传质概述 - 化工原理第三版王志魁编课程课件
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化工原理讲稿第八章传质过程概论
•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;
•吸收:利用气体混合物中的各组分在某种溶剂中的溶解度 不同而将各组分分离开来;
•增(减)湿:不饱和气相与温度比它高的热水接触为增湿 ;含水蒸气的饱和湿气体与温度比它低的冷水接触为减湿 。
•第一节 概 述 (Introduction)
• 对于气体,在总压不太高的条件下,组分在气相中的 摩尔浓度可用分压来表示。即
第二节 扩散与单相传质
•因此
• 这两个通量方向相反,大小相等,若以A的传递方向 (Z)为正方向,则可写出下式:
•由于总压是常数,所以 •因此
第二节 扩散与单相传质
• 传质速率的定义:在任一固定的空间位置上,A在单位时 间内通过单位面积的物质的量,称为A的传质速率,用NA表示 。 •在等分子反向扩散中:
•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
•
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)
•第二节 扩散与单相传 •2.扩散通质量
• 扩散通量:是指在单位时间内单位面积上扩散传递的物质 的量,其单位为kmol/(m2·S),以J表示。
3.费克定律(Fick’s law) • 在恒温恒压下,A在混合物中沿Z方向作稳定分子扩散时 ,其扩散通量与扩散系数及在扩散方向的浓度梯度成正比。
•扩散 面
(二)质量比和摩尔比 •若双ห้องสมุดไป่ตู้分物系由A、B两组分组成,则 •1.质量比
•吸收:利用气体混合物中的各组分在某种溶剂中的溶解度 不同而将各组分分离开来;
•增(减)湿:不饱和气相与温度比它高的热水接触为增湿 ;含水蒸气的饱和湿气体与温度比它低的冷水接触为减湿 。
•第一节 概 述 (Introduction)
• 对于气体,在总压不太高的条件下,组分在气相中的 摩尔浓度可用分压来表示。即
第二节 扩散与单相传质
•因此
• 这两个通量方向相反,大小相等,若以A的传递方向 (Z)为正方向,则可写出下式:
•由于总压是常数,所以 •因此
第二节 扩散与单相传质
• 传质速率的定义:在任一固定的空间位置上,A在单位时 间内通过单位面积的物质的量,称为A的传质速率,用NA表示 。 •在等分子反向扩散中:
•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
•
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)
•第二节 扩散与单相传 •2.扩散通质量
• 扩散通量:是指在单位时间内单位面积上扩散传递的物质 的量,其单位为kmol/(m2·S),以J表示。
3.费克定律(Fick’s law) • 在恒温恒压下,A在混合物中沿Z方向作稳定分子扩散时 ,其扩散通量与扩散系数及在扩散方向的浓度梯度成正比。
•扩散 面
(二)质量比和摩尔比 •若双ห้องสมุดไป่ตู้分物系由A、B两组分组成,则 •1.质量比
《化工传质复习》课件
固液传质广泛应用于环境 保护、矿石提取和食品加 工等领域,用于分离和回 收物质。
3 液液传质的应用
液液传质广泛应用于制药、化工和生物工程等领域,用于提纯和分离物质。
固液传质
1 固体在液体中的传质 2 萃取法和析出法
固体通过溶解、渗透和吸 附等方式在液体中传递, 常涉及固液表面交互作用。
萃取法通过溶剂将溶质从 固体中萃取出来,析出法 通过沉降或结晶将溶质从 液体中析出。
3 固液传质的应用
化工传质复习
化工传质复习,通过本课件将详细介绍传质的基本概念和过程,包括传质速 率公式、分子扩散传质、对流传质、质量传递系数、气液传质、液液传质和 固液传质等内容。
传质的基本概念和过程
1 传质的定义
传质是指物质在不同相之间的传递过程,包括分子扩散、对流传质和固液传质。
2 传质过程的三种形式
传质可通过分子扩散、对流和固液接触过程来实现。
3 传质速率公式及影响因素
传质速率可由菲克定律表示,影响因素包括浓度差、温度、接触面积和传质系数等。
分子扩散传质
1 分子扩散传质的定义
分子扩散传质是指物质分子通过自由运动的 方式在不同相之间传递的过程。
2 扩散速率及影响因素
分子扩散速率受浓度差、温度、分子间相互 作用力和扩散距离等因素的影响。
3 Ogston模型和Wilke-Chang模型
3 弥散系数和Schmidt数
弥散系数是描述对流传质能力的参数, Schmidt数表示流体传质和质量传递的比例。
4 层流和湍流传输
层流传输指流体分层且顺序排列传质;湍流 传输指流体混合不均匀,传质速率更快。
质量传递系数
1 质量传递系数的定义
质量传递系数是表征物质传递速率的参数,描述了传质过程中的阻力和质量传输效率。
