化学工程基础第4章传质分离基础分析
第4章传质基础副本
在气相中，用分压表示组分的含量
Dp N A RTl G pB,m ( p A p A,i )
在液相中，用摩尔浓度表示组分的 含量
NA
D lL
cM cB,m
(c A,i
cA)
lG，lL虽为虚构膜层厚度，但也有其物理意义。流体的湍 动越强烈，层流越薄，膜层厚度越小，传质阻力小，传
质通量大。
习题
三、传质的速度与通量
相界面
气相（A＋B） 液相 S
N A,0
主体 N A, m 流动 N B, m
NA NB 0
N B,0
示例：用水吸收空气中的氨
物料系统内的分子扩散是由物 质浓度（或分压）差引起的分 子微观运动；总体流动是因系 统内流体主体与相界面处存在 总压差引起的流体流动的宏观 运行，其起因还是分子扩散。 总体流动是一种分子扩散的伴 生现象。在总体流动的流体中 组分A和组分B的量与各自在混 合气体中的分压成正比。
依下式可以从已知的温度和压力时气体物系的扩散系 数来推算温度为T和压力为P时该物系的扩散系数：
估算在20℃和1.013×10-5Pa下CO2在空气中的扩散系数。 解：设A组分为CO2，B组分为空气
ΣVA = 26.9×10-6m3.Mol-1 ΣVB =20.1×10-6m3.Mol-1 Mr，A=44 Mr，B=29 T=273+20=293K
相界面 pi
水 液相主体
液相（乙醇-水）
传质方向 Ci
CL
蒸馏
空气+氨气 吸收
§ 2 传质过程机理 --------物质从一相主体通过相界面向另一相
主体的扩散
分离
均 相 非 均
混 相
合物 混合物
加 入 另 外 一 种 物 质 作 为分 离 剂 方 法加 入 能 量
化学工程基础：第四章 传质过程
NA
pA,1 pA,2 RTZp Bm
推动力 阻力
Dp
单方向扩散的传质速率与溶质的分压差成正比，与 温度、扩散距离和惰性组分的对数平均分压成反比
若用组分浓度代替分压
Dc
NA
Z
cBm
(c A1
cA2)
cBm
cB,2 ln
cB,1 cB,2
cB.1
▪一般说来，液相中的扩散速度远远小于气相中的扩散 速度。
2.单向扩散及速率方程
单方向扩散：A.B双组 分气体混合物，如果 组分A溶解于液相，而 组分B不溶，那么吸收 过程是组分A的单方向 扩散
图4
界面 图5
总体流动：因溶质Ａ扩散到界面溶解于溶剂中，造成界面与 主体的微小压差，促使混合气体向界面流动,流动通量表示为 NM
对于组分B:在整体流动时，使相界 面上组分B的浓度增加，导致组分B 从相界面向流体主体作反方向扩散
因引起质量的传递
联通管中的传质速率就等于
分子扩散通量，根据费克定律
N A,0
DAB
dcA dz
N B,0
DBA
dcB dz
定常态扩散条件下，双组分混合物系各处总浓度相等，即
cM cA cB const
若分子扩散发生在两组分气相混合物或两组分性质相似
的液相混合物时
DAB DBA D
cM cA cB const
水，最初水面离上端管口的距离为0.125m，迅速向
上部横管中通入干燥的空气（空气流量达到足以保
证被测气体在管口的分压大致为零）压力为
101.3kPa。实验中测得经290h后，管中的水面离上
端管口距离增加到0.150m，求水蒸气在空气中的扩
散系数
化学工程基础复习资料总结
《化学工程基础》复习资料化学与化工学院应用化学专业彭梦杰0815020219 第二章、流体流动与输送1、连续性假定：化学工程中所研究的液体流动规律，不论是液体分子的微观运动，还是流涕在生产装置内的整体机械运动，它都是由无数流体质点所组成的连续介质，因此可以取大量流体分子组成的微团为流体运动质点，并以这样的质点为研究对象。
2、理想流体：无黏性、在流动中不产生摩擦阻力的流体。
3、相对密度：物质密度与4℃纯水密度之比，用符号d表示，量纲为一。
4、平均密度：各组分密度与其相对体积分数乘积之和。
5、流体静力学方程应用：U行管压差计、微差压差计、液位计、液封。
6、流量：单位时间内通过导管任意横截面积的流体量为流量。
7、流速：单位时间内流体在导管内流过的距离称为流速。
8、流速的选择：建设投资费用和运行操作费用综合考虑经济流速。
9、稳态流动：在流体流动系统内，任一空间位置上的流量、流速、压力和密度等物理参数，只随空间位置的改变而改变，而不随时间变化的流动。
10、层流：管中流动流体的质点只沿管轴方向平行流动，而不作垂直于管轴的径向扰动。
（或称滞留）11、湍流：管中流动流体的质点相互扰混，使六题质点的流动速率和方向呈现不规则变化，甚至形成涡流。
（或称紊流）12、黏性：流体流动时，往往产生阻碍流体流动的内摩擦力的流动特性。
13、黏度：一般由实验测定，与压强关系不大，但受温度影响。
液体的黏度随温度的升高而减小，气体的黏度随温度的升高而增大。
单位1P=100cP=0.1Pa·s=0.1N·s·m-214、运动黏度：流体黏度μ与密度ρ之比，符号用ν表示，单位m2·s-115、边界层：壁面附近流速变化较大的区域，u=0~99%u，流动阻力主要集中在此区域。
16、主流区：流苏基本不变化，u≥98%u，流动阻力可忽略。
17、稳定段长度L：流体流动从管道入口开始形成边界层起直到发展到边界层在管道中心汇合为止的长度。
传质分离过程_绪论
WHY
Why Separate?
