质量传递基础

yA
nA n
pA P
A
mA V
M AnA V
pA M A RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
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第七章 质量传递基础
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§7.1 概述
四．传质方式
分 子 扩 散 ： 静 止 的 或 层流 流 动 的 流 体 中 ，
传
质
方
式对
流
传
质
：
靠分子运动来 在 湍 流 流 动中 ，
费克定律的其它表达形式：
J A,z
CDAB
dx A dz
d DAB
pA RT dz
DAB dpA RT dz
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一．费克定律
说明：（1）JA,z是相对扩散通量 （绝对扩散通量用NA,z表示） （2）DA,B是物性之一
DA,B f (P,T, x)
摩尔比
X
A (或YA）
nA nB
摩尔浓度
CA
nA V
，kmol/m3
混合物总摩尔浓度 C n V
质量分率
aA
mA m
质量比
aA mA mB
质量浓度
A
mA V
，kg/m3
混合物总质量浓度 m
V
对气体，还可以用 pA 表示浓度
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§7.1 概述
a a
a a
1 X
1 x
1 a
1a
4．xA 与 CA 的关系？aA 与 A 的关系？
CA xAC
A aA
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第七章 质量传递基础
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§7.1 概述
5．CA 与 A 的关系？
CA
A
MA
6．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
是指物质在浓度差、温度差、压力差等推动力作用下，从 一处向另一处的转移，包括相内传质和相际传质两类。
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§7.1 概述
一、化工生产中的传质过程
气 — 液系统：如吸收、解吸等单元操作
液 汽
— —
液系统 液系统
： ：
如蒸馏 如液液
、 萃
精 馏操 作 取 操作
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DT
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二．广义费克定律
J A,z
DAB
dC A dz
绝对扩散通量NA、 NB、N 相对于静止面的传质速率，kmol / m 2 s
N A,z C Av A,z N B,z CBvB,z
N z Cv M,z N A,z N B,z
相对扩散通量JA、 JB 相对于运动面（以摩尔平均速度运动）
不相等。
气相主体
▲达到相平衡时，传质过程仍在 进行，只不过通过相界面的某一 组分的净传质量为零，因此属动 态平衡。
相界面 pi Ci
空气+氨气
水 液相主体
传质方向 CL
吸收
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§7.1 概述
三、相组成的表示方法
摩尔分率
x A (或y A )
nA n
的传质速率，kmol / m 2 s
J A,z C A v A,z vM ,z
J B,z C B vB,z v M ,z
J A,z N A,z C AvM,z
N
A,z
CA C
Cv M ,z
J B,z N B,z xB N A,z N B,z
N A,z x A N z
进
行
传
质的
方
式
靠 流 体 质 点 的 脉 动 来 进行 传 质 的 方 式
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§7.2 分子扩散
一．费克定律
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
J A,z
DAB
dC A dz
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
扩散通量，kmol/m2s
相界面 气相
液相 传质方向
加场，如浓度场、温度场、电场、磁场等
CG
相界面
空气
液相主体
Ci
苯
液相主体 传质方向
水 湿物料
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干燥
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煤焦油（含苯酚） 液液萃取
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§7.1 概述
二、相平衡 --------相际间传质的最终状态
与热平衡不同之处：
▲达到相平衡时，一般两相浓度 pG
思考： 1． 双组分均相物系（A、B）的摩尔分率之和等于多少？
质量分率之和呢？ x A xB 1 a A aB 1
2．xA 与
aA 的关系？x A
aA
/
aA MA
/ MA aB / MB
aA
xAMA
xAMA xBMB
3．双组分均相物系中，x 与 X 的关系？a 与a 的关系？
X x
x X
xA
N A,z
N B,z
静止面
§7.1 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
§7.2 分子扩散 一、费克定律 二．广义费克定律 三．双组分、一维、稳态分子扩散过程举例
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第七章 质量传递
动 量 传 递 三 传热 量 传 递
质 量 传 递
DA,B（气）10-5m2/s DA,B（液）10-9m2/s DA,B（固）<10-10m2/s
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一．费克定律
扩散系数的估算：
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
0.0101T 1.75 1 1
D P(
MA MB v A )1/ 3 ( vB )1/ 3 2
D T 1.75 P
（低压，室温）
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：
DAB 7.4 1015
M B 1 / 2 T
V
0.6 A
固体中的扩散系数须靠实验确定。
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液 — 固系统：如结晶、浸取操作
气 — 固系统：如干燥操作
pG
气相 （乙醇-水）
乙醇
水
气相主体
液相（乙醇-水）
相界面 pi Ci
水 液相主体
传质方向 CL
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蒸馏
空气+氨气
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吸收
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§7.1 概述
分离
均 相 混 合 非 均 相 混
物 合
物
加入另外一种物质作为分离剂 方法加入能量
N A,z x A N A,z N B,z
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vM,z (vA,z- vM,z )
vA,z
静止面
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于是：
x A N A,z N B,z
JA,z
N A,z J A,z x A N A,z N B,z
NA,z
DAB
dC A dz