第八章 传质导论

如 1atm,20ºC 下用水吸收空气 中的氨，平衡时液相的浓度为 0.582kmol/m3, 气 相 的 浓 度 为 3.28×10-4 kmol/m3 ，两者相差5 个数量级。

wi=mi / m总
Σwi=1
相平衡属动态平衡------达
2.摩尔分数：混合物中组分i的物质的量占总物质 的量的百分率。
则菲克定律可表示为：
A 在 B 中的分子扩散系数 m /s
J A DAB

JA
DAB dp A RT dz
物质 A 扩散通量，kmol/m s
2
费克定律适用条件：
扩散通量JA:单位时间内单位面积上的扩散传递的物质 量(kmol/m2·s)
费克定律只适用于由分子的无规则热运动引起的扩散过 程。实际上，在扩散进行的同时，经常伴随有流体的总体 流动。
dc A dz
dc A dc B dz dz
J B DBA dcB dz
J A DAB
故此得
DAB DBA D
复习： 1. 分离过程在化工生产中的重要性。 2. 分离过程（非均相混合物和均相混合物的分离） 3. 相际传质过程（是分离均相混合物的常用方法） 4. 相组成的表示方法（质量分数；摩尔分数；质量 比；摩尔比；质量浓度；摩尔浓度） 5. 相际传质方式（分子扩散；对流传质） 6. 传质设备（板式塔；填料塔） 7. 分子扩散及菲克定律
6
对于液相中的扩散： 由式
J A DAB
dc A dz
z2
分离变量，在两个扩散截
cA2
即：
NA JA
面进行积分：
J A dz
z1
c A1
Ddc A
D (c A1 c A 2 ) z D N B J B (cB1 cB 2 ) z
积分并整理得：
J A D
A A 摩尔浓度： c A V RT
n
p
质量浓度： C A
mA M An A M A p A V V RT
m w m C A A A wA V V nA x An cA x AC V V
A A 由道尔顿分压定律,摩尔分率： y A n p ,
n
J A DAB
dc A dz
一）等摩尔相互扩散 传质速率（物质通量）：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 NA,kmol/(m2·s)。 1.等摩尔相互扩散的传质速率： NA=JA ； 由式
积分并整理得：
JA
同理：
D p A2 p A1 D ( p A1 p A 2 ) RT z2 z1 RTz
板 式 塔 1. 2. 3. 4. 5. 壳体 塔板 溢流堰 受液盘 降液管 板式塔的结构
单位体积中，两相的接触面积应尽可能大 两相分布均匀，避免或抑制沟流、短路及返混等
现象发生
流体的通量大，单位设备体积的处理量大 流动阻力小，运转时动力消耗低 操作弹性大，对物料的适应性强 结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行安全
到相平衡时，传质过程仍在进 行，只不过通过相界面的某一 组分的净传质量为零。
xi=ni / n总
Σxi=1
习惯：1)气相的摩尔分率用y表示
液相的摩尔分率用x表示 2)二元物系：通常省略下标
3. w与x的相互换算:
二) 质量比和摩尔比 ----常针对二元物系 1.质量比：
w
X
mA mB
nA nB
2.摩尔比：
c A 2 c A1 D (c A1 c A 2 ) z 2 z1 z
由： JA= －JB 得： NA= －NB
例8-2 氨（A）与氮（B）在图8-3所示的接管中相互 扩 散 ， 管 长 100mm ， 总 压 P=101.3kPa ， 温 度 T=298K ，扩散系数 D=0.248×10-4m2.s-1 。氨在两容 器中的分压分别为 PA1=10.13kPa ， PA2=5.07kPa ，求 扩散通量JA和JB。
第八章 传质导论
一、分离过程在化工中的应用
反应过程 原料 反应产物 分离过程 目的产物 副产物
示例：三氯甲烷的制备。 分离过程 原料 副产物 示例：炼油过程。 目的产物
二、相际传质过程与分离
非均相物系分离： ---可通过机械方法分离，易实现分离。 分离过程 例 气－固分离：沉降 液－固分离：过滤 均相物系分离： ----不能通过简单的机械方法分离，需通 过某种物理（或化学）过程实现分离， 难实现分离。 实现均相物系的分离 相际传质过程 均相物系的分离方法 均相物系 某种过程 两相物系
2.费克定律
双组分气体（A+B）扩散现象:
气 体 分 子 A,B 处 于 不 停 地
杂乱、无规运动中，A与B及 其自身相互碰撞，改变速度 大小和运动方向。

组分A的某个分子可能在碰撞中由(1)处到达(2)处。(2)处的A 分子可能到达(1)处。 1）若各处A的浓度相等,则1-2与2-1的扩散量相等，净传质=0 2）若A的浓度(1)>(2),则1-2的A要多于2-1的A，净传质量>0
干燥 结晶（溶解） 吸附（脱附） 浸取
2
二、相平衡 ---相际间传质的最终状态 与热平衡不同之处：

