化工原理第八章第二节讲稿
第八章 传质过程导论(化工原理)
第八章 传质过程导论第一节 概述8-1 化工生产中的传质过程均相物系的分离（提纯，回收）1.吸收2.气体的减湿3.液－液萃取4.固－液萃取（浸沥，浸取）5.结晶6.吸附（脱附）7.干燥 8精馏 目的：湿分离或混合8-2 相组成的表示法1. 质量分率和摩尔分率mm a A A =mm a B B =mm a C C =……….......+++=C B A m m m mA,B 两组分 a a -1 nn x A A =nn x B B =nn x C C =…….......+++=C B A n n n n .......1+++=C B A x x x互换 A A AA A m m a m m x ==BB B m m a x =…….∑=++=iii B B A A m a m m m a m m a n ...... ()....,,C B A i =故 ∑==iii AA A A m a m a nn xi iiAA A m xm a a ∑=2.质量比和摩尔比质量比 B A m m a /=摩尔比 B A n n X =()a a a -=1 ()x x X -=1)X X x -=13．浓度质量浓度 V m C A A = 3/m kg摩尔浓度 V n C A A = 3/m k m o l均相混合物的密度ρ即为各组分质量浓度的总和（体积与混合物相等）∑=++=iB A CC C ........ρρA V m a V m C A A A ===C x V n x V n C A A A A ===混合气体 RTp V n C A A A ==RTp MVn M Vm C AAAA A A ===气体总摩尔浓度 RTp Vn C ==摩尔分率与分压分率相等 pp nn y A A A ==气体混合物摩尔比可用分压比表示 BB A A BB A A BA Mp M p Mn M n n n Y ===第二节 扩散原理8-3 基本概念和费克定律分子扩散： 扩散速率与浓度梯度成正比 费克定律： 对双组分物系下表达为： dzdl D J A ABA -=A J —分子A 的扩散通量 s m kmol ⋅2/ 方向与浓度样应相反 AB D —比例系数 组分A 在介质B 中的扩散系数 s m /2A c —组分A 浓度，3/m kmoldz dc A —组分A 的浓度梯度 4/m kmol RTp c A A =得 dzdp RTD J AAB A -=定义A J 通过得截面是“分子对称”得，即有一个A 分子通过某一截面，就有一个B 分子反方向通过这一截面，填补原A 分子得空部位，这种分子对称面为固定时，较为简便。
化工原理课件(天大版)第八章 干燥
t 湿球温度计
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§8.1 湿空气的性质及湿度图
6．绝热饱和温度tas 在与外界绝热情况下，空气 与大量水经过无限长时间接触后， 空气温度与水温相等，称这一稳 定的温度为湿空气的绝热饱和温 度，用tas表示。
tas
补充水 tas 饱和空气
tas,Has, Ias
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§8 概述
传导干燥 热能通过传热壁面以传导方式传给物料，产生的湿 分蒸气被气相（又称干燥介质）带走，或用真空泵 排走。例如纸制品可以铺在热滚筒上进行干燥。 对流干燥
以干燥介质：热空气、 湿分：水为例
干 燥 法
热能以对流方式加入物料，产生的蒸气被干燥介质所带走。
cH cg cv H 1.01 1.88 H
c H f H
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§8.1 湿空气的性质及湿度图
4．湿空气的焓I
kJ/kg 干气
焓----kJ/kg
I I g Iv H
cg cv H t r0 H
1.01 1.88H t 2490H
50％ 为宜；室温达18℃ 时，相对湿 度应控制在30%—40％ 。 7/22
pv p s H 0.622 0.622 相对湿度代表湿空气的不饱和程度。 P p s P pv
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§8.1 湿空气的性质及湿度图
1kg干空 气的体积 Hkg水气 体积 H 1kg干空 气
传质、传热同时发生
本章重点讨论以空气作干燥介质，以水为湿份的对流干燥过程。
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化工原理,第8-9章
