什么是对流传质?

[拼音]：duiliu chuanzhi

[外文]：convective mass transfer

依靠流体微团宏观运动所进行的质量传递。一般也包括分子扩散对传质的作用。由于传质设备中和反应器中的流体总是流动的，所以对流传质成为质量传递的最重要方式。

根据质量传递的范围，对流传质可分为：

（1）单相对流传质。质量传递仅在运动流体的一相（气相或液相）中发生。根据流体运动的原因，又分为自然对流传质和强制对流传质，前者一般不很重要，后者按流体运动状态还可分为层流对流传质和湍流对流传质。

（2）相际对流传质。质量传递发生于两相间，这是化工生产中均相混合物分离 *** 作时最常见的情况，如在蒸馏、吸收、萃取等单元 *** 作中。在非均相反应器中，相际传质也起着重要作用。

当某组分在流动流体与接触的固体表面之间发生传递时(如固体的升华，固体表面水分的汽化)，表面附近的浓度边界层和流动边界层中流体的流动状态对传质产生决定性的影响。当边界层中的流动完全处于层流状态时，质量传递只能通过分子扩散，但流动增大了浓度梯度，强化了传质。当边界层中的流动处于湍流状态时，表面附近的流动结构包括湍流区、过渡区和层流底层。在湍流区内的质量传递主要依靠湍流脉动造成流体剧烈混合，在层流底层则仍靠分子扩散，但由于流体主体的浓度分布被均化，层流底层的浓度梯度增大，因而湍流有效地强化了传质。当质量传递发生在相互接触的两流体相之间时，各相主体与相界面间的传质仍是决定性的步骤。由于两流动流体相界面处的情况十分复杂，因此对于这种传质了解甚少。目前，只有一些简化模型直接用来描述两流体相间的相际传质。

在层流情况下，若已知流动的速度分布，求解对流扩散方程，得出浓度分布，进而可求得传质通量。由于速度场的非线性，可求解的范围很有限。在湍流情况下，考虑一维传质，参照斐克定律，传质通量为：

式中媉CA/媉x为浓度梯度;CA是组分A的浓度；DAB为分子扩散系数;εD为涡流扩散系数;εD比分子扩散系数大得多，对于在圆管中流动的空气，当雷诺数为10000～175000时，测得为εD(3～40)×10-4m2/s。涡流扩散系数既随着流动情况而变，又随着位置趋近壁面而迅速减小。若将εD近似取为常数，将上式积分，即可得到湍流情况下的传质通量。由于湍流现象极为复杂，湍流质量传递的理论还很不成熟。

鉴于上述情况，传质通量主要是靠实验来测定的。仿照对流传热，流体与界面间的传质速率可用类似于牛顿冷却定律来表示。对于气相与界面间的传质通量为：

NA＝kG(p-pi)

而对于液相与界面之间的传质通量为：

NA＝kL(Ci-C)

式中p和pi分别为组分A在气相中的分压和界面处的分压；Ci和C分别为组分A在界面处和液相中的浓度;kG和kL分别为气相和液相的传质分系数。这种计算方法是将一相中的浓度与界面处浓度差作为对流传质的推动力，而将所有其他影响对流传质的因素概括在传质分系数中。