化工原理 传质导论
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。
化工原理传质过程导论
已知传质速率NA为7.7×10-7 kmol/m2·s ，试求该温度下，乙醇
在空气中的扩散系数。
解：pA1=1.9998kPa ∵空气吹过管口
∴pA2=0 本题为单向扩散
∴
NA
D RTz
p pBm
pA1 pA2
7.7 10 7 kmol / m2 s
pBm
3．双组分均相物系中，x 与 X 的关系？w 与 w 的关系？
x X 1 X
X x w w 1 x 1 w
w w 1 w
4．xA 与 CA 的关系？wA 与 A 的关系？
CA xAC A wA
5．对理想气体，C 与 p 的关系？y 与 p？ρ与 p？
CA
nA V
pA RT
C n P V RT
yA
nA npA PAmA V
M AnA V
pA M A RT
College of Power Engineering NNU WANG Yanhua
简单回顾3： 扩散原理
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 作用物
作业
• 1. 气体氨（A）与气体氮在一具有均匀直径的管子两端 作等摩尔反向扩散，已知总压为101.3kPa，温度为 298K，扩散距离为0.1m。在端点1处，pA1=10.13kPa； 另一端点2处，pA2=5.07kPa，扩散系数为2.30×10-5m2/s。 试求：A的扩散通量NAz。
计算：福勒（Fuller）公式：
D2
D1
p1 p2
T2 T1
1.75
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。
化工原理传质
； 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
对于气体扩散：
dC A N A J A D dZ D dp A NA RT dZ
nA pA C A V RT
mA wA m
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：
nA 液相： x A n
nA yA n
yA yB y N 1
xA xB x N 1
质量分率与摩尔分率的关系：
nA mwA / M A xA n mwA / M A mwB / M B mwN / M N wA /M A wA /M A wB /M B wN /M N
JA NMcA/c
到界面溶解于溶剂中，造
成界面与主体的微小压差
NA
，
使得混合物向界面处的流 动。 （2）总体流动的特点：
总体流 动NM NMcB/c
JB
1
2
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。
N MA
cA NM c
N MB
cB NM c
p Bm
——漂流因数，无因次
Sm
漂流因数意义：其大小反映了总体流动对传质速率的影 响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子
扩
散增大的倍数。 漂流因数的影响因素：
p p Bm 1
c cSm
1
浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。
传质过程导论
传热
能量传递 E
本节内容
一.分子扩散与Fick定律
二.单方向稳态扩散. 三. 分子扩散系数DAB 小结
作业：5-7(提示：该过程为稳态过程)
一. 分子扩散与Fick定律
1. 分子扩散
分子扩散的本质是分子的运动；
推动力：浓度差、温度差
氢气透过橡皮的扩散,锌与铜形成固体溶液时在铜中的扩散，以及粮食内 水分的扩散等
本节小结
1. 了解分子扩散的原因，掌握Fick定律。 2.熟练掌握等分子反方向扩散通量的求 解方法。 3.熟练掌握单方向分子扩散通量的求解 方法。
反之,则是流动
当分子对称截 面是静止截面 时，称为等摩 尔相互扩散。
对于双分子的等摩尔相互扩散，有：
DAB dp A DBA dpB JA JB R T dz R T dz
p pA pB dpA dpB 则： DAB DBA
3.等分子反方向扩散（等摩尔相互扩散）的数学描述
du dy
t q n
对于气体混合物，经常采用气体分压表示：
nA pA DAB dp A cA JA V R T R T dz
