传质的基本概念

传质的基本概念第一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第十章传质的基本概念简介传质是指在两种或两种以上的组元构成的混合物系中，如果其中各处浓度不同(存在浓度差)时，则必发生减少浓度不均匀性的过程，各组元将由浓度大的地方向浓度小的地方迁移，即质量传递现象。第二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五分子扩散（扩散）；传热和传质的推动力传质的八种形式；质量传递的基本形式；分子扩散;质量对流;对流扩散重（质）量比;容积比

浓度的定义

质量浓度；质量分数

摩尔浓度；摩尔分数第三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五§10-1传质的基本原理分子扩散（扩散）：在有两种以上物质组成的混合物中，如果各区域存在浓度差别，由于分子运动的随机性，物质的分子会从浓度高的区域向浓度低的区域转移。传热的推动力——温度差传质的推动力——浓度差第四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五一、传质基本形式基本原理

1浓度梯度引起的分子(普通)扩散

2温度梯度引起的热扩散

3压力梯度引起的压力扩散

4除重力以外的其他外力引起的强迫扩散

5强迫对流传质

6自然对流传质

7紊流传质

8相际传质分子扩散对流扩散传质现象归结为八种形式：第五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五质量传递的基本形式：分子扩散和对流扩散对流扩散：分子扩散和质量对流的联合作用质量对流：依靠流体各部分间的宏观相对位移引起的质量传递。质量交换、热量交换、动量交换三者在机理上是类似的。第六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五二、基本定义和公式理想气体状态方程式:

pV＝mRgTpV=nRTpv＝RgTp=ρRgT道尔顿定律:piV＝niRTΣpi=p

亚美格定律:pVi＝niRTΣVi=V重（质）量比

gi=Gi/G=mi/mΣgi=1

容积比

ri=Vi/VΣri=11.理想混合气体第七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五pVi＝miRgiTpVi＝miRgiT第八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五2.浓度和成分浓度定义：单位容积中物质的量称为浓度。浓度表示方法：质量浓度(m/V):单位为kg/m3或g/cm3摩尔浓度(n/V):单位为kmol/m3或mol/cm3第九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五组分A的质量浓度ρA:单位容积混合物中含有组分A的质量若混合物由几种组分构成，则混合物的质量浓度为:质量浓度第十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五组分A的质量浓度与总质量浓度之比，称为质量分数ωＡ：第十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五组分A的摩尔浓度cＡ：单位容积混合物中含有组分A的摩尔数。piV＝niRT摩尔浓度第十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五摩尔分数：固体和液体：xA=cA/c气体：yA=cA/cyA=pA/p第十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五例题10-1温度为25℃和压力为10５Ｎ/m２的干空气主要由下列两种组分组成：yO2＝0.21；yN2＝0.79。氧的摩尔质量为0.032kg/mol，氮的摩尔质量为0.028kg/mol。试确定:(1)氧和氮的质量分数，(2)干空气的平均分子量。第十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五解：对于一摩尔干空气：氧：（1mol)0.21(0.032kg/mol)=0.00672kg氮：（1mol)0.79(0.028kg/mol)=0.0221kg总质量：0.00672+0.0221=0.0288kg即干空气的平均分子量为0.0288kg/mol质量分数：第十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五小结质量传递的基本形式：分子扩散、对流传质质量浓度（密度）质量分数摩尔浓度摩尔分数分压力pi=ciRT（pV=nRT）pi=ρiRgiT

（pV＝mRgT）浓度表示方法第十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五§10-2分子扩散概念在静止的系统中，由于浓度梯度而产生的质量传递称为分子扩散。第十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五一、分子扩散速度和通量1.分子扩散速度

混合气体中存在浓度梯度分子扩散气体的整体移动在扩散过程中要产生混合气体的整体流动第十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五整体流动的质量平均速度

:整体流动的摩尔平均速度:混合气体的整体流动速度等于混合气体中各组成气体速度的平均值整体流动速度第十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五ui

表示组分i的速度；ui-u

表示组分i相对于整体流动的质量平均速度u的扩散速度；ui-uM

表示组分i相对于整体流动的摩尔平均速度uM的扩散速度。

扩散速度第二十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五2.通量通量(即扩散速率)是指在垂直于浓度梯度方向的单位面积上，单位时间内所通过的物质量，简称通量。通量是浓度和速度的乘积，其单位由相应的浓度和速度的单位决定，可以是质量通量kg/(m2·s)或摩尔通量mol/(m2·s)等。第二十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五净通量:对于i组分，其相对于固定坐标的通量叫该组分的净通量。ni:组分的净质量通量，Ni:组分的净摩尔通量分子扩散通量:对于i组分，其相对于相对坐标的通量叫该组分的分子扩散通量。分子扩散质量通量ji:相对于质量平均速度的通量分子扩散摩尔通量Ji:相对于摩尔平均速度的通量第二十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五各种通量的定义式为：净质量通量ni＝ρiui

净摩尔通量

Ni＝ciui

分子扩散质量通量ji＝ρi(ui－u)

分子扩散摩尔通量

Ji＝ci(ui－uM）由上面关系可以得到扩散方程：

ni=ji+ρiuNi=Ji+ciuM

第二十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五3.通量、速度、浓度关系式根据上述通量的概念，可以得到流体混合物平均速度的另一种表示方法:第二十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第二十五页，共三十八页，编辑于2023年，星期五小结第二十六页，共三十八页，编辑于2023年，星期五二、斐克第一定律1.分子扩散通量的斐克定律表达式：第二十七页，共三十八页，编辑于2023年，星期五若双组分混合物的浓度不变与傅立叶定律比较：DAB的物理意义：质量扩散能力（类比）第二十八页，共三十八页，编辑于2023年，星期五2.净通量斐克定律表达式：第二十九页，共三十八页，编辑于2023年，星期五净通量有两部分：一部分是浓度梯度引起的分子扩散通量；一部分是从整体流动中携带出来的组分A的通量。第三十页，共三十八页，编辑于2023年，星期五在纳维埃－司托克斯方程式中要考虑扩散时，则选用nＡ和jＡ；在化学反应中，则应选用JＡ和NＡ；在传质设备的工程计算中，则用nＡ和NＡ；在扩散室中测量扩散系数时，则应选用

JA和jＡ。3.各方程的使用情况：第三十一页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第三十二页，共三十八页，编辑于2023年，星期五例题10-2有一管道内充满了氮(N２）—氦(He)混合气体，其温度为300K，总压力为1×105N/m2，一端氮的分压力为pA1＝0.6×105N/m2，另一端为pA2＝0.1×105Ｎ／m2，两端相距30cm，已知扩散系数DＮ２－He＝0.687×10-4m２／s，试计算稳态下氮的分子扩散摩尔通量。

第三十三页，共三十八页，编辑于2023年，星期五第三十四页，共三十八页，编辑于2023年，星期五§10-3对流传质一、定义：在运动着的流体和相界面之间，或者在两个不相混合的运动着的流体之间的质量传递称为对流传质。二、计算：

NA=kcΔcA（10-25）kc——传质膜系数，它不仅取决于流态、流体物性、系统的几何形状与位置，还与浓度差有密切的关系

式（10-25）和牛顿冷却公式q=αΔt比较。

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