高等化工传递原理

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 化学工程与传递现象 1
1.2 传递过程原理的任务 2
1.3 本书的内容 3
参考文献 3
第2章 传递通量和本构方程 4
2.1 基本概念 4
2.2 浓度和相关参数 4
2.3 组分速度和参照速度 5
2.4 传质通量 6
2.5 传质通量的转换 7
2.5.1 相同参照速度通量之间的转换 8
2.5.2 不同参照速度通量之间的转换 8
2.6 分子传递的本构方程 11
2.6.1 质量传递的经典本构方程：分子扩散的Fick 定律 11
2.6.2 热量传递的经典本构方程：热传导的Fourier 定律 14
2.6.3 动量传递的经典本构方程：牛顿流体黏性定律 15
参考文献 19
习题 19
第3章 分子传递机理 21
3.1 引言 21
3.2 格点模型 21
3.3 气体内的分子传递 23
3.3.1 基本动力学理论概要 23
3.3.2 基于动力学理论的气体传递 25
3.3.3 Chapman-Enskog 理论和气体传递 26
3.4 液体内的分子传递 30
3.4.1 Stokes-Einstein 模型 30
3.4.2 自由体积模型和Eyring 速率理论 32
3.5 固体内的分子扩散 36
3.6 连续性假设及时空限制条件 38
3.6.1 连续性假设 38
3.6.2 空间尺度限制 39
3.6.3 时间尺度限制 41
参考文献 41 习题 42
第4章 传递过程的守恒方程 43
4.1 引言 43
4.2 标量守恒方程的一般形式 43
4.2.1 控制体 43
4.2.2 固定控制体的守恒方程 44
4.2.3 运动控制体的守恒方程 44
4.2.4 包含相界面的控制体的守恒方程 45
4.2.5 相内点守恒方程 45
4.2.6 界面点守恒方程 46
4.2.7 分子传递通量表示的守恒方程 47
4.2.8 相内的通量连续性和对称性条件 47
4.3 总质量守恒 48
4.3.1 系统内部的总质量守恒：连续性方程 48
4.3.2 界面上的总质量守恒 48
4.4 随体导数表示的标量守恒方程 49
4.5 热量守恒：传热方程 49
4.6 界面上的传热 50
4.6.1 界面热量守恒 50
4.6.2 界面热平衡 51
4.6.3 对称性条件 51
4.6.4 相变界面热量守恒 51
4.7 组分守恒方程 52
4.7.1 用相对于固定坐标的组分通量表示的守恒方程 52
4.7.2 用相对于质量平均速度的扩散通量表示的守恒方程 52
4.7.3 用相对于摩尔平均速度的扩散通量表示的守恒方程 53
4.8 界面上的传质 54
4.8.1 界面组分守恒 54
4.8.2 界面上相平衡 55
4.8.3 传质的对称性条件 56
4.8.4 相变界面组分守恒 56
4.9 动量守恒方程 56
4.9.1 质体的动量 57
4.9.2 任意控制体内的动量 58
4.9.3 作用力 58
4.9.4 柯西动量方程 60
4.9.5 牛顿流体的动量守恒：Navier-Stokes 方程 61
4.9.6 非牛顿流体的动量守恒方程 62
4.10 界面上的流体力学 63
4.10.1 切向速度 63
4.10.2 法向速度 64
4.10.3 无表面张力的应力平衡 64
4.10.4 有表面张力的应力平衡 64
参考文献 65
习题 66
第5章 传质过程的解析 67
5.1 引言 67
5.2 稳态传质过程 67
5.2.1 二元稀合金的定向固化：单晶形成过程中微量杂质的传递 67
5.2.2 超滤过程的筛分系数 70
5.3 非稳态传质过程 72
5.3.1 半导体掺杂：固体相的动态扩散 72
5.3.2 等温结晶速率：液体相的动态传质 76
5.3.3 固体颗粒干燥：固体相的球对称动态扩散 79
5.4 拟稳态传质过程 82
5.4.1 膜内拟稳态扩散 82
5.4.2 拟稳态的液柱蒸发 85
5.5 相界面与主体之间的传质模型 87
5.5.1 稳态模型：膜理论 88
5.5.2 非稳态模型：渗透理论和表面更新理论 89
5.6 流动体系中的传质 91
5.6.1 Peclet 数 91
5.6.2 管道内层流传质 91
参考文献 94
习题 94
第6章 伴化学反应的传质 97
6.1 引言 97
6.2 非均相反应和均相反应 97
6.2.1 稀溶液中非均相化学反应体系的扩散 99
6.2.2 非均相化学反应体系的二组分气体扩散 101
6.2.3 稀溶液中均相可逆化学反应体系的扩散 104
6.3 均相反应对传质速率的增强作用 107
6.4 均相反应传质速率增强因子的一般性模型 109
6.5 相对速率的度量和机制划分 111
6.6 慢反应机制下的传质速率增强因子 113
6.7 快反应机制下的传质速率增强因子 114
6.8 瞬时反应机制下的传质速率增强因子 116