三、相组成的表示方法 一）质量分数和摩尔分数
相界面 水
达到相平衡时，一般两相 浓度不相等。
pG 气相主体 pi 液相主体 传质方向 Ci CL 空气 + 氨气 吸收
1. 质量分数：混合物中组分i的质量占总质量的 百分率。
填 料 塔
液相 气相
分散相 连续相
筛孔塔板示意图
填料塔结构示意图
4
与板式塔相比，填料塔具有以下特点：
第二节：扩散原理
一、 分子扩散和菲克定律 1、分子扩散 由于分子的无规则热运动而形成的物质传递 现象—分子传质。
生产能力大 分离效率高 压力降小，持液量小 操作弹性大 造价较高 易堵塞 侧线进料和出料较难
根据不同 组分在各 相中物性 的差异， 使某组分 从一相向 另一相转 移：相际 传质过程
均相物系分离
示例：空气和氨分离 空气
1 ）传质定义：物质以扩散的方式在一相内或从一 相转移到另一相地相界面的转移过程，称为物质的 转移过程，简称传质。 水 2）传质过程分为：相内、相际传质
相内传质过程：物质在一个物相内部从浓度高的 地方向浓度低的地方转移的过程。
二、 一维稳定分子扩散 两类扩散问题： 将流体视为没有空隙的连续介质，当某一个分 子进行扩散移动时，其原来所处的位置空了出来， 这个空位由何处的其它分子来填充： 1)等摩尔相互扩散（双向扩散）---空位全由相反 方向的分子来填充 (你来我往)，此类即等摩尔相 互扩散问题。 2)单向扩散——空位全由后面的分子来填充(前赴 后继)，此类问题即为单向扩散问题； 单向扩散和等摩尔扩散是分子扩散的两个极端， 实际扩散一般介于这两者之间。
吸 收 塔
空气＋氨 氨水
实例：煤气、氨气在空气中的扩散，食盐在水中的 溶解等等。
1
相际传质过程：物质由一个相向另一个相转移的
第一节 概 述
一、工业生产中的传质过程 （1）气液传质过程 气液传质过程是指 物质在气、液两相间的 转移，它主要包括气体 的吸收（或脱吸）、气 体的增湿（或减湿）等 单元操作过程。 吸收 （脱吸）
复习:
蒸发的原理、流程及特点 单效蒸发计算（水分蒸发量W；加热蒸汽消耗量D； 传热面积A） 产生传热温度差损失的原因(溶液的沸点升高 ；液体 静压头的影响；二次蒸气流动阻力) 多效蒸发流程及其特点（并流；逆流；错流；平流） 提高生蒸汽热能利用程度的措施（ 采用多效；额外 蒸汽的引出；采用热泵蒸发流程；冷凝水的自蒸发） 限制效数的原因（经济限制；温差限制）

Fick(费克)定律的描述:
物质A在介质B中扩散时，空间任一点处物质A的扩散通量 JA与该位置上A物质的浓度梯度成正比。
对于理想气体：
cA
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
pA RT
dc A dz
dcA dz
=
1 dpA RT dz
J A DAB
dc A dz
2
相界面 pG pi ci 传质方向
m m mi wi m总 , n总 i m总 i Mi Mi Mi Mi wi m总 wi ni Mi Mi xi mi mi n总 m 总 M Mi i ni
3.与质量分数和摩尔分数的相互关系：
w
X
m A / m wA w w w mB / m wB 1 w 1 w
分子传质又称为分子扩散，简称为扩散 分子传质在气相、液相和固相中均能发生
分子扩散现象：
1.充入温度及压力相同，而浓度 不同的A、B两种气体 2. 当隔板抽出后，由于气体分子 的无规则热运动，左室中的 A 、 B分子会窜 入右室，同时，右室 中的A、B分子亦会窜入左室 3. 其净结果必然是物质 A 自左向 右传递，而物质B自右向左传 递，即两种物质各自沿其浓度降 低的方向传递。
液液传质设备 气固传质设备 液固传质设备
2) 按两相的接触方式分类
逐级接触式设备 连续接触式设备 无外加能量式设备 有外加能量式设备
3) 按促使两相混合与接触动力分类
二、传质设备的性能要求
对传质设备的基本要求:
三、典型传质设备
一) 板式塔 板式塔为逐级接触式的气液 传质设备，它主要由圆柱形壳 体、塔板、溢流堰、降液管及 受液盘等部件构成。
p
气体混合物,摩尔比：Y
混合物的总浓度
nA p A y A y nB p B y B 1 y
3
四．传质方式