化工原理传质PPT课件
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第七章 传质与分离过程概论
学习目的 与要求
通过本章学习，应掌握传质与分离过程的基 本概念和传质过程的基本计算方法，为以后各章 传质单元操作过程的学习奠定基础。
第七章 论
7.1 概述
传质与分离过程概
7.1.1 传质分离过程
一、分离过程在化工中的应用
反应过程
分离过程
原料
反应产物
示例：三氯甲烷的制备。
吸收 （脱吸）
增湿 （减湿）
三、传质分离方法
（2）汽液传质过程
汽液传质过程是指物 质在汽、液两相间的转移， 该汽相是由液相经过汽化 而得，它主要包括蒸馏 （或精馏）单元操作过程。
蒸馏 （精馏）
三、传质分离方法
（3）液液传质过程
液液传质过程是 指物质在两个不互溶的 液相间的转移，它主要 包括液体的萃取等单元 操作过程 。
ii
平均摩尔质量
cA
A
MA
二、质量分数与摩尔分数
1.质量分数
质量分数定义式
wA
mA m
混合物的总质量分数
N
wi 1
i 1
二、质量分数与摩尔分数
2.摩尔分数
摩尔分数定义式
xA
nA n
液相
yA
nA n
气相
混合物的总摩尔分数
N
xi 1
i 1
N
yi 1
i1
二、质量分数与摩尔分数
萃取
三、传质分离方法
（4）液固传质过程 液固传质过程是指物质在液、固两相间的转移，
它主要包括结晶（或溶解）、液体吸附（或脱附）、 浸取等单元操作过程。
结晶（溶解） 吸附（脱附）
浸取
三、传质分离方法
（5）气固传质过程
气固传质过程 是指物质在气、固两相 间的转移，它主要包括 气体吸附（或脱附）、 固体干燥等单元操作过 程。
质量分数与摩尔分数的关系
由质量分数 求摩尔分数
xA
wA / M A
N
i1
wi
/
M
i
由摩尔分数 求质量分数
wA
xAM A
N
i 1
xi M i
三、质量比与摩尔比
1.质量比
质量比的定义式
XA
mA m mA
质量比与质量分数的关系
X
A
wA 1 wA
wA
XA 1 X
A
三、质量比与摩尔比
A
mA
V
kg /m3
密度
混合物的总质量浓度
N
总 i1 i
一、质量浓度与物质的量浓度
2.物质的量浓度
物质的量浓度定义式
cA
nA V
kmol /m3
混合物的总物质的量浓度
N
c
总 i1
ci
一、质量浓度与物质的量浓度
质量浓度与物质的量浓度的关系
c总 总M
M x M
何意义?
作业题: 1、2
第七章 论
7.1 概述
传质与分离过程概
7.2 质量传递的方式与描述
7.2.1 分子传质（扩散）
一、分子扩散现象与费克定律
1.分子扩散现象 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。
分Hale Waihona Puke Baidu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
播放动画31：分子扩散现象
某种过程
均相物系
两相物系
实现均相物系的分离
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
相际传质过程
均相物系分离
二、相际传质过程与分离
示例：空气和氨分离 空气 水
吸 收 塔
空气＋氨
氨水
三、传质分离方法
1.平衡分离过程
（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。
膜分离是指在选择性透过膜中，利用各组分 扩散速度的差异，而实现混合物分离的单元操作 过程。
膜分离
超 反滤渗透
渗 点析渗析
三、传质分离方法
（2）场分离
场分离是指在外场（电场、磁场等）作用 下，利用各组分扩散速度的差异，而实现混合物 分离的单元操作过程。
场分离
电 热泳扩散
高梯度磁场分离
三、传质分离方法
目的产物 副产物
分离过程 目的产物 原料
副产物
示例：炼油过程。
二、相际传质过程与分离
分离 过程
非均相物系分离
可通过机械方法分离，易实现分离。
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。
二、相际传质过程与分离
均相物系的分离方法
吸附 （脱附）
干燥
三、传质分离方法
平衡常数（分配系数）
Ki yi / xi
分配因子
xi、yi分别表示
组分在两相中的组 成