WHY
一般化工生产过程：
煤 石油 天然气 生物质
化 工 原 料 反应 分离
产 品
一、分离过程的地位
化工生产
反应（Reactive） 分离 萃取物 （Extractive Natural raw material） 配制（Formulation） 分离
分离
例1：乙烯水合生产乙醇
分离因子与1的偏离程度表示组分之间分离的难易程度。
当αij＝1时，两组分在两产品中的含量相同，无法实现分 离； 当αij接近1时，两组分在两产品中的含量相近，难以实现 分离； 当αij远离1时，两组分在两产品中的含量差别大，容易实 现分离。
减压
液体
挥发度 海水淡化生 （蒸汽压） 产纯水；吸 有较大差 收液的解吸。 别
精 馏
原料 相态： 汽、液 或汽液 混合物
分离媒介： 热量，有时 用机械功
同上
石油裂解气 的深冷分离； 苯、甲苯、 二甲苯的分 离。
V
吸 收 蒸 出
萃 取 或 共 沸 精 馏
原料 分离媒 相态： 介：
MSA
分离原 工业应 理： 用：
二、分离过程在清洁工艺中
的地位与作用
清洁工艺：生产工艺和防治污染有机的结 合，将污染物减少或消灭在工艺过程中。
——面向21世纪社会和经济可持续发展 的重大课题。
化学工业污染来源：
未回收的原料 未回收的产品 有用和无用的副产
原料中的杂质
工艺的物料省耗
废物最小化？
清洁工艺终合考虑：
●
合理的原料选择；
● 反应路径的清洁化； ● 物料分离技术的选择； ● 确定合理的流程和工艺参数。
化工基础 第四章 传质过程.
注意！传质速率方程式有多种形式（浓度的表示方法有多 种 传质推动力和相应的传质系数）。传质比传热更复杂。
• 作业 • 1.2.3.4
kL
DL
L
c csm
N A p A1 p A 2
1
推动力 阻力
kG
N A cA1 cA 2
1
推动力 阻力
kL
过 程 进 行 的 速 率
推动力 阻力
显然，若流体气体中的湍流愈激烈Re，则δ ，传质阻力也 愈小，即1/k。
传质速率方程式能否用于计算？ (cA1-cA2)可求，但k=?（同传热的，k取决于流体物性、流动 状况等因素）实验测定经验公式（下一章）。
RT p p dl A
利用边界条件积分后
因整体流动而产生的传递速率分别为 :
N
D
ln
p p Ai
Dp ln Bi
N
N cA 和N
N
c B
A,M
Mc
B,M
Mc
A RTl p p RTl p
A1
B1
由于 p pA1 pB1 pA2 pB2 pA1 pA2 pB2 pB1
对流扩散
N D D dcA
AB
E dz
层流：D占主要地位； 湍流：DE占主要地位。
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.
对流传质
膜模型
c cA1 F
层流底层 （DE ≈ 0，分子扩散）
作用物
流体分子
流体质点
作用方式
第四章 传质分离基础..