3 液液传质的应用
液液传质广泛应用于制药、化工和生物工程等领域,用于提纯和分离物质。
固液传质
1 固体在液体中的传质 2 萃取法和析出法
固体通过溶解、渗透和吸 附等方式在液体中传递, 常涉及固液表面交互作用。
萃取法通过溶剂将溶质从 固体中萃取出来,析出法 通过沉降或结晶将溶质从 液体中析出。
3 固液传质的应用
化工传质复习
化工传质复习,通过本课件将详细介绍传质的基本概念和过程,包括传质速 率公式、分子扩散传质、对流传质、质量传递系数、气液传质、液液传质和 固液传质等内容。
传质的基本概念和过程
1 传质的定义
传质是指物质在不同相之间的传递过程,包括分子扩散、对流传质和固液传质。
2 传质过程的三种形式
传质可通过分子扩散、对流和固液接触过程来实现。
3 传质速率公式及影响因素
传质速率可由菲克定律表示,影响因素包括浓度差、温度、接触面积和传质系数等。
分子扩散传质
1 分子扩散传质的定义
分子扩散传质是指物质分子通过自由运动的 方式在不同相之间传递的过程。
2 扩散速率及影响因素
分子扩散速率受浓度差、温度、分子间相互 作用力和扩散距离等因素的影响。
3 Ogston模型和Wilke-Chang模型
3 弥散系数和Schmidt数
弥散系数是描述对流传质能力的参数, Schmidt数表示流体传质和质量传递的比例。
4 层流和湍流传输
层流传输指流体分层且顺序排列传质;湍流 传输指流体混合不均匀,传质速率更快。
质量传递系数
1 质量传递系数的定义
质量传递系数是表征物质传递速率的参数,描述了传质过程中的阻力和质量传输效率。
第一章 流体流动 - 化工原理第三版 王志魁编课程课件
此供水系统实际简化了.学完流体流动这一章,就能系统解 决上述三个问题。
9
三、流体的研究方法
在研究流体流动时,常将流体视为由无数流体微 团组成的连续介质。
流体微团或流体质点:它的大小与容器或管道相
比是微不足道的,但是比起分子自由程长度却要大得 多,它包含足够多的分子,能够用统计平均的方法来 求出宏观的参数(如压力、温度),从而使我们可以 观察这些参数的变化情况。
38
四、流体静力学基本方程式应用
(一)、压力测量
1 U型管液柱压差计 (U-tube manometer) 指示液密度ρ0,被测流体 密度为ρ,图中a、b两点的 压力是相等的,因为这两点 都在同一种静止液体(指示 液)的同一水平面上。通过 这个关系,便可求出p1-p2 的值。
39
根据流体静力学基本方程式则有: U型管右侧
34
由上式可知:
当液面上方的压力一定时,在静止液体内任一点压力的大小, 与液体本身的密度和该点距液面的深度有关。因此,在静止的、 连续的同一液体内(适用条件),处于同一水平面上的各点的 压力都相等。此压力相等的水平面,称为等压面。
当液面的上方压力p0有变化时,必将引起液体内部各点压力 发生同样大小的变化。 p2=p0+ρ gh可改写为
• 流体静力学基本方程式 • 流体静力学基本方程式的应用
14
几个基本概念
一、 密度与比体积(比容) 1.定义:单位体积流体所具有的质量。 ρ= m / V [ kg ·m-3] 2、影响因素:温度和压力 3、气体与液体密度的计算
4、比容:单位质量的流体所具有的体积
V 1 m [m 3 / kg]
p p0 g
h
35
由上式可知,压力或压力差的大小可用液柱高度表示。
9
三、流体的研究方法
在研究流体流动时,常将流体视为由无数流体微 团组成的连续介质。
流体微团或流体质点:它的大小与容器或管道相
比是微不足道的,但是比起分子自由程长度却要大得 多,它包含足够多的分子,能够用统计平均的方法来 求出宏观的参数(如压力、温度),从而使我们可以 观察这些参数的变化情况。
38
四、流体静力学基本方程式应用
(一)、压力测量
1 U型管液柱压差计 (U-tube manometer) 指示液密度ρ0,被测流体 密度为ρ,图中a、b两点的 压力是相等的,因为这两点 都在同一种静止液体(指示 液)的同一水平面上。通过 这个关系,便可求出p1-p2 的值。
39
根据流体静力学基本方程式则有: U型管右侧
34
由上式可知:
当液面上方的压力一定时,在静止液体内任一点压力的大小, 与液体本身的密度和该点距液面的深度有关。因此,在静止的、 连续的同一液体内(适用条件),处于同一水平面上的各点的 压力都相等。此压力相等的水平面,称为等压面。
当液面的上方压力p0有变化时,必将引起液体内部各点压力 发生同样大小的变化。 p2=p0+ρ gh可改写为
• 流体静力学基本方程式 • 流体静力学基本方程式的应用
14
几个基本概念
一、 密度与比体积(比容) 1.定义:单位体积流体所具有的质量。 ρ= m / V [ kg ·m-3] 2、影响因素:温度和压力 3、气体与液体密度的计算
4、比容:单位质量的流体所具有的体积
V 1 m [m 3 / kg]
p p0 g
h
35
由上式可知,压力或压力差的大小可用液柱高度表示。
王志魁 化工原理 第三版 第2章.