注意：Fick定律的前提条件是分子对称的截面，即有一 个A分子通过该截面，必然有一个B分子反方向通过同 一截面（类似于拥挤的公共汽车）。该截面可以是静止 的，也可以是运动的。
1. 气体中的扩散系数
1 1 1.00 10 T M M A B 2 1 1 pt vA 3 vB 3
5 1.75 1 2
DAB
m2/s
T：绝对温度，K MA、MB：组分A、B的分子量， pt：总压（绝压），Pa
第08章 传质过程导论
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。
组分A的扩散量JA,z A
B
A
B
A
B BA
（2）JA,z＝－ JB,z 由JA,z＋ JB,z＝0可证得。
B
A A
B
A B
B
组分B的扩散量JB,z 质量中心面
A 13/36
《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
mA V
M AnA V
pA M A RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
《化工原理》电子教案/第八章
返回第7页
9/36
四．传质方式
第一节 概述
传质的两种方式
分子扩散 ---发生在静止流体、层流流动的流体中，
靠分子运动进行的。
对流传质（给质过程） ---发生在湍流流动的流体中， 靠流体微团的脉动进行的。
每cm3 所具有的分子个数： 氧气：2.5×1019 水：3.3×1022 铜：7.3×1022
组分A的扩散量JA,z A
（4）对二元体系，扩散系数的下标 B A B
可去掉。即
A
B BA
对气体体系有：DA,B＝ DB,A 对液体体系有：DA,B DB,A
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。
化工原理-尚海涛-传质概论-10.5
3.5.1 单级接触操作和理论级的概念(一)
以液液萃取为例：
水溶液中组分A的摩尔比为XAi,有机溶剂(萃取相)中组分A的摩 尔比为YAi。 两相混合，搅拌均匀，组分A从水溶液向有机相 (萃取相)转移， 一定时间后静置澄清，两相分开(浓度分别变为XAo, YAo)，这种 操作称为单级接触操作。
3.5.1 单级接触操作和理论级的概念(二)
摩尔分数。在气-液相体系中，x表示液相中的摩 尔分数，y表示气相中的摩尔分数。
3.2 混合物组成的表示方法 3.2.3 质量比与摩尔比(一)
质量比
混合物中单位质量惰性物质所含某组分的质量称为该组 分的质量比。
惰性物质是指传质分离过程中不在相间传递的物质。
mA 组分A的质量比X A m mA
摩尔比。在气-液相体系中，X表示液相中的摩 尔比，Y表示气相中的摩尔比。
3.2 混合物组成的表示方法
3.2.3 气体的总压与组分的分压
对于气体混合物，其组成还常常用总压p和分压
pA来表示。
总压、分压与摩尔分数 、摩尔比的关系为 ： pA pA xA ，X A p p pA
3.3 传质分离过程的热力学基础 ——组分在两相间的平衡(一)
3.2 混合物组成的表示方法
3.2.2 质量分数与摩尔分数(二)
质量分数与摩尔分数的关系
aA xA M MA 其中M 为混合物的平均相对分子质量。 mA mB 混合物总质量 m M mA mB 混合物总摩尔数 n MA MB
一般用x，y分别表示同一组分在两个不同相中的
第三章 传质分离过程概论
3.1 传质分离过程
一.混合物分离方法分类
均相混合物的分离：靠物质分子的传递（ 分子传递、涡流传递）进行分离，统称为 传质分离过程。如吸收、萃取、吸附等。 非均相混合物的分离：力学原理（质点 运动、流体力学）进行分离。如沉降、 过滤、离心等。
化工原理 第七章传质过程导论 讲义
3. 单向扩散传质速率方程
Dc dc A NA = − c − c A dz
在气相扩散
pA cA = RT
c = p
——微分式 微分式
RT
dp A Dp NA = − RT ( p − pA ) dz
∫
z
0
Dp dpA N A dz = ∫ − pA1 RT ( p - pA )
pA2
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
第七章 传质过程导论
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
