传质过程上汇总
化工总结-传质
第四章 传质分离基础§1 传质分离过程1、传质过程：在含有两个或两个以上组分的混合体系中，若有浓度梯度存在，在某一组分（或某些组分）将由高浓度区向低浓度区移动的过程2、传质过程可在单相中进行，也可以在两相间进行，两相间的传质是分离过程的基础，如吸收、精馏等分离操作3、分离过程可分为机械分离和传质分离两类机械分离：非均相混合物的分离，包括沉降和过滤传质分离：均相混合物的分离，包括气体吸收、液体精馏和液液萃取 4、传质：混合物中因组分的浓度差引起的质量传递传质中某种组分的浓度梯度产生了这种组分传递的驱动势（推动力）5、纯组分变成混合物是熵增加的自发过程，所以将混合物分离则需要对体系做功6、实际工程中分离均相混合物采取的手段——加入分离介质（能量或溶剂），形成共存的但为不平衡的两相，让物质在两相间传递7、常见分离操作：（1）蒸馏：分离液体混合物，利用各组分挥发性差异（2）吸收与解吸：分离气体混合物，利用各组分在同一溶剂中的溶解度不同 被吸收的气体组分从吸收剂中脱除的过程称为解吸（3）液液萃取：分离液体混合物，利用各组分在互不相溶的两相中溶解性不同（4）吸附：分离气体或液体混合物，利用吸附质与吸附剂表面间的相互作用力不同 （5）干燥：借热能使物料中水分（或溶剂）汽化（6）膜分离：膜（具有选择性分离功能的材料）为分离介质，膜两侧存在着一定的能量差（如压力差、浓度差、电位差）为动力，利用各组分透过膜的迁移率不同，达到分离目的的技术（7）热扩散：分离气体或液体混合物，利用温度梯度引起的物质扩散§2 传质过程分析1、 分子传质（或分子扩散）过程：由物质分子的微观随机运动而产生的扩散，包括静止流体内的传质、层流流动流体中与流向垂直方向上的传质2、 费克（Fick ）定律：流体内部由于浓度梯度引起的A 分子扩散通量l c D N d d 0,A BA,A -=D 表示组分A 在AB 双组分混合物中的扩散系数，负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反，即分子扩散沿浓度梯度降低的方向进行3、 等分子反向扩散：双组分混合物中，产生物质A 的扩散流的同时，必伴有反方向的物质B 的扩散流l c l c d d d d A A -= )(2,1,0,A A A c c l DN -=若气体为理想气体：)(2,1,0,A A A p p RTl DN -=4、 单向扩散：发生组分从气相到液相的单向扩散1,,1,,,1,ln B iB B i B iA A A p p p p p p RTl DP N --⋅=)(1,i A,A mB,p p p PRTl D -⋅=式中：1,1,ln B iB,B i B,m B,p p p p p -=5、 对流扩散：湍流流体与两相之间物质的传递既有分子扩散也有涡流扩散的合称l c D l c D N d d d d AEA ABA --=分子扩散 涡流扩散以气相分压差为传质推动力的传质通量（气相主体→相界面）：)(1,i A,A G A p p k N -= 以液相物质的量浓度差为推动力传质通量（相界面→液相主体）：)(1,i A,A L A c c k N -=6、 双膜理论：（膜间传递阻力忽略不计）。
传质过程(化工基础,化学)汇总
②填料塔内的流体力学状况
在设计填料塔时，首先要考虑填料塔的流 体力学性能：包括气体通过填料层的压降、 液泛气速、持液量（单位体积填料所持有的 液体体积）、气液分布等。
例如，确定动力消耗需知压降；确定塔径 以液泛速度为依据；持液量关系着填料支承 装置的强度；气液分布情况影响着传质效率 等。
L =0（当没有液体喷淋 时），即气体通过干填料 层时，Δp/H～u呈直线关 系，直线的斜率为1.8～ 2.O，表明H与u的1.8～2 次方成比例，气流状态为 湍流。
• ③若物质在A相实际浓度等于B相实际浓度 所要求的平衡浓度，则无传质过程发生，体系 处于平衡状态。
对于空气中的氨向水中传 递的过程，若以氨的分压p表 示气相中氨的实际浓度，p* 表示液相实际浓度所要求的 气相平衡分压，则：
p＞p*时，氨从气相向液相传递； p＜p*时，氨由液相向气相转移； p= p*时，体系达到平衡状态。
无论哪种类型的均相混合物，要将 其分离成纯净或几乎为纯态物质，必 须造成一个两相物系，利用原物系中 各组分间某种特性的差异，使其中某 个组分在两相间进行传质。
物质在两相中的传质历程
物质首先从一相主体扩散到两 相界面的该相一侧，然后通过相 界面进入另一相，最后从此相的 界面向主体扩散。