解: 以真空表和压力表两测
点为1,2截面,对单位重量流 体列柏努力方程
压力表
z2
真空表
z1
H
z2 z1
p2 p1 g
u
2 2
u12
2g
H
f 12
把数据代入,得
H
z2
z1
p2 p1
g
0.5
0.28 0.025106
1000 9.81
2 2 在图所示的管路系统中,被输送的 液体要求离心泵供给的压头H可由 1-1与2-2两截面间的柏努力方程求 得,即:
1
1
H z p u2
g 2g
Hf
(2-6)
对于特定管路系统,z 无关。 u2 0
pg为固定值,与管路中的液体流量qv
2g
令
p H0 z g
当叶轮中心的液体被甩出后,泵壳的吸入口就形成了一定 真空,外面的大气压力迫使液体经底阀、吸入管进入泵 内,填补了液体排出后的空间。因此,只要叶轮不断旋 转,液体便连续地被吸入和排出。
可见,离心泵之所以能输送液体,主要是依靠高速旋转 的叶轮,液体在惯性离心力的作用下获得了能量,提高 了压强。
注意
(1)离心泵在启动前需先向壳内充满被输送的液体—— 称为灌泵。 因为离心泵启动时,若是泵内存有空气,由于空气密度很 低,旋转后产生的离心力小,使叶轮中心区所形成的低压 不足以将贮槽内的液体吸入泵内,虽启动离心泵也不能输 送液体。这种现象称为气缚。表示离心泵无自吸能力,所 以在启动前必须向壳内灌满液体。 (2)在吸入管路底部装单向底阀是防止水的倒流及防止启 动前灌入的液体从泵内流出。
王志魁 化工原理 第三版 第一章5
此式称为泊稷叶方程。 此式称为泊稷叶方程。
2、计算圆形直管阻力的通式 、
对于层流流动,流体的剪应力服从牛顿黏性定律, 对于层流流动,流体的剪应力服从牛顿黏性定律,可通过理论推 导导出其在直管中的阻力损失;但流体在湍流状况下, 导导出其在直管中的阻力损失;但流体在湍流状况下,由于存在不规 则的脉动,不断产生漩涡,情况复杂, 则的脉动,不断产生漩涡,情况复杂,还不能从理论上推导其阻力损 对于这样复杂的问题工程上常采用实验的方法建立经验关系式。 失。对于这样复杂的问题工程上常采用实验的方法建立经验关系式。
③建立无因次数群的关联式。 建立无因次数群的关联式。
一般采用幂函数形式,通过大量的实验,回归求取关联式中的待定系数。 一般采用幂函数形式,通过大量的实验,回归求取关联式中的待定系数。
(2)因次分析法的依据: )因次分析法的依据:
因次一致性原则: ① 因次一致性原则 : 凡是根据基本的物理规律导出的物理量方 程式,其中各项的因次必然相同, 程式 , 其中各项的因次必然相同 , 即物理量方程左边的因次与 右边的因次相同; 右边的因次相同; 白金汉( 定理: ②白金汉(Buckinham)提出的 定理:任何因次一致的物理方 )提出的π定理 程都可以表示为一组无因次数群的幂函数, 程都可以表示为一组无因次数群的幂函数 , 组成的无因次数群 的数目等于影响该过程的物理量的数目减去用以表示这些物理 量的基本因次的数目。 量的基本因次的数目。
二、流体在直管中的流动阻力
1、层流时直管阻力损失——泊稷叶方程 、层流时直管阻力损失 泊稷叶方程
流体在直管中作层流流动时,由前面推导知: 流体在直管中作层流流动时,由前面推导知:
u= P P2 2 P P2 2 1 u max = 1 R = 1 d 2 8 l 32 l 32lu
化工原理第三版第五章吸收精品PPT课件
E小的,溶解度大,易溶气体
3)E的来源:实验测得;查手册
15
(二)亨利定律其它形式
1)pA*
cA H
H——溶解度系数, kmol/(m3·kPa)
cA——摩尔浓度,kmol/m3;
H与E的关系:
p
* A
cA H
c c
c H
x
E c H
16
c
S
M L M S (1 x) M A x M S
(一)亨利定律
总压不高时,在一定温度下,稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分数成正比,其比例系数为亨利系数。
pA* Ex
14
p
* A
——溶质在气相中的平衡分压,kPa;
x——溶质在液相中的摩尔分数;
E——亨利常数,单位同压强单位。
讨论: 1)E的影响因素:溶质、溶剂、T
物系一定,T E 2)E大的,溶解度小,难溶气体
D'c kL zLcBm
液相传质速率方程有以下几种形式:
N A kL (cAi cAL ) NA kx (xi x)
45
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 传质系数,kmol/(m2·s·kmol/m3);
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 传质系数,kmol/(m2·s);
(1)分离混合气体以获得一定的组分。
(2)除去有害组分以净化或精制气体。 (3)制备某种气体的溶液。 (4)工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气 含苯煤气
冷却器 加热器
洗油 吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5
3)E的来源:实验测得;查手册
15
(二)亨利定律其它形式
1)pA*
cA H
H——溶解度系数, kmol/(m3·kPa)
cA——摩尔浓度,kmol/m3;
H与E的关系:
p
* A
cA H
c c
c H
x
E c H
16
c
S
M L M S (1 x) M A x M S
(一)亨利定律
