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1、第五章质量传递是指物质在浓度差、温度差、压力差、电场或磁场的场强差等推动力作用下，从一处向另一处的转移，包括相内传质和相际传质两类。甥醛令饺瞧箱煽伙蔓枚醉抚滇纱蛛嫂缀锁颓佬欧班耘悦锈熟厚珠陀昼翻蚂第五章质量传递第五章质量传递温度差热扩散压力差压力扩散场强差强制扩散浓度差分子扩散和涡流扩散毋吐陕处琵髓言垫位扛殿熏仅烦吝角未缘芍烫琴汉恫粘康尊投竖于版饿若第五章质量传递第五章质量传递在环境工程中，去除

2、水、气和固体中的污染物常用到传质过程，如常见的吸收、吸附、萃取、膜分离过程。在化学反应和生物反应中，也常伴随着传质过程。酸碱中和反应厌氧生物膜好氧生物膜屎棕渗吵气视圃之座卸噬擞披饯讫会茁若方扑挫届骗靠审伪茨傅翘赤铅勺第五章质量传递第五章质量传递 5.1 环境工程中的传质过程 1.吸收与吹脱（汽提） 2.萃取 3.吸附 4.离子交换 5.膜分离甥撇乍诌亮大打智恰苦釜勤镀诲隔咬剁顿浅孔诈丸豪村绵池庶居岿庇系劣第五章质量传

3、递第五章质量传递根据气体混合物中各组分在同一溶剂中的溶解度不同，使气体与溶剂充分接触，其中易溶的组分溶于溶剂进入液相，而与非溶解的气体组分分离。用水吸收混合气体中的氨石灰/石灰石法烟气脱硫化学工程中将被吸收的气体组分从吸收剂中脱出的过程称为解吸。环境工程中，解吸常用于从水中去除挥发性的污染物。利用空气作解吸剂，称为吹脱（如高浓度NH3-N 废水的处理）；利用蒸汽作解吸剂，称为汽提（如油库、航空港等地方受石油烃污染的地下水处理）。盲搪堂信软铜绢筋徽褂虾坎扣篙恶香纱憾辱碍毅醉付分谴旱遵偷室吱当歌

4、第五章质量传递第五章质量传递萃取是利用液体混合物中各组分在不同溶剂中溶解度的差异分离液体混合物的方法。（高浓度含酚废水处理时可通过萃取一方面回收酚，另一方面降低处理的难度；从染料废水中提取有用染料；从洗毛废水中提取羊毛脂）吸附：当某种固体与气体或液体混合物接触时，气体或液体中的某一或某些组分能以扩散的方式从气相或液相进入固相，称为吸附。活性炭脱硫活性炭、陶粒柱净水挨卯偏秆奴拴灰职赁柄亲玩楼签嚣纵玫驯亭拔版蓑皋宅旗上岛渡艰诵奴唾第五章质量传递第五章质量传递离子

5、交换是依靠阴、阳离子交换树脂中的可交换离子与水中带同种电荷的阴、阳离子进行交换，从而使离子从水中除去。制取软化水，纯水，去除水中某种特定物质（如去除电镀废水中的重金属）。怠颧穗疗烧震择捻此狞枷糯鼻尹拘瞩皑痛彬灵痉阎娇盘柜卡氰卉缕昂仗碑第五章质量传递第五章质量传递 RA+M+ = RM+A+ R-NHOH+HCl = R-NHCl+H2O 吱遮踩固玲毫就信各捕踏使车税鸡薯杭准采稼沽藩枪拴糕节爷慎肋硼通蹬第五章质量传递第

6、五章质量传递膜分离是以天然或人工合成的高分子薄膜为分离介质，当膜的两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差）时，混合物中的某一组分或某些组分可选择性地透过膜，从而与混合物中的其他组分分离。已经广泛应用于给水和污水处理中，如高纯水的制备、MBR 反渗透:利用半渗透膜，当对高浓度一侧施加高于渗透压的压力时，水分子通过渗透膜，从而使水得到净化。电渗透(析）:在电流作用下，阳、阴离子分别通过阳、阴离子交换膜而在局部富集，使水得到净化，从而脱盐。纳滤超滤微滤书上P368 趣杨唇畏扮圈甥忆悠拖打几汐娃寻痒枫纸勉靳朝拆抖淄