杂质 原料 分离操作 废气 反应过程 循环 副产品 分离操作 产品
废水 分离操作 洁净水
污染物(循环)
4-1 传质分离过程
4-1.1 分离与人类的关系
人体内的肾小球 自来水、纯净水 海水的淡化 石油的常减压蒸馏 工业废气中的有害气体 原料的预处理
(2)传质过程的方向和极限
分析氨和空气的气体混合物与水在一恒温、恒压的容器中进行 两相接触的传质过程。易溶于水的氨会向液相传递，氨分子跨过相 界面进入水中，同时，水相中的氨分子也会有一部分返回到气相中。 如两相的量一定，随着过程的进行，气相中的氨浓度会逐渐减小， 由气相进入液相的氨分子的速率也逐渐减小，而液相中的氨浓度逐 渐增加，由液相返回气相的氨分子的速率也逐渐增加。经过一段时 间后，由气相进入液相的和液相返回气相的氨分子的速率会达到一 致。同时，各相内氨分子的浓度由于扩散的作用也达到了均匀一致。 此时，体系处于动态平衡状态，两相的浓度不再变化，从宏观上看， 物质的传递已经停止。 如果保持相同的温度和压力，向容器中注入氨气和水，或者直 接改变温度或压力，上述动态平衡将会被破坏，但再经过一定的时 间后，体系又可达到新的动态平衡。 由此，我们可得出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发地 进行旨在使体系的组成趋于平衡态的传递。经足够长的时间，体 系最终将达到平衡状态，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，条件保持 恒定，一定时间后，体系又可达到新的平衡。平衡体系的独立变 量数(或称自由度)由相律所决定；对于氨、空气和水的体系，有： f=k–Ф+2 = 3 – 2 +2 = 3 ③在一定条件下(如：温度、压力)，两相体系必然存在着一 个平衡关系。 相平衡关系主要依靠实验测定，很多体系的平衡数据可从有 关手册中查到。还有许多描述两相之间浓度关系的方程，例如： 亨利定律(Henry)和拉乌尔定律(Raoult)等。
传质分离过程教学设计 (2)
传质分离过程教学设计一、背景简介传质分离是化工工程中常见的一种分离工艺，其原理是利用不同物质在不同介质中扩散或渗透速率不同的差异，实现物质分离。
本教学设计旨在通过理论基础讲解、计算实例演练和实验操作等方式，提高学生对传质分离过程的理解和掌握能力。
二、教学目标1.了解传质分离的基本概念和基本原理。
2.学习传质分离的计算公式及其应用。
3.掌握传质分离实验中的相关操作方法和注意事项。
4.提高学生的实验操作能力和数据处理能力。
三、教学内容1. 传质分离的基本概念和基本原理讲解内容包括：1.传质分离的定义和分类。
2.传质分离的基本原理和影响因素。
3.传质分离的术语及其含义。
4.传质分离在工业生产中的应用。
2. 传质分离的计算公式及其应用讲解内容包括：1.基于质量守恒和物质平衡的传质方程。
2.浓度梯度与传质速度的关系。
3.不同传质形式的计算公式及应用。
4.传质分离过程的计算实例讲解。
3. 传质分离实验的相关操作方法和注意事项讲解内容包括：1.实验室安全和操作规范。
2.实验中使用的设备和试剂。
3.实验中涉及到的数据采集和处理方法。
4.实验结果的分析和讨论。
4. 实践环节在教学过程中，安排学生参与传质分离实验操作，并让学生使用已学知识对实验数据进行分析和处理。
通过实践环节，让学生加深对传质分离原理的理解和实验技能的掌握。
四、教学方法采用多种教学方法，包括：1.讲授法：通过PPT讲解、实例演示等方式传达知识点。
2.互动讨论：鼓励学生在教学过程中参与课堂讨论，提高学生的思辨和创新能力。
3.实验操作：安排学生参与传质分离实验操作，提高学生的实验操作技能和数据处理能力。
4.评估反馈：通过考试、实验报告等方式对学生进行评估，及时调整教学进度和方式。
五、教学评估1.考试：考查学生对传质分离原理和应用方面的掌握能力。
2.实验报告：对学生实验数据处理和结果分析能力进行评估。
3.课堂表现：包括学生参与度、提问能力和思考能力等方面的评估。
化学工程中的传质过程分析与计算方法
化学工程中的传质过程分析与计算方法传质过程是化学工程中至关重要的一部分，涉及物质从一个相态传递到另一个相态的过程。
在化学工程的设计和优化中，准确地分析和计算传质过程的速率和效率至关重要。
本文将介绍化学工程中传质过程的基本原理和常用的分析与计算方法。
一、传质过程的基本原理传质过程主要涉及物质的扩散、对流和反应等现象。
扩散是指物质分子在浓度梯度驱动下由高浓度区向低浓度区传递的过程。
对流是指由于流体的运动而导致物质传递的现象，可以进一步分为属于流体本身的动量传递和物质传递。
反应是指物质在传递过程中发生化学反应，形成新的物质。
二、传质过程的计算方法1. 扩散通量计算方法在扩散过程中，物质的传递速率可以通过计算扩散通量来确定。
扩散通量是指通过单位截面积在单位时间内传递过的物质的量。
根据菲克定律，扩散通量可以通过以下公式计算：J = -D∙∇C其中，J为扩散通量，D为扩散系数，∇C为浓度梯度。
2. 对流传质计算方法对流传质过程中，物质的传递速率与流体速度和浓度梯度有关。
常用的计算方法包括阻力和质量传递的计算，以及对流传质的计算模型（如Sherwood数、雷诺数等）。
3. 反应速率计算方法在传质过程中，物质的转化速率与化学反应有关。
根据反应动力学理论，可以利用反应速率方程来计算反应速率。
根据不同的反应类型和反应机理，反应速率方程可以采用不同的形式，如一级反应、二级反应等。
4. 多组分传质计算方法在实际应用中，传质过程往往涉及多个组分的传递。
此时，需要考虑组分之间的相互作用和竞争。
常用的计算方法包括质量守恒方程和组分平衡方程的联立求解，以及利用吉布斯自由能和互相作用系数等的方法。
三、传质过程分析与优化传质过程分析和优化是化学工程的核心任务之一。
通过合理的传质过程分析，可以确定传质速率和效率的影响因素，为优化设计提供依据。
常用的分析方法包括流体力学模拟、传质速率计算、实验测量和模型拟合等。
通过这些方法，可以准确地分析传质过程中的瓶颈和优化空间，提高工艺的效率和经济性。
化学工程基础第四章+传质过程
扩散）
如吸收：
溶质A
通过B
相界面
溶剂S 同时S不逆向通过（汽化）
对于截面2：
1、总体流动。 N， NAM ， NBM； 2、A、B做等分子反方向扩散的传递运动即NA,0= - NB,0 3、总体流动加快了A的传递速度 NA=NA,0+NAM
4、总体流动与B的扩散运动方向相反 NB=NB+NBM =0 即有 B为停滞组分。 由该式可得NBM= NA,0
dc A N AB DE dz
对流扩散
dc A dz
湍流流体中在进行涡流扩散的同时，也存在着分子扩散。
N AB D DE
层流：D占主要地位； 湍流：DE占主要地位。
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.
