传输原理-第13章质量传输的基本概念和传质微分方程-1

化学工程中的质量传递问题化学工程是一门研究化工过程和化工设备的学科，其中质量传递是一个重要的研究领域。

在化学工程中，质量传递问题涉及到物质的质量从一个相对高浓度区域向一个相对低浓度区域的传递过程。

这篇文章将介绍质量传递问题的基本概念、原理和一些相关应用。

一、质量传递的定义与分类质量传递是指物质的质量在空间上或时间上由一个位置或相向另一个位置或相的传递过程。

根据传递介质的不同，质量传递可以分为气相传递、液相传递和固相传递三种形式。

气相传递通常发生在气体混合物中，例如气体吸收、蒸发和析出等过程。

液相传递主要涉及液体混合物中的质量传递，如液相吸附、流体蒸发和蒸馏等。

固相传递一般发生在固体表面上，包括吸附、蒸发、扩散等。

二、质量传递的基本原理质量传递过程是由某个物质的浓度差驱动的，可以通过扩散、对流和反应等方式进行。

1. 扩散是质量传递的一种重要方式，指的是物质由高浓度区域向低浓度区域自发地传递。

扩散是由于浓度梯度造成的物质分子之间的碰撞和传递。

扩散系数是描述扩散速率的重要参数。

2. 对流是指物质通过液体或气体的流动而传递的过程。

对流导致了流体中物质的扩散，扩散和对流共同作用导致了物质的快速传递。

3. 反应是指物质在化学反应中的传递过程。

物质的传递主要通过反应速率和反应平衡来描述。

化学反应中的物质转化导致了质量的传递。

三、质量传递的应用质量传递在化学工程中有广泛的应用，下面列举一些常见的例子：1. 质量传递在溶剂萃取中的应用：溶剂萃取是一种将某种物质从一个相中转移到另一个相中的过程。

在溶剂萃取中，溶剂在两相之间传递，并将目标物质从原料中分离出来。

2. 质量传递在蒸馏中的应用：蒸馏是一种将液体混合物中不同成分按其沸点差异分离的过程。

在蒸馏中，质量传递通过汽液平衡和蒸发凝结过程实现。

3. 质量传递在催化反应中的应用：催化反应是一种在催化剂存在下进行的化学反应。

在催化反应中，催化剂促进了反应物质的传递，加速了反应过程。

第三篇质量传输在材料加工、化工、冶金、低温工程、空间技术等领域当中，质量传输是很重要的过程。

许多材料的加工工艺的单元操作，比如加热、溶解、焊接、表面热处理等，都要涉及质量传输过程。

在金属热态成形过程中，也常遇到质量传输的现象，如金属熔炼时不同原材料在熔融金属中化学成分的均匀、金属液的造渣和吹气精炼过程、金属材料退火时的成分均匀化。

☐质量传输是指物质从体系的某一部分迁移到另一部分的现象，简称传质。

☐传质现象出现的原因可能有很多，如浓度梯度、温度梯度、压力梯度都会导致质量传输过程。

本质上讲，质量传输是由体系中的化学势差引起的。

当然流体的宏观流动也会将物质从一处迁移到另一处。

☐质量传输主要研究物质分子、原子等微观粒子的迁移，不研究物质微团、颗粒甚至更大体积物质在空间的移动，着眼点是浓度场的变化。

☐质量传输过程受动量传输和热量传输影响，三种传输都与分子的转移和运动有关，他们的传输规律具有相似性。

研究方法：研究质量传输的方法与研究热量传输的方法相似。

如果系统当中组分浓度比较低，质量交换率比较小，传质现象的数学描述与传热现象是类似的。

如果定解条件也类似，从传热中得到的许多结果可以通过类比直接应用于传质。

当然，如果以上条件不满足，传热与传质过程就会有明显差别，类比关系就不再适用。

研究目的：确定系统内浓度分布、求出质量传输速率。

第十三章质量传输的一些基本概念与传质方程13.1传质方式、浓度、物质流（1）质量传输方式:扩散传质：由体系中浓度差（本质上是化学势差）引起的质量传输。

（分子传质）从本质上说，它是依赖微观粒子（分子、原子、离子）的随机的分子运动所引起的。

对某一传输的物质体系而言，当体系存在浓度差时，浓度大的分子破坏了均衡态而导致了定向的分子运动，促使浓度大的区域的分子趋向浓度小的区域，而达到浓度一致，从而完成宏观的质量传输。