总压不高时,在一定温度下,稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分数成正比,其比例系数为亨利系数。
pA* Ex
14
p
* A
——溶质在气相中的平衡分压,kPa;
x——溶质在液相中的摩尔分数;
E——亨利常数,单位同压强单位。
讨论: 1)E的影响因素:溶质、溶剂、T
物系一定,T E 2)E大的,溶解度小,难溶气体
D'c kL zLcBm
液相传质速率方程有以下几种形式:
N A kL (cAi cAL ) NA kx (xi x)
45
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 传质系数,kmol/(m2·s·kmol/m3);
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 传质系数,kmol/(m2·s);
(1)分离混合气体以获得一定的组分。
(2)除去有害组分以净化或精制气体。 (3)制备某种气体的溶液。 (4)工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气 含苯煤气
冷却器 加热器
洗油 吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5
化工原理第三版(讲课用)PPT课件
七、教学安排 1. 理论课 108学时+课程设计2周+实验 2. 理论课安排 3. 考核
八、 参考书
1. 王志魁.化工原理(第三版). 北京:化学工出版 社,2005
2. 陈敏恒.化工原理(上下册). 北京:化学工出版 社,2000
3. 何潮洪,窦梅,朱明乔,等.化工原理习题精解 (上册).北京:科学技术出版社,2003
2. 欧拉法 描述空间各点的状态及其与时间的关系 例如:速度的描述
ux=fx(x,y,z,t)
uy=fy(x,y,z,t) uz=fz(x,y,z,t)
四、定态与稳定
1. 定态 指全部过程参数均不随时间而变 定态流动:流场中各点的流动参数只随位置变化而 与时间无关。 非定态流动:流场中各点的流动参数随位置与(或) 时间而变化。
二、流体质点与连续性假设 1. 质点的含义 质点:由大量分子构成的集团(微团),是保持流 体宏观力学性的最小流体单元,从尺寸说是微观上充 分大,宏观上充分小的分子团。 微观上充分大 分子团的尺度>>分子的平均自由程 对分子运动作统计平均,以得到表征宏观现象的物理量
宏观上充分小 分子团的尺度<<所研究问题的特征尺寸 物理量都可看成是均匀分布的常量
三 、本课程研究方法
1 .实验研究方法(经验法)
2. 数学模型法(半经验半理论方法)
合理 分析 简化 过程 机理
数学
物理 描述 数学
模型
模型
求解
含模型参 数的结果
实验
求得模 型参数
四 、联系单元操作的两条主线 传递过程 研究工程问题的方法论
五、 化工过程计算的理论基础
化工过程计算的类型:设计型计算和操作型计算
王志魁 化工原理 第三版 第一章1
流体是由大量彼此之间有一定间隙的单个分子所组成, 流体 是由大量彼此之间有一定间隙的单个分子所组成,且各单 是由大量彼此之间有一定间隙的单个分子所组成 个分子作着随机的、混乱的运动。 个分子作着随机的、混乱的运动。 如果以单个分子作为考察对象,则流体是一种不连续的介质, 如果以单个分子作为考察对象 , 则流体是一种不连续的介质 , 要处理的运动是一种随机运动,问题非常复杂。 要处理的运动是一种随机运动,问题非常复杂。 但在流动规律的研究中, 但在流动规律的研究中 , 人们感兴趣的不是单个分子的微观运动 而是流体宏观的机械运动。 ,而是流体宏观的机械运动。 流体质点 流体质点——由大量分子构成的微团 , 其尺寸远小于设备尺寸 , 由大量分子构成的微团,其尺寸远小于设备尺寸, 流体质点
选定一个流体质点,对其跟踪观察,描述其运动参数(位移、 选定一个流体质点,对其跟踪观察,描述其运动参数(位移、速度 与时间的关系。可见, 等)与时间的关系。可见,拉格朗日法描述的是同一质点在不同时 刻的状态。 刻的状态。
轨线——某一流体质点的运动轨迹 ; 是采用拉格朗日法考 某一流体质点的运动轨迹; 轨线 某一流体质点的运动轨迹 察流体运动的结果。 察流体运动的结果。
图1-1 煤气洗涤装置
一、 流体的分类和特性
气体和液体统称流体 气体和液体统称流体。
1、流体有多种分类方法: 流体有多种分类方法: (1) 按状态分为气体、液体和超临界流体等; ) 按状态分为气体、液体和超临界流体等; (2)按流变特性可分为牛顿型和非牛顿型流体; )按流变特性可分为牛顿型和非牛顿型流体; (3) 按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与黏性 ) 流体(或实际流体) 流体(或实际流体); (4)按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体; )按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体;
选定一个流体质点,对其跟踪观察,描述其运动参数(位移、 选定一个流体质点,对其跟踪观察,描述其运动参数(位移、速度 与时间的关系。可见, 等)与时间的关系。可见,拉格朗日法描述的是同一质点在不同时 刻的状态。 刻的状态。
轨线——某一流体质点的运动轨迹 ; 是采用拉格朗日法考 某一流体质点的运动轨迹; 轨线 某一流体质点的运动轨迹 察流体运动的结果。 察流体运动的结果。
图1-1 煤气洗涤装置