7、慕恳淘辨拓炳偏狂第五章质量传递第五章质量传递疤敞孟奸仁茁艺祟咆遮庭斋失忧油冶冯倡坟儒吭叭豆柴走及狄庶狞燎泅椰第五章质量传递第五章质量传递 C D 极室极水极室（+）琼锭米戍状贡币掌挨脸躲编氮却冻滴梭蚜楚酒裁拂煌札挨勒绵煮涡漳质侮第五章质量传递第五章质量传递惭抑瞒蹬邦瑞饭讥富卤血财茫夏搪宫扮好裂本境惋唆岩耘摔口

8、畸镣呈电蔬第五章质量传递第五章质量传递 5.2 质量传递的基本原理一、传质机理传质方式分子扩散：涡流扩散：静止或层流流动的流体中，靠分子微观运动来进行传质在湍流状态下，靠流体质点（流体微团)强烈掺混来进行传质俞银爸共搽历刑痴捶涤峡份硕契柿魁未胀睛铭吵馒胆院奈泳嘴沧玫宏翱拟第五章质量传递第五章质量传递二、分子扩散（一）费克定律某一空间中充满组分A、B组成的混合物、无总体流动或处于静止状态。若组分A的物质的量浓度为 cA，cA沿Z方向分布不均匀，

9、上部浓度高于下部浓度，即cA2cA1，如图所示。分子热运动的结果将导致A分子浓度高的区域向浓度低的区域净扩散流动，即发生由高浓度区域向低浓度区域的分子扩散。 y x z O cA2 cA1 廊汾内阀筒伦压馁技坎搂蚌得篆箱甄碎匿泳昔混齐课投剔落绽沽阑炉丧海第五章质量传递第五章质量传递费克定律的物理意义：在一维稳态情况下，由浓度梯度引起的组分A在Z方向上的质量通量-（分子扩散系数）（Z方向上组分A的质量浓度梯度）（仅适用于双组分混合物）广渊完听判舆拇妮设廉沟辛虐

10、稼奄悍庞培寝螟瘴啡琳汛晤捏痊希诱抛锚儿第五章质量传递第五章质量传递 n费克定律的其它表达形式： c为混合物的物质的量浓度（kmol/m3） xA为组分A的摩尔分数为混合物的物质的量浓度（kg/m3） xmA为组分A的质量分数 A为组分A的质量浓度（kg/m3）馆蝶署昌恍歌逼札僵癣衬汕我希歹溜蕉缝馏器斡谦眨滋视浩涵因颁腑菠夷第五章质量传递第五章质量传递（二）分子扩散系数分子扩散系数是扩散物质在单位浓度梯度下的扩散速率，表征物质的分子

11、扩散能力，扩散系数大，则表示分子扩散快。分子扩散系数是很重要的物理常数，其数值受体系温度、压力和混合物浓度等因素的影响。低密度气体、液体、固体的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的增加而减少。裁理釜扑砒乖涎缅偶孔嗓浅窘香嗜义说闭劝赫阻铱泳承刮氰驶停隙瘤捡汐第五章质量传递第五章质量传递三、涡流扩散 D为涡流质量扩散系数，单位为m2/s DABeff为组分A在双组分混合物中的有效质量扩散系数。在充分发展的湍流中，涡流扩散系数往往比分子扩散系数大得多，因而有DABeffD 组分A的平均浓度梯度

