對于一端固定的杠桿，當(dāng)可動(dòng)端A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，固定端B也產(chǎn)生一定的彎矩，相當(dāng)于近端的彎矩按一定的比例傳到了遠(yuǎn)端，所以將固定端B彎矩與可動(dòng)端A彎矩的比值稱為由可動(dòng)端向固定端的傳遞系數(shù)，用CAB表示，即：CAB=MBA/MAB或MBA=CABMAB。MAB為端A的勁度系數(shù)。

而對于化學(xué)反應(yīng)過程中會(huì)伴隨著物質(zhì)和能量的變化，這就會(huì)產(chǎn)生能量和物質(zhì)的傳遞過程，在計(jì)算時(shí)會(huì)用到傳質(zhì)系數(shù)和傳熱系數(shù)，他們統(tǒng)稱為傳遞系數(shù)，影響傳遞系數(shù)的因素有很多。

中文名

傳遞系數(shù)

外文名

transmittance

拼音

chuán dì xì shù

類型

傳質(zhì)系數(shù)和傳熱系數(shù)

計(jì)算公式

CAB=MBA/MAB或MBA= CABMAB。

應(yīng)用

化學(xué)計(jì)算、能量傳遞計(jì)算

反映

傳遞過程阻力的大小

影響因素

顆粒幾何形狀、尺寸、反應(yīng)條件等

簡介

傳遞系數(shù)反映了傳遞過程阻力的大小，實(shí)質(zhì)上也就是圍繞催化劑顆粒外表面上層流邊界層的厚薄。溫度差和濃度差產(chǎn)生于層流邊界層的兩側(cè)。處理實(shí)際的濃度也做均一的假定。這實(shí)質(zhì)上是假定層流邊界層的厚度處處相等，這樣的假設(shè)將相間傳遞問題作為一維問題來處理，使復(fù)雜的問題大為簡化而又保持足夠的近似。

傳遞阻力的大小對于傳遞速率的影響至關(guān)重要，阻力越大則傳遞系數(shù)越小。流體與固體顆粒間的傳質(zhì)系數(shù)與顆粒的幾何形狀及尺寸、流體力學(xué)條件以及流體的物理性質(zhì)有關(guān)。影響流體與顆粒間傳熱系數(shù)的因素同樣是這些。

計(jì)算

海洋熱通量的主要確定方法可大體分為渦動(dòng)法、體積塊法和剩余法3種。渦動(dòng)法是利用邊界層理論來分析海冰生消過程中冰水間的動(dòng)量、熱量和鹽度的耦合過程，從而確定出海水對冰蓋的熱量傳遞；體積塊法主要是根據(jù)冰點(diǎn)和海水的溫差對海洋熱通量進(jìn)行直接計(jì)算；剩余法則是通過海冰下表面處的熱量平衡來確定海洋熱通量口。在海冰數(shù)值模擬，尤其是海冰數(shù)值預(yù)報(bào)中，體積塊法應(yīng)用最方便，它可以通過對水溫、流速的預(yù)測來對海洋熱通量直接計(jì)算。用體積塊法計(jì)算海洋熱通量的關(guān)鍵是對其中熱傳遞系數(shù)的確定，而不同研究者所確定的熱傳遞系數(shù)有很大的差異。

在對海洋熱通量的研究中，人們建立了幾種不同的體積塊計(jì)算方法。但大多數(shù)考慮了冰水間溫差、相對冰速以及海水定壓比熱容等因素，采用如下計(jì)算式：

式中：

為海洋熱通量；

為海水密度；

為海水定壓比熱容；

為冰水間的熱傳遞系數(shù)；

為海水和海冰的相對速度。

為海水溫度；

為冰點(diǎn)。

為計(jì)算上式中的熱傳遞系數(shù)，首先要確定海洋熱通量。根據(jù)能量平衡原理，海洋熱通量可由冰蓋底面的相變潛熱與冰內(nèi)熱傳導(dǎo)的差值確定，對于薄冰還應(yīng)考慮太陽輻射的影響，即：

