第七章：传质与分离过程概论.ppt

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第七章：

传质与分离过程概论主讲人：

穆韡7.1.7.1.概述概述77.1.1.1.1.传质与分离方法传质与分离方法7.1.2.7.1.2.相组成的表示方法相组成的表示方法77.1.1.1.1.传质与分离方法传质与分离方法1.传质分离过程：

依靠物质从一相到另一相传递过程，叫传质分离过程。

2.传质分离过程的依据：

依据混合物中各组分在两相间平衡分配不同。

77.1.1.1.1.传质与分离方法传质与分离方法1.平衡分离过程：

借助分离媒介（热能、溶剂、吸附剂等）使均相混合物系统变为两相体系。

2.速率分离过程：

借助某种推动力（如压力差、温度差、电位差等）的作用，利用不同组分扩散速率不同，实现分离。

（1）气体吸收选择一定的溶剂（外界引入第二相）造成两相，处理气体混合物。

（2）液体蒸馏对于液体混合物加热，使混合物内部造成两相，利用不同组分挥发性的差异，使得液体混合物得以分离。

（4）固体干燥对含一定湿分的固体提供一定的热量，使溶剂汽化，利用湿分压差，使湿分从固体表面或内部转移到气相，从而将含湿分的固体物料得以净化。

（3）萃取与浸取对于液-液混合物或液-固混合物进行类似气体吸收的分离方法，利用溶剂中不同组分溶解度的差异，对组分进行分离。

77.1.2.1.2.相组成表示法相组成表示法1质量分率与摩尔分率质量分率：

在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。

摩尔分率：

在混合物中某组分的摩尔数占混合物总摩尔数的分率。

气相：

液相：

质量分率与摩尔分率的关系：

2质量比与摩尔比质量比：

混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组分）的质量之比。

摩尔比：

混合物中某组分的摩尔数与惰性组分摩尔数之比。

气相：

液相：

质量分率与质量比的关系：

摩尔分率与摩尔比的关系：

3质量浓度与摩尔浓度质量浓度：

单位体积混合物中某组分的质量。

摩尔浓度：

单位体积混合物中某组分的摩尔数。

质量浓度与质量分率的关系：

摩尔浓度与摩尔分率的关系：

c混合物在液相中的总摩尔浓度，kmol/m3；混合物液相的密度，kg/m3。

4气体总压与理想气体中组分的分压总压与某组分的分压之间的关系:

摩尔比与分压之间的关系:

摩尔浓度与分压之间的关系:

7.2.7.2.质量传递的方式与描述质量传递的方式与描述77.2.1.2.1.分子传质（扩散）分子传质（扩散）7.2.2.7.2.2.对流传质对流传质7.2.3.7.2.3.相际间的传质相际间的传质分子扩散现象：

77.2.1.2.1.分子扩散分子扩散分子扩散：

在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。

扩散通量：

单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面积扩散的物质量，J表示，kmol/（m2s）。

菲克定律：

温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。

JA组分A扩散速率（扩散通量），kmol/（m2s）；组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m；DAB组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。

负号：

表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着浓度降低的方向进行理想气体：

=分子扩散两种形式：

等分子反向扩散，单向扩散。

1等分子反向扩散及速率方程JAJB

（1）等分子反向扩散TPpA2pB2TPpA1pB112等分子反向扩散：

任一截面处两个组分的扩散速率大小相等，方向相反。

总压一定=JA=JBDAB=DBA=D

（2）等分子反向扩散传质速率方程传质速率定义：

任一固定的空间位置上，单位时间内通过单位面积的物质量，记作N,kmol/（m2s）。

NA=气相：

NA=液相：

12JAJBNMcA/cNMcB/c总体流动NMNA

（1）总体流动：

因溶质扩散到界面溶解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差，使得混合物向界面处的流动。

（2）总体流动的特点：

1）因分子本身扩散引起的宏观流动。

2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。

2单向扩散及速率方程（3）单向扩散传质速率方程微分式在气相扩散积分式积分式积分式液相：

3扩散系数扩散系数的意义：

单位浓度梯度下的扩散通量，反映某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常数之一；D，m2/s。

D的影响因素：

A、B、T、P、浓度D的来源：

查手册；半经验公式；测定

（1）气相中的D范围：

10-510-4m2/s经验公式

（2）液相中的D范围：

10-1010-9m2/s7.2.2.7.2.2.对流传质对流传质1涡流扩散涡流扩散：

流体作湍流运动时，若流体内部存在浓度梯度，流体质点便会靠质点的无规则运动，相互碰撞和混合，组分从高浓度向低浓度方向传递，这种现象称为涡流扩散。

涡流扩散速率，kmol/（m2s）；涡流扩散系数，m2/s。

注意：

涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性常数，其值与流体流动状态及所处的位置有关。

总扩散通量：

77.2.3.2.3.对流传质模型对流传质模型相际对流传质三大模型：

双膜模型溶质渗透模型表面更新模型1双膜模型pApAicAicA气相液相GLE2双膜模型的基本论点（假设）

（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。

膜内为层流，A以分子扩散方式通过气膜和液膜。

（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。

（3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以涡流扩散的形式传质。

双膜模型也称为双膜阻力模型7.3.7.3.传质设备简介传质设备简介77.3.1.3.1.传质设备分类与性能要求传质设备分类与性能要求7.3.2.7.3.2.典型传质设备典型传质设备7.3.2.7.3.2.典型传质设备典型传质设备吸收质惰性组分溶剂吸收液吸收尾气吸收流程吸收与解吸流程吸收与解吸流程含苯煤气含苯煤气脱苯煤气脱苯煤气洗油洗油苯苯水水过热蒸汽过热蒸汽加加热热器器冷冷却却器器