通常情况下，分子扩散传质是很缓慢的，传递的质量亦是很少的。

如:金属件热处理内部成分均匀化和表面合金化。

质量传输的名词解释质量传输是指物质在空间或时间上从一个位置向另一个位置传递的过程。

这个过程可以在不同的系统中发生，包括自然界中的大气、水域和地壳运动，也可以发生在人类活动中的运输、通讯、能源等领域。

一、质量传输的基本概念质量传输可以被理解为物质在空间或时间上的扩散和迁移。

它描述了物质从一个区域到另一个区域的传递过程。

质量传输可以通过不同的方式进行，如扩散、协同和对流。

例如，在自然界中，空气中的污染物可以通过对流和扩散进行传输，而水中的溶解物质可以通过河流和海洋流动进行迁移。

二、质量传输的机制1. 扩散：扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域传播的过程。

它是在没有外力作用下，分子或粒子由于热运动而发生的无序运动。

扩散是许多化学和生物过程中的重要机制，如氧气和二氧化碳在植物叶片中的气体交换等。

2. 协同：协同是指物质通过与其他物质相互作用而传输的过程。

这种相互作用可以是化学反应、溶解、吸附等。

例如，土壤中的养分可以通过与植物根系相互作用而被吸收和传输。

3. 对流：对流是指物质通过流体介质（如气体或液体）内部的流动进行传输的过程。

这种流动可以是自然的，如地球的大气运动，也可以是人类活动产生的，如液体在管道内的流动。

对流传输可以快速地将物质从一个地方传递到另一个地方，因此在工业和交通领域具有重要意义。

三、质量传输的应用领域1. 环境科学：质量传输在环境科学领域中具有重要意义。

通过了解和模拟质量传输的机制，可以预测和评估环境系统中污染物的传输和分布情况。

这对于环境保护、减少污染和改善生态健康具有重要价值。

2. 制造业：质量传输在制造业中也十分关键。

例如，在化学工业中，质量传输的理解可以帮助优化反应过程，提高产品质量和产量。

在材料科学领域，质量传输的研究可以用于设计新材料的制备方法和加工工艺。

3. 交通运输：质量传输在交通运输领域中具有重要意义。

例如，在航空领域，了解空气动力学和燃料传输的机制可以提高飞机的燃油效率和飞行安全。

质量传输基本概念及基本定律质量传输与动量传输和热量传输组成传输原理，质量传输主要研究物质传递的规律及特点。

学习本章的基本要求是：掌握扩散传质、对流传质基本概念，菲克第一定律和菲克第二定律的表达式、物理意义及应用。

物质从物体或空间的某一部分传递到另一部分的现象称为质量传输过程，简称传质。

传质有扩散传质和对流传质两类，浓度梯度是其推动力。

浓度通常是指参与传质过程的混合物中的某一组分的浓度，即是单位体积混合物中该组分物质量的多少，可用质量浓度、摩尔浓度、气体分压浓度表示。

同流体流动和传热一样，传质也有稳定传质和不稳定传质之分。

对稳定扩散传质，某组分的扩散传质通量与浓度梯度的关系可用菲克第一定律表示，而菲克第二定律表征了不稳定扩散传质的基本特性，可用于求解浓度场。

扩散传质扩散传质有稳定扩散传质和不稳定扩散传质之分。

学习本章的基本要求是：掌握平板和圆筒壁扩散传质方程的应用，传质傅里叶数与传质毕欧数的表达式及物理意义；会借用平壁和圆筒壁导热计算图计算各种边界条件下的浓度场。

借用研究稳定导热的方法可直接求出平板和圆筒壁稳定扩散传质的浓度场和扩散传质量。

根据其表达式可知，通过一定的实验方法可以测定出总的扩散传质量N i 和浓度梯度，进而确定物质的互扩散系数。

借用研究不稳定导热的方法可直接求出平板和圆柱体不稳定扩散传质的浓度场。

在应用相应图表进行计算时，只需将傅里叶数与毕欧数替换为传质傅里叶数与传质毕欧数即可，当然相应的参数亦应作代换。

对流传质对流传质是流体流动条件下的物质传递过程。

学习本章的基本要求是：掌握浓度边界层及有效浓度边界层的概念，对流传质系数的单位、物理意义、影响因素及对流传质系数的模型理论，施密特特征数及谢伍德特征数的表达式及物理意义；会借用研究对流换热方法解决对流传质问题。

当流体流过表面并与之发生对流传质时，靠近表面形成的具有浓度梯度的流体薄层称浓度边界层。

浓度边界层的基本特征与热边界层类似，随着流向的深入，边界层厚度增大。