24/10/20传质概述与分子扩散1/22质量传递篇——传质原理第二十五讲传质概述分子扩散一、传质概述（一）传质单元操作与传质过程二、分子扩散（二）传质原理的教学思路（一）分子扩散与Fick定律（二）分子扩散速率的数学描述4.液相中的定态分子扩散2.液体中的扩散系数1.气体中的扩散系数（三）分子扩散系数1.准备知识三、多孔固体中的扩散2.通用扩散速率方程3.两种典型的分子扩散1.Fick型扩散2.Knudsen型扩散3.过渡型扩散24/10/20传质概述与分子扩散2/22非均相均相混合物的分离操作()0ΔS非均相混合物的分离：如沉降与过滤等，对物系作功，利用混合物密度、尺寸等物性差异将其分离。均相混合物的分离：加入热量和溶剂使其成为两相共存，利用混合物组分在两相中性质上的差异(如溶解度、挥发度等)使组分在相间转移，从而将其分离。筛分沉降过滤液体蒸馏气体吸收液液萃取从热力学原理知道，混合物的分离过程，即为非自发的降熵过程。为使分离过程进行，必须外界干预——或对物系做功，或加入分离介质(溶剂)，或加入能量(热或功)。机械分离S-S(气相分隔)，S-L(悬浮液)，S-G(含尘气体)L-L(乳浊液)，L-G(含雾气体)，S-L-G(三相)传质分离一、传质概述（一）传质单元操作与传质过程24/10/20传质概述与分子扩散3/22值得指出的是，某些物系加入另一种物质（溶剂）后，使过程得以进行，但并未将原混合物分离为组分，只是产生一新的混合物及另一个较纯的组分，新混合物的分离往往仍需消耗能量。可见，均相混合物的分离的本质是物质在两相之间的传递问题，而分离介质的加入是一种工程手段，非此过程不能进行。蒸馏操作是对混合物加热汽化造成两相，利用两组分挥发度不同将其分离；而吸收和萃取操作是加入溶剂，利用两组分在溶剂中的溶解度不同最终形成一新的混合物及一较纯的组分，这些新的混合物还要利用其他方法进行分离。由此可见，①传质过程进行的方向、极限及推动力（与相平衡即热力学内容有关）以及②传质过程进行的速率（与过程机理模型有关）便成了传质过程要研究的主要课题。在此基础上，可进而讨论各传质单元操作设备的计算及过程的操作分析问题。24/10/20传质概述与分子扩散4/22（二）传质原理的教学思路目前，虽然分子扩散和热力学理论已比较完善，但上述工业传质过程中大多数都包括一个或两个湍流流体，相界面极不稳定，行为复杂，而现有湍流理论作为推出实用的相界面传质理论的基础很不够，即缺乏对湍流规律的了解，是相间传质理论发展的主要障碍。这使得传质速率的关联必然以经验为主。因此，本教科书关于传质原理内容的讨论，只简单介绍几种传质现象、模型以及传质速率的基本概念。更深入、更广泛的传质理论课题，可参阅“传递过程”或“传质学”的有关内容。“传质原理”的教学，按由浅入深作如下安排：静止流体内部的分子扩散原理流动流体内部的对流扩散(或对流传质)原理①单相传质原理②相间传质的模型理论与传质速率方程式值得指出是，在传质原理的学习中，如能与传热原理的有关内容进行对照比较，将是有趣且有益的。24/10/20传质概述与分子扩散5/22作为扩散现象的特征规律，Fick分子扩散定律与Newton流体粘性定律以及Fourier物体导热定律的形式相似，表明三种传递现象的类似性，但是传质中的物质要占据一定的空间，这是传质现象与其它传递现象的主要区别，也是传质比传热与动量传递更为复杂的原因之一。dzdcdzdcCccdzdcDJdzdcDJBAtBABBABAABAconstBABAABJJDD二、分子扩散（一）分子扩散与Fick定律定向运动引起宏观浓度差温度差分子作微观随机运动扩散现象的本质就是均一化结果导致浓度相等温度相等本教科书只讨论由浓差引起的双组分混合物中的分子扩散。在恒温恒压下，一维定态分子扩散运动的过程特征可以由Fick定律描叙：任意一点处的分子扩散通量与该处的浓度梯度成正比，即：扩散为气相或两组分性质相似的液相24/10/20传质概述与分子扩散6/22NiiNiiccVncVm1t3AA1t3AA)mol/m()kg/m(；；BBAAAAABBAAAA1tAA1AA)/()/(/11MxMxMxwMwMwMwxxnnxwmmwANiiNiit...
