化工原理下传质机理
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分子微观运动：由于分子的无规则的随机 热运动而产生的物质传质现象。 扩散过程的快慢——扩散通量（kmol/m2.s)
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。
2.2 传质机理与吸收速率
2.2.1 2.2.2 分子扩散与菲克定律 气相中的稳态分子扩散
2.2.3
2.2.4
液相中的稳态分子扩散
扩散系数(自学)
2.2.5 对流传质 2.2.6 吸收过程的机理
3
2.2.1分子扩散与菲克定律 分子扩散——简称扩散
借助分子微观运动，使组分从浓度高处向浓 度低处传递。——推动力为浓度差
RTz pBm
cD (cA1 -cA2 ) 同理可得N A＝ z cBm
P c 漂流因子: , p Bm cBm
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
比较
NA D RTz ( pA1 pA2 )
相差
P/ p
BM
D P NA （pA1 -pA2） RTz pBm
P/ p
Bm
—反映了总体流动对传质速率的影响。
D 则传质速率为： N A ( p A1 p A 2 ) RTz
c c0
cA1
cB2 cA2 cB1
JA
JB O z1 z2
z
等分子反向扩散
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
设A、B组分的气体混合物与液体接触，在相界面
处，只有组分A可溶于液相，而组分B不溶于液相。
A溶于液相，留下空缺，混合气体向液相表面递补， A、B分子递补运动成为“总体流动” N为总体流动的通量，c为A和B总浓度，则， N· (cA/c)代表A在总体流动中所占份额， N· (cB/c)代表
A B
物质有宏观移动，一组份扩散，另一组份 反向等量扩散，保证总浓度不变。 即JA＝-JB
dc A J A＝ D AB dz
c=cA+cB=常数
J B＝ D BA dc B dz
dc A dc B dz dz
DBA DAB D
一、等分子反方向扩散 物质A的传质速率NA（单位时间、单位截 面上传递的A量） dc A D dp A N A =J A＝ D dz RT dz 若为定态过程，则NA为常量 边界条件：z1=0，pA＝pA1； z2=z，pA＝pA2
B在总体流动中所占份额
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
总体流动现象
相界面 在多组分系统中， 气相（A＋B） 液相 S 各组分在进行分子扩 JA 散的同时其微团常处 于运动状态 ——总体 NA 总体 NxA 流动现象。 流动 Nx NB 0
B
示例：用水吸收空气 中的氨
12
JB
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
c dc A ( ) cB dz
c dcA N A ( ) cB dz
dcA dcB
c dcB NA ( ) cB dz
pB dpB P c , cB , dcB RT RT RT
P 1 dpB N A D( ) pB RT dz
DP pB 2 z=0,pB =pB1;z=z,pB =pB2 ,积分得N A ln RTz pB1
DP pB 2 NA ln RTz pB1
pB1 +pA1 =pB2 +pA2 ,即pA1 -pA2 =pB1 -pB2
DP pB 2 （pA1 -pA2） DP（p A1 -p A2） NA ln RTz pB1 （pB1 -pB2） RTz（p B1 -p B2） pB1 ln DP（pA1 -pA2） pB 2
从而表现出沿浓度降 低方向上质量的传递。
菲克定律
dcA 扩散通量J A＝ DAB dz
负号：Biblioteka Baidu散是沿物质A浓度降低的方向
与牛顿粘性定律、傅立叶定律的对比
菲克定律
牛顿粘性定律
du dy
dQ t dS n
傅立叶定律
一、等分子反方向扩散 A和B混合，A和B总量摩尔 浓度不随位置而变
c cA cB const dcA dcB
cA dcA cA dcB NA J A N D D c dz cB dz
dcA cA dcA cA dcA N A D D (1 ) dz cB dz cB dz
cB cA dcA ( ) cB dz
传质的基本方式
• 分子扩散(molecular diffusion) 在一相内部有浓度差异的条件下，由于分子的 无规则热运动而造成的物质传递现象。 • 涡流扩散(turbulent diffusion) 靠流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。
对流传质是指发生在运动着的流体与相界面之 间的传质过程，在流体湍流的情况下，对流传质 就是湍流主体与相界面之间的分子扩散与涡流扩 散两种传质作用之和。
飘流因数
17
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
因为 故
P p
P/ p
Bm
Bm
1
P/ p
P/ p
Bm
～
1
NA
～ 总体流动影响
Bm
N A J A 无总体流动
18
2.2.3
液相中的稳态分子扩散
Dc N (c A1 c A2 ) zcSm
/ A
/
cSm
AB
cS2 cS1 ln(cS2 / cS1 )
回顾：亨利定律几种表达式中系数的比较
系数 名称 亨利 系数 溶解度 系数 影响 因素 温度 温度
表达式 P*=Ex
单位 kPa
kmol m3kPa
“方向”
关系
系数大 E HM S 则难溶 系数大 则易溶
y*=mx Y*=mX
相平衡 常数
无因次
温度 总压
系数大 则难溶
2.2 传质机理与吸收速率
在扩散运动和总体运动作用下： NA＝JA+ N· (cA/c) NB＝JB+ N· (cB/c)
由于气相中B在传质方向上的静通量NB＝0 即：NB＝JB+ N· (cB/c)＝0 -JB＝ N· (cB/c)
dcB J B＝ D dz
dcB c N D cB dz