第八章 传质过程导论第一节 概述8-1 化工生产中的传质过程均相物系的分离（提纯，回收）1.吸收2.气体的减湿3.液－液萃取4.固－液萃取（浸沥，浸取）5.结晶6.吸附（脱附）7.干燥 8精馏 目的：湿分离或混合8-2 相组成的表示法1. 质量分率和摩尔分率m m a A A =m ma B B = mm a C C = ………. ......+++=C B A m m m mA,B 两组分 a a -1 n n x A A =n nx B B = nn x C C = ……. ......+++=C B A n n n n .......1+++=C B A x x x互换 A A A A A m m a m m x ==BB B m ma x = ……. ∑=++=i i i B B A A m a m m m a m m a n ...... ()....,,C B A i = 故 ∑==i iiAAA A m a m a n n x iiiA A A m x m a a ∑=2.质量比和摩尔比质量比 B A m m a /=摩尔比 B A n n X =()a a a -=1 ()x x X -=1()X X x -=13．浓度质量浓度 V m C A A = 3/m kg摩尔浓度 V n C A A = 3/m k m o l均相混合物的密度ρ即为各组分质量浓度的总和（体积与混合物相等）∑=++=i B A C C C ........ρρA V ma V m C A A A ===C x V n x V n C A A A A ===混合气体 RTp V n C A A A ==RTp M V n M V m C AA A A A A ===气体总摩尔浓度 RTpV n C ==摩尔分率与分压分率相等 pp n n y AA A ==气体混合物摩尔比可用分压比表示 BB AA B B A A B A M p M p M n M n n n Y ===第二节 扩散原理8-3 基本概念和费克定律分子扩散： 扩散速率与浓度梯度成正比 费克定律： 对双组分物系下表达为： dzdl D J AABA -= A J —分子A 的扩散通量 s m kmol ⋅2/ 方向与浓度样应相反 AB D —比例系数 组分A 在介质B 中的扩散系数 s m /2A c —组分A 浓度，3/m kmoldz dc A —组分A 的浓度梯度 4/m kmol RT p c A A =得 dzdp RT D J AAB A -= 定义A J 通过得截面是“分子对称”得，即有一个A 分子通过某一截面，就有一个B 分子反方向通过这一截面，填补原A 分子得空部位，这种分子对称面为固定时，较为简便。
化工原理(第二版)第八章-
中一
（8-11）
第二节 吸收过程的相平衡关系
（3）吸收平衡线 表明吸收过程中气、液相平衡关系 的图线称吸收平衡线。在吸收操作中，通常用图来表示。
图8-2吸收平衡线
第二节 吸收过程的相平衡关系
式（8-10）是用比摩尔分数表示的气液相平衡关系。
它在坐标系中是一条经原点的曲线，称为吸收平衡线，如 图8-2（a）所示；式（8-11）在图坐标系中表示为一条经 原点、斜率为m的直线。如图8-2（b）所示。
第二节 吸收过程的相平衡关系
相平衡关系随物系的性质、温度和压力而异，通常由 实验确定。图8-1是由实验得到的SO2和NH3在水中的溶解度 曲线，也称为相平衡曲线。图中横坐标为溶质组分(SO2 、 NH3)在液相中的摩尔分数 ，纵坐标为溶质组分在气相中 的分压 。从图中可见：在相同的温度和分压条件下， 不同的溶质在同一个溶剂中的溶解度不同，溶解度很大的 气体称为易溶气体，溶解度很小的气体称为难溶气体；同 一个物系，在相同温度下，分压越高，则溶解度越大；而 分压一定，温度越低，则溶解度越大。这表明较高的分压 和较低的温度有利于吸收操作。在实际吸收操作过程中， 溶质在气相中的组成是一定的，可以借助于提高操作压力 来提高其分压 ；当吸收温度较高时，则需要
（8-6） 式中 ——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
——溶质在溶液中的摩尔分数； ——亨利系数，其单位与压力单位一致。 式（8-6）即为亨利定律的数学表达式，它表明稀溶 液上方的溶质平衡分压 与该溶质在液相中的摩尔分数 成正比，比例系数称为亨利系数。亨利系数的数值可由实 验测得，表8-1列出了某些气体水溶液的亨利系数值。
第二节 吸收过程的相平衡关系
1
分子扩散 物质以分子运动的方式通过静止流体
第八章 - 第二讲 -传质概论-分子扩散
kg / m3
= i
对气体混合物(在总压不太高时)中A组分的质量浓度为
A
=
pAM A RT
kg / m3
三、浓度
2.摩尔浓度
指单位体积内的物质的量，对A组分
CA
=
nA V
mol / m3
c = ci
对于气体混合物(在总压不太高时)，若其中组分A的分 压为PA，则可由理想气体定律计算其摩尔浓度
积分：z=z1 ：PA =PA1 z=z2 ：PA =PA2
NA
=
D
RT
(PA1
−
) PA2
同理：
NB
=
D
RT
(PB1
−
PB2
)
NA
=
−
D RT
PA1 z1
− −
PA2 z2
NA = −NB
净物质通量： N = N A + NB = 0
一、等分子反向扩散
注：
①液相：总浓度CM=CA+CB，则：
( ) N AL
= J AL
= D
L
CA1 − CA2
L
( ) NBL
=
J BL
=
D
L
CB1 − CB2
L
NAL = −NBL
②实际中少有等分子反向扩散，但对于二组分摩尔汽化潜 热相等的精馏过程，可视为此类型。
第一节 传质过程概述
3.质量浓度与摩尔浓度
组成 质量浓度 摩尔浓度
计算公式
Ci
=
mi V
=
M i pi RT
ci
= ni V
=
pi RT
换算公式
Ci = ai
化工原理 第八章 固体干燥.