一、 流体的分类和特性
气体和液体统称流体 气体和液体统称流体。
1、流体有多种分类方法: 流体有多种分类方法: (1) 按状态分为气体、液体和超临界流体等; ) 按状态分为气体、液体和超临界流体等; (2)按流变特性可分为牛顿型和非牛顿型流体; )按流变特性可分为牛顿型和非牛顿型流体; (3) 按是否可忽略分子之间作用力分为理想流体与黏性 ) 流体(或实际流体) 流体(或实际流体); (4)按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体; )按可压缩性分为不可压流体和可压缩流体;
化工原理全套精品课件 第三版
2. 欧拉法 描述空间各点的状态及其与时间的关系 例如:速度的描述
ux=fx(x,y,z,t)
uy=fy(x,y,z,t) uz=fz(x,y,z,t)
武汉工程大学化工原理课件
四、定态与稳定
1. 定态 指全部过程参数均不随时间而变 定态流动:流场中各点的流动参数只随位置变化而 与时间无关。 非定态流动:流场中各点的流动参数随位置与(或) 时间而变化。
化工原理
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武汉工程大学化工原理课件
0 绪论
一、化工生产过程 1. 化工生产过程:对原料进行化学加工获得有用产品 的过程称为化工生产过程。
武汉工程大学化工原理课件
聚氯乙烯生产
CH2=CH2+Cl2 CH2Cl—CH2Cl
CH2Cl—CH2Cl CHCl=CH2+HCl
2CH2=CH2+2HCl+O2
武汉工程大学化工原理课件
三 、本课程研究方法
1 .实验研究方法(经验法)
2. 数学模型法(半经验半理论方法)
合理 分析 简化 过程 机理
数学
物理 描述 数学
模型
模型
求解
含模型参 数的结果
实验
求得模 型参数
四 、联系单元操作的两条主线 传递过程 研究工程问题的方法论
武汉工程大学化工原理课件
五、 化工过程计算的理论基础
V=10-5cm3 分子数目N=2.7×1014个
武汉工程大学化工原理课件
3. 连续性假定 ① 内容
流体由无数的彼此相连的流体质点组成,是一种连 续性介质,其物理性质和运动参数也相应连续分布。
② 适用范围 绝大多数情况适用,但高真空下的气体不适用。
武汉工程大学化工原理课件
ux=fx(x,y,z,t)
uy=fy(x,y,z,t) uz=fz(x,y,z,t)
武汉工程大学化工原理课件
四、定态与稳定
1. 定态 指全部过程参数均不随时间而变 定态流动:流场中各点的流动参数只随位置变化而 与时间无关。 非定态流动:流场中各点的流动参数随位置与(或) 时间而变化。
化工原理
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0 绪论
一、化工生产过程 1. 化工生产过程:对原料进行化学加工获得有用产品 的过程称为化工生产过程。
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聚氯乙烯生产
CH2=CH2+Cl2 CH2Cl—CH2Cl
CH2Cl—CH2Cl CHCl=CH2+HCl
2CH2=CH2+2HCl+O2
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三 、本课程研究方法
1 .实验研究方法(经验法)
2. 数学模型法(半经验半理论方法)
合理 分析 简化 过程 机理
数学
物理 描述 数学
模型
模型
求解
含模型参 数的结果
实验
求得模 型参数
四 、联系单元操作的两条主线 传递过程 研究工程问题的方法论
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五、 化工过程计算的理论基础
V=10-5cm3 分子数目N=2.7×1014个
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3. 连续性假定 ① 内容
流体由无数的彼此相连的流体质点组成,是一种连 续性介质,其物理性质和运动参数也相应连续分布。
② 适用范围 绝大多数情况适用,但高真空下的气体不适用。
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传质概述 - 化工原理第三版王志魁编课程课件
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 pG
不相等。
气相主体
▲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,因此属动 态平衡。
相界面 pi Ci
空气+氨气
水 液相主体
传质方向 CL
吸收
三、相组成的表示方法
摩尔分率
四.传质方式
分 子 扩 散 : 静 止 的 或 层流 流 动 的 流 体 中 ,
传
质
方
式对
流
传
质
:
靠分子运动来 在 湍 流 流 动中 ,
进
行
传
质的
方
式
靠 流 体 质 点 的 脉 动 来 进行 传 质 的 方 式
第六章 吸 收
重点:双膜理论、传质基本方程、操作线方程 难点:双膜理论
第二节 物质传递机理
物质传递的三个步骤:
1 扩散物质从一相的主体扩散到两相界面(单相中的扩散); 2 在界面上的扩散物质从一相进入另一相(相际间传质);
3 进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩散(单相中的 扩散);
界面