cA dcA cA dcB NA J A N D D c dz cB dz
溶剂 S 的对 数平均浓度
式中 D ——溶质A在溶剂S中的扩散系数，m2/s 。
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。
2.2 传质机理与吸收速率
2.2.1 2.2.2 分子扩散与菲克定律 气相中的稳态分子扩散
2.2.3
2.2.4
液相中的稳态分子扩散
扩散系数(自学)
2.2.5 对流传质 2.2.6 吸收过程的机理
3
2.2.1分子扩散与菲克定律 分子扩散——简称扩散
借助分子微观运动，使组分从浓度高处向浓 度低处传递。——推动力为浓度差
RTz pBm
cD (cA1 -cA2 ) 同理可得N A＝ z cBm
P c 漂流因子: , p Bm cBm
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
比较
NA D RTz ( pA1 pA2 )
相差
P/ p
BM
D P NA （pA1 -pA2） RTz pBm
P/ p
Bm
—反映了总体流动对传质速率的影响。
D 则传质速率为： N A ( p A1 p A 2 ) RTz
c c0
cA1
cB2 cA2 cB1
JA
JB O z1 z2
z
等分子反向扩散
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
设A、B组分的气体混合物与液体接触，在相界面
处，只有组分A可溶于液相，而组分B不溶于液相。
A溶于液相，留下空缺，混合气体向液相表面递补， A、B分子递补运动成为“总体流动” N为总体流动的通量，c为A和B总浓度，则， N· (cA/c)代表A在总体流动中所占份额， N· (cB/c)代表
A B
物质有宏观移动，一组份扩散，另一组份 反向等量扩散，保证总浓度不变。 即JA＝-JB
dc A J A＝ D AB dz
c=cA+cB=常数
J B＝ D BA dc B dz
dc A dc B dz dz
DBA DAB D
一、等分子反方向扩散 物质A的传质速率NA（单位时间、单位截 面上传递的A量） dc A D dp A N A =J A＝ D dz RT dz 若为定态过程，则NA为常量 边界条件：z1=0，pA＝pA1； z2=z，pA＝pA2
B在总体流动中所占份额
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
总体流动现象
相界面 在多组分系统中， 气相（A＋B） 液相 S 各组分在进行分子扩 JA 散的同时其微团常处 于运动状态 ——总体 NA 总体 NxA 流动现象。 流动 Nx NB 0
B
示例：用水吸收空气 中的氨
12
JB
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
c dc A ( ) cB dz
c dcA N A ( ) cB dz
dcA dcB
c dcB NA ( ) cB dz
pB dpB P c , cB , dcB RT RT RT
P 1 dpB N A D( ) pB RT dz
DP pB 2 z=0,pB =pB1;z=z,pB =pB2 ,积分得N A ln RTz pB1
DP pB 2 NA ln RTz pB1
pB1 +pA1 =pB2 +pA2 ,即pA1 -pA2 =pB1 -pB2
DP pB 2 （pA1 -pA2） DP（p A1 -p A2） NA ln RTz pB1 （pB1 -pB2） RTz（p B1 -p B2） pB1 ln DP（pA1 -pA2） pB 2
从而表现出沿浓度降 低方向上质量的传递。
菲克定律
dcA 扩散通量J A＝ DAB dz
负号：Biblioteka Baidu散是沿物质A浓度降低的方向
与牛顿粘性定律、傅立叶定律的对比
菲克定律
牛顿粘性定律
du dy
dQ t dS n
傅立叶定律
一、等分子反方向扩散 A和B混合，A和B总量摩尔 浓度不随位置而变
c cA cB const dcA dcB
cA dcA cA dcB NA J A N D D c dz cB dz
dcA cA dcA cA dcA N A D D (1 ) dz cB dz cB dz
cB cA dcA ( ) cB dz
传质的基本方式
• 分子扩散(molecular diffusion) 在一相内部有浓度差异的条件下，由于分子的 无规则热运动而造成的物质传递现象。 • 涡流扩散(turbulent diffusion) 靠流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。
对流传质是指发生在运动着的流体与相界面之 间的传质过程，在流体湍流的情况下，对流传质 就是湍流主体与相界面之间的分子扩散与涡流扩 散两种传质作用之和。
飘流因数
17
二、一组分通过另一停滞组分的扩散
因为 故
P p
P/ p
Bm
Bm
1
P/ p
P/ p
Bm
～
1
NA
～ 总体流动影响
Bm
N A J A 无总体流动
18
2.2.3
液相中的稳态分子扩散
Dc N (c A1 c A2 ) zcSm
/ A
/
cSm
AB
cS2 cS1 ln(cS2 / cS1 )
回顾：亨利定律几种表达式中系数的比较
系数 名称 亨利 系数 溶解度 系数 影响 因素 温度 温度
表达式 P*=Ex
单位 kPa
kmol m3kPa
“方向”
关系
系数大 E HM S 则难溶 系数大 则易溶
y*=mx Y*=mX
相平衡 常数
无因次
温度 总压
系数大 则难溶
2.2 传质机理与吸收速率
在扩散运动和总体运动作用下： NA＝JA+ N· (cA/c) NB＝JB+ N· (cB/c)
由于气相中B在传质方向上的静通量NB＝0 即：NB＝JB+ N· (cB/c)＝0 -JB＝ N· (cB/c)
dcB J B＝ D dz
dcB c N D cB dz
cA dcA cA dcB NA J A N D D c dz cB dz
溶剂 S 的对 数平均浓度
式中 D ——溶质A在溶剂S中的扩散系数，m2/s 。