6.9 过渡机制下的传质速率增强因子 119
6.9.1 慢反应-快反应过渡 120
6.9.2 快反应-瞬时反应过渡 123
参考文献 125
习题 125
第7章 多组分多推动力体系传质 128
7.1 引言 128
7.2 Fick 定律扩展至多组分体系 128
7.2.1 三组分气体扩散 128
7.2.2 Fick 定律的扩展 129
7.2.3 多组分Fick 扩散系数矩阵之间的变换 131
7.2.4 多组分Fick 扩散系数的特性 133
7.3 Fick 定律的适用性 134
7.3.1 电解质溶液 135
7.3.2 多孔介质体系 135
7.4 Maxwell-Stefan 方程 137
7.4.1 对分子扩散的描述 137
7.4.2 多组分体系的普遍化Maxwell-Stefan 方程 139
7.4.3 Maxwell-Stefan 方程的矩阵形式 140
7.5 绑定问题 142
7.5.1 等摩尔逆向传质 142
7.5.2 多组分蒸馏 142
7.5.3 Stefan 扩散 143
7.5.4 固定通量比率 143
7.5.5 普遍化绑定问题 144
7.6 Maxwell-Stefan 方程应用于多组分体系 145
7.6.1 零通量下的组分摩尔分数梯度 145
7.6.2 离散化Maxwell-Stefan 方程 146
7.7 Maxwell-Stefan 扩散系数 149
7.7.1 Maxwell-Stefan 扩散系数和Fick 扩散系数的关系 149
7.7.2 气体组分的Maxwell-Stefan 扩散系数 150
7.7.3 液体组分的Maxwell-Stefan 扩散系数 152
7.8 多组分扩散的有效扩散系数模型 154
7.8.1 有效扩散系数 155
7.8.2 有效扩散系数与Maxwell-Stefan 扩散系数的关系 155
7.8.3 极限情况 156
7.8.4 有效扩散系数模型求解多组分扩散过程 157
7.8.5 有效扩散系数模型的特点 158
7.9 Maxwell-Stefan 方程、Fick 定律和有效扩散系数模型的比较 158
参考文献 161
习题 161
第8章 电解质溶液和离心力场中的传质 162
8.1 引言 162
8.2 电解质溶液的电中性关系 162
8.3 电解质溶液的Maxwell-Stefan 方程 163
8.4 电解质稀溶液的传质 164
8.4.1 电解质稀溶液的Maxwell-Stefan 方程 164
8.4.2 单一电解质稀溶液的传质 166
8.4.3 盐酸稀溶液中离子的一维稳态扩散 168
8.4.4 电解过程的极化：银离子在负极附近的扩散 170
8.5 电解质溶液组分的Maxwell-Stefan 扩散系数 172
8.6 离心力作用下的传质 173
8.6.1 含离心推动力的Maxwell-Stefan 方程 173
8.6.2 同位素气体离心分离 174
8.6.3 蛋白质溶液离心分离 175
参考文献 177
习题 177
第9章 多孔介质孔道内的传质 179
9.1 引言 179
9.2 孔道内的传质机理 179
9.3 孔道内的主体扩散和Knudsen 扩散：尘气模型 181
9.4 孔道内黏性流作用下的传质 185
9.4.1 黏性流 185
9.4.2 黏性流作用下的传质 186
9.4.3 孔道内部压力梯度和组分传质通量的关系 188
9.5 表面扩散 190
9.5.1 表面扩散的Maxwell-Stefan 方程 191
9.5.2 用Langmuir 吸附模型描述的表面扩散 195
9.5.3 热力学因子和单列扩散近似的影响 197
9.6 多孔介质内传质的总结 199
参考文献 200
习题 200
第10章 质量和热量同时传递 202
10.1 引言 202
10.2 传热和传质的相互影响 203
10.3 质量和热量同时传递的传质方程 204
10.3.1 热扩散 204
10.3.2 质量传递的本构方程 205
10.3.3 组分的守恒方程 206
10.4 质量和热量同时传递的热量传递方程 207
10.4.1 扩散热传导 207
10.4.2 热量守恒方程 208
10.4.3 热量传递的本构方程 208
10.5 质量和热量同时传递过程的模型 209
10.5.1 热扩散效应的分析 210
10.5.2 扩散热传导效应的分析 211
10.5.3 质量和热量同时传递的传热系数 213
10.6 质量和热量同时相际传递 215
10.6.1 相界面上的传质通量 216
10.6.2 相界面上的热量通量 216
10.6.3 相界面上的热平衡 217
10.6.4 相界面上的组分势能平衡 217
10.6.5 相界面上传质通量绑定方程 217
10.7 质量和热量同时传递的选例 219
10.7.1 扩散分馏：恒沸物分离 219
10.7.2 水滴的蒸发 222
10.7.3 非等温吸收