又mA n A M A x A nM A , mB nB M B xB nM B ,...... 故a A x A nM A xi nM i x A M A xi M i
i i
2 质量比和摩尔比
• 有时也用一个组分对另一个组分的质量比 或摩尔比代表组成，较常见于双组分体系。
3 传质分离操作的种类
• (1) 吸收和解吸 • 气体----液体系统 • 选用合适的液体溶剂(吸收剂)在专用 设备中使之与气体充分接触,此时气 体中的一个或几个组分由气相转入液 相,从而实现对混合气体的分离.这种 操作就称为气体的吸收.
• 气体的解吸就是把被吸收的组分从吸 收剂中脱除的过程. • 气体的减湿(吸收的一种特殊过程)---气体由气相到液相 • 气体的增湿(解吸,减湿的逆过程)---气体由液相到气相
传质分离过程原理PPT课件
D
D
ux
x
uy
y
uz
z
25
在进行微分能量衡算时，可采用拉格朗日方法。根 据热力学第一定律：
热力学能的变化=外界输入微元的热量+外界对微元做的功
其中外界对微元做的功可以用表面应力对微元做的 功表示。得到以焓表示的能量方程（拉普拉斯算 子）。
9
10
平衡分离过程的基础是相平衡。对于一个含n个组分、P个相的系统， 当其温度、压力和各组分的浓度不再变化时，即达到了平衡。一般地， 把相平衡定义为各组分在各相中的化学势µ或逸度ƒ(物质迁移时的推动
力或逸散能力 )相等：
（1-3）
或
fia fib fiP
(i 1,2,3,, n)
（1-4）
12
1.2.4 速率分离过程
速率分离过程是指借助某种推动力，如浓度差、压力差、 温度差、电位差等作用，某些情况下在选择性透过膜的配合下， 利用各组分扩散速度的差异而实现混合物的分离操作。这类过 程的特点是所处理的物料和产品通常属于同一相态，仅有组成 的差别。
Miscible 易混合1的3 ；
速率分离可分为膜分离和场分离两大类。
场分离的基础是粒子的迁移速度差，因此，产生速度 差的场强成为分离中的重要因素。电渗析、静电除尘 器等；
另一方面，即使有足够的速度差，若速度太小，实现 分离所需要的场的面积就很大，使分离失去实用价值。
此外，分离所需的能量W是作用力F与移动距离L的乘 积。若想减少能耗，就要尽量使用较小的力，尽量缩 短移动的距离，而后者等价于使场的几何厚度变薄， 这就是膜的物理概念。
对固体，若无内热源，摩擦热又可以忽略不计，简 化为用于热传导的普遍化方程——Fourier第二定律：
传质分离过程 课件
讲授内容
第5章 传质分离过程的严格模拟计算 建立通用模型，求解三对角矩阵（泡点法，流率加合 法）。 第7章 分离过程的节能优化与集成 分离过程最小功和热力学效率，精馏的节能技术，分 离流程优化和集成
第一章 绪 论
第一章 绪 论 Chapter 1 Introduction
1.1 传质分离过程的分类 Classes of Separation Operation 1.2 分离过的研究和技术开发 Study on Separation Process and Development
What is Separation?
纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之， 混合物变成纯净物则需作功。
Mixing is inherent in nature: The increase in entropy associated with the randomness of a mixture lowers the Gibbs free energy. To “unmix” a solution we must overcome the entropic driving force to mix.
