３．表面更新论 模型要点:
(1)液体表面始终处于不断为液体微团更新过程之中。 (2)溶质组分以非稳态分子扩散方式传递到液体微团中。 (3)相界面上各液体微团暴露于气相的时间不同，符合随 机的“寿命”分布规律。 结论：对流传质系数与扩散系数的二分之一次方成正比．
K DS
缺点：S（表面更新率）是难以获得的数据．
第四章 对流流动传质
４.1 对流传质模型
三大模型：膜理论 渗透论
表面更新论
１．膜理论
化工基础第四章传质过程课件
a
AV V
A
同理摩尔浓度：
C
n A
xn A
x
C
AV V
A
C n 混合物的总摩尔浓度。 V
对于气体混合物
np C A A
A V RT
c
m A
Mn AA
Mp AA
AV
V
RT
气体混合物的总摩尔浓度为：
Cn p V RT np
y A A An P
• 气体混合物的摩尔比可用分压比表达如下：
Y
n A
•p
4 相际传质过程
界面
气 组分 相 主 体
组分
液
相
主
体
相际传质示意图
二 相组成的表示方法
• 1 质量分率(工程制用重量分率)和摩尔分率 • 某组分的质量占总质量的分率或百分率. • 对含A、B、C、…..的均相混合物有
a
m A
,a
m B
,
a
m C
,........
A mB mC m
a a a ...... 1
终点： 浓度差为〇
扩散快慢？
➢扩散通量：
单位面积上单位时间内扩散传递的物 质量，单位为kmol/(m2•s); • 影响因素: • 物质性质 浓度差 扩散距离 等有关
➢ 费克(Fick)定律：扩散通量与浓度梯度成正比。
对于组分A
N
D
dcA
dc A
浓度梯度
A,0
AB dl dl
气体 N
D AB
注意！传质速率方程式有多种形式（浓度的表示方法有多 种 传质推动力和相应的传质系数）。传质比传热更复杂。
• 作业 • 1.2.3.4
第 四 章 传 质 过 程
长沙学院教案（课时备课）授课日期2007年10月10日第15次课 2 学时第四章传质过程§1传质分离过程概述传质过程在含有两个或两个以上组分的混合体系中，由于存在浓度差，某一或某些组分由高浓度区向低浓度区的传递过程，称为传质过程。
传质过程可以在一相中进行，也可以在两相间进行，两相间的传质是分离过程的基础。
1-1分离操作在化工生产中的作用1．作用：分离设备费用和分离操作费用占总生产费的比例很大。
2．分类：①机械分离：过滤、沉降②传质分离：两相间：利用混合物中各组分在两相中的溶解度或挥发性等物理性质的差异，使某一或某些组分在相间转移（如吸收、精馏、萃取）。
一相中：热扩散、膜分离。
1-2化工生产中常见的传质操作1．蒸馏：分离液体混合物，利用各组分挥发性的差异2．吸收与解吸：分离气体混合物，利用气体溶解度的差异3．液-液萃取：分离液体混合物，利用各组分溶解度的差异4．吸附：分离气体或液体混合物，利用各组分在固体上吸附程度的差异5．干燥：固、气分离6．膜分离：分离气体或液体混合物7．热扩散：由于温度梯度而引起的物质扩散。
§2 传 质 过 程 机 理 传质过程：①扩散物质从一相主体向界面传递 ②扩散物质在界面上从一相进入另一相 ③扩散物质从界面向另一相传递2-1单相中的传质 一．分子扩散与菲克定律 1.分子扩散在一相内有浓度差异存在时，由于分子的热运动，而造成的物质传递现象。
分子扩散速率（通量）A,0N ：单位时间内通过单位截面积而扩散的物质量。
2.费克（Fick ）定律（只适用于双组分混合物）=-AA,0ABdc N D dl（因A dc dl 为负值，加“-”使A,0N 为正）A,0N ——组分A 的分子扩散速率，)/(2s m kmol ⋅；Adc dl——组分A 在扩散方向的浓度梯度，4/m kmol ； AB D ——组分A 在组分B 中的分子扩散系数，s m /2。
AB D 的值由试验测定，可通过手册查取，见教材P183表5-2，5-3。
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。
生物反应工程第二版课后习题答案
生物反应工程第二版课后习题答案生物反应工程第二版课后习题答案生物反应工程是一门研究利用生物体进行工程化生产的学科，它涉及到生物体的生理学、微生物学、化学工程学等多个学科的知识。