第八章固体干燥第一节概述§8.1.1、固体去湿方法和干燥过程在化学工业,制药工业,轻工,食品工业等有关工业中,常常需要从湿固体物料中除去湿分(水或其他液体),这种操作称为”去湿”.例如:药物,食品中去湿,以防失效变质,中药冲剂,片剂,糖,咖啡等去湿(干燥) 塑料颗粒若含水超过规定,则在以后的注塑加工中会产生气泡,影响产品的品质. 其他如木材的干燥,纸的干燥.一、物料的去湿方法1、机械去湿：压榨，过滤或离心分离的方法去除湿分，能耗底，但湿分的除去不完全。
2、吸附去湿：用某种平衡水汽分压很低的干燥剂（如CaCl2，硅胶，沸石吸附剂等）与湿物料并存，使物料中水分相续经气相转入到干燥剂内。
如实验室中干燥剂中保有干物料；能耗几乎为零，且能达到较为完全的去湿程度，但干燥剂的成本高，干燥速率慢。
3、供热干燥：向物料供热以汽化其中的水分，并将产生的蒸汽排走。
干燥过程的实质是被除去的湿分从固相转移到气相中，固相为被干燥的物料，气相为干燥介质。
工业干燥操作多半是用热空气或其他高温气体作干燥介质（如过热蒸汽，烟道气）能量消耗大，所以工业生产中湿物料若含水较多则可先采用机械去湿，然后在进行供热干燥来制得合格的干品。
二、干燥操作的分类1、按操作压强来分：1）、常压干燥：多数物料的干燥采用常压干燥2）、真空干燥：适用于处理热敏性，易氯化或要求产品含湿量很低的物料2、按操作方式来分：1）、连续式：湿物料从干燥设备中连续投入，干品连续排出特点：生产能力大，产品质量均匀，热效率高和劳动条件好。
2）、间歇式：湿物料分批加入干燥设备中，干燥完毕后卸下干品再加料如烘房，适用于小批量，多品种或要求干燥时间较长的物料的干燥。
3、按供热方式来分：1）、对流干燥：使干燥介质直接与湿物料接触，介质在掠过物料表面时向物料供热，传热方式属于对流，产生的蒸汽由干燥介质带走。
如气流干燥器，流化床，喷雾干燥器。
2）、传导干燥：热能通过传热壁面以传导方式加热物料，产生的蒸汽被干燥介质带走，或是用真空泵排走（真空干燥），如烘房，滚筒干燥器。
化工原理-第8章 气体吸收
8.3 扩散和单相传质
① 溶质由气相主体传递到两相界面，即气相内的物质传递；
② 溶质在相界面上的溶解，由气相转入液相，即界面上发生 的溶解过程
③ 溶质自界面被传递至液相主体，即液相内的物质传递。 通常，第②步即界面上发生的溶解过程很容易进行，其阻力很小
( 传质速率 小，
=
传质推动力 传质阻力
)故认为相界面上的溶解推动力亦很
8.1概述
①溶剂应对被分离组分（溶质）有较大的溶解度，或者说在 一定的温度与浓度下，溶质的平衡分压要低。这样，从平衡角度 来说，处理一定量混合气体所需溶剂量较少，气体中溶质的极限 残余浓度亦可降低；就过程数率而言，溶质平衡分压↓，过程推 动力大，传质数率快，所需设备尺寸小。
②溶剂对混合气体中其他组分的溶解度要小，即溶剂应具备 较高的选择性。若溶剂的选择性不高，将同时吸收混合物中的其 他组分，只能实现组分间某种程度的增浓而不能实现较为完全的 分离。
⑷工业吸收流程（见旧讲稿） 由流程图可见，采用吸收操作实现气体混合物的分离必须解决下 列问题： ①选择合适的溶剂，使能选择性比溶解某个（或某些）被分离组 分； ②提供适当的传质设备（多位填料塔，也有板式塔）以实现气液 两相的接触，使被分离组分得以从气相转移到液相（吸收）或气相 (解吸)；
8.1概述
注意：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何瞬间 进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，在 宏观上过程就象是停止了。这种状态称为相际动平衡，简称相平 衡。
8.2.1平衡溶解度
⑴溶解度曲线
对 单 组 分 物 理 吸 收 的 物 系 ， 根 据相律 ，自 由度数F 为F=CΦ+2=3-2+2=3(C=3,溶质A，惰性组分B,溶剂S，Φ＝2，气、液两 相)，即在温度 t ，总压 p ，气、液相组成共4个变量中，由3个自 变量（独立变量），另1个是它们的函数，故可将平衡时溶质在气
陈敏恒_化工原理课件_第八章(2)
新操作线与原操作线平行，
y2 , x1 , , N
讨论： x2 ，K y a 不变，而 N ，显然 ym x2 的调节限度：主要受解吸过程的限制
（3）吸收剂入塔温度的调节 原工况如图蓝线所示， 现仅 t ， 操作结果如何变化？ 新操作线与原操作线平行，
m ,y2 ,x1 ,η ,N
二、计算方法
H N OG H OG
由 H OG NOG L( y2 ) x1 第二类命题需要试差
mG y1 mx2 mG 1 ln 1 mG L y 2 mx2 L 1 L
三、吸收塔的操作和调节 调节方法：改变吸收剂的入口条件 L, x2 , t
返混：少量流体自身由下游返回至上游 任何形式的返混，都将降低传质推动力，对 传质不利。
例题1 课本P45，8-12 例题2 用纯溶剂吸收某混合气中有害组分，已知 ye mx ，H OG 与 m G L 为常数， 当 y1 0.09， 1 0.9 时，塔高为 H 1 当 y1 0.09， 2 0.99 时，塔高为 H 2 当 y1 0.009， 3 0.9 时，塔高为 H 3 试比较 H1 , H 2 , H 3 的大小
K y a,K x a ：容积传质系数 kmol s m