Separation of oxygen from air and of CO2 from blood in the lungs Selective removal of water and waste products of metabolism from blood in the kidneys Selective absorption of nutrients in the intestines.
?principles?applications?calculations精品文档chemicalseparationprinciplescontents?chapter1separationprocesses?chapter2thermodynamicsofseparationoperations?chapter3masstransferanddiffusion?chapter4singerequilibriumstagesandflashcalculations?chapter5cascades?chapter6absorptionandstrippingofdilutemixtures?chapter7distillationofbinarymixtures?chapter8liquidliquidextractionwithternarysystems精品文档?chapter9approximatemethodsformulticomponentmultistageseparations?chapter10equilibriumbasedmethodsformulticomponentabsorptionstrippingdistillationandextration?chapter11enhancedpproximatemethodsformulticomponentmultistageseparations?chapter12ratebasedmodelsfordistillation?chapter13batchdistillation?chapter14membraneseparations?chapter15adsorptionionexchangeandchromatographycontentscontd精品文档传质分离过程?第11章绪论?第22章传质分离过程的热力学基础?第33章气液传质分离过程?第4章液液传质分离过程?第55章传质分离过程的严格模拟计算?第6章气固液固传质分离过程?第77章分离过程的节能优化与集成??????????精品文档教学目标objective利用已学的物理化学化工原理化工热力学传递过程等课程中有关相平衡热力学和动力学机理传热传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系的分离和提纯技术
《工程化学基础》第4章资料
故
H U
14
有气体参与的化学反应 对有气体参加或生成的化学反应，pV 值较大，但 又把温度不太低、压力不太高的实际气体近似为理想 气体，那么在两个状态下： 状态I，气态反应物的状态方程式为 p1V1 = n1RT； 状态II，气态生成物的状态方程式：p2V2 = n2RT； 在等温等压条件下，有： p1= p2 = p，T1 = T2 = T，pV= nRT 即 其中 H = U + n (g)RT
6
热力学第一定律
热力学第一定律又称能量守恒定律
U – (Q + W) = 0 Q 称为热 与途径（或过程）有关 或 U = Q + W
焦耳等人发现的
(4. 1)
W 称为功
7
热和功的性质
Q > 0，表明系统对环境吸热； Q < 0，系统对环境放热； W > 0，系统接受环境作功； W < 0，系统对环境作出功。
17
四、标准摩尔生成焓和标准摩尔焓变
1. 盖斯定律 化学反应的反应热（恒压或恒容下）只与物 质的始态或终态有关而与变化的途径无关。 例如：
始态 C(石墨) + O2(g)
H r m, 3
Δ H r m, 1
I
终态 CO2(g)
H r m, 2
II
1 CO(g) O 2 (g) 2
II
有： Δ r H m, 1 = r H m, 2 + r H m, 3
22
化学工程中的传质过程分析与计算
化学工程中的传质过程分析与计算在化学工程中，传质过程是一个关键的环节。
它涉及到物质从一个相的传输到另一个相的过程，如气相到液相、液相到固相等。
理解传质过程对于设计和优化化学工程过程具有重要意义。
本文将从传质的基本概念、传质的机制、传质过程的数学建模以及传质计算方法等方面进行分析与探讨。
一、传质的基本概念在化学工程过程中，物质传质是指通过物质的扩散、对流和反应等方式，使两相之间的组分发生变化的过程。
传质过程最常见的几种方式包括：气体和气体之间的扩散传质、气体和液体之间的气液传质、液体和液体之间的液液传质以及固体和液体之间的固液传质等。
不同的传质方式对应着不同的传质机制和计算方法。
二、传质机制1. 扩散传质：扩散传质是指物质在浓度梯度的作用下，由高浓度区向低浓度区自发性地传输的过程。
在扩散传质中，物质的传质速率与浓度梯度、物质的扩散系数以及系统的温度等因素有关。
2. 对流传质：对流传质是指通过流体的运动将物质从一个地方转移到另一个地方的过程。
对流传质的速率与流体的速度、物质的浓度以及系统的流动特性等因素有关。