第七章 传质过程导论
目的： 了解传质的重要性； 目的：1、了解传质的重要性； 2、掌握相组成的多种表示方法； 掌握相组成的多种表示方法； 3、掌握扩散原理； 掌握扩散原理； 4、掌握三种传递之类比； 掌握三种传递之类比； 5、了解传质设备。 了解传质设备。 重点：扩散原理（分子扩散，稳定、不稳定扩散， 重点：扩散原理（分子扩散，稳定、不稳定扩散，等摩 尔相互扩散，单向扩散，涡流扩散，对流扩散） 尔相互扩散，单向扩散，涡流扩散，对流扩散） 的理解，掌握相互间之差别。 的理解，掌握相互间之差别。 难点：相组成的表示；扩散原理。 难点：相组成的表示；扩散原理。
（1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 ）因分子本身扩散引起的宏观流动。 在总体流动中方向相同， （2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于 ） 、 在总体流动中方向相同 cB 摩尔分数。 摩尔分数。 N = N c A N MB = N M MA M c c
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
被吸收NH3的体积： VNH3＝80*(0.25-0.053) =15.8 m3
传热过程
吸收过程
理论 将对流给热视为壁 实质 附近滞流层的热传
导过程—付立叶定
将吸收视为A穿过相界面附 近滞流双膜的分子扩散过 程—费克定律
At
T
T
t
t
A1 (T tw1 ) A2 (tw2 t )
N
DAC
DgP
RTpBg
A(
Dl (CA CS
CSl
p )
pi) A(Ci C)
作业： P185 7
§5-3 吸收速率
吸收速率决定吸收达到平衡的时间，决定吸收操作的 生产强度，是吸收设备选型和设备设计的重要依据。
一、吸收速率定义：NA= dnA/dτ 对于稳定吸收过程：NA=nA/τ mol(A)/s 吸收过程是物质的相转移过程，通过扩散方式进行。
二、扩散 1、分子扩散：物质以分子热运动方式穿过静止或滞流流 体的传递过程——特点：传递速率慢。 2 、对流扩散：物质以相对运动方式穿过湍流流体的传递 过程——特点：传递速率快。
A(Ci
C) =klA(Ci-C)
kl
DlCT
lCS
所以，可用界面附近气膜中的扩散速率：
NA=kgA(p-pi) 或液膜中的扩散速率：
计算吸收速率。
NA=klA(Ci-C)
作业： P185 12、13
六、吸收速率方程 1 气膜吸收分速率方程
学习_第八章传质过程导论
与热平衡不同之处：
▲达到相平衡时，一般两 相
浓度不相等。
▲ 相 平 衡 属 动 态 平 衡 -----达到相平衡时，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。
pG 气相主体
相界面 pi
Ci
空气+氨气 吸收
水 液相主体 传质方向
CL
6/3 6
第一节 概述
三、相组成的表示方法
摩尔分数
N A,z J A,z xA N A,z
N B,z J B,z x B N A,z N B,z
NA
相界面
单向扩散
N A,z (1 x A ) J A,z
D dcA dz
20/ 36
2．单向扩散
在 z1 ,cA1 ， z2 , cA2 范围内积分得：
DAB 7.4 1015
M B 1/ 2T
V
0.6 A
固体中的扩散系数需靠实验确定。
T , , D
如何解释此规律？
返回上13页56/
菲克定律的另一种常用形式----- NA,z与 JA,z的 关系式
绝对扩散通量NA、 NB、N----相对于静止面的摩尔传质速率，
kmol/m2s
pA P
c n P V RT
A
mA V
M AnA V
pA M A RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
返回第7页
9/3 6
第一节 概述
四．传质方式
分子扩
散---发生在静止流体、层流流动的流体 传质的两种方式 中，
对流靠传分质子（运给动质进过行程的。
化工原理考研辅导：第8、9章 传质过程导论及吸收
导
1 1 1 H
k x mk y k L
kG
cG* cL ci cL
故 1 1 KL kL
1 1 Kx kx
NA kL (cG* cL ) kx (x* x)
27
