《食品工程原理》教案 (第34次课2学时) 一、授课题目 第三节传质机理 二、教学目的和要求 学习本次内容，要求学生了解传质的基本概念、分子扩散与涡流扩散，了解扩散系 数的影响因索：掌握费克定律，重点掌握双膜理论。 三、教学重点和难点 重点 1、费克定律 2、双膜理论 难点： 1、单向扩散 2、双膜理论 四、教学过程 第12页共52页（第章吸收）
第三节传质机理 概述 1、传质过程 在含有两个或两个以上组分的混合体系中，如果存在浓度梯度，某一组分（或某些 组分)将有高浓度区向低浓度区移动的趋势，该移动过程称为传质过程。 2、传质分离操作在生产中的应用 分离过程包括机械分离和传质分离。 >机械分离：过滤、沉降等 >传质分离：吸收、蒸馏、干燥、萃取、膜分离等 3、物质传递的三个步骤 (1)扩散物质从一相的主体扩散到两相界面（单相中的扩散）： (2)在界面上的扩散物质从一相进入另一相，即在界面处溶解（相际间传质）： (3)进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩散（单相中的扩散）。 相际传质示意图： 界面 气相 组分 组分 液相 主体 说明： (1)物质传质方式：扩散、对流传质 扩散：物质白发地由高浓度区域扩散到低浓度区域， (2)单相中的扩散 物质在单相中的传递靠扩散，发生在流体中的扩散有分子扩散和涡流扩散两种。 分子扩ǔ：依靠分子的无规则热运动，主要发生在静止或层流流体中。（垂直扩散方 向上滞流) 第13页共52页（第山章吸收
渴流扩散：依靠流体质点的湍动和旋涡而传递物质，主要发生在湍流流体中。效果 远远高于分子扩散。 (3)对流传质=分子扩散+涡流扩散 一、分子扩散与菲克定律 1、分子扩散 (隔板两侧温度、压强一样) 分子扩散：在一相内部存在浓度差或浓度梯度的情况下，由于分子的无规则运动而 导致的物质传递现象。分子扩散是物质分子微观运动的结果。 扩散通量：单位时间内单位面积上扩散传递的物质量，其单位为mo(m's): 2、菲克(Fick)定律 当物质A在介质B中发生扩散时，任一点处物质A的扩散通量与该位置上A的浓 度梯度成正比，即： 式中 J物质A在z方向上的分子扩散通量，kmol(/ms) dcd一物质A的浓度梯度，kmol/m D—物质A在介质B中的分子扩散系数，ms 负号——表示扩散是沿着物质A浓度降低的方向进行的。 同样，对B组分有 JB=-D4 dcg 式中 DRA—B组分在A和B的混合物中的扩散系数。 说明： (I)当扩散发生在理想气体或理想溶液中时，有DAB=DA=D,故以后用D表示 双组分物系的扩散系数。 第14页共52页（第章吸收）
(2)只要有浓度羌，必有扩散发生。扩散速度：气体>液体>固体。 （G)对气体常用分压梯度表示，2方向上等温扩微时，因6，一号一尽RT D dp J,=RTd止 式中，PA一A组分分压，kPa; R气体常数，8.314J/molK。 二、气相中的稳定分子扩散 1等摩尔反向扩散 条件：稳态，T、P固定，c为定值(nV=P/RT=c) 假定：PA>PA2 P8r<p82 PAI+PBI=PA2 +pa2 =P 定义：在总压相同的情况下，联通管内任一截面上单位时间单位面积上向右传递的 A分子的数量与向左传递的B分子的数量必定相等，此现象称为等摩尔反向扩散。 对于等摩尔反向扩散Ja=-JB,DB=DgA 定义：在任一固定的空间位置垂直于扩散方向的截面上，单位时间通过单位面积的 A物质的量，称为A的传递速率，以NA表示。 N4推导： 对于单纯的等分子反向扩散，物质A的传递速率应等于A的扩散通量。由费克定律， 得：N,=J=-D dz 第15页共52页（第山章吸收
稳定条件下，NJA=常数，对上式积分，有 N,jk=-Dck,得N-c-c 0 对于理想气体，有 VRT 代入上式，可得：N,=DP-P式中R为通用气体常数，R=8314 (mol.K)。 RTz 注意：由于NA(Ja)的单位用kmo/(m.s),为与之相对应，气体的压强需用kPa: 2单向扩散 (1)定义 在气体吸收中溶质A溶解于溶剂中，惰性气体B不溶解于溶剂中，则液相中不存在 组分B,此过程为组分A通过另一“静止组分B的单向扩散。 界面 液 A+B(A通过B扩散) S(A通过s扩散) A、B、S,B不溶：A、B、S,S不挥发 (2)分子扩散和总体流动的关系 如图所示，在密闭容器中放上一定的碱液，上方为含CO2(A)的空气(B),气体压 强一定（盖子可上下白由滑动），则在汽液相界面上A组分会不断向液相中扩散、溶解。 传递的基本情况： 由于A组分不断通过气、液相界面进入液相，则在周围不断地留下相应的空缺，这 样就有其它的A,B分子米充填，从而形成“整体流动”。 >物料系统内的分子扩散是由物质浓度（或分压）差而引起的分子微观运动： 第16页共52页（第章吸收）