3
六、传质单元数与传质单元高度
y1 dy G 令：H OG ，N OG y2 y y K ya e H H OG NOG x1 dy L 令：H OL ， N OL x2 x x K xa e H H OL NOL
8.5.4 吸收塔的操作型计算 一、操作型计算的命题 （1）第一类命题 给定条件：H , L, G, x2 , y1 , y f ( x) 流动方式，K y a 或 K x a x1 计算目的： y2 ( ) ， （2）第二类命题 给定条件：H , G, y1 , y2 , x2 , y f ( x) 流动方式，K y a 或 K x a 计算目的： L ，x1
化工原理 第八章 传质过程导论.doc
第八章传质过程导论第一节概述8-1 物质传递过程(传质过程)传质过程• 相内传质过程• 相际传质过程相内传质过程：物质在一个物相内部从浓度(化学位)高的地方向浓度(化学位)高的地方转移的过程。
实例：煤气、氨气在空气中的扩散，食盐在水中的溶解等等。
相际传质过程：物质由一个相向另一个相转移的过程。
相际传质过程是分离均相混合物必须经历的过程，其作为化工单元操作在工业生产中广泛应用，如蒸馏、吸收、萃取等等。
几种典型的相际传质过程●吸收：物质由气相向液相转移，如图8-1所示A图8-1 吸收传质过程●蒸馏：不同物质在汽液两相间的相互转移，如图8-2所示。
相界面AB图8-2 蒸馏传质过程●萃取，包括液-液萃取和液-固萃取液-液萃取：物质从一个相向另一个相转移。
例如用四氯化碳从水溶液中萃取碘。
液-固萃取：物质从固相向液相转移。
●干燥：液体(通常为水)由固相向气相转移其它相际传质过程：如结晶、吸附、气体的增湿、减湿等等。
传质过程与动量传递、热量传递过程比较有相似之处，但比后二者复杂。
例如与传热过程比较，主要差别为： (1)平衡差别传热过程的推动力为两物体(或流体)的温度差，平衡时两物体的温度相等；传质过程的推动力为两相的浓度差，平衡时两相的浓度不相等。
例如1atm,20ºC 下用水吸收空气中的氨，平衡时液相的浓度为0.582 kmol/m3 ，气相的浓度为3.28×10 - 4kmol/m3 ，两者相差5个数量级。
(2)推动力差别传热推动力为温度差，单位为ºC ，推动力的数值和单位单一；而传质过程推动力浓度有多种表示方法无(例如可用气相分压、摩尔浓度、摩尔分数等等表示)，不同的表示方法推动力的数值和单位均不相同。
8-2浓度及相组成的表示方法1. 质量分数和摩尔分数● 质量分数：用w 表示。
以A 、B 二组分混合物为例，有w A = (8-1)● 质量分数：用x 或y 表示。
以A 、B 二组分混合物为例，有x A = (8-2)2. 质量比与摩尔比 ● 质量比：混合物中一个组分的质量对另一个组分的质量之比，用w 表示。
北京化工大学_《化工原理》_课件_第八章_干燥
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本章主要讨论对流干燥，干燥介质是热 空气，除去的湿分是水分。
对流干燥是传热、传质同时进行的过程，
但传递方向不同，是热、质反向传递过程： 传热 方向 气 固 固 传质 气
推动力
温度差
水汽分压差
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干燥过程进行的必要条件： * 物料表面水汽压力大于干燥介质中水汽分压；
空气—水体系，
kH 空气—甲苯体系，
cH
， t w t as
kH
c H ，tw tas
当空气为不饱和状态：t tw (tas) td； 当空气为饱和状态： t = tw (tas) = td。
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8.1.2 空气的湿度图及其应用
11
pw pS
100%
即：
f ( pw，t )
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当 φ =1时：
pw = ps，湿空气达饱和，不可作为干燥介质；
当 φ <1时：
pw < ps，湿空气未达饱和，可作为干燥介质。
φ越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。
结论：
湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而
别被加热到50℃和120℃，求值 。
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三、湿空气的比热与焓 1、湿比热（湿热）cH [kJ/kg干气•℃]
定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水
汽升高温度1℃所需的热量。
cH cg cv H 1.01 1.88 H f ( H )
化工原理下 第八章 吸收(卓越)
一、全塔物料衡算 吸收操作时，表征吸收程度 有两种方式： (1) 吸收的目的是为了回收有用物 质，用吸收率η表示： η ＝被吸收的溶质/进塔气中的溶质 ＝(Yb－Ya)/Yb＝1－Ya/Yb (2) 吸收的目的是为了除去气体混 合物中的有害物质，直接规定出 塔气体有害物质的浓度Ya