式中：

為海冰密度；

為海冰融解潛熱；

為冰底面厚度變化率；

分別為海冰下表面的冰內(nèi)傳導(dǎo)熱和太陽輻射量透射量。對于厚冰

，則不考慮

的影響，而在遼東灣海域，由于海冰較薄，

對冰下的融解率有顯著的影響。

分類

對于多相催化反應(yīng)過程的第一步是反應(yīng)物向催化劑顆粒外表面?zhèn)鬟f，這一步驟的速率可用下式表示：

（式1）

式中，

為傳質(zhì)系數(shù)；

為顆粒的外比表面積；濃度差

為傳質(zhì)過程推動(dòng)力。對于定態(tài)過程，這一傳質(zhì)速率應(yīng)等于反應(yīng)物

的反應(yīng)速率

，有：

。

由于化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)總量伴隨著一定的熱效應(yīng)（放熱或吸熱），因而在反應(yīng)物向催化劑顆粒外表面?zhèn)鬟f的同時(shí)，必然產(chǎn)生流體與顆粒外表面間的熱量傳遞，進(jìn)行放熱反應(yīng)時(shí)，熱量從催化劑外表面向流體主體傳遞，吸熱反應(yīng)則相反，此傳熱速率可用下式表示：

（式2）

式中，

為流體與顆粒外表面間的傳熱系數(shù)；

分別表示顆粒外表面和流體主體的溫度，此溫度差為傳熱推動(dòng)力。放熱時(shí)

；吸熱時(shí)

。過程達(dá)到定態(tài)時(shí)傳熱量應(yīng)等于反應(yīng)放出（或吸收）的熱量，即：

（式3）

式1～式3為相間傳遞的基本方程。上述兩個(gè)傳遞方程都包含傳遞系數(shù)，即傳質(zhì)系數(shù)

和傳熱系數(shù)

。

由傳熱和傳質(zhì)的類比關(guān)系可知，用j因子的辦法來關(guān)聯(lián)氣固傳質(zhì)和傳熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最為合適。傳質(zhì)j因子

和傳熱j因子

的定義為：

式中

和

分別為斯密特?cái)?shù)和普蘭德數(shù)。

無論

還是

，均是雷諾數(shù)的函數(shù)，其函數(shù)形式與床層結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如，對于固定床

（式4）

上式應(yīng)用范圍為

（式5）

應(yīng)用范圍為

。上兩式中的雷諾數(shù)均系按顆粒的直徑來定義，即：

根據(jù)傳熱與傳質(zhì)的類比原理有：

對比式4和式5可知，對于固定床，

的關(guān)系亦近似成立。正因?yàn)檫@樣，用j因子來關(guān)聯(lián)傳質(zhì)和傳熱系數(shù)就顯出其優(yōu)越性，即可以由傳熱系數(shù)推算出傳質(zhì)系數(shù)，反之亦然。特別是前者更為重要，因?yàn)闅夤滔嚅g的傳熱實(shí)驗(yàn)測定較之傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)要來得準(zhǔn)確，相對來說也較為容易。但是也有些文獻(xiàn)報(bào)道固定床的

相差較大。

由

的關(guān)聯(lián)式4可知，傳質(zhì)系數(shù)

將隨質(zhì)量速率G的增長而變大，從而也就加快了外擴(kuò)散傳質(zhì)速率；反之，質(zhì)量速率下降，外擴(kuò)散傳質(zhì)阻力變大，甚至?xí)蔀檫^程的控制步驟。

實(shí)際生產(chǎn)中，在條件允許的前提下，力求用較大的質(zhì)量速率以提高設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)度，故屬于外擴(kuò)散控制的氣固催化反應(yīng)過程不多。硝酸生產(chǎn)中的鉑網(wǎng)催化劑上的氨氧化反應(yīng)屬于外擴(kuò)散控制，造成此種情況的原因有二：一是反應(yīng)溫度高達(dá)

，本征反應(yīng)速率很快，所謂本征反應(yīng)速率是指不存在內(nèi)外擴(kuò)散影響時(shí)的多相催化反應(yīng)速率；二是加大氨空氣混合氣的質(zhì)量速率會(huì)導(dǎo)致鉑網(wǎng)的機(jī)械摩擦損失增加。在氣固非催化反應(yīng)中，例如炭的燃燒，則由于在高溫下的燃燒反應(yīng)速率很快，常常是屬于外擴(kuò)散控制。

影響因素

經(jīng)過長期的探索和對生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)。發(fā)現(xiàn)影響傳遞系數(shù)

的主要因素有攪拌功率、空氣流速、發(fā)酵液的物理性質(zhì)、泡沫狀態(tài)、空氣分布器形狀和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)等。總結(jié)出了

與攪拌功牢、空氣流速、發(fā)酵液理化性質(zhì)等因素之間的關(guān)系，可用下述的經(jīng)驗(yàn)公式表示：

（式6）

式中

——單位體積發(fā)酵液實(shí)際消耗的功率（指通氣情況下，

）；

K——罐體垂直方向的空氣直線速度（m/h）；

——發(fā)酵液表觀黏度（Pa

·

S）；

——指數(shù)，與攪拌器和空氣分布器的形式等有關(guān)，一般通過實(shí)驗(yàn)測定；

K——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)