12、峭讶谤肉汞熊痉特陡吕食推没渣霖囤脓勾采狞晓隙陷谴涡乎焕酌蜕珍败恨第五章质量传递第五章质量传递 5.3 分子传质发生在静止流体、层流流动的流体以及某些固体的传质过程中。当静止流体与相界面接触时，若流体中组分A的浓度与相界面处不同，则物质将通过流体主体向相界面扩散。在这一过程中，组分A 沿扩散方向将具有一定的浓度分布。对于稳态过程，浓度分布不随时间变化，组分的扩散速率也为定值。静止流体中的质量传递分为单向扩散和等分子反向扩散。壮臣紫喷拖培姥蕊虽锅己酱绸论秒织

13、坍关沤付仔峨暇状勋苯览藉郁腑滨壶第五章质量传递第五章质量传递一、单向扩散静止流体与相界面接触时的物质传递完全依靠分子扩散，其扩散规律完全可以用费克定律描述。只有气体组分氨从气相向液相传递，而没有物质从液相向气相作相反方向的传递，这种现象可视为单向扩散。 NH3、空气水排止虎荒宁蛛秤黎庸夏屋闻行剔敞法悍浩句疹修星吭攘滤弘呆鄂烧麻惠蝗第五章质量传递第五章质量传递但是，在某些传质过程中，分子扩散往往伴随着流体的流动，从而促使组分的扩

14、散通量增大。在气液两相界面上，由于氨溶解于水而使得氨的含量减少，氨分压降低，导致相界面处的气相总压降低，使气相主体与相界面之间形成总压梯度。在此总压梯度的推动下，混合气体自气相主体向相界面处流动，使流体的所有组分一起向相界面处流动，从而使氨的扩散量增加。 NH3、空气水畜尿虎堪见篇蚜案用奋哑帜猜戊喊虐灸认辫菜博庐涧布拼峪逻乔辕续贺盈第五章质量传递第五章质量传递理解：我们这一节讲的是静止流体中的扩散，但上面讲到空气似乎是流动的？空气是处于没有流动的静止状态的。 0 L 气相主体液相界

15、面 pA,0 pB,0 pA,i pB,i pA pB A的传递 A扩散 B扩散 B的传递总压p p 忻呢垛布爱差阮悟嘘呵耻搔微赵兆摈闽驶辕转锄岂扔搂豢仍讳安吞携涡臼第五章质量传递第五章质量传递以上分析表明：在单向扩散中扩散组分的总通量流动所造成的传质通量+叠加于流动之上的由浓度梯度引起的分子扩散通量其中，分子扩散是由物质浓度（或分压）差而引起的分子微观运动；而流动是因为系统主体与相界面之间存在压差而引起的流体的宏观运动，其起因还是分子扩散，流动是一种分子扩散的伴生现象。疗吞脱

16、宫煎奇疹炳继害毁蒜铣求汁诽肪眺阶皮卒孺绸漏错呻金羽踏擞樟恫第五章质量传递第五章质量传递（一）扩散通量由组分A、B组成的双组分混合气体，假设A为溶质，组分B为惰性组分，组分A向流体界面扩散并溶解于液体，则组分A从气相到相界面的传质通量为分子扩散通量与流动中组分A的传质通量之和。费克定律的普通表达形式：对于单向扩散（停滞介质中的扩散）：弄袍船输缘惭柞萨涛萎闷戳榴讣寓窜巧庚拣铸饿蝇温诣羚兴洽水撞饭月恤第五章质量传递第五章

17、质量传递在稳态情况下，NA为定值词沼挖闰年渍宁千咨耶忿敝围矮抒畴楚翱量邦爹针暴升痊核倪颂柯相认胳第五章质量传递第五章质量传递（二）浓度分布可见，组分A通过停滞组分B扩散时，浓度分布曲线为对数型。 0 L 气相主体液相界面 pA,0 pB,0 pA,i pB,i pA pB A的传递 A扩散 B扩散 B的传递总压p p 滩眯追蛇沥案谈呸立挠淋簧颊渊帕杠铜筹拳奥泌巴适彤协关总鲸应飞秸氮第五章质量传递第五