气相 组分 主体
组分
液相 主体
物质在单相中的扩散
物质在单相中的传递靠扩散,发生在流体中的扩 散有分子扩散和对流扩散两种。
2、亨利定律
当总压不高(<5×105Pa)时,在一定温度下,稀溶液上方 溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下的关系:
p* =E·x
式中: p* ---------溶质在气相中的平衡分压, kPa; x----------溶质在液相中的摩尔分率 E----------享利系数, kPa
化工原理(王志魁版)---第三章 沉降过程
Ad r(L Le )
P
AP
r( V Ve ) r(V Ve )
A
dV
A2P
d r(V Ve )
过滤基 本方程
3-4-2 过滤基本方程式
dV A2P
d r(V Ve )
对可压缩滤饼 r r(P)s
其中r ΄ :单位压强差下滤饼的比阻,1/m2
p:过滤压强差,Pa
s:滤饼的压缩性指数,s=0~1,不可压缩滤饼s=0
1 当量直径de 2 非稳态过程 3 流动类型:层流
de
4润流湿通周截边面长积
4流通截面积 流道长度 润湿周边长 流道长度
4流道容积 流道表面积
V颗
4V床 颗粒比表面积
de
4 (1 )a
过滤速度:
u1
de 2 (Pc 32l
)
令u为滤液在整个床层截面积上的流速
则u=εu1
u
de2 (Pc) 32l
(4)2 K[(1 )a]2
Pc l
3 Ka2(1 )2
( Pc l
)
对于层流:K´=5
u
3
( Pc )
5a2(1 )2 l
3-4-2 过滤基本方程式
二 过滤速率与过滤速度
过滤速度:
dV
3
Pc
u Ad 5a2(1 )2 ( l )
过滤速率: 单位时间获得的滤液体积,m3/s
dV
3
APc
则Rm=r·Le u dV P P
Ad r(L Le ) (R Rm )
3-4-2 过滤基本方程式
五 过滤基本方程式
令为滤饼体积与相应的滤液体积之比
LA ,则L V
V
A
同样生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积为Ve
P
AP
r( V Ve ) r(V Ve )
A
dV
A2P
d r(V Ve )
过滤基 本方程
3-4-2 过滤基本方程式
dV A2P
d r(V Ve )
对可压缩滤饼 r r(P)s
其中r ΄ :单位压强差下滤饼的比阻,1/m2
p:过滤压强差,Pa
s:滤饼的压缩性指数,s=0~1,不可压缩滤饼s=0
1 当量直径de 2 非稳态过程 3 流动类型:层流
de
4润流湿通周截边面长积
4流通截面积 流道长度 润湿周边长 流道长度
4流道容积 流道表面积
V颗
4V床 颗粒比表面积
de
4 (1 )a
过滤速度:
u1
de 2 (Pc 32l
)
令u为滤液在整个床层截面积上的流速
则u=εu1
u
de2 (Pc) 32l
(4)2 K[(1 )a]2
Pc l
3 Ka2(1 )2
( Pc l
)
对于层流:K´=5
u
3
( Pc )
5a2(1 )2 l
3-4-2 过滤基本方程式
二 过滤速率与过滤速度
过滤速度:
dV
3
Pc
u Ad 5a2(1 )2 ( l )
过滤速率: 单位时间获得的滤液体积,m3/s
dV
3
APc
则Rm=r·Le u dV P P
Ad r(L Le ) (R Rm )
3-4-2 过滤基本方程式
五 过滤基本方程式
令为滤饼体积与相应的滤液体积之比
LA ,则L V
V
A
同样生成厚度为Le的滤饼所应获得的滤液体积为Ve
王志魁 化工原理 第三版 第一章2
(1)液体的密度 )液体的密度
①纯液体的密度可由实验测定或用查找手册计算的方法获取。 纯液体的密度可由实验测定或用查找手册计算的方法获取。 混合液体的密度,在忽略混合体积变化条件下,可用下式估算( ②混合液体的密度,在忽略混合体积变化条件下,可用下式估算(以1kg 混合液为基准,混合前后体积不变) 混合液为基准,混合前后体积不变),即 :
(2)气体的密度 )气体的密度
(1)纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。 )纯气体的密度一般可从手册中查取或计算得到。 当压强不太高、温度不太低时,可按理想气体来换算: 当压强不太高、温度不太低时,可按理想气体来换算:
pM ρ= RT
式中
(1-3) )
p ── 气体的绝对压强 Pa(或采用其它单位 ; 气体的绝对压强, 或采用其它单位); 或采用其它单位 M ── 气体的摩尔质量 kg/kmol; 气体的摩尔质量, ; R ──气体常数 其值为 气体常数,其值为 气体常数 其值为8.315; ; T ──气体的绝对温度,K。 气体的绝对温度, 。 气体的绝对温度
1、方程的推导 、
ρ
x
O
所示的容器中盛有密度为ρ 均质、 图 1-3 所示的容器中盛有密度为 ρ 的 均质 、 连续不可压缩静止 液体,流体所受的体积力仅为重力. 液体,流体所受的体积力仅为重力. 轴方向与重力方向相反。 取z 轴方向与重力方向相反。
现于液体内部任意划出一底面积为 z A的垂直液柱。 的垂直液柱。 的垂直液柱
p2
ρ
(1-5) )
p2 = p1 +ρg( z1 z2 ) (1-5a) 统称静力学基本方程 ) 统称静力学基本方程
p2 = p0 + ρ gh (1-5b) )
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CA xAC
A wA
5.CA 与 A 的关系?
