传质：物质的分子总是处于不规则的热运动中，在
有两种或两种以上物质组成的混合物中，如果存在
着浓度差，物质分子就会从浓度高的区域向浓度低
的区域转移，从而产生质交换即质量传递，简称传
质。
即：质量传递的先决条件是浓度差（即浓度梯度）。
工业生产中很多过程都涉及传质过程，如物料干燥、
燃料燃烧、物料烧结、固体在液体中的溶解等。
1.传质原理
两种或两种以上物质组成的混合物中，各组成成分
在混和物中常用浓度来表示，如质量浓度、摩尔浓度等。
B的质量浓度（㎏/ m3）为：
质量浓度：单位体积的混合物中所含某组成成分的质量称为该
组分的质量浓度。
如：A、B两种物质的混合物，其体积为V（m3），质量（㎏）
分别为mA、mB
则 A的质量浓度（㎏/ m3）为：
对于混和气体，由理想气体状态方程
传质的基本方式
传质的基本方式分为：分子扩散和湍流扩散。
用质流量表示质量传递的速率。
质流量：单位时间、单位传质面积所传递质量的千克数，
㎏/（m2·h）。
传质分为稳定传质和不稳定传质。
稳定传质：传质过程中浓度场不随时间而改变。
不稳定传质：浓度场随时间而改变。
传质过程的基本方程式
费克定律――等摩尔逆扩散定律。
费克定律一般表达式
式中：g――扩散质流量，㎏/m2·h；
D――扩散系数，m2/h；
对于气体，费克定律用分压表示
与傅立叶定律和牛顿粘性定律形式相似
容器中间用很薄的隔板隔开，
两侧是同温度同压强的两种气
体，隔板抽开后
上面两式两边分别除以相对应的分子
量，得各组分的扩散摩尔质流量：
（*）
根据道尔顿定律，得
在稳定情况下，NA=－NB(等摩尔逆扩散过程)，
得DAB=DBA=D
对（*）式积分得实际应用式，
斯蒂芬定律――单向扩散定律
单向扩散：只有一种组分进行扩散，并无相反方向
的扩散。如干燥过程。
单向扩散质流量推导：
槽口上端有一股空气平
缓流过，槽内水做等温蒸
发.
对于x-x截面水蒸气的扩散质流量为：
①
空气的扩散质流量为：
在稳定状态下，gA＝常数，gB＝0，得
（1）
（2）
（2）式代入①式
得
②
将②式积分，(pA1 - pA2=pB2 - pB1)得
在通常情况下P/pBm >1。
当P/pBm≈1时，可直接用费克定律。
扩散系数
扩散系数：沿扩散方向，在单位时间内每单位浓度降的情况下，
通过单位表面积所扩散的物质量，m2/h或cm2/s。
它表示物质在介质中的扩散能力，它是物质的物理特征之一。
吉里兰半经验公式：
式中：T--热力学温度，K；
P--气体的总压，Pa；
MA、MB--气体A、B的分子量；
VA、VB --气体A、B在正常沸点下的液态分子容积,cm3/mol
在非标准状态下的扩散系数需要经过如下换算公式：
式中：D0、P0、T0――分别为标准状态下的扩散系数、压
强和温度；
D、P、T――分别为非标准状态下的扩散系数、压
强和温度。
对流传质的基本公式
对流传质过程可看作分子扩散和湍流扩散过程的综合，其
质流量可表示为：
DE为湍流扩散系数，它不是流体的物性参数，它随湍流
的程度而变化。
以空气掠过静止水面为例。做湍流流动的空气流经静止
的水面，在水的表面有一层极薄的层流底层（厚度x1），
层流以外是过渡区，再外是湍流主体。
假设有一厚度为l的膜层，
在此膜层内传质只靠分子扩
散，且在此膜层中水蒸气扩
散所遇到的阻力和水蒸气由
界面扩散到气流中心区所遇
到的总阻力相当。
对流传质质流量为：
(*)
（*）式与牛顿冷却公式相似
aD称为对流传质系数，它表示单位时间内，在单位浓度
差的情况下，单位面积内所传递的质量。
和对流换热系数a的求解相似，对流传质
系数aD的求解通常采用相似理论指导实验的
方法。
应用相似理论时首先建立描述该现象的
微分方程式，接着求出相似准数，然后在相
似理论的指导下进行实验并整理数据，这样
就可能用少数实验得到的数据找出现象的普
遍规律。
对流传质微分方程式及对流传质相似
对流传质微分方程式
它和流动流体导热微分方程式是相似的。
若只考虑一个方向，如x方向，有：
对流传质相似问题
一般性准数关系式
两个单相介质中的物质扩散相似，包括几何相似、流体
力学的相似和保持运动介质内的物质扩散相似。
♣ 贝克利准数
♣ 施密特准数
（或称传质的普朗特准数Pr’）
♣ 宣乌特准数
（或称对流传质的努赛特准数Nu’）
准数式中：D--物质在介质中
的扩散系数，m2/h；
u--流体的流速，m/s；
l--定形尺寸，m；
aD--对流传质系数，
m/h
对流传质过程的一般性准数关系为：
在介质强制流动的情况下，重力影响可以不计，上式可写成
当A、m、n的数值由试验确定后，对流传质系数可求得
在稳定连续的强制流动中：
对流换热的准数关系为：
①
②
对流换热与对流传质的类比
对流传质的准数关系为：
由①②两式，得
在湍流情况下，刘易斯关系式仍然成立，可以认为Nu=Sh。
在层流情况下，刘易斯关系式只适用于D=a的特定情况。
准数方程
①流体在管内受迫流动时的传质
适用于2000<Re<35000和<Sc<，包括在准数中的定形
尺寸用管壁内径，速度用气体对管壁表面的绝对速度。
②流体沿平壁流动时的传质
层流时（Re<105）
湍流时（Re>105）
式中定形尺寸用沿流动方向平壁的长度，速度用边界层外
的气流速度，计算所得的aD为整个壁面上的平均值
③当流体与壁面之间既有传质又有传热时
例题1
：
有一直径为30mm的容器，底部盛有20℃的水，水面至
容器口为200mm。流过容器口的空气温度为20℃，总压
强P为1atm，容器出口处的水蒸气分压pA2=700Pa，水往
空气中的扩散系数为
求：水的蒸发速率。
解：水表面的水蒸汽分压相当于水温时的饱和水蒸气压。
20℃水的饱和蒸气压为pA1=2338Pa
则PB1=P－pA1＝101325-2338＝98987 Pa
pB2=P－pA2＝101325-700＝100625 Pa
由于水蒸气分压小，空气分压接近于大气压，
因而可直接用费克定律计算
水分蒸发量为：
例题2：
空气以
面温度为15℃，其上空气温度为20℃，空气中水蒸气分
压为750Pa，在空气流动方向上水平表面长度l＝。
求：每平方米表面积每小时蒸发水分量。