（一）攪拌功率的影響

1．?dāng)嚢璧淖饔芒偈拱l(fā)酵罐內(nèi)的溫度和營養(yǎng)物質(zhì)濃度達(dá)到均一，使組成發(fā)酵液的三相系統(tǒng)充分混合；②把引入發(fā)酵液中的空氣分散成小氣泡，增加了氣一液問的傳質(zhì)面積，提高

值；③增強(qiáng)發(fā)酵液的湍流程度，降低氣泡周圍的液膜厚度和流體擴(kuò)散阻力，從而提高氧的傳遞速率；④減少菌絲結(jié)團(tuán)，降低菌絲叢內(nèi)擴(kuò)散阻力和菌絲叢周闈的液膜阻力；⑤可延長窄氣氣泡在發(fā)酵罐中的停留時(shí)間，增加氧的溶解量。

2．影響攪拌功率的因素當(dāng)流體處于湍流狀態(tài)時(shí)，單位體積發(fā)酵液所消耗的攪拌功率才能作為衡量攪拌程度的可靠指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)測得公式6中的指數(shù)α的值為

。在攪拌情況下，當(dāng)發(fā)酵液達(dá)到完全湍流（即雷諾準(zhǔn)數(shù)

時(shí)），此時(shí)的攪拌功率P為：

（式7）

式中d——攪拌器直徑（m）；

n——攪拌器轉(zhuǎn)速（

）；

ρ——發(fā)酵液密度（

）；

P——攪拌功率（kW）；

K——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，隨攪拌器形式而改變，一般由實(shí)驗(yàn)測定。

公式7在不通氣和具有全擋板條件下的攪拌功率計(jì)算式，當(dāng)發(fā)酵液通入空氣后，由于氣泡的作用降低了發(fā)酵液的密度和表觀黏度，所以通氣情況下的攪拌功率僅為不通氣時(shí)所消耗功率的

。

3．?dāng)嚢韫β蕦?p style="text-align: center;">

的影響由式7可知，攪拌器直徑的增加及攪拌轉(zhuǎn)速的增加，都會(huì)引起攪拌功率的增加，

也隨之增加。工業(yè)化生產(chǎn)中，由于發(fā)酵設(shè)備的幾何尺寸基本固定，因此通常采取提高攪拌轉(zhuǎn)速的方式來增加發(fā)酵液巾的溶氧濃度值得注意的是如果攪拌速度過快，由于剪切速度增大，會(huì)對菌絲體造成一定程度的損傷，影響菌絲體的正常代謝，同時(shí)也會(huì)造成能源的浪費(fèi)。

（二）空氣流速的影響

從式6看出，

隨空氣流速的增加而增加，指數(shù)β約為

，隨攪拌器的形式而異。當(dāng)空氣流速增加時(shí)，隨著發(fā)酵液中的空氣增多、密度下降，使攪拌功率下降。當(dāng)空氣流速增加到某一值時(shí)，由于空氣流量過大，通人的空氣不經(jīng)過攪拌葉的分散，而沿著攪拌軸形成空氣通道，空氣直接逸出發(fā)酵液，此時(shí)攪拌功率不再下降，此時(shí)的空氣流速稱為“氣泛點(diǎn)”（flooditlgpoint），此時(shí)

也不再增加。

（三）泡沫的影響

在發(fā)酵過程中，由于通氣和攪拌的作用引起發(fā)酵液出現(xiàn)泡沫。在黏稠的發(fā)酵液中形成的流態(tài)泡沫比較難以消除，影響氣體的交換和傳遞。如果攪拌葉輪處于泡沫的包圍之中，也會(huì)影響氣體與液體的充分混合，降低氧的傳遞速率。

（四）空氣分布器形式和發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)的影響

在需氧發(fā)酵中，除了攪拌可以將空氣分散成小氣泡外，還可用鼓泡器來分散空氣，提高通氣效率。試驗(yàn)表明，當(dāng)空氣流量增加到一定值時(shí)，有無鼓泡器對空氣的混合效果無明顯的影響。此時(shí)，空氣流量較大，造成發(fā)酵液的翻動(dòng)和相流，對空氣起到了很好的分散作用。鼓泡器只是在空氣流速較低的時(shí)候?qū)諝馄鸬狡鸬姆稚⒆饔?。此外，發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)，特別是發(fā)酵罐的高與直徑的比值，對氧的吸收和傳遞有較大的影響。