例如气体吸收，气相主体中溶 质扩散经过气相到达气液相界面， 溶解进入液相，然后扩散进入液 相主体。
以混合物中吸收质摩尔数与惰性物质摩尔数的比 来表示气相中吸收质的含量，称为气相摩尔比，用Y 表示；
以液相中吸收质摩尔数与纯吸收剂摩尔数的比来 表示液相中吸收质的含量，称为液相摩尔比，用X表 示。
摩尔比与摩尔分数的关系是： Y=y/(1-y) X=x/(1-x)
• 吸收计算中，有时需要在亨利定律 各系数之间进行变换。
化工原理传质知识点总结
化工原理传质知识点总结一、基本概念1.1 传质的意义传质是指物质在不同相之间的传递过程。
在化工工程中，传质是指溶质在溶剂中的扩散、对流、传热、反应等传输现象。
1.2 传质的分类传质可以根据溶质与溶剂之间的接触方式分为不同的分类：（1）扩散传质：溶质在溶剂中的自由扩散过程，不需要外力的帮助。
（2）对流传质：通过溶剂的对流运动，加快溶质的扩散速率。
（3）辐射传质：发射源释放的辐射物质在空气中传输的过程。
1.3 传质的单位在化工工程中，我们通常使用质量通量或摩尔通量来描述传质的速率。
质量通量用kg/(m^2·s)或g/(cm^2·min)表示，摩尔通量用mol/(m^2·s)或mol/(cm^2·min)表示。
1.4 传质的驱动力传质的驱动力可以通过浓度差、温度差、压力差等来实现。
在传质过程中，驱动力越大，传质速率越快。
1.5 传质的应用传质在化工工程中有着广泛的应用，例如在化学反应中，传质过程可以影响反应速率和产物浓度。
在洗涤、脱水、吸附等过程中，传质也起到重要的作用。
二、传质过程2.1 扩散传质扩散传质是指溶质在溶剂中的自由扩散过程，不需要外力的帮助。
扩散传质的速率与溶质浓度梯度成正比，与扩散距离成反比，与传质物质的性质、温度等因素有关。
2.2 对流传质对流传质是指通过溶剂的对流运动，加快溶质的扩散速率。
对流传质速率与对流速度和溶质浓度梯度成正比，与传质物质的性质、温度等因素有关。
2.3 质量传递系数质量传递系数是评价传质速率的重要参数，表示单位时间内溶质通过单位面积的传质速率。
它与溶质的性质、溶剂的性质、温度、压力等因素有关。
2.4 传质速率传质速率是指单位时间内溶质通过单位面积的传质量。
它由传质物质的性质、浓度梯度、温度、压力等因素决定。
三、传质原理3.1 扩散传质的原理扩散传质的原理是由于溶质在溶剂中的无规则热运动。
在热运动的影响下，溶质会沿着浓度梯度自行扩散，直到浓度均匀。
化学工程基础：第四章 传质过程
NA
pA,1 pA,2 RTZp Bm
推动力 阻力
Dp
单方向扩散的传质速率与溶质的分压差成正比，与 温度、扩散距离和惰性组分的对数平均分压成反比
若用组分浓度代替分压
Dc
NA
Z
cBm
(c A1
cA2)
cBm
cB,2 ln
cB,1 cB,2
cB.1
▪一般说来，液相中的扩散速度远远小于气相中的扩散 速度。
2.单向扩散及速率方程
单方向扩散：A.B双组 分气体混合物，如果 组分A溶解于液相，而 组分B不溶，那么吸收 过程是组分A的单方向 扩散
图4
界面 图5
总体流动：因溶质Ａ扩散到界面溶解于溶剂中，造成界面与 主体的微小压差，促使混合气体向界面流动,流动通量表示为 NM
对于组分B:在整体流动时，使相界 面上组分B的浓度增加，导致组分B 从相界面向流体主体作反方向扩散
因引起质量的传递
联通管中的传质速率就等于
分子扩散通量，根据费克定律
N A,0
DAB
dcA dz
N B,0
DBA
dcB dz
定常态扩散条件下，双组分混合物系各处总浓度相等，即
cM cA cB const
若分子扩散发生在两组分气相混合物或两组分性质相似
的液相混合物时
DAB DBA D
cM cA cB const
水，最初水面离上端管口的距离为0.125m，迅速向
上部横管中通入干燥的空气（空气流量达到足以保
证被测气体在管口的分压大致为零）压力为
101.3kPa。实验中测得经290h后，管中的水面离上
端管口距离增加到0.150m，求水蒸气在空气中的扩
散系数
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。
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
质量传递知识点总结
质量传递知识点总结一、概念质量传递是指在流体内部或在流体与固体交界面上的物质传递。
在研究传质现象时，常常需要了解流体的动力学特性以及在流体中的物质传递过程。
这些过程在许多工程和科学领域都有广泛的应用，如化学工程、环境工程、生物工程等。