提高传质速率的措施：提高液体流速；
考 双膜控制：
加强液相湍流程度。
研 气膜阻力和液膜阻力均不可忽略
辅
1 1 m 1 1 1
气膜 液膜
研 2. 界面两侧各有一层有效膜， pG
组成
辅 所有阻力集中在这两层膜中，
pi
膜中传质为定态的分子扩散，
导 湍流区的阻力可以忽略；
气相主体
Ci
传质方向 液相主体
气相推动力：pG-pi
CL
G
L
液相推动力：ci-cL
z
距离
3．在相界面处，气液两相达到平衡。
双膜模型
20
双膜理论将整个相际传质过程简化为通过气、液两膜层的
X
Xa
Ya
LS GB
X
Xb
Yb
-----操作线方程
GBYa
Ga ya
LS Xa
La xa
（二）涡流扩散
D2
D1
T2 1 T12
研
J AB
DE
dcA dz
陈敏恒教材： 无论气相或液相，物 质传递的机理包括分 子扩散和对流传质
辅 湍流流体中进行涡流扩散的同时，也存在着分子扩散。
称为对流传质
导
J AB
D
DE
dcA dz
层流：D占主要地位； 湍流：DE占主要地位。
过渡区：D和DE 数量级相当，不可忽略
分子扩散过程。
西北大学09年
化工原理讲稿 传质系数和传质理论
kL SDAB
第五节 传质系数和传质理论
该理论得出的传质系数正比于扩散系数DAB的0.5次方； 该理论的模型参数是表面更新机率S，而不是接触时间c ； 目前还不能对c和S进行理论预测，因此用上述两个理论来预 测传质系数还有困难； 溶质渗透理论和表面更新理论指出了强化传质的方向，即降 低接触hYm
)
注意：实验测定的传质系数用于吸收或解吸塔设计 计算时，设计体系的物性、操作条件及设备性能应与实 验测定时的情况相同或相近。
第五节 传质系数和传质理论
2.传质系数的经验公式 (1) 用水吸收氨
kGa 6.07 104G0.9W 0.39
式中：kGa —— 气相体积传质分系数，kmol/(m3.h.kPa)； G —— 气相空塔质量流速，kg/(m2.h)； W —— 液相空塔质量流速，kg/(m2.h)；
传质系数和传质理论
一、传质系数 二、 传质理论
第五节 传质系数和传质理论
一、传质系数 传质系数的影响因素 ➢物系的性质 ➢填料的结构 ➢操作条件 传质系数的来源
➢实验测定 ➢经验公式 ➢准数关联式
第五节 传质系数和传质理论
1.传质系数的实验测定 由填料层高度计算式：
h V Yb Ya KY a Ym
➢ 该理论提出的双阻力概念，即认为传质阻力集中在相接触的两流体 相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算中得到了 广泛承认，仍是传质过程及设备设计的依据；
第五节 传质系数和传质理论
2.溶质渗透理论
➢工业设备中进行的气液传质过程，相界面上的流体总是不断地与主流
《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
[工学]传质过程导论
![[工学]传质过程导论](https://img.taocdn.com/s3/m/fdab7cf676eeaeaad1f3307e.png)
23
化 工 原 理 － － 2 0
N AL
D c z L csm
cA1 cA2
与等摩尔相互扩散相比多了一个因子p/pBm——漂流因数。 漂流因数反映总体流动对传质速率的影响。
③温度的单位简单（K或℃）； 浓度（或组成）的表示和单位制有多种。
1
1
§8.1 概述
二、 相组成的表示方法
1. 质量分数和摩尔分数 化 工 原 理 － － 2 0
10
mB mA wB 质量分数 w A m m nA nB x xB A 摩尔分数 n n
w
i
1
x
i
1
（一般液相用x，气相用y）
减湿
A
气相 B+A A
干燥
增湿
萃取
相界面 固相 B+A 液相 S+A A
液相 S+A A
相界面
固相
1
1
A 结晶 （或A+S） A
气相 相界面 或液相 固相 B+A C A
吸附
A
溶解 浸沥（取） 固—液萃取
脱附
§8.1 概述
• 相际传质的复杂性
化 工 原 理 － － 2 0
9
举例: 吸收与传热的区别 ①推动力不一样 传热是温度差； 传质是浓度差。 ②过程的最终状态不一样 传热是Δt=0； 相际间的传质不是浓度差=0，而是相平衡。
1
1
DE ——涡流扩散系数。非物性常数，与湍动程度有关， 且与流体质点所处位置有关，很难测定。 D——扩散系数。在温度压力不变时为Const.