3. 反应传质：反应传质是指在化学反应中，物质的传质与反应同时进行的过程。
反应传质的速率不仅受到物质的传质速率的限制，还受到反应速率的限制。
三、传质过程的数学建模为了描述传质过程中物质的传递规律，化学工程中常使用质量守恒和动量守恒以及物质传递过程的理论，建立数学模型。
传质过程的数学建模一般包括质量守恒方程、动量守恒方程和质量传递方程等。
1. 质量守恒方程：质量守恒方程描述了传质过程中物质浓度随时间和空间的变化规律。
通常表示为：∂C/∂t = -∇·(J)+R其中，C表示物质的浓度，J表示物质的传递通量，R表示源项或汇项。
2. 动量守恒方程：动量守恒方程描述了传质过程中流体速度随时间和空间的变化规律。
通常表示为：ρ(∂u/∂t+u·∇u) = -∇P+μ∇^2u+F其中，ρ表示流体的密度，u表示流体的速度，P表示压力，μ表示流体的动力粘度，F表示体积力。
第4章 液液传质分离过程
4.2 超临界流体萃取
超临界流体萃取是一种以超临界流体作为萃取剂，从固体 或液体中提取出待分离的高沸点或热敏性物质的新型萃取
技术。
超临界流体萃取技术的起源:1879年，J.B.Hannay等发现无 机物在高压乙醇或乙醚中溶解度异常增加的现象,用高压的 乙醇可溶解金属卤化物，压力越高，溶解能力越强。而当 压力降低到一定程度以后，溶解的无机物又从乙醇或乙醚
二、萃取体系的分类
(1) 简单分子萃取体系
(2) 中性络合体系 (3) 酸性络合萃取体系 (4) 离子缔合萃取体系 (5) 胺类萃取体系
4.1.2 多级逆流萃取的计算
集团法:
定义ΦU为进料中组分i进入萃余相中的分数
ΦU v N 1 v1 v N 1
1 ΦU ue
N 1
ue
N 1 N 1
案例
苯中分离链烃。苯在罗宾斯表中属于第11组，而所选的链烃—庚烷属
于第12组。由罗宾斯表可见，第8组（伯胺、氨、无取代基的氨基化 合物）与芳烃形成的物系对拉乌尔定律产生负偏差，与链烃形成的物 系产生正偏差。 尽管胺或氨基化合物在分离该混合物上很可能是有效的，没有迹象 表明是否一定分层。罗宾斯表也指出，第4组（具有活性氢原子的多 环链烃）、第7组（仲胺）和第9组（醚、氧化物、亚砜）均与链烃形 成正偏差物系，与芳烃形成理想物系。这类溶剂同样可认为是可行的 溶剂。但没有表明形成的液相数目。
y0*－y0 = 0.01699－ 0.0115= 0.00549 kmol/m3
y1*－y1 = －.01687－ 0.00397= 0.01290 kmol/m3
对数平均浓度差为：
( y y ) ln
*
( y 0 y 0 ) ( y1 y1 )
化工基础传质总结汇报材料
化工基础传质总结汇报材料化工基础传质是研究物质在流动状态下的扩散、对流与质量传递的过程。
本次报告主要从传质的基本概念、传质的机理、传质过程的描述和传质的应用方面进行总结。
一、传质的基本概念传质是指物质从高浓度区域到低浓度区域的移动过程，有助于在不同相界面上的短距离传递物质。
传质过程可以通过扩散和对流两种方式实现。
扩散传质是指离子、分子或颗粒在浓度梯度的驱动下从高浓度区域到低浓度区域的移动。
而对流传质是指物质通过流体的流动而在不同位置间传递。
二、传质的机理1. 扩散传质机理：扩散是基于分子间相互作用力的结果，其中包括浓度、温度、粒径等因素。
分子扩散的速率与浓度梯度成正比，与温度和粒径成反比。
扩散的速度可以通过弗立策定律进行计算。
2. 对流传质机理：对流传质与扩散传质相比，对流传质在流体中较快。
对流传质通常包括液相传质和气相传质两种方式。
液相传质是指在液体中溶质的移动，流体的速度较慢，传质主要靠扩散。
气相传质是指气体中溶质的扩散，此时溶质分子与气流相比速度较快。
三、传质过程的描述传质过程的描述可以采用Fick定律进行模拟。
Fick第一定律描述了扩散传质的速率与浓度梯度的关系，表达式为J = -D(dC/dx)，其中J是扩散通量，D是扩散系数，dC/dx是浓度梯度。
Fick第二定律描述了扩散速率与时间和距离的关系，表达式为∂C/∂t = D(∂²C/∂x²)，其中∂C/∂t是时间变化率，∂²C/∂x²是浓度梯度。
四、传质的应用1. 化学反应：在化学反应中，传质可以使反应物质更快地达到反应场所，加快反应速率。
2. 分离过程：传质在分离过程中扮演重要角色，包括萃取、吸附、蒸馏等。
这些过程依赖于物质的传质过程来实现分离纯化的目的。
3. 制药工业：在药物的制造过程中，传质可以控制药物的扩散速度，确保最终药物的质量和稳定性。
4. 环境保护：传质在空气和水等介质中的传递可以帮助我们理解污染物的扩散和防治措施，如大气和水体污染的控制和修复。
化工传质与分离过程_范文模板及概述
化工传质与分离过程范文模板及概述1. 引言1.1 概述化工传质与分离过程是化学工程领域一个重要的研究方向。
传质作为化工过程中物质转移的基本现象，对于提高反应效率，优化分离过程以及实现工业生产具有至关重要的作用。
分离过程则是指将混合物中的不同组分分离出来的一系列工艺和技术手段。
本文将结合传质基础知识，探讨传质在分离过程中的作用以及分离过程对传质性能的影响，并进一步探讨如何优化实际分离过程以提高效率。
1.2 文章结构本文总共包括五个主要部分：引言、传质基础、分离过程概述、传质与分离过程的关系和结论。
在引言部分，我们首先概述了化工传质与分离过程的研究背景和意义，并介绍了本文所涵盖的内容。