生物反应工程的目标是通过合理设计和优化反应条件，提高生物体的生产能力和产物质量，从而实现高效、可持续的生产。
在学习生物反应工程的过程中，课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要方式。
下面是《生物反应工程第二版》课后习题的答案，供大家参考。
第一章：生物反应工程概述1. 生物反应工程是一门研究利用生物体进行工程化生产的学科。
2. 生物反应工程的目标是通过合理设计和优化反应条件，提高生物体的生产能力和产物质量。
3. 生物反应工程涉及到生物体的生理学、微生物学、化学工程学等多个学科的知识。
第二章：微生物生长动力学1. 微生物生长动力学是研究微生物生长和代谢的数量关系的学科。
2. 在生物反应工程中，通常使用生长速率方程来描述微生物生长的动力学过程。
3. 常见的生长速率方程有Monod方程、麦克斯韦方程等。
第三章：反应器设计与操作1. 反应器是进行生物反应工程的核心设备，其设计与操作对反应过程的效果有重要影响。
2. 常见的反应器类型有批式反应器、连续流动反应器、气液循环反应器等。
3. 反应器的设计应考虑反应物的输送、温度、pH值等因素。
第四章：质量传递与传质过程1. 质量传递是指物质在反应器中的传输过程，包括物质的输送和扩散。
2. 传质过程对反应的速率和效果有重要影响，需要进行合理的设计和优化。
3. 常见的传质方式有对流传质、扩散传质等。
第五章：反应动力学与反应机理1. 反应动力学是研究反应速率与反应物浓度之间关系的学科。
2. 反应机理是指反应过程中发生的化学反应步骤和反应物之间的转化关系。
3. 反应动力学和反应机理的研究对于反应过程的优化和控制具有重要意义。
总结起来，生物反应工程是一门综合性学科，涉及到生物体的生理学、微生物学和化学工程学等多个学科的知识。
化工单元操作-传质过程(吸收)
Y1 液气比
B
L/V
(L V
)
m
in
B* 最小 液气比
20.5.24
最小液气比的计算
L V
min
Y1 Y2 X1* X 2
X*1——与Y1相平衡的液相组成。
3、吸收剂用量
L Y , Z ,设备费 V
L Y , Z ,设备费 ，并不总有效 V
L ,再生费
工业生产中，确定吸收剂用量或液气比的选择、调节 、控制主要从以下几个方面考虑：
气液接触面积。
第四节 吸收过程的计算
全塔物料衡算
目的 ：确定各物流之间的量的关系 以及设备中任意位置两物料 组成之间的关系。
对单位时间内进出吸收塔的A的物 质量作衡算
VY1 LX 2 VY2 LX1
V，Y2 L，X2
V，Y L，X
V，Y1 L，X1 逆流吸收
20.5.24
V——通过吸收塔的惰性气体量，kmol/s； L——通过吸收塔的吸收剂量，kmol/s； Y1、Y2—进塔、出塔气体中溶质A的比摩尔分数 X1、X2 —出塔、进塔溶液中溶质A的比摩尔分数
•亨利定律用数学表达式为
p*＝Ex 式中 p*——溶质在气相中
的平衡分压，Pa；
x—溶质在液相中的摩尔分
率；
E—亨利系数，Pa。
对于给定物系，亨利系数E随温 度升高而增大。在同一溶剂中 ，易溶气体的E值很小，而难溶 气体的E值很大。常见物系的亨 利系数可从手册中查到。
吸收机理——双膜理论
双膜理论模型
1、液气比不能小于最小液气比
2、为保证填料层的充分湿润，喷淋密度（单位时间 内，单位塔截面积上所接受的吸收剂量）不能太小 。
3、当操作条件发生变化时，为达到预期的吸收目的 ，应及时调整液气比。
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长沙学院教案（课时备课）授课日期2007年10月10日第15次课 2 学时第四章传质过程§1传质分离过程概述传质过程在含有两个或两个以上组分的混合体系中，由于存在浓度差，某一或某些组分由高浓度区向低浓度区的传递过程，称为传质过程。
传质过程可以在一相中进行，也可以在两相间进行，两相间的传质是分离过程的基础。
1-1分离操作在化工生产中的作用1．作用：分离设备费用和分离操作费用占总生产费的比例很大。