若干气体在水中的亨利常数E之值
E, MPa 气体 氦 氢 氮 空气 一氧化碳 氧 甲烷 一氧化氮 乙烷 乙烯
0°C 5°C 10°C 15°C 20°C 25°C 30°C 35°C 40°C 50°C 60°C 80°C 13100 12800 12700 12600 12300 11600 5870 6160 6440 6700 6920 7160 7390 7520 7610 7750 7750 5360 6050 6770 7480 8140 8760 9360 9980 10500 11400 12200 4380 4940 5560 6150 6730 7290 7810 8340 8810 9580 10230 3570 2580 2270 1710 1280 560 4010 2950 2620 1530 1570 662 4480 3310 3010 2210 1920 778 4950 3690 3410 2450 2290 907 5430 4060 3810 2670 2660 5880 4440 4180 2910 3060 6280 4810 4550 3140 3460 6680 5140 4920 3350 3880 7050 5420 5270 3570 4290 7710 5960 5850 3950 5070 8320 6370 6340 4230 5720 100 °C
8.2 吸收过程相平衡基础 8.2.1 气液相平衡关系
化工原理讲话稿(中国石油大学)第八章--传质过程概论
第一节 概 述 (Introduction)
３．分类 (1)气(汽)－液接触传质过程
精馏：利用液体混合物中各组分饱和蒸汽压或沸点或挥发 性的差异而将各组分分离开来;
结晶：溶质的过饱和溶液与溶质固体相接触。
第一节 概 述 (Introduction)
和传热速率一样，传质速率也可表示成
传质速率 传传质质推阻动力力
或
传质速率＝传质系数×浓度差
传质过程的进行： 物质由一相内部扩散至两相界面； 物质穿过相界面； 物质由相界面扩散至另一相的内部主体
第一节 概 述 (Introduction)
对于液相中的等分子反向扩散，若总浓度为常数，同理 可积分而得到组分A的传质速率：
NALJALD L(CA1CA2)L
NBLJBLD L(CB1CB2)L
摩尔汽化潜热接近相等的二元混合物进行精馏操作时， 在汽、液两相的接触过程中，易挥发的A组分由液相进入 汽相的速率与难挥发的B组分从汽相进入液相的速率大体 相同。因此，无论在汽相中，或者在液相中进行的传质过 程都可视为等分子反向扩散
A
pAM A RT
kg / m 3
３.浓度与其他组成方法的换算
根据组成方法的定义换算（略）
第一节 概 述 (Introduction)
三、传质设备简介
爷 单 身 1`却 潇 洒借 我、你 的一辈 子为迩 独战天 下⌒い 我颠覆 世界,只 为你摆 正自己 的 未 来 不 用 别人插 手ッ我 不爱你 、别自 讨没趣 人活一 种状态 别跟哥 谈成败 》： 我 de爱 、 绝 非 一般 贱必有 天收 ﹏ 绝锭ゝ 祗熺欢 .你呐谁 ╮我说 的①辈 子疼n1我命由 我 不 由 天 做 自俄世 界里的 王者≈以 女王姿 势゛俯 视全世 界╰只 有放弃、没有忘记ゝ 我 是 沵 憧 憬 的未来 ≈闭le沵 们旳敷 衍▂据 为己有 ×别在 我面 前出现 ゝ爱我 你怕了 么 你 要 的 幸 福、只 能我给 你拿什 么来挽 回我俄 们会在 一起一 辈子 ╯ 这个世 界、我
化工原理第八章固体流态化
或
式中: u0 —ξ—= Cd分2 布阻板力小系孔数气（速当开孔率≤10 % 查图 6-12 P334）
为了增大△P干, 工业上常在开孔率一定下（0.4~1.4 %）, 采用小孔布 气
2. 内部构件: 3. 型式: 挡网、档板 4. 作用: ① 抑制气泡成长和产生大气泡（“腾涌流化”） 5. ② 减小返混程度 6. ③ 增强两相接触 7. 粒度分布: 8. 主要影响临界流化速度umf及操作弹性比ut /umf，床层膨胀比L /Lmf及床层压降△P 9. 因此: 工业中常用小直径且粒径分布较宽的颗粒进行流化作业，粉粒可在其中起“润滑”
, ut , dp表示事出颗粒最小粒 径
3. 操作范围: （ut/umf）—— 亦可称操作弹性 比对于微细颗粒: 当 Rep<1 时，
对于大颗粒: 当 Re>1000 时，ξ = 0.44
1-4. 流化过程的主要影响因素 1. 分布板结构形式（开孔率、孔径等）作用: ① 支承颗粒、防止漏料 ② 使气体均匀分布 ③ 分散气流，形成小气泡 要求: 分布板的干板压降足够大(≥3.5Kpa)以保障气体的均布(或△P干 / △P总≥10 %)
关系: 气体的放（吸）热 = 固体颗粒吸（放） 热
在微分床层高度dH内: 故:
即: 以
对H作图, 由斜率
G —— 质量流速 Kg/m2·s at —— 单位体积床层颗粒比表面
可求得α值
b.非定态法 假定: ① 任一时刻床层中气体温度等于其离开床层时温度（Tf离 = Tf1）
② 床层中任一时刻τ的颗粒温度Ts分布均匀，但随时间变化。 ③ 无热损失。（床层表面不散失热量）
第八章 固体流态化
第一节 流化（固体流态化）
《化工原理》8传质过程导论1.
