化工原理下册天津大学柴诚敬05-06学时

第七章 传质与分离过程概论
7.1 概述 7.2 质量传递的方式与描述 7.2.1 分子传质（扩散） 7.2.2 对流传质
2020/6/16
一、涡流扩散现象
1.涡流扩散 由于流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传递
现象—涡流扩散。
❖ 涡流扩散在湍流流体中发生 ❖ 在涡流扩散中时刻存在分子扩散 ❖ 涡流扩散的通量远大于分子扩散的通量
表面更新率，用符号S 表示。
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二、相际间对流传质模型
根据表面更新模型，可导出
N
A
DAS B(cA i cA0)
设对流传质速率方程分别为
N AkL(cA icA)b
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二、相际间对流传质模型
比较可得
k
L
DABS
kL
∝
D 1/2 AB
表面更新模型 的模型参数
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根据溶质渗透模型，可导出
4D
NA
AB(c c )
c Ai A0
设对流传质速率方程分别为
N AkL(cA icA)b
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二、相际间对流传质模型
比较可得
k
L
4D
AB
c
k ∝ L
D 1/2 AB
溶质渗透模型 的模型参数
暴露时间
c
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二、相际间对流传质模型
3.表面更新模型
表面更新率
S
第七章 传质与分离过程概论
7.1 概述 7.2 质量传递的方式与描述 7.3 传质设备简介 7.3.1 传质设备的分类与性能要求
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一、传质设备的分类
按所处理物系相态分类
气液传质设备
传质 设备
液液传质设备 气固传质设备
液固传质设备
按两相的接触方式分类
传质 逐级接触式设备 设备 微分接触式设备
c Af

流体与管壁间的浓度分布
二、对流传质
在与壁 面垂直 的方向 上分为 三层
层流 内层
缓冲 层
湍流 主体
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传质机理：分子传质
浓度分布：为一陡峭直线
传质机理
分子传质 涡流传质
浓度分布：为一渐缓曲线
传质机理：涡流传质为主
浓度分布：为一平坦曲线
二、对流传质
2.对流传质速率方程 描述对流传质的基本方程—对流传质速率方程。
可靠
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第七章 传质与分离过程概论
7.1 概述 7.2 质量传递的方式与描述 7.3 传质设备简介 7.3.1 传质设备的分类与性能要求 7.3.2 典型的传质设备
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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。
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一、相际间的对流传质过程
设组分 A从气相传递到液相（如吸收），该过 程由以下3步串联而成：
① 组分A从气相主体扩散到相界面；
② 在相界面上组分A由气相转入液相；
③ 组分A由相界面扩散到液相主体。
一般来说，相界面上组分A从气相转入液相的 过程很快，相界面传质阻力可以忽略。因此，相际 间传质的阻力主要集中在气相和液相中。若其中一 相传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可 以忽略，此种传质过程即称之为“该相控制”。
定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞 膜—气膜和液膜，溶质A经过两膜层的传质方式 为分子扩散。 ② 在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无 传质阻力。 ③ 在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流 体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。
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二、相际间对流传质模型
依据双膜模型，组分A通过气膜、液膜的扩散 通量方程分别为
学习指导
本章重点掌握的内容
❖传质分离方法 ❖相组成的表示方法 ❖质量传递的方式与描述
分子传质（扩散） 对流传质 ❖典型的传质设备
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丹克沃茨(Danckwerts) 于1951年提出，为非
稳态模型。
表面更新模型的要点 ① 溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。
② 界面上液体单元有不同的暴露时间或称年龄，界 面上各种不同年龄的液体单元都存在。
③ 不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换的概 率是均等的。单位时间内表面被置换的分率称为
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一、涡流扩散现象
2.涡流扩散通量方程 描述涡流扩散通量的方程为
J
e A
M
dcA dz
kmol/(m2· s )
—涡流扩散系数，m2/s M
涡流扩 散通量
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二、对流传质
1.对流传质的类型
运动流体与固体表面之间，或两个有限互溶的