质量传递的研究不仅有助于改进工程设备和工艺，还有助于解决环境问题和提高生产效率。
二、传质的基本原理1. 扩散扩散是指物质在不同浓度间的传递。
在流体中，扩散通过分子的碰撞和运动来实现。
当流体中存在浓度不均匀的情况时，高浓度区域的分子将向低浓度区域扩散，从而实现物质传递。
扩散的速率受到浓度差、温度、压力和分子大小等因素的影响。
2. 对流对流是指物质在流体中随着流体流动而进行传递。
对流可以是自然对流，也可以是强迫对流。
自然对流是由于密度差引起的，如烟囱效应；强迫对流是通过外部力来实现的，如搅拌设备或泵等。
3. 辐射辐射传热是通过电磁波的形式进行传递的。
辐射的特点是热量可以在真空中传递，而无需通过介质。
辐射传热与流体传递不同，但在一些情况下，辐射也可能成为主要的传热方式。
4. 界面传质界面传质是指在两种不同相的界面上进行的传质。
在固体-液体、液体-气体或固体-气体界面上，物质会通过扩散或蒸发-凝华过程进行传递。
界面传质在很多工程和科学领域都有重要的应用，如化工反应器、大气科学等。
三、传质过程的表征传质过程的表征主要包括传质速率、传质系数、传质通量、传质方式等。
1. 传质速率传质速率是指单位时间内通过单位面积传递的物质量。
传质速率与传质系数、浓度梯度和传质面积等因素相关。
2. 传质系数传质系数是描述传质速率和浓度梯度之间关系的参数。
传质系数一般由实验或理论计算得到，是研究传质过程的重要参量。
3. 传质通量传质通量是单位时间内单位面积上的物质传递量。
传质通量与传质速率有关，是评价传质效果的重要指标。
4. 传质方式传质方式是指物质在传递过程中所遵循的物理规律或数学模型。
根据传质方式的不同，传质过程可以分为对流传质、扩散传质、界面传质等。
化学工程中的传质过程
化学工程中的传质过程传质是化学工程中的重要过程之一，它涉及物质在不同相之间传递的过程。
在化学工程中，传质过程是实现各种反应以及分离纯化的关键步骤之一。
本文将介绍传质的基本原理、传质过程的分类以及传质操作在化学工程中的应用。
一、传质的基本原理传质是指物质在空间中由高浓度区域向低浓度区域的传递。
在化学工程中，传质可以通过扩散、对流和反应来实现。
扩散是指物质由浓度较高的区域向浓度较低的区域通过分子运动的方式传递。
对流是指物质在流体中由于流体的运动而传递，可以通过外加压力差或者液体搅拌等方式实现。
反应传质是指在化学反应过程中，反应物和产物通过扩散和对流的方式进行传递。
二、传质过程的分类根据传质方法的不同，传质过程可以分为气体传质、液体传质和固体传质三种。
1. 气体传质气体传质是指气体在不同相之间的传递过程。
在化学工程中，气体传质通常通过气体的扩散来实现。
扩散系数是气体传质研究中的重要参数，它与物质本身的性质、传质介质的性质以及温度等因素有关。
气体传质在化学工程中的应用广泛，例如在气体吸附、蒸馏和气体分离等领域都有重要的应用。
2. 液体传质液体传质是指液体在不同相之间的传递过程。
在化学工程中，液体传质通常通过扩散和对流的方式来实现。
液体传质过程中的重要参数是质量传递系数，它与溶质的性质、传质介质的性质以及温度等因素有关。
液体传质在化学工程中的应用广泛，例如在溶剂萃取、萃取精馏和浸出等工艺中都有重要的应用。
3. 固体传质固体传质是指固体在不同相之间的传递过程。
在化学工程中，固体传质通常通过扩散和渗透的方式来实现。
固体传质过程中的重要参数是固体的扩散系数和扩散路径的长度。
固体传质在化学工程中的应用广泛，例如在膜分离、吸附和离子交换等工艺中都有重要的应用。
三、传质操作在化学工程中的应用传质操作在化学工程中广泛应用于反应器设计、分离纯化以及废水处理等领域。
下面将以蒸馏过程为例介绍传质操作在化学工程中的应用。
蒸馏是一种常用的分离纯化方法，它通过液体的汽化和凝结来实现混合物组分之间的分离。
化工传递过程基础总结
化工传递过程基础总结化工传递过程是化学工程学科的基础，它是研究化学物质在不同状态下的传递现象的学科。
化工传递过程包括物质的传质、热传、动量传递等。
在化学工程中，化工传递过程是实现化学反应和物料加工的关键环节。
本文将介绍化工传递过程的基础知识，包括传质、热传和动量传递。
一、传质传质是指物质在不同相之间的传递现象，包括气体、液体、固体之间的传递。
传质过程是化学反应、物料加工等过程中的重要环节。
传质的速率取决于传质物质的性质、传质界面的性质、传质系统的温度、压力、浓度等因素。
1. 传质的基本概念传质过程可以分为扩散、对流和传递过程的组合。