之后，文章将详细阐述传质基础知识，包括传质定义、传质机制和传质模型。
接着，在第三部分中，我们会对各种常见的分离过程进行概述，包括定义、分类和应用领域。
第四部分将重点讨论传质在分离过程中的作用以及分离过程对传质性能的影响，并探讨如何通过优化过程来提高效率。
最后，在结论部分，我们将总结文章的主要观点和要点，并展望未来发展方向。
1.3 目的本文的目的是介绍化工传质与分离过程的基础知识和关系，并探讨如何通过优化分离过程来提高传质性能。
通过深入了解传质基础知识和各种常见的分离过程，读者可以更好地理解传质在实际工程中的应用。
此外，本文还旨在为相关领域研究者提供一个全面而清晰的概述，帮助他们在自己的研究项目中更好地设计和优化分离过程。
2. 传质基础2.1 传质定义传质是指在不同相的两个物质之间发生物质或能量交换的过程。
在化工领域中，传质通常涉及物质的扩散、溶解和析出等过程。
2.2 传质机制传质机制是指描述物质在不同相之间传递的方式和规律。
主要有以下几种传质机制：2.2.1 扩散扩散是指物质由浓度高的区域向浓度低的区域自发移动的过程。
根据扩散介质的性质，可以分为气体扩散、液体扩散和固体扩散三种形式。
2.2.2 对流对流是指由于流体的运动而导致物质传递的过程。
化工分离工程分章重点
化工分离工程第一章 化工分离工程概述分离过程的分类：机械分离、传质分离传质分离过程用于各种均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生，按所依据的物理化学原理不同，工业上常用的传质分离过程又可分为两大类，即平衡分离过程和速率分离过程。
平衡分离过程是借助分离媒介（如热量、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。
分离媒介可以是能量媒介（ESA ）或物质媒介（MSA ），有时也可两种同时应用。
蒸发、蒸馏、吸收、萃取、结晶、离子交换、吸附、干燥、浸取、泡沫吸附速率分离过程是在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。
气体扩散、热扩散、电渗析、电泳、反渗透、超过滤 分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度，其定义为2211//j i j i s ijx x x x =α分离方法的选择可行性、分离过程类别的选择、产品的价格、产品的热敏性、物质与分子的性质、经济性、安全与环保、经验分离过程类别的选择▪ 分子特性：分子重量、V an der Waals 体积、Van der Waals 面积、 偶极矩、极化度、双电常数、电荷、旋转半径▪ 热力学与传递性质：蒸气压、溶解度、吸附活性、扩散特性第二章 精馏蒸馏（Distillation ）：借助液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一种操作方法。
简单蒸馏（simple distillation)：混合液受热部分汽化，产生的蒸汽进入冷凝器种冷凝，分批收集不同组成的馏出液产品。
平衡蒸馏（equilibrium distillation)：釜内液体混合物被部分汽化，使气相与液相处于平衡状态，然后将气相与液相分开，是一种单级蒸馏操作。
精馏 （rectification)：液体混合物多次进行部分冷凝或部分汽化后，最终可以在气相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分。
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在含有两个或两个以上组分的混合体系 中，若有浓度梯度存在，某以组分（或某些 组分）将由高浓度区向低浓度区移动，该移 动过程称为传质过程 。
传质过程可以在单相中进行，也可以 是在两相中进行。
两相间传质是分离过程的基础
1、传质分离过程
1-1 分离与人类的关系
一般的化学工业中，用于分离提纯 的设备投资在产品生产的整个工艺中占 有较大的比例。例如，石油化学工业， 分离单元操作的设备投资占总投资的 50%~90%，而且用于分离的操作费用在 生产成本中也占有相当大的比重。
1-2 传质分离操作的种类
分离过程可分为机械分离和传质分离。 机械分离的对象是非均相的混合物料，利
用该混合物中组分间的密度、尺寸等物性差 异将其分离。（过滤、沉降、离心分离等）
传质分离过程是针对各种均相混合物料的 分离，如酒精与水德混合物的分离。
沉降
混合物分离操作
非均相混合物的分离
过滤 气体溶剂S
同时S不逆向通过（汽化）
对于截面F-F’：
扩散通量J A 传质通量
总体流动造成的传质通量 N A,b (bulk flow)
14
15
1. 总体流动
Nb
Nb(cA/c) Nb(cB/c)
2. A、B做等分子反方向扩散的传递运动
即 JA= - JB
3. 总体流动加快了A的传递速度 NA=JA+Nb(cA/c)
5、干燥 干燥指借热能使物料中水分（或溶剂）
汽化，并由惰性气体带走所生成的蒸汽而得 到干燥固体的操作。
6、膜分离 膜分离是以具有选择性分离功能的材料—
膜为分离介质，在膜的两侧存在一定能量差 （压力差、浓度差、电位差）作为动力，各 组分透过膜迁移率不同，从而达到分离的目 的。
