27、化学工程中的传质操作与MATLAB计算

化学工程中的传质操作与MATLAB计算

在化学工程行业中，许多单元操作都涉及将混合物分离成其组成部分，同时改变物流的组成。这些操作被称为传质操作，其驱动力是浓度差（或梯度）。本文将介绍传质操作的相关概念，并详细阐述如何使用MATLAB进行传质操作的计算。

1. 传质操作概述

传质操作的主要目的是利用不同方法影响混合物的分离，这些方法包括气体吸附或汽提、蒸馏、液 - 液萃取、吸收、干燥或蒸发等。这些方法利用的是蒸气压或溶解度的差异，而非密度或颗粒大小。具体方法的选择取决于组分的性质以及它们所处的相态（固态、液态或气态）。传质操作可以在间歇系统或连续系统中进行，间歇操作通常是时间相关的，而连续系统往往在稳态条件下运行。单元操作可以采用逐级接触方式（如板式塔或一系列容器）或微分接触方式（如填料塔或喷雾塔）进行。

2. 扩散相关内容

2.1 一维扩散

在一个简单的扩散管中，考虑纯液体蒸发时组分A的二元气相扩散。如图所示，液体A从靠近管底部的纯A液层蒸发到A和B的气体混合物中。

Fick定律对于A的通量可以表示为：
[
\frac{dN_A}{dz}=\frac{dx_A}{dz}=-\frac{(1 - x_A)N_A}{D_{AB}C}
]
其中：
- (C) 是总浓度（(kg \ mol/m^3)）
- (D_{AB}) 是A在B中的分子扩散系数（(m^2/sec)）
- (N_A) 是A的摩尔通量（(kg \ mol/(m^2 \cdot sec))）
- (x_A = C_A/C) 是A的摩尔分数

在 (z = z