1、.第三章 傳質引言：1。傳質。傳質（Mass Transfer）又稱“物質傳遞”。傳質屬于擴散，它與擴散的區別在于：傳質多對應于多相反應中的擴散，如液-氣反應、氣-固反應、固-液反應、固-固反應、不互溶的液-液反應等。 2傳質系數。對如圖*的情況，擴散到中，設在表面的濃度為，離開表面距離大于處濃度不變且為（）。則擴散通量。定義“傳質系數”，則 式3-1傳質系數的單位是。擴散通量可以用高濃度與低濃度之差乘以傳質系數來計算，而這濃度差就是傳質的驅動力。 3濃度邊界層。發生傳質的物質在反應表面的濃度和離開表面很遠處的濃度是不同的。設物質A在表面與B反應，則濃度隨離開表面的距離增大而降低，表面處的A

2、濃度應低于無窮遠處的A濃度。實際上，離開表面一定距離后，A的濃度就接近不變了。如圖*，在圖上的（，0）點處做曲線的切線，與的反向延長線交與一點，則此點到縱軸的距離為“濃度邊界層”厚度，它表示：當離開表面的距離超過后，我們就認為濃度不再隨距離增大而降低了。或者說，濃度隨距離的降低只發生在厚度內。這個和我們在介紹“傳質系數”時用到的是一個概念，這樣可以簡化問題。當然，“濃度邊界層”厚度不是固定的，它還隨反應液體或氣體的流速、密度、粘度和溫度而變化，這也很好理解：我們把一塊方糖放入水中，在糖的每一個于水接觸的表面，就有上述的“濃度邊界層”。當我們攪拌水時，相當于加快了水的流動速度，則因此下降，增加，

3、由式3-1可知傳質通量增大，傳質速度加快。 4控速環節。假設氣態的A 擴散到固態的C表面，與C反應生成氣態的B。這一反應實際上由三個步驟組成：1）A 擴散到C 表面；2）A反應生成B；3）B離開C 表面擴散到氣相中。若用 分別表示A，B，C物質從本體中擴散到界面的擴散通量（或稱傳質通量），那么顯然只有當=時，才能保證擴散到界面的A恰好反應完，且生成的B也恰好能運輸走，A和B都不會在界面上堆積；三個步驟中哪一個速度比較慢，哪一個就控制了總反應的速度，稱此步為“控速環節”。當有控速環節時，A或B會在界面上有堆積。3。1 液體中的擴散系數 為了研究液體中擴散質點的擴散系數，我們定義： R擴散質點的半

4、徑；（） 擴散質點的穩定的移動速度；（） 液體的粘度。（）某一個擴散質點受力。由，故淌度。又， 式3-1-1此式又叫做“斯托克斯愛因斯坦方程式”，它描述了質點在液體中的擴散系數與液體性質、質點本身性質和外部溫度的關系。為簡化表示擴散系數與溫度的關系，一般寫成：的形式。一般情況下，液體中的擴散系數的數量級在范圍內，而固體中的擴散系數數量級要小得多，在范圍內。3。2 氣體中的擴散系數 定義：為氣體分子的最可幾速率，其中的為氣體分子質量； 為氣體分子直徑； P為氣體壓強； 為氣體分子的平均自由程。 對體系中只有一種氣體的情況，由氣體的擴散系數，將式中的系數代入，得：，即。 對A和B的混合氣體，同理，

5、也有：。 從以上的式子中可以看出，溫度升高、氣體壓強下降、氣體分子質量增加，都可以使氣體擴散系數增大。3。3 氣體在多孔介質中的擴散 氣體在多孔介質中的擴散要受到孔壁的約束，表現出來的實際擴散系數小于上節我們討論過的氣體中的擴散系數。我們用來表示A和B的混合氣體在多孔物質中的有效擴散系數，并用表示多孔介質的氣孔率（01），用表示多孔介質的“曲折度”（一般1，直孔的=1），那么有： 式3-3-1 氣孔率可用來計算。 下面我們討論多孔介質中氣孔大小對氣體擴散系數的影響：設為氣孔半徑，為擴散的氣體分子直徑。若，則氣體分子多與孔壁碰撞，即，此時的表觀擴散系數；若，則應同時考慮氣體分子與孔壁的碰撞和與其

6、他氣體分子的碰撞，此時的表觀擴散系數。根據不同的氣孔情況求出表觀擴散系數并代入式3-3-1中，便可得到對應的有效擴散系數。 以一個例子來說明：用厚度為的鉑黑片提純氫氣，如圖*。在左面上：（下劃線表示固溶），平衡常數，則。考慮氫氣在鉑黑中是穩態擴散，即，故擴散通量： .若中間不是金屬片，而是多孔的分子篩，則在左面上氫氣濃度不是由固溶反應求得，而是由公式確定，其中的為氣體的摩爾數。因為氣體濃度，故擴散通量：，這里的就是氫氣在多孔分子篩中的有效擴散系數。由于分子篩原理就是通過分子與孔壁的碰撞濾去氣體分子半徑大的氣體種類，故對應于的情況，應該用來計算。3。4 多相反應中的傳質過程 如圖*，假設氣相A擴散到界面生成氣相的B，A和B的傳質系數分別為和，則A和B的傳質通量分別為：在界面上的反應寫作：，由，代入上兩式中，得： 式3-4-1假設：1）界面反應速度遠大于擴散，即擴散是控速環節； 2）整個反應是在穩態下進行，=。那么：，即總擴散通量： 式3-4-2也可將定義為“總傳質系數”，則。 對于類型的三相反應，同樣可以推出