扩散是指物质通过分子扩散的方式在不同相之间传递，其速率与浓度梯度成正比。
对流是指物质在流体中的传递，其速率与流体速度成正比。
传递过程是扩散和对流的组合，其速率取决于扩散和对流的贡献。
2. 传质的速率传质速率可以用传质通量来表示，传质通量是单位时间内通过传质界面的物质量。
传质通量可以用菲克定律来计算，菲克定律是指在扩散过程中，单位时间内通过单位面积传递物质的量与浓度梯度成正比，与传质物质的性质和传质界面的性质有关。
传质速率还可以用对流传质公式来计算，对流传质公式是指在对流过程中，传质通量与速度梯度成正比，与流体的性质和传质界面的性质有关。
3. 传质的机理传质的机理包括分子扩散、对流传递和物理吸附等。
分子扩散是指物质通过分子间的碰撞在不同相之间传递。
对流传递是指物质在流体中的传递，其速率受到流体的速度、流动方式、物质的性质等因素的影响。
物理吸附是指物质在传质界面上的吸附现象，吸附物质的性质、传质界面的性质等因素会影响吸附的速率。
二、热传热传是指热量在不同相之间的传递现象，包括传导、对流和辐射三种方式。
热传过程是化学反应、物料加工等过程中的重要环节。
热传的速率取决于热传物质的性质、热传界面的性质、热传系统的温度、压力等因素。
1. 热传的基本概念热传过程可以分为传导、对流和辐射三种方式。
第5章 传质过程
影响泛点气速的因素有填料特性、流体物性、气液的流 量等。实际操作气速常取泛点气速的50％～85％。
（2）板式塔
①塔板的结构 板式塔的壳体为圆筒形，里面装有若干 块水平的塔板。
液体靠重力作用自上而下逐板流向塔底，且在各快塔板 板面上形成流动的液层；
相间传质的每一步有各自的速率方程，称为分速率 方程；整个过程速率方程为总速率方程，相应的有传质 分系数和总系数之分。
3. 塔设备简介
气体吸收和液体精馏两种气液传质过程通常在塔设 备内进行。塔设备的基本功能在于提供气、液两相充分 接触的机会。
根据塔内气液接触部件的结构型式，分为填料塔与板式 塔两大类。
c.舌形塔板
舌形孔的典型尺寸为：φ＝20°，R=25mm，A＝25mm。
舌形塔板结构简单、不易堵塞。液体流动阻力小。 对负荷波动的适应能力较差，气相夹带较严重。
d．筛孔塔板
结构简单、造价低廉、 气体压降小、生产能力 较大；缺点是操作弹性 范围较窄，小孔筛板易 堵塞。
e．导向筛板
① 在塔板上开设了一 定数量的导向孔，开口 方向与液流方向相同； ② 增加了鼓泡促进装 置，把液流入口处的塔 板翘起一定角度，使液 体一进入塔板就有良好 的接触。
两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最 后从此相的界面向主体扩散。
（2）传质过程的方向与极限
例：分析氨和空气的气体混合物与水在一恒温恒压的 容器中进行两相接触的传质过程。
相间传质和相际平衡的共有规律 ①一定条件下，处于非平衡态的两相体系内组分会自发 地进行传递，使体系组成趋于平衡态。
②条件的改变可破坏原有的平衡。其平衡体系的独立变 量数由相律决定：f = k –φ + 2 f为独立变量数, k为组分数, φ为相数, 2 指外界只有 温度和压力两个条件可以改变体系的平衡状态。
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。
传质过程简介
传质过程简介
1 质量传输的概念
① 什么叫传质
在含有两种或两种以上组分的混合物内部，如果有浓度梯度存在，则每 一种组分都有向低浓度方向的转移，以减弱这种浓度不均匀的趋势。混 合物的组份在浓度梯度作用下由高浓度向低浓度方向转移的过程称为传 质。
2 扩散传质
② 菲克第二定律(传质微分方程)
当浓度随时间变化时，并且在三维方向上浓度梯度均不为0时，经过微
元分析得： c (D c ) (D c ) (D c ) t x x y y z z
简化 ① 一维非稳态
c
c (D )
t x x
➢ 唯一的解释是镍原子向铜一侧扩散的多， 铜原子向镍一侧扩散的少，使铜一侧伸长， 镍一侧缩短。
➢ 这种效应已在Cu-Ni﹑Cu-Sn﹑Ni-Au等组 成的扩散偶中发现。
2 扩散传质
固体分子扩散有两种机制比较真实地反映 了客观现实： ➢一种是间隙机制，它解释了间隙固溶体中 的间隙原子如H, C, N, O等小原子的扩散； ➢另一种是空位机制，它解释了置换原子的 扩散及自扩散现象。
➢ 扩散系数D是一个物性参数，它表征了物质扩散能力的大小。 ➢ D的值取决于混合物的性质、压力和温度，靠实验来确定。
2 扩散传质
说明：
