高等化工傳遞原理

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 化學(xué)工程與傳遞現(xiàn)象 1
1.2 傳遞過(guò)程原理的任務(wù) 2
1.3 本書(shū)的內(nèi)容 3
參考文獻(xiàn) 3
第2章 傳遞通量和本構(gòu)方程 4
2.1 基本概念 4
2.2 濃度和相關(guān)參數(shù) 4
2.3 組分速度和參照速度 5
2.4 傳質(zhì)通量 6
2.5 傳質(zhì)通量的轉(zhuǎn)換 7
2.5.1 相同參照速度通量之間的轉(zhuǎn)換 8
2.5.2 不同參照速度通量之間的轉(zhuǎn)換 8
2.6 分子傳遞的本構(gòu)方程 11
2.6.1 質(zhì)量傳遞的經(jīng)典本構(gòu)方程：分子擴(kuò)散的Fick 定律 11
2.6.2 熱量傳遞的經(jīng)典本構(gòu)方程：熱傳導(dǎo)的Fourier 定律 14
2.6.3 動(dòng)量傳遞的經(jīng)典本構(gòu)方程：牛頓流體黏性定律 15
參考文獻(xiàn) 19
習(xí)題 19
第3章 分子傳遞機(jī)理 21
3.1 引言 21
3.2 格點(diǎn)模型 21
3.3 氣體內(nèi)的分子傳遞 23
3.3.1 基本動(dòng)力學(xué)理論概要 23
3.3.2 基于動(dòng)力學(xué)理論的氣體傳遞 25
3.3.3 Chapman-Enskog 理論和氣體傳遞 26
3.4 液體內(nèi)的分子傳遞 30
3.4.1 Stokes-Einstein 模型 30
3.4.2 自由體積模型和Eyring 速率理論 32
3.5 固體內(nèi)的分子擴(kuò)散 36
3.6 連續(xù)性假設(shè)及時(shí)空限制條件 38
3.6.1 連續(xù)性假設(shè) 38
3.6.2 空間尺度限制 39
3.6.3 時(shí)間尺度限制 41
參考文獻(xiàn) 41 習(xí)題 42
第4章 傳遞過(guò)程的守恒方程 43
4.1 引言 43
4.2 標(biāo)量守恒方程的一般形式 43
4.2.1 控制體 43
4.2.2 固定控制體的守恒方程 44
4.2.3 運(yùn)動(dòng)控制體的守恒方程 44
4.2.4 包含相界面的控制體的守恒方程 45
4.2.5 相內(nèi)點(diǎn)守恒方程 45
4.2.6 界面點(diǎn)守恒方程 46
4.2.7 分子傳遞通量表示的守恒方程 47
4.2.8 相內(nèi)的通量連續(xù)性和對(duì)稱(chēng)性條件 47
4.3 總質(zhì)量守恒 48
4.3.1 系統(tǒng)內(nèi)部的總質(zhì)量守恒：連續(xù)性方程 48
4.3.2 界面上的總質(zhì)量守恒 48
4.4 隨體導(dǎo)數(shù)表示的標(biāo)量守恒方程 49
4.5 熱量守恒：傳熱方程 49
4.6 界面上的傳熱 50
4.6.1 界面熱量守恒 50
4.6.2 界面熱平衡 51
4.6.3 對(duì)稱(chēng)性條件 51
4.6.4 相變界面熱量守恒 51
4.7 組分守恒方程 52
4.7.1 用相對(duì)于固定坐標(biāo)的組分通量表示的守恒方程 52
4.7.2 用相對(duì)于質(zhì)量平均速度的擴(kuò)散通量表示的守恒方程 52
4.7.3 用相對(duì)于摩爾平均速度的擴(kuò)散通量表示的守恒方程 53
4.8 界面上的傳質(zhì) 54
4.8.1 界面組分守恒 54
4.8.2 界面上相平衡 55
4.8.3 傳質(zhì)的對(duì)稱(chēng)性條件 56
4.8.4 相變界面組分守恒 56
4.9 動(dòng)量守恒方程 56
4.9.1 質(zhì)體的動(dòng)量 57
4.9.2 任意控制體內(nèi)的動(dòng)量 58
4.9.3 作用力 58
4.9.4 柯西動(dòng)量方程 60
4.9.5 牛頓流體的動(dòng)量守恒：Navier-Stokes 方程 61
4.9.6 非牛頓流體的動(dòng)量守恒方程 62
4.10 界面上的流體力學(xué) 63
4.10.1 切向速度 63
4.10.2 法向速度 64
4.10.3 無(wú)表面張力的應(yīng)力平衡 64
4.10.4 有表面張力的應(yīng)力平衡 64
參考文獻(xiàn) 65
習(xí)題 66
第5章 傳質(zhì)過(guò)程的解析 67
5.1 引言 67
5.2 穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過(guò)程 67