2．分类：①机械分离：过滤、沉降②传质分离：两相间：利用混合物中各组分在两相中的溶解度或挥发性等物理性质的差异，使某一或某些组分在相间转移（如吸收、精馏、萃取）。
一相中：热扩散、膜分离。
1-2化工生产中常见的传质操作1．蒸馏：分离液体混合物，利用各组分挥发性的差异2．吸收与解吸：分离气体混合物，利用气体溶解度的差异3．液-液萃取：分离液体混合物，利用各组分溶解度的差异4．吸附：分离气体或液体混合物，利用各组分在固体上吸附程度的差异5．干燥：固、气分离6．膜分离：分离气体或液体混合物7．热扩散：由于温度梯度而引起的物质扩散。
§2 传 质 过 程 机 理 传质过程：①扩散物质从一相主体向界面传递 ②扩散物质在界面上从一相进入另一相 ③扩散物质从界面向另一相传递2-1单相中的传质 一．分子扩散与菲克定律 1.分子扩散在一相内有浓度差异存在时，由于分子的热运动，而造成的物质传递现象。
分子扩散速率（通量）A,0N ：单位时间内通过单位截面积而扩散的物质量。
2.费克（Fick ）定律（只适用于双组分混合物）=-AA,0ABdc N D dl（因A dc dl 为负值，加“-”使A,0N 为正）A,0N ——组分A 的分子扩散速率，)/(2s m kmol ⋅；Adc dl——组分A 在扩散方向的浓度梯度，4/m kmol ； AB D ——组分A 在组分B 中的分子扩散系数，s m /2。
AB D 的值由试验测定，可通过手册查取，见教材P183表5-2，5-3。
对理想气体混合物，由于RTp c AA=，故有=-AB AA,0D dp N RT dl。
二、等物质的量反向定常态扩散（等摩尔反向扩散） 1、概念：如右图，两容器内，A,1A,2c c >，B,1B,2c <c ，但T ,P 相同，两容器内装有搅拌器，使容器内浓度处处相等，由于有浓差存在，故A 向右，B 向左扩散，容器大而连通管细，故认为1、2处A 、B 分压不变，故其中分子扩散是稳定的。
因为容器内总压相等，故A 分子向右和B 分子向左的扩散速度相等，为等物质的量反向扩散。
又 A A,0ABdc N D dl =-，B B,0BA dc N D dl=- 而 A,0B,0N N =- 在压力不太高时，A A A n p c V RT ==，B B B n pc V RT== M A B c c c =+=常量∴ B M A A dc d(c c )dc =-=-∴ AB BA D D D ==（对A 、B 两组分性质相似的液相也成立） ∴ AA,0B,0dc N N Ddl=-=- 如精馏操作属等物质的量反向扩散。
2、传质速率A N ①概念在一固定的空间位置上，单位时间内通过单位面积传递的A 物质量。
②表达式：在单纯的定常态等物质的量反向扩散中：AA A,0dc N N Ddl==- 定态扩散，A N 为定值，如图，l 0=时，A A,1c c =，l l =时，A A,2c c =，在1、2两截面间积分得：,,()A A 1A 2DN c c l=- 当扩散的为理想气体时，,,()A A 1A 2DN p p RTl=- 定常态传质过程，一定操作条件下，A N 、D 、R 、T 为定值，所以浓度分布为直线。
[例4-1]见教材P114。
三、单方向扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散）令A 、B 两组分混合气体与液相接触，设相界面上只允许A 通过，操作条件下液相不气化，此即为A 组分的单方向扩散过程如图，单组分吸收过程即属此类。
在相界面上，由于A 的溶解，使得A,i A p p <，所以组分A 从气相主体向相界面扩散，同时，界面上气体总压略低于气相主体中的气体总压，将有A 、B 混合气体从气相主体向界面移动（称为整体流动或总体流动）。
对B 组分来说，B 在界面不溶解，而且还随总体流动从气相主体向界面移动，使得B B,i p <p ，所以组分B 会从相界面向气相主体扩散。
在定常态扩散时，组分B 从相界面向气相主体扩散的量与总体流动中从气相主体向界面扩散的量相等，即B N 0=，表观上没有B 的传递。