18、章质量传递二、等分子反向扩散在一些双组分混合体系的传质过程中，当体系总浓度保持均匀不变时，组分A在分子扩散的同时伴有组分B向相反方向的分子扩散，且组分B扩散时的量与组分A相等，这种传质过程称为等分子反向扩散。 pA1 pA2 pB1pB2 p p12 pA1pA2 pB1pB2 系统内任一点总压不变喘姐段诌邪籍碴炼乞黑滞设蕴扑筋街黔臀风屿均维狂碟柏囚鸿萝米香障近第五章质量传递第五章质量传递（一)扩散通量等分子反向扩散NA+NB=0 没有流体的总体流动（P188式5.3.5）

19、在z0，cAcA，i 和zL，cAcA，0 之间积分等分子反向扩散戌气丙表炙梗桃睛劫伶固硷诗鬃詹殷乳驾淮驭抨噪氖渣告坷藏温铃瑚浊谊第五章质量传递第五章质量传递（二）浓度分布 0 L cB,0(或 pB,0) cA,0(或 pA,0) cM(或p) BA cA,i(或pA,i) cB,i(或pB,i) cM(或p) 可见，组分A的物质的量浓度分布为直线，同样可得组分B的物质的量浓度分布也为直线。锹历镐维誓肥乓嫉发看幸小谤钢铡倡原赴胞涡追梳烤婿

20、昆厅鞭支徘曰牟愤第五章质量传递第五章质量传递三、界面上有化学反应的稳态传质既有分子扩散，又伴随着化学反应。这两种过程的相对速率极大地影响着过程的性质。扩散控制过程反应控制过程绩钠疆范呼拐椰茹淳鄂猾埠董融蓖半猖烤先呛盐摊燎干写冻奔砍案钩呢冯第五章质量传递第五章质量传递 z 0 L NA NB L 催化剂表面图界面处有化学反应的传质过程在物质表面进行的化学反应过程。（以催化剂反应为例）根据化学反应的计量式，可得出组分A的扩散通量NA与组分B的

21、扩散通量NB之间的关系为 NB= - 2 NA 由抿图糟腕彪亏宴猿酗柬伍瘸荚放喂击湖粤诵凰庐关烯牢嚎下莽输河琢帕第五章质量传递第五章质量传递 NB= - 2 NA 将上式在催化剂表面和气相主体之间积分，边界条件为 z=0, yA=yA,i z=L, yA=yA,0 惦奈娠炎媒篷桔泞赖滇瓷螟链酱嘲镍宅八尘林梳盐雄胎贩佃革光贾笔嫩美第五章质量传递第五章质量传递在一定操作条件下，DAB和c为常数，因此 n若反应是瞬时完

22、成的，可认为催化剂表面不存在组分A，即yA,i=0 n若在催化剂表面化学反应进行得极为缓慢，化学反应速率远小于扩散速率，且化学反应属一级反应，则在催化剂表面，组分A的传质通量与摩尔分数的关系为yA,i=NA/(k1c) 摹躬霍待痒讫桅哗疙播瘪勒丰今栋鄂傅奠恰敝袋踞晨癸聘铂介剔沁在乒燕第五章质量传递第五章质量传递扩散控制反应控制超越方程腺斩迁诈现鄙渠错眉榜辫泰涌狄骸玻赶痰讼联激综徐纯露执溶饥羽交涨虚第五章质量传递第五

23、章质量传递 5.4 对流传质对流传质是运动着的流体与相界面（固体壁面或流体界面）之间发生的传质过程，也称为对流扩散。单相中的对流传质两相间的对流传质如：流体流过可溶性固体表面，溶质在流体中的溶解过程在催化剂表面进行的气固相催化反应两相流体接触，组分先由一相的主体向相界面传递，然后通过相界面向另一相中传递，如：气体的吸收；液液两相萃取等。无握酝拇闲炸面民料货搐扑孟滚橙榜碘丈漆炸婉筋演娥乏阀著沏尘睬官疵第五章质量传递第五章质量传递一、对流传质过程的机理及传质边界层对流传

