传质过程(化工基础,化学).

无论哪种类型的均相混合物，要将 其分离成纯净或几乎为纯态物质，必 须造成一个两相物系，利用原物系中 各组分间某种特性的差异，使其中某 个组分在两相间进行传质。
物质在两相中的传质历程
物质首先从一相主体扩散到两 相界面的该相一侧，然后通过相 界面进入另一相，最后从此相的 界面向主体扩散。
例如气体吸收，气相主体中溶 质扩散经过气相到达气液相界面， 溶解进入液相，然后扩散进入液 相主体。
（3）传质过程推动力与速率 组分偏离平衡状态的程度是传质过程
的推动力。
由于相组成的表示方法不同，推动力的 形式便不一样，可以是压力差、浓度差 等等
上述空气中氨向水中传递过程的例子， 气相氨浓度用分压表示时，过程推动力 为p一p*。
传质过程中，物质传递的快慢常以传质速率 来表示，其定义为；单位时间内，单位相接触 面上被传递组分的物质的量。
（2）传质过程的方向与极限
相间传质和相际平衡所共有的几点规律： ①一定条件下，处于非平衡状态的两
相体系内组分会自动地进行旨在使体系 的组成趋于平衡态的传递。经过足够长 的 时间，体系最终将达到平衡态，此时 相间没有净的质量传递；
② 条件的改变可破坏原有的平衡状态。 如改变后的条件保持恒定，一定时间后， 体系又可达到新的平衡。
2．传质过程的共性
（1）传质的方式与历程 单相物系内的物质传递是依靠物质的扩散作
用来实现的。常见的扩散方式有：
• 分子扩散：物质靠分子运动从高浓度处转移 到低浓度处，物质在静止或滞流流体中的扩散 便是此种。
• 涡流扩散：因流体的湍动和旋涡产生质点位 移，使物质由高浓度处转移到低浓度处的过程。 实际上，湍流流动有湍流主体和滞流底层之分， 所以其中物质传递既靠涡流扩散也靠分子扩散， 两者统称对流扩散。
第五章 传质过程及塔设备
质量传递过程（简称传质）：物质以扩散方式 从一处转移到另一处的过程。
单相传质：仅在一相中发生的物质传递。
相间传质：通过相界面的物质传递。实际生 产中多为相间传质，工业上通常所说传质分离 过程即指相间传质。
传质过程在化学工程中占有极其重要的 地位: 它广泛应用于混合物的分离操作； 它常与化学反应共存，影响化学反应过 程，甚至成为化学反应的控制因素。
②填料塔内的流体力学状况
在设计填料塔时，首先要考虑填料塔的流 体力学性能：包括气体通过填料层的压降、 液泛气速、持液量（单位体积填料所持有的 液体体积）、气液分布等。
例如，确定动力消耗需知压降；确定塔径 以液泛速度为依据；持液量关系着填料支承 装置的强度；气液分布情况影响着传质效率 等。
L =0（当没有液体喷淋 时），即气体通过干填料 层时，Δp/H～u呈直线关 系，直线的斜率为1.8～ 2.O，表明H与u的1.8～2 次方成比例，气流状态为 湍流。
常见塔设备分为填料塔与板式塔两种。
（1）填料塔
①填料塔的结构
塔体为圆筒形，里面充填一定 高度的填料；填料的下方有支 承板，上方为填料压网及液体 分布装置。
操作时，液体经塔顶的液体 分布器分散后沿填料表面流下 而润湿填料；气体从塔底进入， 在压强差推动下，通过填料间 的空隙与气体逆向接触，在填 料表面进行传质。气、液两相 的组成沿塔高连续地变化。
择性的溶剂，系统形成两个液相。 由于原溶液中各组分在溶剂中溶解度的不同，
它们将在两个液相之间进行分配，即发生相间 传质过程，这就是通常所说的液一液萃取。
（2）流固相间的传质过程 ①气相一固相 ：有固体干燥、气体 吸附等操作。
②液相一固相：包括液体结晶、固 体浸取（也叫固液萃取）、液体吸 附、离子交换等单元操作。
③在一定条件下（如温度、压力Hale Waihona Puke ，两 相体系必然存在着一个平衡关系。
相间传质过程的方向和极限可用组分在一相 中的实际浓度与另一相实际浓度所要求的平衡 浓度的相对大小来判断：
• ①若物质在一相（A相）实际浓度大于其在 另一相（B相）实际浓度所要求的平衡浓度， 则物质将由A相向B相传递；
• ②物质在A相实际浓度小于其在B相实际浓 度所要求的平衡浓度，则传质过程向相反方向 进行，即从B相向A相传递；
另外，在环境保护、生命现象及许多工 程和工业实践中都涉及物质的传递过程。
5.1传质过程及塔设备简介
1.传质过程的类型 两相间的传质过程，根据相态不同，可分为
流体相间和流固相间的传质两类。
（l）流体相间的传质过程 ①气相—液相：包括气体的吸收、液体的蒸馏、
气体的增湿等单元操作。 ②液相一液相：在均相液体混合物中加入具有选
传质速率与传质推动力的大小有关，与其它 过程速率一样，传质速率可以写为：
传质推动力 传质速率= ——————
传质阻力
实际上，常把传质阻力看成是传质系数的倒 数，即传质速率=传质系数×传质推动力
3、塔设备
传质过程有通用的传质设备。气体吸 收和液体精馏两种气液传质过程通常在 塔设备内进行。
塔设备的基本功能在于提供气、液两 相充分接触的机会，使质、热两种传递 过程能够迅速有效地进行，同时还能使 接触的气、液两相及时分开，互不夹带。
随着气速的增大，两相流体 间的摩擦力增大。当气速增大至 某一数值时，液体的流动开始受 到两相流体间的摩擦力的阻碍， 使填料层的持液量开始随气速的 增加而增加，这种现象称为拦液 现象。
通常将开始拦液的转折点称为载点。载点对应的空塔气速 称为载点气速。
• ③若物质在A相实际浓度等于B相实际浓度 所要求的平衡浓度，则无传质过程发生，体系 处于平衡状态。
对于空气中的氨向水中传 递的过程，若以氨的分压p表 示气相中氨的实际浓度，p* 表示液相实际浓度所要求的 气相平衡分压，则：
p＞p*时，氨从气相向液相传递； p＜p*时，氨由液相向气相转移； p= p*时，体系达到平衡状态。
当有液体喷淋时，填料 层内的部分空隙为液体所 占据。相同的空塔气速下， 随着液体喷淋密度的增加， 填料的持液量增加，气流 的自由通道减少，气流的 压降增加， Δp/H～u关系 变成曲线。
气速较低时，由于逆向气流 的牵制小，填料层内液体向下流 动几乎与气速无关，填料表面上 覆盖的液体膜层厚度基本不变， 填料层的持液量也就基本不变， 所以Δp／H～u线几乎与干填料 的直线平行。