第七章 其他传质与分离过程 化工原理 53-54学时
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第7章传质与分离过程概论.
Mi
Mi
三、质量比和摩尔比
若双组分物系由A、B两组分组成，则 1.质量比
XA mA mB
质量比和质量分率的换算关系如下
A XA 1 A
XA A 1 X A
2.摩尔比
nA X nB
摩尔比和摩尔分率的换算关系如下
x X 1 x
X x 1 X
注意：教材中用X表示液相组成，Y表示气相组成。
②液相-液相 在均相液体混合物中加入具有选择性
的溶剂，系统形成两个液相（图7-1d）。
2.流-固相间的传质过程
①气相-固相 固体的干燥（图7-1h） 含有水分或其它溶剂的固体，
与比较干燥的热气体相接触，被加热的湿分气化而离开
固体进入气相，从而将湿分除去。 气体吸附或脱附（图7-1f）气体吸附传递方向恰与固 体干燥相反，它是气相某个或相间某些组分从气相向 固相的传递过程；脱附是吸附的逆过程p A N A ( )( ) p p A RT dz
所以
在稳定状况下， NA ＝常数， D 、 P 、 T 也均为 常数。对上式进行积分
pD p dp A N A z dz p RT p pA
z2
1 A2 A1
NA
传质推动力 传质速率＝ 传质阻力
即 传质速率=传质系数×传质推动力 相间传质的每一步有各自的速率方程，称为分速率 方程；整个过程速率方程为总速率方程，相应的有传 质分系数和总系数之分。
7.2.1分子传质（扩散）
一、分子扩散与费克定律
1.分子扩散(molecular diffusion) 定义：单一相内、浓度差异下，分子的无规则 运动造成的物质传递现象。 2.扩散通量 扩散通量：是指在单位时间内单位面积上扩散传 递的物质量，其单位为kmol/(m2·s),以J 表示。
7 传质与分离过程概论
萃取：选择性系数β
7.1 概 述 (Introduction)
6. 分离方法的选择 分离的可行性 是否能分离
物料的物理化学性质 是否好分离 生产的处理规模 是否分离快
投资及运行的经济性 是否成本低 安全与环保 是否环保
发展趋势 1）传统分离技术改造： 如精馏筛板塔改造为效率更高的填料塔。
2）新型分离过程开发：
浓度梯度成正比。 扩散面
dC A J A D AB dZ
DAB─A的扩散系数，m2/s Z
7.2 分子扩散与对流扩散
二、双组分混合物中的一维稳定分子扩散 1. 等分子反向扩散
pA1
A B F
pA2
pB1 1
P
pB2 2
P
F’
7.2 分子扩散与对流扩散
对任一截面FF’来说，根据费克定律，A的扩散 通量为: dC A
速率分离
7.1 概 述 (Introduction)
(1)气(汽)－液接触传质过程 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。
缺点：造价较高，易堵塞 难清洗。
7.1 概 述 (Introduction)
（二）板式塔
7.2 分子扩散与对流扩散
分子扩散 传质机理 对流传质
一、分子扩散与费克定律
1.分子扩散(molecular diffusion) 定义：单一相内、在有浓度差异存在的条件下， 分子的无规则运动造成的物质传递现象。
mC mA mB wA , wB , wC , m m m
化工原理-2-第七章-质量传递基础
显然：Fin N A（通过的截面积为1个单位）；
Fout N A dN A（由于存在反应过程扩散通量不再为常数）；
Fr rA dz ；
Fb 0（设过程为稳定过程）。
N A N A dN A kCAdz
dN A dz
kCA
而：N A J A xA N A N B ，因为 xA 0，则：
在半径为r处取厚度为dr的球壳，由于是稳定扩散，球壳中无A
的累积，故进入r球面的A的摩尔流量和离开r+dr球面的摩尔流
量相等，记为mA，即：
NA
mA
4r 2
显然这是个单向扩散过程：
NA
CDAB 1 yA
dy A dr
mA CDAB dyA
4r 2 1 y A dr
变量分离，然后两边积分：
式中：（-rA）为单位时间单位催化剂表面组分A反应掉的量， kmol/m2.s；k为一级反应速率常数，m/s。
由于扩散与反应为串联过程，则： rA N A
则在催化剂表面处：N A kCA kCyA2
将上式代入一般式，得：
NA
CD AB
1 ln
1
y A1 NA
kC
由于边界上存在化学反应，往往存在如下关系：
z1, y A y A1 z2 , yA yA2
A
NB
CD AB
dy A 1 yA
最后得：
NA
CDAB ln 1 y A1 z2 z1 1 y A2
CD AB
ln 1 y A1 1 yA2
式中： z2 z1
Fout N A dN A（由于存在反应过程扩散通量不再为常数）；
Fr rA dz ；
Fb 0（设过程为稳定过程）。
N A N A dN A kCAdz
dN A dz
kCA
而：N A J A xA N A N B ，因为 xA 0，则：
在半径为r处取厚度为dr的球壳，由于是稳定扩散，球壳中无A
的累积，故进入r球面的A的摩尔流量和离开r+dr球面的摩尔流
量相等，记为mA，即：
NA
mA
4r 2
显然这是个单向扩散过程：
NA
CDAB 1 yA
dy A dr
mA CDAB dyA
4r 2 1 y A dr
变量分离，然后两边积分：
式中：（-rA）为单位时间单位催化剂表面组分A反应掉的量， kmol/m2.s；k为一级反应速率常数，m/s。
由于扩散与反应为串联过程，则： rA N A
则在催化剂表面处：N A kCA kCyA2
将上式代入一般式，得：
NA
CD AB
1 ln
1
y A1 NA
kC
由于边界上存在化学反应，往往存在如下关系：
z1, y A y A1 z2 , yA yA2
A
NB
CD AB
dy A 1 yA
最后得：
NA
CDAB ln 1 y A1 z2 z1 1 y A2
CD AB
ln 1 y A1 1 yA2
式中： z2 z1
化工原理下册课件第七章-传质与分离过程概论-------------课件
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。
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
Dp
NA
AB 总
RTzG pBM
( p Ab
pAi )