7、热扩散 热扩散是利用温度梯度引起的物质扩散
D RT
dpA dz
积分：
D NA RTz (pA1 pA2 )
组分B 若为液相
D
NB
JB
RTz
pB1 pB2
D
N A z cA1 cA2
D NB z cB1 cB2
分压pA、 pB 沿扩散路径z的变化为直线函数
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（二）一组分通过另一停滞组分的扩散（单向扩散）
如吸收：
含萃取剂的相称为萃取相，含萃 取剂较少的相称萃余相。
4、吸附 当某些固体多孔物质与流体（气体或液
体）接触时，流体中的某一或某些组分能以 扩散的方式从气相或液相进入固相，附着于 固体内、外表面上形成单分子层或多分子层 的过程，称为吸附。
被吸附的流体称为吸附质，多空固体物 质称为吸附剂。
物理吸附；化学吸附。
常见的传质分离操作：
1、蒸馏 分离液体混合物的单元操作。 过程：对混合液加热使混合液部分汽化
造成不平衡的气相和液相，利用各组分挥 发性的差异，使挥发性大的组分向气相的 净传递，挥发性小的组分向液相的净传递， 将混合液分离。
2、吸收与解吸 分离气体混合物的操作单元。 利用各组分在同一溶剂中的溶解度不同，
pB1
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NA
Dp ln pB2 RTZ pB1
D RTZ
p pBm
(p A1
pA2 )
NAL
D z
L
c 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。
p/pBm>1 传质速率较大。 若pA p/pBm；反之pA p/pBm≈1
1、等物质量反向稳态扩散 如精馏
JA = - JB
又
JA
DAB RT
dpA dz
JB
DBA RT
dpB dz
对A、B二元物系，
P=pA+pB=Const.
11
12
DAB=DBA =D 传质速率（或传质通量）NA：单位时间通过单位固定 空间传质面积的物质量，kmol/(m2s)；
NA
JA
D
dcA dz
在混合气体中加入某种溶剂，使溶解度大 的组分向液相转移。
如果在吸收过程中伴有化学反应的， 称为化学吸收。
被吸收的气体从吸收剂中脱除的过 程，称为解吸。
3、液液萃取 分离液体混合物的单元操作。 在液体混合物种加入与其不想混溶
的选定的溶剂，形成不平衡的液液两 相，利用各组分在两液相中溶解度不 同而分离固定的组分。
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3、分子扩散系数
分子扩散系数D表示物质单位浓度梯度下、通过 单位面积上的扩散速率，是物质的传递性质。
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由于
p pA1 pB1 pA2 pB2
pA1 pA2 pB2 pB1
NA
pD RTz
( pA1 pB2
pA2 pB1
) ln
pB2 pB1
D
p
RTz
pB2
pB1
( pA1
pA2 )
ln pB2
令
pBm
pB2 pB1 ln pB2
pB1
,
B组分在界面与主体间的对数平均分压
推动力 浓度差物质传递 扩散快慢？
费克定律
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
J A,z
DAB
dcA dz
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
扩散通量，kmol/m2s
单位面积上单位时间内扩散传递的物质量
由上式可知，在总浓度c不变的情况 下，只要流体中存在组分的浓度梯度， 必然会产生分子扩散。
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双组份混合物中气体分子扩散分为等 物质的量反向扩散和单向扩散。
以分离气体或液体混合物的一种特别的方法。
2、传质过程分析
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一、双组份混合体系中的分子传质过程
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
作用方式 作用对象
分子扩散 流体分子 热运动 静止、滞流
涡流扩散 流体质点 湍动和旋涡
湍流
➢ 分子扩散：物质依靠分子运动从浓度高的地 方转移到浓度低的地方。
液体精馏
液液萃取
混合物因组分的浓度差引起的质 量传递，称为传质。
传质中某组分的浓度梯度产生了 这种组分的驱动力（推动力）。
因为纯组分变成混合物是熵增加的自发 过程，所以将混合物分离需要对体系做功。
实际工程中分离均相混合物采取的手段 是：加入分离介质（能量或溶剂），形成 共存的但为不平衡的两相，让物质在两相 间传递。
4. 总体流动与B的扩散运动方向相反
NB=JB+Nb(cB/c) =0 B为停滞组分。
Nb
c cB
JB
c cB
JA
NA
JA
cA cB
JA
1
pA pB
JA
pA pB pB
JA
-
p
p - pA
D RT
dpA dz
积分得： NA
pD RTz
ln p pA2 p pA1
pD ln pB2 RTz pB1