5.2.1 二元稀合金的定向固化：?jiǎn)尉纬蛇^(guò)程中微量雜質(zhì)的傳遞 67
5.2.2 超濾過(guò)程的篩分系數(shù) 70
5.3 非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過(guò)程 72
5.3.1 半導(dǎo)體摻雜：固體相的動(dòng)態(tài)擴(kuò)散 72
5.3.2 等溫結(jié)晶速率：液體相的動(dòng)態(tài)傳質(zhì) 76
5.3.3 固體顆粒干燥：固體相的球?qū)ΨQ(chēng)動(dòng)態(tài)擴(kuò)散 79
5.4 擬穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過(guò)程 82
5.4.1 膜內(nèi)擬穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散 82
5.4.2 擬穩(wěn)態(tài)的液柱蒸發(fā) 85
5.5 相界面與主體之間的傳質(zhì)模型 87
5.5.1 穩(wěn)態(tài)模型：膜理論 88
5.5.2 非穩(wěn)態(tài)模型：滲透理論和表面更新理論 89
5.6 流動(dòng)體系中的傳質(zhì) 91
5.6.1 Peclet 數(shù) 91
5.6.2 管道內(nèi)層流傳質(zhì) 91
參考文獻(xiàn) 94
習(xí)題 94
第6章 伴化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì) 97
6.1 引言 97
6.2 非均相反應(yīng)和均相反應(yīng) 97
6.2.1 稀溶液中非均相化學(xué)反應(yīng)體系的擴(kuò)散 99
6.2.2 非均相化學(xué)反應(yīng)體系的二組分氣體擴(kuò)散 101
6.2.3 稀溶液中均相可逆化學(xué)反應(yīng)體系的擴(kuò)散 104
6.3 均相反應(yīng)對(duì)傳質(zhì)速率的增強(qiáng)作用 107
6.4 均相反應(yīng)傳質(zhì)速率增強(qiáng)因子的一般性模型 109
6.5 相對(duì)速率的度量和機(jī)制劃分 111
6.6 慢反應(yīng)機(jī)制下的傳質(zhì)速率增強(qiáng)因子 113
6.7 快反應(yīng)機(jī)制下的傳質(zhì)速率增強(qiáng)因子 114
6.8 瞬時(shí)反應(yīng)機(jī)制下的傳質(zhì)速率增強(qiáng)因子 116
6.9 過(guò)渡機(jī)制下的傳質(zhì)速率增強(qiáng)因子 119
6.9.1 慢反應(yīng)-快反應(yīng)過(guò)渡 120
6.9.2 快反應(yīng)-瞬時(shí)反應(yīng)過(guò)渡 123
參考文獻(xiàn) 125
習(xí)題 125
第7章 多組分多推動(dòng)力體系傳質(zhì) 128
7.1 引言 128
7.2 Fick 定律擴(kuò)展至多組分體系 128
7.2.1 三組分氣體擴(kuò)散 128
7.2.2 Fick 定律的擴(kuò)展 129
7.2.3 多組分Fick 擴(kuò)散系數(shù)矩陣之間的變換 131
7.2.4 多組分Fick 擴(kuò)散系數(shù)的特性 133
7.3 Fick 定律的適用性 134
7.3.1 電解質(zhì)溶液 135
7.3.2 多孔介質(zhì)體系 135
7.4 Maxwell-Stefan 方程 137
7.4.1 對(duì)分子擴(kuò)散的描述 137
7.4.2 多組分體系的普遍化Maxwell-Stefan 方程 139
7.4.3 Maxwell-Stefan 方程的矩陣形式 140
7.5 綁定問(wèn)題 142
7.5.1 等摩爾逆向傳質(zhì) 142
7.5.2 多組分蒸餾 142
7.5.3 Stefan 擴(kuò)散 143
7.5.4 固定通量比率 143
7.5.5 普遍化綁定問(wèn)題 144
7.6 Maxwell-Stefan 方程應(yīng)用于多組分體系 145
7.6.1 零通量下的組分摩爾分?jǐn)?shù)梯度 145
7.6.2 離散化Maxwell-Stefan 方程 146
7.7 Maxwell-Stefan 擴(kuò)散系數(shù) 149
7.7.1 Maxwell-Stefan 擴(kuò)散系數(shù)和Fick 擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系 149