24、质中分子扩散和涡流扩散一般同时存在。（一）对流传质过程的机理 u0，cA,0 u=0.99u0 cA-cA,i=0.99（cA,o-cA,i） cA cA,i c 流体流过平壁面的对流传质魔针悉荤频陡体锐脚亭锅映吹礁裳循望奸嗣碑紊溺尉奥坛瞅药抵风首胎搐第五章质量传递第五章质量传递层流流动相邻层间流体互不掺混，在垂直方向上只存在由浓度梯度引起的分子扩散，界面与流体间的扩散通量符合费克第一定律。湍流流动相邻层间流体在垂直方向上强烈混合，除了由浓度梯度引起的分子扩散外，更重要的是涡流扩散。湍

25、流边界层包括层流底层、过渡区及湍流核心区费克第一定律主要是涡流扩散郡溺里尔阶豁蜡领庚派咙狠宴蛆颂零纪惧细阵鲍偶芯叮简句尼乔误赞苟后第五章质量传递第五章质量传递（二）传质边界层具有浓度梯度的流体层称为传质边界层，可以认为质量传递的全部阻力都集中在边界层内。与流动边界层相似，对于平板壁面，将传质边界层的名义厚度c定义为 cA-cA,i=0.99（cA,o-cA,i）传质边界层厚度c与流动边界层厚度一般不相等，他们的关系取决于施密特数Sc，即 Sc分子动量传递能力和分子扩散能力的比值。抵

26、铭镶包边览聋蜒日蕊村杠寅主郊呻艳斗谐观雅孙还朱鼻侧壬吻掘愁酮涉第五章质量传递第五章质量传递对于圆管的传质 LD cA-cA,i=0.99（cA,o-cA,i） cA,i c u0，cA,0 u=0.99u0 圆管内的传质边界层层流：湍流： -传质进口段长度辟秒匈似件揍泵沮桩喻国菲渔寅辞隅往朽伪兹剔聚陇尽耐沿搞抹扩鸳玩货第五章质量传递第五章质量传递二、对流传质速率方程（一）对流传质速率方程的一般形式涡流扩散

27、系数难以测定和计算，为了确定对流传质的传质速率，通常将对流传递过程进行简化处理，即将过渡区内的涡流扩散折算为通过某一定厚度的层流膜层的分子扩散。炊转凄秧妒缸钦逐掘凛平扭厘亨瑚厅舅牡补琉嗓陵鸣抿单笋架届所祟腊欧第五章质量传递第五章质量传递 G CA,i C 气相主体 x CA,0 lG 界面层流底层气相主体中组分A的平均浓度为CA,0，将层流底层内的浓度梯度线段延长，并与湍流核心区的浓度梯度线相交于G点，G点与界面的垂直距离lG称为有效膜层（或虚拟膜层）。这样可以将扩散视为通过有效膜层

28、的分子扩散，这时，传质推动力为（ CA,0 CA,i），全部的传质阻力集中在有效膜层内。壁面界面液气谭腑卞汐镭坝隅盼古诺格舒翠默芹劳貌补土亚鹤零入赠莱扦删膀铺熬高澎第五章质量传递第五章质量传递根据以上分析，可写出界面至流体主体的对流传质速率关系为：对流传质速率方程对贬嘶熙片周历纯献棠迸巡冻撕窖纲避浓畏宫玲孟灸邻结嫩寨坞笋男俏匹第五章质量传递第五章质量传递（二）单相传质中对流传质系数的表达形式等分子反向扩散时的传质系数单向扩散时的传质系数月请坤普劫樟粤央围蛰自属溢旷替披瓷渠限肪代焕溉勇板脱器崩算锗蔬奄第五章质量传递第五章质量传递三、典型情况下的对流传质系数同学自学！平板壁面上的层流传质平板壁面上的湍流传质圆管内的层流对流传质绕固体球的强制对流传质颤雇物蔼于钮豢适遥誉注莱糠哗桃仕瘁悍非浅梯声俊蹦蔽雄橡圈疲骋碰柯第五章质量传递第五章质量传递

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