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
08传质过程导论
F’ NA,b NB,b 2 Z PA2 A B 2’
总体
N A J A J B Nb Nb
总体流动通量Nb与A穿过界面2-2’的 传质通量NA相等
2019年2月27日星期三
NA
由组分B的恒算式 代入组分A恒算式得
Nb
c c JB JA cB cB
NA J A
cA c cA JA 1 JA c c cB B
JA
D dp A RT dz
P PA JA 1 J A PB PB
化 工 原 理
NA
D P dpA P D dpA RT P PA dz PB RT dz
相界面
分离依据 利用不同气相组份在液 相溶剂中的溶解度差异， 进行选择性的吸收 传质推动力
气相
液相
A+B
化 工 原 理
A+S
A
吸收
A
脱收
ΔP、ΔC Δy 、Δx
2019年2月27日星期三
萃取过程（Extraction）
相界面
分离依据 利用液相各组分在溶 剂中的溶解度差异 传质推动力
液相
液相
A+B
化 工 原 理
J B J A
3）通过相界面2-2’的只有A的溶解通量NA
2019年2月27日星期三
2’
NA
取截面F-F’及2-2’之间的体系进行物料衡算 对组分A 对组分B
NA JA Nb
cA c
1
PA1 JA
A
B JB
1’
cB 0 J B Nb c
Nb
F 化 工 原 理
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
NA= D/d (CA1-CA2) = kc(CA1-CA2)
第二节 扩散原理
P7 例8-2
第二节 扩散原理
2、通过停滞的B组分层的传质（单相扩散） NH3： CA JA NA b Air: CB CAi
特点：有总体流动 总体流动通量Nb: kmol/m2.s A组分的总体流动通量NAb: NAb = xANb B组分的总体流动通量NBb: NBb = xBNb
dcA DAB dz dcB DBA dz
du dy
A B A B A A B 组分B的扩散量JB,z B A
组分A的扩散量JA,z B B A B B A A
对照： 牛顿粘性定律：
t q 傅立叶定律： n
质量中心面
第二节 扩散原理
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
思考3：双组分均相物系中，x与X的关系？w与的 w 关系？
X x 1 X x X 1 x
w
w 1 w
w w 1 w
思考4：xA与cA的关系？wA与A的关系？
c A x Ac
A wA
思考5：cA与A的关系？
cA
A
MA
思考6：对理想气体，c与 p的关系？y与p？与p？
例题 8-4 p11
第二节 扩散原理
液体的扩散系数： 对于很稀的非电解质溶液
第二节 扩散原理
第二节 扩散原理
二、两种基本的传质过程 1、等摩尔反向传质（扩散）
总体流动— 整个相沿着扩散方向宏观的定向运动
等摩尔反向传质没有总体流动，传质由分子扩散引起。
O2
N2 NA = JA； NB = JB
总摩尔浓度CM为定值： NA = - NB
气相
A：可溶气体、溶质气体（solute gas)——氨气 B：惰性气体、难溶气体（inert gas) ——空气
A：可溶气体A溶于液体 —— 氨 液相
B：溶 剂 （solvent)—— 水
第一节 概述
浓度表示 A组分 B组分 备 注
质量分率 w A 摩尔分率 x, y 比质量分率A 比摩尔分率 X,Y 摩尔浓度 C (kmol/m3 ) 分压p (kPa)
Z=0
Z=Z
N A dZ Cm D
0
d
CB 2
C B1
dCB CB
NA
Cm D
d
ln
C D C B 2 C B1 CB 2 m C B1 d C B 2 C B1 ln C B 2 C B1
第二节 扩散原理
NA=[D (Cm / CBm ) /d] (CA1-CA2) = kc(CA1-CA2)
两相间物质运动过程
以吸收为例：空气——氨气混合气体中的氨如何到液相的 1、气相主体 NH3 相界面气相一侧 NH3
界面
气 相 主 体
Air + NH3
H20 + NH3
液 相 主 体
2、界面气相一侧
界面液相一侧
3、界面液相一侧
NH3
液相主体
NH3
NH3
三者串联过程。
气相内部 界面 传质 传质
液相内部 传质
解：氨在气相的摩尔浓度C AG 按式8 6计算， 其中分压单位为mmHg时的R由表8 1查得 为62.36mmHgm3 / kmolK , C AG p A / RT 6 / 62.36 293 0.00328kmol / m 3
3
100kg水含氨1kg，由于氨水很稀，密度可视为与水相同。
NA 、NB ： A、B组分的传质通量,kmol/ m2.s
JA = -JB
DAB = DBA = D
第二节 扩散原理
CA1 > NA d CA2
dCA 稳定的分子扩散： NA = JA - D dZ
N A dZ D
0
d
CA2
C A1
dCA
Z=0
Z=Z
物料、体系定， 稳定传质为常数 D确定
