动量-热量-质量传输原理 6 质量传输基本概念.pdfVIP

质量传输 在材料加工、化工、冶金、低温工程、空间技术等 领域当中，质量传输是很重要的过程。许多材料的 加工工艺的单元操作，比如加热、溶解、焊接、表 面热处理等，都要涉及质量传输过程。在金属热态 成形过程中，也常遇到质量传输的现象，如金属熔 炼时不同原材料在熔融金属中化学成分的均匀、金 属液的造渣和吹气精炼过程、金属材料退火时的成 分均匀化。 ? 质量传输是指物质从体系的某一部分迁移到另一部 分的现象，简称传质。 ? 传质现象出现的原因可能有很多，如浓度梯度、温 度梯度、压力梯度都会导致质量传输过程。本质上 讲，质量传输是由体系中的化学势差引起的。当然 流体的宏观流动也会将物质从一处迁移到另一处。 ? 质量传输主要研究物质分子、原子等微观粒子的迁 移，不研究物质微团、颗粒甚至更大体积物质在空 间的移动，着眼点是浓度场的变化。 ? 质量传输过程受动量传输和热量传输影响，三种传 输都与分子的转移和运动有关，他们的传输规律具有 相似性。 ?质量传输除了分子传输或湍流传输产生的传质速率 外,还需考虑传输介质自身在传输方向上移动，及混 合物宏观运动由一处向另一处移动所携带的传输组分 的速率。这种由混合物整体流动携带的传输组分的速 率取决于混合物的宏观运动速度和混合物的组成，与 浓度梯度不成比例。 研究方法： ? 研究质量传输的方法与研究热量传输的方法相似。 ? 如果系统当中组分浓度比较低，质量交换率比较小， 传质现象的数学描述与传热现象是类似的。如果定 解条件也类似，从传热中得到的许多结果可以通过 类比直接应用于传质。当然，如果以上条件不满足， 传热与传质过程就会有明显差别，类比关系就不再 适用。 研究目的： 确定系统内浓度分布、求出质量传输速率。 质量传输 ?三传的类似性 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 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 其推动力是浓度差 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 ? 产生传质现象是由于体系中各组分的浓度在两相之 间未达到平衡或在同一相内未达到均一，从而引起 原子、分子或其它流体的传递。 ? 正如速度差的存在是动量传递的动力，温度差是热 量传输的动力一样，浓度差的存在是质量传输的推 动力。 ? 质量传输与动量传输、热量传输现象相比，动量传 输和热量传输只考虑传输介质的流速或温度的变化 以及传输的速率。而质量传输除了考虑传输的速率 以外，还需考虑传输介质自身在传输方向上的移动。 1 质量传输方式: ? 扩散传质：由体系中浓度差（本质上是化学势差 ）引起的质量传输。（分子传质） 从本质上说，它是依赖微观粒子（分子、原子、 离子）的随机的分子运动所引起的。对某一传输 的物质体系而言，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。 如:金属件热处理内部成分均匀化和表面合金化。 1 质量传输方式: ? 对流传质：由流体宏观运动引起物质从一处迁移到另 一处。包括流体主运动引起的传质和浓度梯度引起的扩 散传质。发生在流体内部、流体与流体的分界 面或流体与壁面间，与传输特性（扩散系数、浓度梯 度）流体的流动状态、流体动量传输密切相关。 如：吹气对金属液的精练。 ? 相间传质：通过不同的相界面进行。既有分子或原子 的扩散、又有流体中的对流传质，是多种传质过程的 综合 。与界面上的化学反应、相界面两侧介质的性质、 运动状态有关。 如：钢件渗氮热处理。 分子