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第二章第二章 传质的理论基础传质的理论基础21 传质概论传质概论 22 扩散传质扩散传质 23 对流传质对流传质 24 相际间的对流传质模型相际间的对流传质模型 2.12.1 传质概论传质概论 混合物组成的表示方法混合物组成的表示方法传质速度和扩散通量传质速度和扩散通量质量传递的基本方式质量传递的基本方式 2.1.1 2.1.1 混合物组成的表示方法混合物组成的表示方法质量浓度质量浓度 在单位体积中所含某组分的质量，在单位体积中所含某组分的质量，即质量浓度，即质量浓度，kg/m3。组分组分A,B在体积在体积V中具有的质量中具有的质量物质的量浓度物质的量浓度 在单位体积中所含某组分的物质的在单位体积中所含某组分的物质的量，即物质的量浓度，量，即物质的量浓度，kmol/m3。组分组分A,B在体积在体积V中具有的物质中具有的物质的量，的量，kmol质量浓度与物质的量浓度的关系：质量浓度与物质的量浓度的关系：组分组分A的摩尔质量，的摩尔质量，kg/kmol质量分数质量分数摩尔分数摩尔分数气液两相：气液两相：x-气相摩尔分数气相摩尔分数 y-液相摩尔分数液相摩尔分数组分组分A的质量分数与摩尔分数的互换关系的质量分数与摩尔分数的互换关系已知质量分数，求摩尔分数已知质量分数，求摩尔分数已知摩尔分数，求质量分数已知摩尔分数，求质量分数 回顾回顾 混合物组成的表示方法混合物组成的表示方法传质速度和扩散通量传质速度和扩散通量质量浓度质量浓度物质的量浓度物质的量浓度质量分数质量分数摩尔分数摩尔分数传质的速度的速度绝对速度速度=主体流主体流动速度速度+扩散速度散速度传质的通量传质的通量 质量通量质量通量 摩尔通量摩尔通量 2.1.2 传质的速度和的速度和扩散通量散通量 传质的速度的速度绝对绝对速度速度主体流主体流动速度动速度扩散扩散速度速度绝对速度速度=主体流主体流动速度速度+扩散速度散速度传质的通量传质的通量 单位时间单位时间通过垂直于传质方向上通过垂直于传质方向上单位面积单位面积的物质的量的物质的量速度速度与与浓度浓度的乘积的乘积（1）以）以绝对速度绝对速度表示的表示的质量通量和摩尔通量质量通量和摩尔通量质量质量平均速度平均速度质量通量质量通量摩尔摩尔平均速度平均速度摩尔通量摩尔通量（2）以）以扩散速度扩散速度表示的表示的质量通量和摩尔通量质量通量和摩尔通量质量通量质量通量摩尔通量摩尔通量（3）以）以主体流动速度主体流动速度表示的表示的质量通量和摩尔通量质量通量和摩尔通量质量通量质量通量摩尔通量摩尔通量【例例2-1】组分分A(O2)、B(CO2)构成的二元系构成的二元系统中中发生一生一维稳态扩散。已知散。已知kmol/m3m/s求求:(1)(2)(3)解解:(1)kg/m3kg/m3kg/m3kmol/m3(2)(3)2.1.3 2.1.3 质量量传递的基本方式的基本方式 分子传质分子传质 对流传质对流传质 1、分子传质分子传质 分子分子扩散，散，简称称扩散散 由于分子的无由于分子的无规则热运运动而形成的物而形成的物质传递现象象 分子分子扩散的原因：散的原因：浓度梯度、温度梯度、度梯度、温度梯度、压力梯度、外加力梯度、外加电势或其他或其他势热扩散（索瑞特效散（索瑞特效应）、）、压力力扩散散热扩散或散或压力力扩散的散的结果果导致致浓度度变化化并引并引起起浓度度扩散，最后散，最后温度温度扩散或散或压力力扩散与散与浓度度扩散相互平衡散相互平衡，建立一，建立一稳定状定状态。2、对流流传质传质 壁面和运壁面和运动流体之流体之间，或两个有限互溶，或两个有限互溶的运的运动流体之流体之间的的质量量传递分子分子扩散散对流流扩散散对流流质交交换（1）对流流传质（2）紊流）紊流扩散散 凭借流体凭借流体质点的湍流和漩点的湍流和漩涡来来传递物物质的的现象象2.2 2.2 扩散散传质 2.2.1 斐克定律斐克定律 扩散基本定律扩散基本定律斐克定律：斐克定律：组分组分A向组分向组分B的的扩散通量扩散通量与组分与组分A的的浓度梯度浓度梯度成成正比正比 扩散物质扩散物质A的质量扩散通量和的质量扩散通量和摩尔扩散通量摩尔扩散通量组分组分A的质量浓度的质量浓度组分组分A的摩尔浓度的摩尔浓度比例系数，称分子扩散系数比例系数，称分子扩散系数两组分扩散系统两组分扩散系统分子扩散常伴有流体的主体流动分子扩散常伴有流体的主体流动例，用例，用液体液体吸收气体混合物中吸收气体混合物中溶质溶质组分的过程组分的过程气相气相液相液相JAJBNANB=0um三个通量的关系三个通量的关系组分的实际传质通量组分的实际传质通量=分子扩散通量分子扩散通量+主体流动通量主体流动通量2.2.2 气体中的稳态扩散过程气体中的稳态扩散过程 分子扩散分子扩散 双向扩散双向扩散（反方向扩散）（反方向扩散）单向扩散单向扩散（一组分通过另一停滞组分的（一组分通过另一停滞组分的扩散）扩散）2.2.2.1 等分子反方向扩散等分子反方向扩散z1：CA1CB1z2：CA2CB2CA1CB1 CA2 CA20.6Sc0.6、平板壁面上传质速率很低、层流边界层部分、平板壁面上传质速率很低、层流边界层部分例例2-7厚厚10mm、长长200mm的萘板。在萘板的一的萘板。在萘板的一个面上有个面上有0的常压空气吹过，的常压空气吹过，流速为流速为10m/s。求经。求经过过10h后，萘板厚度减薄的百分数后，萘板厚度减薄的百分数。解解常压下常压下00空气物性值空气物性值层流层流m/sm/s流体进管后先不传质，待速度分布充分发流体进管后先不传质，待速度分布充分发展后，才进行传质展后，才进行传质2.3.6.2 管内稳态层流对流传质管内稳态层流对流传质 流体在管内沿轴向作一维稳态层流流动，流体在管内沿轴向作一维稳态层流流动，组分组分A沿径向进行轴对称稳态传质，忽略沿径向进行轴对称稳态传质，忽略组分组分A轴向扩散轴向扩散进口段：进口段：流体从进入管口开始，需经历一段距离，流体从进入管口开始，需经历一段距离，管断面流速分布和流动状态才能达到定管断面流速分布和流动状态才能达到定 型，这一段叫型，这一段叫进口段进口段。充分发展段：充分发展段：当流态定型，流动达到充分发展。当流态定型，流动达到充分发展。1）组分）组分A在管壁处在管壁处浓度恒定浓度恒定2）组分）组分A在管壁处在管壁处传质通量恒定传质通量恒定2.4 相相际间的的对流流传质模型模型2.4.1 薄膜理论薄膜理论 根据薄膜理论按斐克定律所确定的稳态根据薄膜理论按斐克定律所确定的稳态扩散传质通量为：扩散传质通量为：2.4.2 渗透理论渗透理论 2.4.3 表面更新模型表面更新模型 表面更新率表面更新率