内科大冶金传输原理课件14质量传输

传输原理14.质量传输

质量传输单一组分物质在平衡状态下的动量和热量传输现象存在两种或两种以上组分，浓度连续变化，必存在一种旨在减少浓度差的质量传输现象某一组分从高浓度区域向低浓度区域的传输过程，称为质量传输，或传质三传的类似性其推动力是浓度差冶金过程中的传质发生在不同的物质和不同的浓度之间，而大多数则发生在二相物质之间氧化、还原、燃烧、汽化、渗碳等气——固相间

吸收、吹炼气——液相间溶解、浸出、置换液——固相间14.质量传输14.1

质量传输的基本方式分子传质典型的分子扩散传质发生在流体介质和固体介质中，亦发生在流动的流体作层流运动时。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。不依靠宏观的混合作用发生的传质现象本质微观粒子的随机的分子运动分子传质基本物理定律－－菲克第一定律扩散摩尔通量组分A在混合物AB中的扩散系数单位时间内，组分A通过与扩散方向垂直的单位面积的摩尔数摩尔浓度扩散方向上的距离，m14.质量传输14.1

质量传输的基本方式对流传质发生在运动着的流体与固体表面之间，或互不相溶的两种或多种运动着的流体之间的质量传输现象基本方程对流传质摩尔通量浓度差对流传质系数

NA=CA·uA对流流动传质14.质量传输14.1

质量传输的基本方式14.质量传输14.2

分子传质的速度与通量浓度的定义及其表示方法

质量浓度：单位体积混合物中组分i的质量

摩尔浓度：单位体积混合物中组分i的摩尔数

质量分数：组分i的质量浓度除以混合物的总质量浓度

摩尔分数：组分i的摩尔浓度除以混合物的总摩尔浓度以双组分A、B

的混合物为例，它们的关系为ρ=ρA+ρB

kg/m3C=CA+CBmol/m3

ωA=(ρA/ρ)%ωB=(ρB/ρ)%

χA=(CA/C)%χB=(CB/C)%浓度的定义及其表示方法14.质量传输14.2

分子传质的速度与通量浓度场、浓度梯度、浓度附面层浓度场某组分浓度在空间的分布及随时间变化规律叫该组分的浓度场。Ci=f（x，y，z，τ）Ci=f（x，y，z）

∂Ci/∂τ=0稳定浓度场；在该场中传质即为定态传质浓度场的维数14.质量传输14.2

分子传质的速度与通量浓度场、浓度梯度、浓度附面层浓度梯度浓度梯度的定义为gradC=dC/dz在传质方向上单位距离的浓度变化量浓度附面层有浓度梯度的区域叫浓度附面层C-Cw=0.99（Cf—Cw）14.质量传输14.2

分子传质的速度与通量速度的定义及其表示方法

质量浓度

摩尔浓度

质量分数

摩尔分数

相对于静止坐标系的速度

对于一个n元系统，局部的质量平均速度：

局部的摩尔平均速度：菲克第一定律仅适用于表述由于组分浓度梯度所引起的分子传质的通量，但分子扩散的同时，各组分的分子微团都处于运动状态？？？14.质量传输14.2

分子传质的速度与通量某组分相对于平均速度的速度扩散速度速度的定义及其表示方法相对于静止坐标系的速度扩散速度：二元系统14.质量传输14.2

分子传质的速度与通量质量通量单位时间内通过单位面积的组分i的质量，一矢量通量单位参考坐标系摩尔通量单位时间内通过单位面积的组分i的摩尔数，一矢量14.质量传输14.2

分子传质的速度与通量14.质量传输14.3

菲克定律恒定总浓度c的双组分混合物中，组分A以扩散速度进行分子扩散时的摩尔通量扩散摩尔通量摩尔浓度组分A在混合物AB中的扩散系数扩散方向上的距离，m单位时间内，组分A通过与扩散方向垂直的单位面积的摩尔数恒定总密度的双组分混合物中，组分A以扩散速度进行分子扩散时的质量通量扩散摩尔通量摩尔浓度质量浓度14.质量传输14.3

菲克定律扩散质量通量总浓度或总密度为常数扩散摩尔通量扩散质量通量一般情况14.质量传输14.3

菲克定律扩散摩尔通量一般情况平均速度为常数14.质量传输14.3

菲克定律一般情况平均速度为常数三维14.质量传输14.3

菲克定律一般情况平均速度为常数三维质量通量14.质量传输14.3

菲克定律双组分混合物传质时，组分A的总通量，扩散通量和主体流动通量的定义式和Fick定律表达式14.质量传输14.3

菲克定律通量浓度基准A的总通量相对于静止坐标A的扩散通量相对于平均速度A的主体流动量相对于静止坐标质量基准nA=ρAvAnA=jA+ωAnjA=ρA

（vA－v）jA=－DAρA（dωA/dz）χAn=ρAvχAn=xA（nA+nB)摩尔基准NA=CAvANA=JA*+χANJA*=CA（vA－v*

）JA*=－DABC（dχA/dz）χAN=CAv*χAN=χA(NA+NB）浓度梯度为1时，在单位时间内，沿扩散方向通过单位面积的某组分质量压力温度体系组成气体液体固体14.质量传输14.3

菲克定律扩散系数14.质量传输14.4传质微分方程的推导质量守恒定律xyzABCDEFGH14.质量传输14.4传质微分方程的推导沿x方向组分A从ABCD面输入微元体总的质量流量：沿x方向组分A从EFGH面输出微元体总的质量流量：x方向,单位时间内组分A净流入微元体的质量：质量守恒定律y方向，单位时间内组分A净流入微元体的质量:z方向，单位时间内组分A净流入微元体的质量:ABCDEFGHxyz14.质量传输14.4传质微分方程的推导由于化学反应生成组分A的质量：以表示单位时间单位体积内由于化学反应生成组分A的质量质量守恒定律单位时间微元体内组分A的质量增量:ABCDEFGHxyz14.质量传输14.4传质微分方程的推导+=质量守恒定律14.质量传输14.4传质微分方程的推导+14.质量传输14.4传质微分方程的推导+二元混合物的连续性方程14.质量传输14.5传质微分方程的不同形式以绝对浓度表示的传质微分方程：以相对浓度表示的传质微分方程：以通量表示的传质微分方程：通用的传质方程双组分系统不可压缩流体的传质微分方程14.质量传输14.5传质微分方程的简化形式均质不可压缩流体:14.质量传输均质不可压缩流体没有化学反应的非稳态传质：14.5传质微分方程的简化形式14.质量传输分子传质