菲克第一定律用来描述由浓度差引起的质量传递。 工程上还有很多其他条件引起的传质现象，需要用其他关系式描述：
温度引起的质量传递，称热扩散； 离心机分离液体混合物，称压力扩散； 重力作用下的重力沉淀； 静电作用下的电解沉淀。
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
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。
传质过程的渗透论汇总
初始条件：t=0，y≥0，C=C0
边界条件： 0 t te ，y=0，C=CS
y=∞，C=C0
（ te —微元寿命）
求解得，在任意时刻 t 的扩散速度
J
D
t
(C s
C0 )
15
溶质渗透理论
在te 时间内平均扩散速度
J 1 te
te 0
D
t
(Cs
C0 )dt
kc 2
D
te
2
D
te
(CS
C0 )
溶质渗透理论
经过推导，在每次气液接触的时间(最大年龄或“寿命”)θ0 甚短，渗入深度仅占膜厚δe的一小部分时，可得出传质系数 (时间平均值)kp的表达式为
kc 2
DAB
c
此式指出kp与D的1／2次方成正比，这一点能与实验数据较好 地符合，但式中的θ0还只是在少数简单情况下才能准确得出 。
溶质渗透理论
传递过程简介
•
又如在鼓泡设备中，液体与每个气泡接触的时间就更
短。经估算，每次这样的接触时间约为0.01～1始从界面进入液膜到
建立起稳定浓度梯度的时间，通常还可能更长一些。在这
一过渡时间中，有一个溶质从相界面向液膜深度方向逐步
渗透的过程，如图1和图2所示，故称之为溶质渗透模型(
双膜理论：1923年由美国麻省理工学 院教授W.K.刘易斯和W.惠特曼提出的。 溶质渗透理论：1935年由R.希格比提 出。
表面更新理论：1951年英国人P.V.丹 克沃茨提出。
传递过程简介
这一模型考虑了为上述膜模型所忽略的形成浓度梯度的过 渡时间。希格比(Higbie)在1935年指出这一过渡时间并不能 忽略。例如在填料塔中，液体沿填料表面流过其交接处时， 每隔一定时间θ0发生一次完全的混合而使浓度均匀化。故 在流过每一个填料后，都要在液膜内重新建立浓度梯度，而 流过一个填料的时间是相当短的。在θ0时间内，液相中发 生的不再是定态的扩散过程，而是非定态的扩散过程。
化工基础传质总结汇报材料
化工基础传质总结汇报材料化工基础传质是研究物质在流动状态下的扩散、对流与质量传递的过程。
本次报告主要从传质的基本概念、传质的机理、传质过程的描述和传质的应用方面进行总结。
一、传质的基本概念传质是指物质从高浓度区域到低浓度区域的移动过程，有助于在不同相界面上的短距离传递物质。
传质过程可以通过扩散和对流两种方式实现。
扩散传质是指离子、分子或颗粒在浓度梯度的驱动下从高浓度区域到低浓度区域的移动。
而对流传质是指物质通过流体的流动而在不同位置间传递。
二、传质的机理1. 扩散传质机理：扩散是基于分子间相互作用力的结果，其中包括浓度、温度、粒径等因素。
分子扩散的速率与浓度梯度成正比，与温度和粒径成反比。
扩散的速度可以通过弗立策定律进行计算。
2. 对流传质机理：对流传质与扩散传质相比，对流传质在流体中较快。
对流传质通常包括液相传质和气相传质两种方式。
液相传质是指在液体中溶质的移动，流体的速度较慢，传质主要靠扩散。
气相传质是指气体中溶质的扩散，此时溶质分子与气流相比速度较快。
三、传质过程的描述传质过程的描述可以采用Fick定律进行模拟。
Fick第一定律描述了扩散传质的速率与浓度梯度的关系，表达式为J = -D(dC/dx)，其中J是扩散通量，D是扩散系数，dC/dx是浓度梯度。
Fick第二定律描述了扩散速率与时间和距离的关系，表达式为∂C/∂t = D(∂²C/∂x²)，其中∂C/∂t是时间变化率，∂²C/∂x²是浓度梯度。
四、传质的应用1. 化学反应：在化学反应中，传质可以使反应物质更快地达到反应场所，加快反应速率。
2. 分离过程：传质在分离过程中扮演重要角色，包括萃取、吸附、蒸馏等。
这些过程依赖于物质的传质过程来实现分离纯化的目的。
3. 制药工业：在药物的制造过程中，传质可以控制药物的扩散速度，确保最终药物的质量和稳定性。
4. 环境保护：传质在空气和水等介质中的传递可以帮助我们理解污染物的扩散和防治措施，如大气和水体污染的控制和修复。
化学工程中的传热传质过程
化学工程中的传热传质过程在化学工程中，传热传质过程是一个至关重要的环节。
传热传质是指物质内部的能量和物质由高浓度区域向低浓度区域进行传递的过程。
这个过程在化学工程中广泛应用于反应器、蒸馏塔、吸附塔等各种设备中。