运动流体之间的质量传递过程—对流传质。
对流 传质
√
强制对流传质 自然对流传质
强制层流传质
强制湍流传质√
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二、对流传质
2.对流传质的机理
所谓对流传质 的机理是指在传质 过程中，流体以哪 种方式进行传质。 研究对流传质速率 需首先弄清对流传 质的机理。
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层流
内层
c Ai
缓冲 层
湍流 中心
湍流 流体
cA f (r)
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练习题目
思考题
1. 对流传质有哪些类型，其传质机理如何？ 2. 提出对流传质模型的意义是什么？ 3.停滞膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要
点是什么，各模型求得的传质系数与扩散系数有 何关系，其模型参数是什么？ 4.板式塔和填料塔的构造如何？ 作业题: 6、7、8
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一、相际间的对流传质过程
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相际间的传质
二、相际间对流传质模型
1.双膜模型
惠特曼(Whiteman)
于1923年提出，最早提出
的一种传质模型。
pb
停滞膜模型
（双阻力模型）
cb
播放动画32：双膜模型
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双膜模型示意图
二、相际间对流传质模型
停滞膜模型的要点 ① 当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳
N k (c c ) kmol/(m2· s ) A L Ai Af
对流传质 速率方程
对流传 质通量
k L —对流传质系数，kmol/(m2·s·△c)
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第七章 传质与分离过程概论
7.1 概述 7.2 质量传递的方式与描述 7.2.1 分子传质（扩散） 7.2.2 对流传质 7.2.3 相际间的传质
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二、相际间对流传质模型
溶质渗透模型的要点 ① 液面由无数微小的液体单元所构成，当气液两
相相互接触时，液相主体中的某些单元运动至 相界面便停滞下来。在气液未接触前，液体单 元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触 开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。 ② 随着接触时间的延长，溶质 A通过不稳态扩 散方式不断地向液体单元中渗透。
1. 壳体
2. 塔板
3. 溢流堰
板 式 塔
液相 连续相 汽相 分散相
4. 受液盘 5. 降液管
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板式塔的结构
二、板式塔
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1. 筛孔 2. 鼓泡层 3. 泡沫层 4. 降液管
筛孔塔板示意图
二、填料塔
填料塔为连续接触式的气 液传质设备，它主要由圆柱形 壳体、液体分布器、填料支承 板、塔填料、填料压板及液体 再分布装置等部件构成。
气膜对 流
传质系 数
液膜对 流
传质系 数
二、相际间对流传质模型
根据双膜模型，导出
k G ∝ DAB
或
k L ∝ DAB
停滞膜模型 的模型参数
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气膜厚度 zG 液膜厚度 zL
二、相际间对流传质模型
2.溶质渗透模型
希格比( Higbie )
于1935年提出，为非稳 态模型。
溶质渗透模型示意图 播放动画33：溶质渗透模型
按促使两相混合与接触动力分类 传质 无外加能量式设备 设备 有外加能量式设备
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二、传质设备的性能要求
对传质设备的基本要求
❖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
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二、相际间对流传质模型
③ 液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经
过时间θc后，旧的液体单元即被新的液体单
元所置换而回到液相主体中去。在液体单元 深处，仍保持原来的主体浓度不变。 ④ 液体单元不断进行交换，每批液体单元在界
面暴露的时间θc 都是一样的。
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二、相际间对流传质模型
Dp NA RTAGzBp总 BM(pAbpAi)
D c NA zALBcB总M(cAicAb)
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二、相际间对流传质模型
设对流传质速率方程分别为
NAkG(pAb pA)i
N AkL(cA icA)b
比较得
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Dp
kG
AB 总
RTzG pBM
D c
kL
AB 总
z L c BM
填 料 塔
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液相 分散相 气相 连续相
1.塔壳体； 2.液体分布器； 3.填料压板； 4.填料； 5.液体再分布器； 6.填料支承板。