D RT
dpA dz
将上式中的p、z 对应积分，整理得：
D
NA RTz (pA1 pA2 )
同理，组分B有
D
NB
JB
RTz
pB1 pB2
若为液相，则有
D
N A z cA1 cA2
D
NB z cB1 cB2
例1. 氨气（A)与氮气（B）在一等径管两端相互扩散，管 子各处的温度均为298K，总压均为1.013×105Pa。在端点 1处，氨气的摩尔分数yA1=0.15；在端点2处，yA2=0.06， 点1、2间的距离为1m。已知此时扩散系数DAB=2.3×105m2/s。试求A组分的传质通量。
§8-1-2 相组成的表示方法
1、质量分数和摩尔分数
质量分数
wA
mA m
wB
mB m
wi 1
摩尔分数
xA
nA n
xB
nB n
xi 1
相互换算关系：
wA
xA M A
wi
i Mi
（一般液相用x，气相用y）
wA xAM A
xi M i
i
2、质量比和摩尔比（常见于双组分物系）
扩散：物质在单一相内的传递过程
流体中物质扩散的基本方式：
扩散方式 分子扩散 涡流扩散
作用物 流体分子 流体质点
作用方式 热运动 湍动和旋涡
作用对象 静止、滞流
湍流
分子扩散：
推动力 浓度差 物质传递 简称为扩散
终点： 浓度差为〇
扩散快慢？
College of Power Engineering NNU WANG Yanhua
化工原理下第8章课件
不同气体在同一溶剂中溶解度不同。 气体的溶解度随温度升高而减小。 加压和降温一般可提高气体溶解度。
10
化工原理（下）-气体吸收-气液相平衡
120 60C
100
80
50C
60 40C
40
定态和非定态操作 基本假定 (1)只有被吸收组分溶于溶剂，其余组分可视为 惰性组分。 (2)溶剂蒸气压很低，其挥发损失可忽略，气体 中不含溶剂蒸汽。 在气相中仅含惰性组分和可溶性组分，在液相中 仅含被吸收组分(溶质)与溶剂。
8
化工原理（下）-气体吸收-气液相平衡
化工传递过程
过程的极限：平衡问题。 过程的速率：过程的动力学，推动力问题。
汽提等手段。加热耗热能多，减压耗动力多， 汽提需要某些特别方式且仅适用一定条件。 若能选择某溶剂使吸收后溶液作为产品，则不 需再生，可使吸收过程较经济。
6
化工原理（下）-气体吸收-概述
吸收过程中气、液 两相接触方式
a.
ห้องสมุดไป่ตู้
b.
级
微
式
分
接
接
触
触
图 8-2 两类吸收设备
7
化工原理（下）-气体吸收-概述
23
化工原理（下）-气体吸收-扩散
分子扩散和主体流动
pA1 A P
pB1
pA2 P
B pB2
1. 等分子反向扩散 设pA1>PA2, pB1<pB2 联通管内隔板打开时，A组分将向右扩散，B组分将
向左扩散。讨论稳定状态，各位置组分分压不变。 因为总压相等，两组分扩散量必然相同，否则总压
化工原理(第四版)谭天恩 第八章 传质过程导论-dm
靠分子或原子的无规则热运动
A B A B B A 组分B的扩散量JB,z A B 质量中心面 B B A B 组分A的扩散量JA,z B B B
JA,z------相对扩散通量，kmol/m2s
A
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《化工原理》电子教案/第八章
第二节 分子扩散
二．菲克定律
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
组分A的扩散量JA,z A B A B A A B 质量中心面 B B A B A B 14/36 B A A
组分B的扩散量JB,z
《化工原理》电子教案/第八章
一．菲克定律
说明： （3）DA,B是物性。
DA, B f ( P , T , x)
转下页
DA,B（气） 10-5m2/s DA,B（液） 10-9m2/s DA,B（固） <10-10m2/s （4）对二元体系，扩散系数的下标 可去掉。即 对气体体系有：DA,B＝ DB,A 对液体体系有：DA,B DB,A
dcA DAB dz
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《化工原理》电子教案/第八章
一．菲克定律
说明： （1）JA,z、 JB,z是相对扩散通量 （绝对扩散通量用NA,z表示） 组分A移走后，出现空位，其他 分子（可能是A也可能是B）将会 补位，若A、B分子量不等，那么 质量中心会局部发生漂移。JA,z、 JB,z是为了使JA,z＋ JB,z＝0而定义的 ，即JA,z、 JB,z是相对于一个移动的 扩散面而定义的扩散通量。 （2）JA,z＝－ JB,z 由JA,z＋ JB,z＝0可证得。
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《化工原理》电子教案/第八章
二．双组分、一维稳态分子扩散举例
1．等摩尔相互扩散
特点：N A, z N B, z 常数
化工原理第八章第二节讲稿.