本文将探讨传热传质过程的基本原理和在化学工程中的应用。
一、传热传质的基本原理传热传质过程主要包括传热和传质两个方面。
传热是指能量从高温区域传递到低温区域的过程，主要有三种传热方式：导热、对流和辐射。
导热是通过物质与物质之间的直接接触传递能量，对流是由于温度差引起的流体内部的热量传递，辐射是通过电磁波辐射传递热量。
传质是指物质由浓度高的区域向浓度低的区域进行扩散的过程。
传质过程主要包括扩散、对流传质和表面反应传质。
扩散是指由于浓度差引起的物质分子的自发运动，对流传质是由于流体的流动引起的物质传递，表面反应传质是指物质在界面上的化学反应引起的物质传递。
传热传质过程的基本原理是根据物质的热力学性质和守恒定律，通过数学建模和实验验证，得到了一系列传热传质的基本方程。
二、传热传质过程在化学工程中的应用1. 反应器中的传热传质过程在化学反应器中，传热传质过程起到了至关重要的作用。
反应器内部的热量传递要求反应物能够均匀分布，以保证反应达到最高效率。
此外，在液相反应中，传质过程也是保证反应物和催化剂之间充分接触的关键。
2. 蒸馏塔中的传热传质过程蒸馏塔是一种常见的分离设备，在石油化工中广泛应用。
在蒸馏塔中，液相和气相之间的传热传质过程起着重要作用。
液相在塔内被加热蒸发，然后与下游冷凝的气相进行传质，使得不同组分得以分离。
3. 吸附塔中的传热传质过程吸附塔是用于气体或液体分离的设备，其内部包含吸附剂和被吸附物质。
在吸附塔中，被吸附物质通过传质过程被吸附剂吸附，吸附剂在一定条件下再通过逆向传质过程，释放吸附物质。
四、总结传热传质过程在化学工程中具有重要的意义。
准确的传热传质模型和运行参数可以帮助工程师更好地设计和优化化学工程设备，提高生产效率和产品质量。
化工传质与分离过程
化工传质与分离过程化工传质与分离过程指的是在化工行业中，通过传质过程和分离过程实现物质的转移和分离操作。
传质过程是指物质在不同相（包括气相、液相和固相）之间的传递过程，分离过程则是将混合物中的不同组分进行分离的过程。
本文将对传质与分离过程的基本原理以及常用的传质与分离技术进行详细介绍。
一、传质过程传质过程主要包括质量传递和能量传递两个方面，其中质量传递是指物质在不同相之间的传递过程，能量传递是指通过传质过程实现能量的转移。
传质过程的基本原理为溶质在物理力场的作用下从高浓度处向低浓度处传递，经典的传质过程有扩散、对流和反应等。
1.扩散：扩散是指溶质由高浓度处向低浓度处自发传递的过程，其主要原理是在浓差梯度作用下，溶质由高浓度区域经过空间的携带和碰撞，向低浓度区域移动，直到达到平衡。
扩散过程可以分为分子扩散、界面扩散和体扩散等。
2.对流：对流是指溶质在流体介质中由于流场的存在而引起的传递过程。
对流传质主要分为强迫对流和自然对流两种类型。
强迫对流是通过外加的外力使得流体产生不均匀速度场，从而引起的传质；自然对流则是由于温度和密度的差异，引起流体的密度变化，进而形成流体的自然循环。
3.反应：反应传质是指传质过程中 beginspace 同时 Beginspace 进行化学反应的传质过程。
在反应传质过程中，溶质通过扩散或对流到达反应界面，参与反应之后再分散到溶液中。
传质过程的研究对于理解物质转移和分离过程的机理、改进传质分离过程的性能和优化操作条件具有重要的意义。
二、分离过程分离过程是指将混合物中的不同组分分离出来的操作过程，常用的分离技术有凝固、蒸馏、萃取、吸附和膜分离等。
以下将详细介绍其中的几种分离技术。
1.凝固：凝固是指物质由液体状态转变为固体状态的过程。
这种分离方法常用于分离固体颗粒和溶液之间的混合物，通过凝固可以将溶液中的固体颗粒分离出来。
2.蒸馏：蒸馏是一种利用物质的沸点差异进行分离的方法。
通过加热混合液体，使其中沸点较低的组分先从液体中蒸发出来，然后再冷凝成液体，从而实现分离不同沸点组分的目的。
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（2）扩散系数的影响因素：
扩散组分本身的性质 扩散组分所在的介质的性质
温度：t↑，D↑
压力：对液体影响很小，对气体影响很大 浓度：对液体影响很大，对气体影响很小
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二、对流扩散
对流扩散：流体作湍流运动时，若流体内部存在浓度梯度，流 体质点便会靠质点的无规则运动，相互碰撞和混合， 组分从高浓度向低浓度方向传递。