对A 组分来说，其扩散方向与气体总体流动的方向相同。
由于A,M AB,MBN p N p =∴ AA,M B,MBp N N p = AA A,0A,M A,0B,MBp N N N N N p =+=+ 而 B,M B,0A,0N N N =-=（∵A B p p p +==常量，或A B c c c +==常量） ∴ ,()()()A A A A A A 0B B A p p dp dp D D p N N 11+p RT p dl RT p p dl=+=-=-- 定态吸收、一定操作条件下，A N 、D 、R 、T 为定值，将上式分离变量积分得：,lnA iA Ap p Dp N RTl p p -=- 又 ,,A B A i B i p p p p p =+=+∴ ,,,,ln ()A A i B i A A A i B,i B B B mp p p Dp D pN p p RTl p p p RTl p -==--其中，,,,ln B i BB m B i Bp p p p p -=与等摩尔反向扩散比较，多了,B mp p 一项，称,B mp p 为漂流因子。
∵ ,B m p p >，所以同条件下，单方向扩散的A N 比等物质的量反向定常态扩散的大。
原因：出现了与扩散方向一致的总体流动。
[例4-2]见教材P118。
液相中的扩散速度远小于气体，一般为单方向扩散过程。
四．扩散系数D 1．影响因素D 随介质种类、温度、压强及浓度和不同而变化，气相中，C 的影响可忽略，液相中，P 的影响可忽略。
（g l D D >）2、D 值的确定①由实验测定，或查手册（P120，表4-1，4-2） ②由某些经验、半经验公式估算③对气体体系：.175000p T D D p T ⎛⎫⎛⎫= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭[例4-3]见教材P121，[例4-4]见教材P122。
五．对流扩散 1．涡流扩散湍流流体中，凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象，称涡流扩散。
2．对流扩散湍流流体与两相界面之间的分子扩散与涡流扩散两种传质作用的总称。
如右图所示湿壁塔内，吸收剂自上而下流动，混合气体自下而上流过液体表面，两者逆流流动；在湍流主体中，物质传递主要靠涡流扩散，分子扩散占的比例很小；在层流底层内，只有分子扩散；过渡层内，既有分子扩散，又有涡流扩散。
有效滞流膜层模型：认为由气相主体到界面的对流扩散过程相当于一个通过有效滞流膜层的分子扩散过程。
故可按分子扩散过程写出对流扩散的速率方程： 故在气相侧：,,()A A A i G B mD pN p p RTl p =-液相侧：,()MA A,i A LB mc D N c c l c =-A N ——对流传质通量，-21mol m s -⋅⋅；G l 、L l ——有效膜厚度，m ；A p 、A c ——主体浓度；A,i p 、A,i c ——界面浓度； ,A A i p p -（A,i A c c -）——扩散过程的推动力。
令 ,G G B m D p k RTl p =， ,ML L B mc D k l c =则有A G A A i N k p p =,（-），()A L A,i A N k c c =-G k ——气膜传质分系数，211mol m s Pa ---⋅⋅⋅L k ——液膜传质分系数，1m s -⋅2-2相际间传质一、双膜理论的基本论点1．相互接触的气、液两相界存在稳定的相界面，界面两侧各有—有效滞流膜层，溶质以分子扩散的方式通过此两膜层。
2．在相界面上，气、液两相互成平衡3．在膜层以外的气液两相主体内，由于流体充分湍动不存在浓度差。
即全部浓度变化都集中在两滞流膜内，故传质阻力也集中在气、液两滞流膜中。
所以双膜理论又称双阻力模型：传质总阻力=气膜阻力+液膜阻力。
二．示意图三．双膜理论的成功与不足1．成功简化了复杂的相际传质过程，对生产实际有指导意义，对具固定相界面的体系确定符合。
2．不足：对不具稳定相界面（如高度湍流）的体系不适合。
作业：P126:T1，T2。