CA
A
MA
6.对理想气体,C 与 p 的关系?y 与 p?ρ与 p?
CA
nA V
RT
C n P V RT
yA
nA n
pA P
A
mA V
M AnA V
pA M A RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
对于气体中的扩散,浓度的影响可以忽略;
对于液体中的扩散,浓度的影响可以忽略,而压强的影响
不显著。
物质的扩散系数可由实验测得,或查有关资料,或借助于 经验或半经验公式进行计算。
等摩尔的逆向扩散公式p213
与传热单层平壁的公式类似,有
NA
D RTz
(
pA1
p A2 )
D Z
(CA1 CA2 )
x A (或y A )
nA n
摩尔比
X A (或YA)
nA nB
摩尔浓度混合物C A总摩nV尔A 浓,度kCmol/mn3 V
质量分率
wA
mA m
质量比
X mA mB
质混量合浓物度总质量 浓A 度mVA,mkg/m3
V
对气体,还可以用 pA 表示浓度
思考: 1. 双组分均相物系(A、B)的摩尔分率之和等于多少? 质量分率之和呢?
将其与实际组成比较 :x 0.05 x* 0.1
∴气液相接触时,氨将从气相转入液相,发生吸收过程。 或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成
y* 0.94x 0.94 0.05 0.047
将其与实际组成比较:y 0.094 y* 0.047
∴氨从气相转入液相,发生吸收过程。
1、判断过程的方向
例:在101.3kPa,20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为 :
y* 0.94x ,若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成 xA 0.05 的氨水接触,确定过程的方向。
解: 用相平衡关系确定与实际气相组成 y 0.094
成平衡的液相组成
x* y / 0.94 0.1
H EM
——溶液的密度, kg/m3 ; M——溶液的平均分子量, kg/kmol
(2) 溶质在液相和气相中的浓度分别用摩尔分率
x、y表示
y*=m·x
式中: x——溶质在液相中的摩尔分率; y*——与该液相成平衡的气相中溶质的摩尔分率; m——相平衡常数,无因次。
m=E/P
上式中P为系统总压,m值越大,表示溶解度越小。
溶解度只取决于溶质在气相中的分压
吸收剂、温度T、P 一定时,不同物质的溶解度不同。 温度、溶液的浓度一定时,溶液上方分压越大的物 质越难溶。 对于同一种气体,分压一定时,温度T越高,溶解度 越小。 对于同一种气体,温度T一定时,分压P越大,溶解 度越大。
结论: 加压和降温对吸收操作有利;反之,
升温和减压有利于解吸。
2、计算过程的推动力
当气液相的组成均用摩尔分数表示时,吸收的推动力可 表示为:
y y*:以气相组成差表示的吸收推动力; x* x:以液相组成差表示的吸收推动力。
3、确定过程的极限
所谓过程的极限是指两相充分接触后,各相组成变化的 最大可能性。
增加塔高 组成为y1的混合气 减少吸收剂用量 塔底 x1增加
组成为: x1max
x1*
y1 m
组成为y1的混合气
增加塔高 增加吸收剂用量
塔顶y2降低
组成为:y2min y2* mx2
极限 极限
计算过程推动力与极限图
Y
G Y2
L X2
Y
吸收塔
Y`*
Y* Y`
(X,Y)
X*-X
Y`*-Y Y-Y*
X`-X`*
(X`,Y`)
G Y1 L X1
X`* X X` X* X
气 — 液系统:如吸收、解吸等单元操作
液 汽
— —
液系统 液系统
: :
如蒸馏、 如液液萃
精 取
馏操 作 操作
液 — 固系统:如结晶、浸取操作 气 — 固系统:如干燥操作 pG
相界面
气相 (乙醇-水)
乙醇
水
气相主体
pi
Ci 液相(乙醇-水)
水 液相主体
传质方向 CL
蒸馏
空气+氨气 吸收
四.传质方式
分 子 扩 散 : 静 止 的 或 层流 流 动 的 流 体 中 ,
传
质
方
式对
流
传
质
:
靠分子运动来 在 湍 流 流 动中 ,
进
行
传
质的
方
式
靠 流 体 质 点 的 脉 动 来 进行 传 质 的 方 式
第六章 吸 收
重点:双膜理论、传质基本方程、操作线方程 难点:双膜理论
2、亨利定律