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2.2 板式塔
板式塔的设计意图
板式塔是一种应用极为广泛的气液传质 设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中 按一定间距水平设置的若干塔板所组成。如 图所示，板式塔正常工作时，液体在重力作 用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出； 气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔 由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每 块塔板上皆贮有一定的液体，气体穿过板上 液层时，两相接触进行传质。
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稳定情况下：
N分
DA
(c1
c2
)
式 中： c1-c2 ——扩散组分的浓度差， kmol/ m3； δ——扩散层的厚度， m；
3. 扩散系数及其影响因素
（1）扩散系数的物理意义： 物质的特性常数之一； 表示物质在介质中的扩散能力； 在扩散方向的单位距离内，扩散组分浓度降低一个单位时， 单位时间内通过单位面积的物质量。
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N分
G
DA dc dn
——分子扩散的基本方程
式 中：
N分——扩散组分的分子传质速率， kmol/ s； G ——扩散物物质的量， kmol；
τ ——时间，s； dc ——组分在扩散方向上的浓度梯度，kmol/m3·m；
dn
D ——物质的分子扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着浓 度降低的方向进行。
1.双膜模型的基本论点（假设）
（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的 气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩散方式通过气膜 和液膜。
（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。
（3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以对流 扩散的形式传质。
双膜模型也称为双膜阻力模型
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2. 双膜理论示意图
类似于对流传热过程可以把对流扩散看作是在传质边界层的分子扩散
N
D
'
(c1
c2
)A
k (c1
c2
)
A
δ’——对流扩散有效膜厚度或扩散距离， m ；
k ——对流扩散传质系数，标志着扩散传质速率的
大小。 kmol/ m3 ·m
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1-2 相间传质
相间对流传质三大模型：双膜模型 溶质渗透模型 表面更新模型
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2.1 填料塔的结构及其结构特性
气体从塔底送入，经气体分布装置 （小直径塔一般不设气体分布装置）分布 后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙， 在填料表面上，气液两相密切接触进行传 质。填料塔属于连续接触式气液传质设备， 两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状 态下，气相为连续相，液相为分散相。
气-液相传质：精馏，吸收
传质过程的推动力：浓度梯度的存在。
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气－液相传质的三个阶段：
1
气相主体
3 2
液相主体
1.物质从一相主体转移到两相界面的一侧；
2.物质从界面的一侧转移到另一相的一侧，并发生 相应的物理化学变化；
3.物质再从另一相界面一侧转移到另一相的主体中。
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2.1 填料塔的结构及其结构特性
优点