第二节 扩散原理
涡流扩散：
JA - De
dCA
dZ
De——涡流扩散系数（eddy diffusivity coefficient) De = f（流体流动状态），绝非物性常数
对流扩散：对流扩散=分子扩散+涡流扩散
JA -（DAB + De ） dCA dZ
第二节 扩散原理
气体扩散系数
第二节 扩散原理
第二节 扩散原理
传质的两种方式
分子扩散 ---发生在静止流体、层流流动的流体中， 靠分子运动进行的。定量规律：菲克定律 对流传质（给质过程） ---发生在湍流流动的流体中， 靠流体微团的脉动进行的。
第二节 扩散原理
一．菲克定律
在一定的T、P及CM下，均相混合物的分子扩散通量为
J A, z J B, z
JB
NB b
气流主体
液 相 CBi 主 体 H20 ; NH 界面 3
第二节 扩散原理
∴ A组分的传质通量 NA = JA + NAb = JA + xANb B组分的传质通量 NB = JB + NBb = JB + xBNb 由于 CM 一定， JA = -JB 仍然存在， 则 NA + NB = JA + JB + xANb + xBNb = Nb 又 NB = 0 JB = -NBb ; NA=Nb ∴ NA = JA + xANb = JA + xANA
相界面 pG 气相主体 pi 液相主体 传质方向 Ci CL 空气+氨气 吸收 水
第一节 概述
过程推动力 过程阻力
传热推动力 传热速率 = = 传热阻力 传质推动力 传质速率 = = 传质阻力 温度差 传热阻力
过程速率 =
浓度差 传质阻力
第一节 概述
三、浓度常用的表示方法及其换算
本课程的传质学习中一般考虑双组分：A、B 以吸收为例：
w A=mA/m 气相yAg=nAg/ng 液相 xAl= Al/nl w A=mA/mB
w B=mB/m yBg=nBg/ng xBl=n#43; mB=m( kg); w A + w B=1 nAg+ nBg= ng( kmol)； nAl+ nBl= nl( kmol) yA+yB=1; xA+xB=1; w A可大于，小于，等于1
NA= JA/ (1 -xA) = JA / xB
物理意义：总体流动的存在，加强了分子扩散的效 果，使A组分的传质通量增大。
第二节 扩散原理
CA1 + CB1 Cm
> < NA
d
CA2 CB2
Cm
dCA 对稳定分子扩散, JA - D dZ D dCA NA JA / x B x B dZ Cm dCB = D CB dZ
以不变 物质为 计算基 准
思考1：双组分均相物系（A、B）的摩尔分数之和等于多 少？质量分数之和呢？
x A xB 1
思考2：xA与wA的关系？
w A wB 1
xAM A wA x A M A xB M B
wA / M A xA w A / M A wB / M B
传质方向
传质方向
液相（乙醇-水）
CL
Ci CL
煤焦油（含苯酚） 液液萃取
空气+氨气 吸收
2
第一节 概述
二、相平衡 ---相际间传质的最终状态
与热平衡不同之处： ▲达到相平衡时，一般两相 浓度不相等。 ▲相平衡属动态平衡------达到 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。
第八章 传质过程导论
动量传递 三传热量传递 质量传递
在浓度差推动力作用 下，物质从一处向另 一处的转移过程。 • 相内传质 • 相际传质
1
第一节 概述
一、化工生产中的传质过程
空气 水
气相 （乙醇-水） 乙醇 水
气 — 液系统：如吸收、解吸 等单元操作 湿物料 操作 汽 — 液系统：如蒸馏、精馏 蒸馏 干燥 作 液 — 液系统：如液液萃取操 相界面 苯 水 液 — 固系统：如结晶、浸取 相界面 操作 CG pG 气相主体 pi 液相主体 液相主体 气 — 固系统：如干燥操作 Ci 液相主体
J A, z
dcA DAB dz
B A B
2
组分A的扩散量JA,z
A
B
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
扩散通量，kmol/m s
A B
A
J B, z
dcB DBA dz
B
A B
A A B
A B
组分B的扩散量JB,z B 在 A 中的扩散系数 m2/s
质量中心面
菲克定律的其它表达形式：
J A, z cDAB
dxA d pA RT D dpA DAB AB dz dz RT dz
第二节 扩散原理
注意：D不绝对是物性常数 对气体 D = f ( 一对组分，T，P），D是物性常数； 对液体 D = f ( 一对组分，T，C），D不是物性常数；
对稀溶液： D ⋍ f ( 一对组分，T），D可近似视为物性常数
CB 2 CB1 CBm C ln B 2 CB1
NA=[D (P / pBm ) /RTd ](pA1-pA2) = kg(pA1-pA2)
Cm / CBm （或：Pm/PBm ）——漂流因子
代表了由于总体流动 存在，其传质通量比分子扩散通量增加的倍 数。也是通过停滞的B组分层的传质通量与等摩尔反向传质通量的 比值。Cm / CBm > 1。