当总压不高(<5×105Pa)时,在一定温度下,稀溶液上方 溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下的关系:
p* =E·x
式中: p* ---------溶质在气相中的平衡分压, kPa; x----------溶质在液相中的摩尔分率 E----------享利系数, kPa
上式表示溶液的浓度低于一定数值时溶质的平衡分压与它 在溶液中的摩尔分率成正比。亨利系数E值较大表示溶解度较 小。一般E值随温度的升高而增大。
第一节 气体吸收
一、 吸收的定义
吸收是气体混合物与作为吸收剂的液体接触,使气体中的某 一或某些组分溶于液体的操作。吸收是分离气体混合物的重要 单元操作之一。表示方法 A、B、S
1 吸收操作的类型
(1) 按吸收过程是否发生化学反应分类:物 理吸收、化学吸收
(2) 按吸收过程中体系的温度变化分类:等 温吸收、非等温吸收
分子扩散:依靠分子的无规则热运动,主要发生在静止或
层流流体中。
对流扩散:依靠流体质点的湍动和旋涡而传递物质,主要
发生在湍流流体中。
一、分子扩散与费克定律
1 分子扩散
A
BB
AA
BB
分子扩散:在一相内部存在浓度差或浓度梯度的情况下,由于分子的无规 则运动而导致的物质传递现象。分子扩散是物质分子微观运动的结果。
亨利定律的其它形式
(1) 气相用平衡分压,液相用物质的量浓度
表示
p* =C/H
式中: C——液相中溶质的摩尔浓度, kmol/m3 ; H——溶解度系数, kmol/m·kN;
在亨利定律适用的范围内,H是温度的函数,而与Pe或C无关。 对于一定的溶质和溶剂,H值一般随温度升高减小。易溶气体 H值较大,难溶气体H值较小。
(3) 按被吸收组分的数目分类:单组分吸收、 多组分吸收
2 吸收操作流程:用乙醇胺除去合成氨工艺中的co2
二、 气—液相平衡关系
1、平衡分压和平衡溶解度:
在一定温度下,使某一定量气体与一定量液体溶剂在密 闭容器中接触,溶质向溶剂中转移。经过足够长的时间, 气、液相浓度不在改变,宏观上传质过程停止,达成平 衡。微观上是气体进出液体的分子数相等,故称相际动 平衡,简称相平衡。
2.xA 与 wA 的关系? x A xB 1 w A w B 1
wA
xAM A
xAM A xBM B
xA
wA
/
M
wA /MA A wB /MB
3.双组分均相物系中,x 与 X 的关系?
x X 1 X
X x 1 x
4.xA 与 CA 的关系?wA 与 A 的关系?
传质概述
分离过程包括非均相混合物的分离(机械分离)和均 相物质的分离(传质分离)。
机械分离:过滤、沉降等 传质分离:吸收、蒸馏、干燥、萃取、膜分离等
在含有两个或两个以上组分的混合体系中, 如果存在浓度梯度,某一组分(或某些组分) 将有高浓度区向地浓度区移动的趋势,该移动 过程称为传质过程。
一、化工生产中的传质过程
第二节 物质传递机理
物质传递的三个步骤:
1 扩散物质从一相的主体扩散到两相界面(单相中的扩散); 2 在界面上的扩散物质从一相进入另一相(相际间传质);
3 进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩散(单相中的 扩散);
界面
气相 组分 主体
组分
液相 主体
物质在单相中的扩散
物质在单相中的传递靠扩散,发生在流体中的扩 散有分子扩散和对流扩散两种。
(3) 对于低浓度气体吸收,两相的组成通常用物质的量 比来表示
液相中溶质的摩尔数 X 液相中溶剂的摩尔数
x 1 x
Y
气相中溶质的摩尔数 气相中惰性组分的摩尔
数
y 1
y
Y* mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Y*=mX
三、用气液平衡关系分析吸收过程
扩散通量:单位时间内单位面积上扩散传递的 物质量,其单位为mol/(m2·s)。
2 费克(Fick)定律
当物质A在介质B中发生扩散时,任一点处物质A的扩散通 量与该位置上A的浓度梯度成正比,即:
JA
DAB
dCA dz
式中 JA——物质A在z方向上的分子扩散通量,kmol/(m2s),与书一致, 我们也叫传递速率
变小,曲线逐渐平缓。
湍流主体 主要依靠涡流扩散,大量旋涡引起的混合作
用使得气相主体内溶质的分压趋于一致,分压线为直线。
延长滞流内层的分压线和气相主体 的分压线交于H点, 此点与相界面的距离为zG, 在zG以内的流动为滞流,其物质 传递纯属分子扩散,此虚拟的膜层称为有效滞流膜。