填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小， 持液量小，操作弹性大等优点。 缺点
填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液 体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率 降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对 侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。
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。
2.2.1 塔板型式
1. 泡罩塔板
泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其结构如图所示，它 主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆 形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有f80、f100、 f150mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周 边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在 塔板上为正三角形排列。
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1-1 单相中物质的扩散
分子扩散 物质在单相中的扩散方式：
对流扩散
一、分子扩散
1.分子扩散：
在静止或层流流体内部，若某一组分存在浓度差， 则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至 浓度较低处。
2. 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通
量与该处的浓度梯度成正比。
第三章 传质过程
第一部分 气-液相传质过程的机理与设备简介
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• 气-液相传质过程的机理 • 传质设备
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§1气-液相传质过程的机理
传质过程：物质以扩散的方式从一处转移到另一处 的过程。
传质过程及其分类
液-固相传质：浸取
按传质相间进行分类
气-固相传质：吸附 液-液相传质：萃取
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相 界 面
液
相膜
扩散方向
扩散方向
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§2 传质设备
• 2-1 填料塔
2-2 板式塔
2-3 填料塔与板式塔的比较
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2.1 填料塔的结构及其结构特性
1. 填料塔的结构
如图所示为填料塔的结构示意图， 填料塔是以塔内的填料作为气液两相 间接触构件的传质设备。填料塔的塔 身是一直立式圆筒，底部装有填料支 承板，填料以乱堆或整砌的方式放置 在支承板上。填料的上方安装填料压 板，以防被上升气流吹动。液体从塔 顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿 填料表面流下。
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2.2 板式塔
为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具 有以下两方面的功能：
1.在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接 触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触 表面，减小传质阻力；
2.在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最 大的传质推动力。