ij Ki / K j
通常将K值大的当作分子，故一般大于1。当偏
离1时，便可采用平衡分离过程使均相混合物得以 分离，越大越容易分离。
三、传质分离方法
2.速率分离过程
（1）膜分离
对于两组分扩散系统 J J J 0
AB
c c c 常数
总 AB
微分得 dcA dcB 0 dz dz
故此得 D D
AB BA
一、分子扩散现象与费克定律
3.总体流动现象
示例：用水吸收空气中的氨
设由A、B组成的二元气体混合物，其中 A为溶 质，可溶解于液体中，而B不能在液体中溶解。这 样，组分A可以通过气液相界面进入液相，而组分 B不能进入液相。由于 A分子不断通过相界面进入 液相，在相界面的气相一侧会留下“空穴”。根据 流体连续性原则，混合气体会自动地向界面递补， 这样就发生了A、B 两种分子并行向相界面递补的 运动，这种递补运动就形成了混合物的总体流动。
一、分子扩散现象与费克定律
2.费克(Fick)定律
描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。
JA
DAB
dcA dz
及
JB
DBA
dcB dz
kmol/(m2· s)
费克第 一定律
DAB —组分A在组分B中的扩散系数，m2/s
DBA —组分B在组分A中的扩散系数，m2/s
一、分子扩散现象与费克定律
2.摩尔比
摩尔比的定义式
XA
n
nA nA
液相
YA
n
nA nA
气相
摩尔比与摩尔分数的关系
X xA A 1 xA
xA
XA 1 XA
练习题目
思考题 1.传质分离过程有哪些类型? 2.何为相平衡常数和分离因子? 3.选择分离方法应主要考虑哪些因素? 4.相组成有哪些表示方法，引出质量比和摩尔比有
钕铁硼永磁场 磁化精馏实验装置
三、传质分离方法
3.分离方法的选择 分离方法选择的原则
被分离物系的相态 被分离物系的特性 产品的质量要求 经济程度
第七章 论
7.1 概述
传质与分离过程概
7.1.1 传质分离过程
7.1.2 相组成的表示方法
一、质量浓度与物质的量浓度
1.质量浓度
质量浓度定义式
学习目的 与要求
通过本章学习，应掌握传质与分离过程的基 本概念和传质过程的基本计算方法，为以后各章 传质单元操作过程的学习奠定基础。
第七章 论
7.1 概述
传质与分离过程概
7.1.1 传质分离过程
一、分离过程在化工中的应用
反应过程
分离过程
原料
反应产物
示例：三氯甲烷的制备。
吸收 （脱吸）
增湿 （减湿）
三、传质分离方法
（2）汽液传质过程
汽液传质过程是指物 质在汽、液两相间的转移， 该汽相是由液相经过汽化 而得，它主要包括蒸馏 （或精馏）单元操作过程。
蒸馏 （精馏）
三、传质分离方法
（3）液液传质过程
液液传质过程是 指物质在两个不互溶的 液相间的转移，它主要 包括液体的萃取等单元 操作过程 。
ii
平均摩尔质量
cA
A
MA
二、质量分数与摩尔分数
1.质量分数
质量分数定义式
wA
mA m
混合物的总质量分数
N
wi 1
i 1
二、质量分数与摩尔分数
2.摩尔分数
摩尔分数定义式
xA
nA n
液相
yA
nA n
气相
混合物的总摩尔分数
N
xi 1
i 1
N
yi 1
i1
二、质量分数与摩尔分数
萃取
三、传质分离方法
（4）液固传质过程 液固传质过程是指物质在液、固两相间的转移，
它主要包括结晶（或溶解）、液体吸附（或脱附）、 浸取等单元操作过程。
结晶（溶解） 吸附（脱附）
浸取
三、传质分离方法
（5）气固传质过程
气固传质过程 是指物质在气、固两相 间的转移，它主要包括 气体吸附（或脱附）、 固体干燥等单元操作过 程。
质量分数与摩尔分数的关系
由质量分数 求摩尔分数
xA
wA / M A
N
i1
wi
/
M
i
由摩尔分数 求质量分数
wA
xAM A
N
i 1
xi M i
三、质量比与摩尔比
1.质量比
质量比的定义式
XA
mA m mA
质量比与质量分数的关系
X
A
wA 1 wA
wA
XA 1 X
A
三、质量比与摩尔比
A
mA
V
kg /m3
密度
混合物的总质量浓度
N
总 i1 i
一、质量浓度与物质的量浓度
2.物质的量浓度
物质的量浓度定义式
cA
nA V
kmol /m3
混合物的总物质的量浓度
N
c
总 i1
ci
一、质量浓度与物质的量浓度
质量浓度与物质的量浓度的关系
c总 总M
M x M
何意义?