4、温度对相平衡关系的影响
物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大
T1＜T2＜T3
温度升高，分层区面积缩小
2019/7/17
三、萃取过程在三角形相图上的表示
Em ax
E
S MF F MS
F●
R R
E RF R EF
E R F
E M
E MR R ME
直角三角形相图
M点的横坐标表示萃取剂S的质量百分数 xS 0.3
纵坐标表示溶质A的质量百分数 xA 0.4 xB 1 xA xS 1 0.4 0.3 0.3
2019/7/17
2、杠杆法则 ——萃取物料衡算的依据
•三点共线
M点：合点
D、E：差点
•线段成比例
D MC C MD
yB xB
分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。
kA值与联结线的斜率有关。
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联结线的斜率＞0 联结线的斜率为0
kA＞1，yA＞xA
kA =1，yA=xA
kA值愈大，萃取分离的效果愈好。
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联结线的斜率＜0
kA＜1， yA＜xA
2）分配曲线
yA f (xA ) ——分配曲线的数学表达式
K H·
E
D
M
xA BH 0.7
xB AH 0.3
B
S
F
G
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三角形内的任一点：一定组成的三元混合物 M点的组成为：
xA BE 0.4 xB SG 0.3 xS AK 0.3 xA xB xS 0.4 0.3 0.3 1.0
化工原理(第八章传质基础)
3、生物物质的扩散系数 化 工 原 理 对于水溶液中生物溶质扩散系数的估算，当溶质的分子量 小于1000或其分子体积小于500 cm3/mol 时，可用下式计 算：
DAB
1/ T (φM B )T2 −15 = 7.4 ×10 µVA0.6
m2 / s
吉 首 大 学
吉 首 大 学
JA pA1 pB1 JB pA2 pB2
由于总压p=pA+pB为常数，微分则有：0=dpA+dpB DAB=DBA=D
二、扩散系数 化 工 原 理 扩散系数是衡量物质扩散能力的物理性质，单位：m2/s 1、气体中的扩散系数 气体中的扩散系数与其系统、温度和压力有关，其数量级为 10－5m2/s 对于二元气体扩散系数的估算，通常使用富勒（Fuller）公 式：
固相 C
固相 B+A
气相 C+A
液相 A
汽相 精 馏
干 燥
B+A A+B B
三、相组成的表示方法 化 工 原 理 １．质量分率和摩尔分率 混合物中某组分Ａ的质量mA占混合物总重量m的分率，称为 组分Ａ的质量分率 。即： wA= mA/m 混合物中某组分Ａ的摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率，称 为组分Ａ的质量分率 。即： xA= nA/n ２．质量比和摩尔比 以Ｂ为参照组分，则质量比：w = mA/mB，摩尔比：X = nA/nB 3．质量浓度和摩尔浓度 单位体积溶液中溶质的质量，称为质量浓度，即： CA=mA/V 单位体积溶液中溶质的摩尔数，称为摩尔浓度，即： cA=nA/V
C （C －C ） A Ai CBm
CA CAi CAi’
δ δ’
’ D’ C （C’ C ） Ai－ ’ A C’ δ’ Bm
化工原理第8章
化学反应工程导论
“化学反应工程”主要解决下列问题： • 反应过程解析 • 反应技术开发 • 反应器设计 它涉及诸多有关学科理论，是一门多科性 的交叉学科。
化学反应工程涉及学科：
• 化学（化学热力学，化学动力学） • 化工传递过程（反应器中流体流动，混合传热与 质） • 化学工艺学（反应工艺路线及设备） • 工程控制论（反应过程动态特性，反应过程的测 量与反应过程最佳化）
• 选择性
生成目的产物消耗关键组分的量 v A nP 已转化的关键组分量 v P n A,o n A
转化率x、收率φ、选择性β三者之间的关系
φ=βX
§3 流动系统的反应动力学
3-1 流动系统的反应动力学和反应时间
• 设物料的总体积流量为qv，0，反应物的起始浓度为： cA，0，当物料通过微元体积dVR时，反应物的转化 率由xA → xA+dxA
混流；当N=∞时，类似于活塞流反应器。
• 之所以要引入多釜串联模型，是因为釜数本身可 以反映出实际流动情况偏离活塞流或偏离全混流 的程度。
§5 反应器内物料的停留时间分布
“分布”的概念：
工程数学的分支之一——概率论与数理统计，
是一门研究偶然现象规律性的学科。由于物料微
团在反应器中的停留时间，也是一种偶然现象。
§4 反应器内物料的流动模型 4-1 全混流模型
在连续搅拌釜内，可视为理想混合反应 器，或称为全混流反应器。在这种釜内，可 以认为进入反应器的物料瞬间混合均匀，立 即均匀分散在整个反应器里。由于连续进料 也连续出料，致使物料微团在反应期内的停 留时间长短不一，从0~∞都有。是一种极端流 动模型之一。
例如，公园入口处一下子进来了100名学生（红色运动服者）， 公园出口处的人流量为200人/分钟，10分钟后，公园出口走出 了五名学生，学生在出口人流中所占的分率为
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2020/5/4