7.7.2 氣體組分的Maxwell-Stefan 擴(kuò)散系數(shù) 150
7.7.3 液體組分的Maxwell-Stefan 擴(kuò)散系數(shù) 152
7.8 多組分?jǐn)U散的有效擴(kuò)散系數(shù)模型 154
7.8.1 有效擴(kuò)散系數(shù) 155
7.8.2 有效擴(kuò)散系數(shù)與Maxwell-Stefan 擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系 155
7.8.3 極限情況 156
7.8.4 有效擴(kuò)散系數(shù)模型求解多組分?jǐn)U散過(guò)程 157
7.8.5 有效擴(kuò)散系數(shù)模型的特點(diǎn) 158
7.9 Maxwell-Stefan 方程、Fick 定律和有效擴(kuò)散系數(shù)模型的比較 158
參考文獻(xiàn) 161
習(xí)題 161
第8章 電解質(zhì)溶液和離心力場(chǎng)中的傳質(zhì) 162
8.1 引言 162
8.2 電解質(zhì)溶液的電中性關(guān)系 162
8.3 電解質(zhì)溶液的Maxwell-Stefan 方程 163
8.4 電解質(zhì)稀溶液的傳質(zhì) 164
8.4.1 電解質(zhì)稀溶液的Maxwell-Stefan 方程 164
8.4.2 單一電解質(zhì)稀溶液的傳質(zhì) 166
8.4.3 鹽酸稀溶液中離子的一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散 168
8.4.4 電解過(guò)程的極化：銀離子在負(fù)極附近的擴(kuò)散 170
8.5 電解質(zhì)溶液組分的Maxwell-Stefan 擴(kuò)散系數(shù) 172
8.6 離心力作用下的傳質(zhì) 173
8.6.1 含離心推動(dòng)力的Maxwell-Stefan 方程 173
8.6.2 同位素氣體離心分離 174
8.6.3 蛋白質(zhì)溶液離心分離 175
參考文獻(xiàn) 177
習(xí)題 177
第9章 多孔介質(zhì)孔道內(nèi)的傳質(zhì) 179
9.1 引言 179
9.2 孔道內(nèi)的傳質(zhì)機(jī)理 179
9.3 孔道內(nèi)的主體擴(kuò)散和Knudsen 擴(kuò)散：塵氣模型 181
9.4 孔道內(nèi)黏性流作用下的傳質(zhì) 185
9.4.1 黏性流 185
9.4.2 黏性流作用下的傳質(zhì) 186
9.4.3 孔道內(nèi)部壓力梯度和組分傳質(zhì)通量的關(guān)系 188
9.5 表面擴(kuò)散 190
9.5.1 表面擴(kuò)散的Maxwell-Stefan 方程 191
9.5.2 用Langmuir 吸附模型描述的表面擴(kuò)散 195
9.5.3 熱力學(xué)因子和單列擴(kuò)散近似的影響 197
9.6 多孔介質(zhì)內(nèi)傳質(zhì)的總結(jié) 199
參考文獻(xiàn) 200
習(xí)題 200
第10章 質(zhì)量和熱量同時(shí)傳遞 202
10.1 引言 202
10.2 傳熱和傳質(zhì)的相互影響 203
10.3 質(zhì)量和熱量同時(shí)傳遞的傳質(zhì)方程 204
10.3.1 熱擴(kuò)散 204
10.3.2 質(zhì)量傳遞的本構(gòu)方程 205
10.3.3 組分的守恒方程 206
10.4 質(zhì)量和熱量同時(shí)傳遞的熱量傳遞方程 207
10.4.1 擴(kuò)散熱傳導(dǎo) 207
10.4.2 熱量守恒方程 208
10.4.3 熱量傳遞的本構(gòu)方程 208
10.5 質(zhì)量和熱量同時(shí)傳遞過(guò)程的模型 209
10.5.1 熱擴(kuò)散效應(yīng)的分析 210
10.5.2 擴(kuò)散熱傳導(dǎo)效應(yīng)的分析 211
10.5.3 質(zhì)量和熱量同時(shí)傳遞的傳熱系數(shù) 213
10.6 質(zhì)量和熱量同時(shí)相際傳遞 215
10.6.1 相界面上的傳質(zhì)通量 216
10.6.2 相界面上的熱量通量 216
10.6.3 相界面上的熱平衡 217
10.6.4 相界面上的組分勢(shì)能平衡 217
10.6.5 相界面上傳質(zhì)通量綁定方程 217
10.7 質(zhì)量和熱量同時(shí)傳遞的選例 219
10.7.1 擴(kuò)散分餾：恒沸物分離 219
10.7.2 水滴的蒸發(fā) 222
10.7.3 非等溫吸收