作业题: 1、2
第七章 论
7.1 概述
传质与分离过程概
7.2 质量传递的方式与描述
7.2.1 分子传质（扩散）
一、分子扩散现象与费克定律
1.分子扩散现象 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。
分Hale Waihona Puke Baidu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
播放动画31：分子扩散现象
某种过程
均相物系
两相物系
实现均相物系的分离
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
相际传质过程
均相物系分离
二、相际传质过程与分离
示例：空气和氨分离 空气 水
吸 收 塔
空气＋氨
氨水
三、传质分离方法
1.平衡分离过程
（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。
膜分离是指在选择性透过膜中，利用各组分 扩散速度的差异，而实现混合物分离的单元操作 过程。
膜分离
超 反滤渗透
渗 点析渗析
三、传质分离方法
（2）场分离
场分离是指在外场（电场、磁场等）作用 下，利用各组分扩散速度的差异，而实现混合物 分离的单元操作过程。
场分离
电 热泳扩散
高梯度磁场分离
三、传质分离方法
目的产物 副产物
分离过程 目的产物 原料
副产物
示例：炼油过程。
二、相际传质过程与分离
分离 过程
非均相物系分离
可通过机械方法分离，易实现分离。
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。
二、相际传质过程与分离
均相物系的分离方法
吸附 （脱附）
干燥
三、传质分离方法
平衡常数（分配系数）
Ki yi / xi
分配因子
xi、yi分别表示
组分在两相中的组 成
ij Ki / K j
通常将K值大的当作分子，故一般大于1。当偏
离1时，便可采用平衡分离过程使均相混合物得以 分离，越大越容易分离。
三、传质分离方法
2.速率分离过程
（1）膜分离
对于两组分扩散系统 J J J 0
AB
c c c 常数
总 AB
微分得 dcA dcB 0 dz dz
故此得 D D
AB BA
一、分子扩散现象与费克定律
3.总体流动现象
示例：用水吸收空气中的氨
设由A、B组成的二元气体混合物，其中 A为溶 质，可溶解于液体中，而B不能在液体中溶解。这 样，组分A可以通过气液相界面进入液相，而组分 B不能进入液相。由于 A分子不断通过相界面进入 液相，在相界面的气相一侧会留下“空穴”。根据 流体连续性原则，混合气体会自动地向界面递补， 这样就发生了A、B 两种分子并行向相界面递补的 运动，这种递补运动就形成了混合物的总体流动。
一、分子扩散现象与费克定律
2.费克(Fick)定律
描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。
JA
DAB
dcA dz
及
JB
DBA
dcB dz
kmol/(m2· s)
费克第 一定律
DAB —组分A在组分B中的扩散系数，m2/s
DBA —组分B在组分A中的扩散系数，m2/s
一、分子扩散现象与费克定律
2.摩尔比
摩尔比的定义式
XA
n
nA nA
液相
YA
n
nA nA
气相
摩尔比与摩尔分数的关系
X xA A 1 xA
xA
XA 1 XA
练习题目
思考题 1.传质分离过程有哪些类型? 2.何为相平衡常数和分离因子? 3.选择分离方法应主要考虑哪些因素? 4.相组成有哪些表示方法，引出质量比和摩尔比有
钕铁硼永磁场 磁化精馏实验装置
三、传质分离方法
3.分离方法的选择 分离方法选择的原则
被分离物系的相态 被分离物系的特性 产品的质量要求 经济程度
第七章 论
7.1 概述
传质与分离过程概
7.1.1 传质分离过程
7.1.2 相组成的表示方法
一、质量浓度与物质的量浓度
1.质量浓度
质量浓度定义式