联结线的斜率＜0
kA＜1， yA＜xA
2）分配曲线
yA f (xA ) ——分配曲线的数学表达式
2020/5/4
4、温度对相平衡关系的影响
物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大
T1＜T2＜T3
温度升高，分层区面积缩小
2020/5/4
三、萃取过程在三角形相图上的表示
Em ax
kA kB
2020/5/4
β=1 ， yA yB xA xB A、B两组分用萃取分离不适宜；
β>1，萃取时组分A可以在萃取相中浓集，β越大，组分A与 B萃取分离的效果越好。 2）选择性系数和分配系数的关系 kA愈大，kB愈小，选择性系数愈大 选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小
2、萃取剂S与稀释剂B的互溶度
E
S MF F MS
F●
R R
E RF R EF
E R F
E M
E MR R ME
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四、萃取剂的选择
1、萃取剂的选择性和选择性系数
1）萃取剂的选择性
A在萃取相中的质量分率 B在萃取相中的质量分率
A在萃余相中的质量分率 B在萃余相中的质量分率
yA xA yLeabharlann yB yB xB xA xBB
S
F
G
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三角形内的任一点：一定组成的三元混合物 M点的组成为：
xA BE 0.4 xB SG 0.3 xS AK 0.3 xA xB xS 0.4 0.3 0.3 1.0
直角三角形相图
M点的横坐标表示萃取剂S的质量百分数 xS 0.3
纵坐标表示溶质A的质量百分数 xA 0.4 xB 1 xA xS 1 0.4 0.3 0.3
化学稳定性、不易聚合、分解，有阻垢的热稳定性， 抗氧化的稳定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易， 价格便宜等
2020/5/4
第八章 液液萃取
Solvent Extraction
第二节 三元体系液液相平衡
一、组成在三角形相图 上的表示方法 二、液-液平衡关系在 三角形相图上的表示法 三、萃取过程在三角形 相图上的表示 四、萃取剂的选择
2020/5/4
溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，但 萃取剂S与稀释剂B不互溶
三元物系 溶质A可溶于稀释剂B及萃取剂S中，稀 释剂B与萃取剂S也可部分互溶
4、萃取剂的其它性质
1）萃取剂的密度 萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差 2）界面张力 界面张力较大时，有利于分层；界面张力过大，难以使两
相混合良好；
2020/5/4
界面张力较小时，两相难以分离。 首要考虑的还是满足分层的要求。 一般不选界面张力过小的萃取剂。 3）粘度 粘度小对萃取剂有利
5、一般工业要求
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2、杠杆法则 ——萃取物料衡算的依据
•三点共线
M点：合点
D、E：差点
•线段成比例
mD ME mE MD
mE DM mM DE mD EM mM ED
2020/5/4
●
E
●
●D
二、液-液平衡关系在三角形相图上的表示法
1、溶解度曲线与联结线（共轭线）
1）溶解度曲线
共轭相：R相和E相
联结线（共轭线）：RE
单相区
F
E
M
R 两相区
2020/5/4
2）溶解度曲线的实验方法 混溶点
R3 R2 R1
J E3
M3
E2
M2
E1
M1
2020/5/4
2、辅助曲线和临界混溶点
辅助线的作法 辅助线 的作用： 求任一平衡液相的共轭相 P点：临界混熔点或褶点 —特征是什么？
P R
E C3
C2 C1
2020/5/4
组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。
2020/5/4
Em ax
Em ax
B、S互溶度小，分层区面积大，可能得到的萃取液的最 高浓度ymax’较高。 B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。
2020/5/4
3、萃取剂回收的难易
被分离体系相对挥发度α大，用蒸馏方法分离； 如果α接近1，可用反萃取，结晶分离等方法。
2020/5/4
三元混合液中有两对组分可部分互溶， 即溶质A与萃取剂S部分互溶，稀释剂B 与萃取剂S也部分互溶
一、组成在三角形相图上的表示方法
1、三元组成在三角形相图中的表示法
A
三个顶点：纯物质
三条边上的点：二 元混合物的组成 H点的组成为：
K H·
E
D
M
xA BH 0.7
xB AH 0.3
3、分配系数和分配曲线
1）分配系数
k A
组分A在E相中的组成 组分A在R相中的组成
yA xA
kB
yB xB
分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。
kA值与联结线的斜率有关。
2020/5/4
联结线的斜率＞0 联结线的斜率为0
kA＞1，yA＞xA
kA =1，yA=xA
kA值愈大，萃取分离的效果愈好。