NA
D
AB
zL
c总 c
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
一、相际间的对流传质过程
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
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 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。
训练才能有所收获，取得成效。 9、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视； 10、智者超然物外
强制层流传质
强制湍流传质√
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。
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。
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
Dp
NA
AB 总
RTzG pBM
( p Ab
pAi )
NA
D
AB
zL
c总 c
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
一、相际间的对流传质过程
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
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 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。
训练才能有所收获，取得成效。 9、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视； 10、智者超然物外
强制层流传质
强制湍流传质√
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。
化工原理(下)课后习题解答
由于 1B A =+x x 故 2 B B A A B A A (d A d M x M x x M M w += (2 B B A A AA A M w M w M w x += 2 ( ( AdAdB BAAB AAA BB AA A1 1 ( 1 M w M w M M M w M w M w M w x +-
代入式(7-25,得 AA AAA AA AB A 2d d 2d d N p p z RT p N N y z c D N 总-=-= 分离变量,并积分得 总 总总 p p p z RT p D N A1 AB A 2ln 21+∆= 52521 1.8510101.3101.3222.5ln kmol/(m s 1.01210 kmol/(m s28.3142730.015101.3 --⨯⨯+⨯=⨯⋅ =⨯⋅ ⨯⨯ 5 2 5 2 B A 33 1.01210kmol/(m s 3.03610kmol/(m s N N --=-=-⨯⨯⋅ =-⨯⋅
0.2002 .99233S ⋅ =⋅ ⨯= = EM H ρ 2. 在温度为 25 ℃及总压为 101.3 kPa 的条件下,使含二氧化碳为 3.0%(体积分数的混合空气与含二氧化碳为 350 g/m 3 的水溶液接触。试判断二 氧化碳的传递方向,并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件 下,亨利系数 5 1066.1⨯=E kPa ,水溶液3350/1000 kmol/m 0.008kmol/m 44 c= = 对于稀水溶液,总浓度为 3t 997.8 k m o l /m 55.4318 c= =kmol/m 3 水溶液中 CO 2 的摩尔分数为
解:设 A -NH 3;B -H 2O 离界面 5 mm 处为点 1、两相界面处为点 2,则氨的摩尔分数为 085.0A1=x ,022.0A2=x 915.0085.01A1 1B1=-=-=x x 978.0022.01A2 1B2=-=-=x x 946.0915.0978 .0ln 915 .0978.0ln B1 B2B1B2 BM =-=-= x x x x x 点 1、点 2 处溶液的平均摩尔质量为 (kmol kg 92.17kmol kg 18915.01785.01=⨯+⨯=M (kmol kg 98.17kmol kg 18978.017022.02=⨯+⨯=M 溶液的平均总物质的量浓度为
《化工原理》教学大纲
化工原理》教学大纲一、课程目标1．课程性质《化工原理》是化学工程与工艺类及相近专业的一门主干课，是学生在具备了必要的《高等数学》、《线性代数》、《物理》、《机械制图》、《算法语言》、《物理化学》等基础知识之后必修的技术基础课，也是学生学习《化工原理实验》、《化工原理课程设计》、《化工传递过程》、《化工分离工程》、《化工系统工程》等课程的先修课程。
《化工原理》是研究和探讨化工生产中大规模改变物质物理性质的工程技术学科，它以化工生产中的物理加工过程为背景，研究物理加工过程的基本规律，应用这些规律解决化工生产中的实际问题，并将这些规律按其操作原理的共性归纳成若干单元操作。
《化工原理》是化学工程这一学科中最早形成、基础性最强、应用面最广的学科分支。
2．教学方法以课堂讲授为主，讨论、自学、设备实物或模型现场教学、计算机辅助教学为辅。
3．课程学习目标与基本要求（1）单元操作的理论基础是流体力学（动量传递）、热量传递和质量传递理论。
通过课程教学，应使学生掌握流体力学、热量传递和质量传递的基本理论知识；掌握主要单元操作的基本原理、工艺计算和典型设备结构与设计；掌握本课程的主要研究方法，如数学模型方法和实验研究方法。
（2）通过课程教学，培养学生具备根据各单元操作在技术上和经济上的特点，进行“单元过程和设备”选择的能力、过程的计算和设备设计的能力；具备进行单元过程的操作和调节以适应不同生产要求的能力；具备单元过程在操作中发生故障时如何寻找故障的原因并加以解决的能力；具备应用计算机进行单元操作辅助计算的能力；具备通过自学获取新知识的能力等。
（3）通过课程教学，应着重培养学生具备以下两方面的良好素质。
一是针对现有生产过程单元操作中存在的问题，能够善于运用所学的基本理论和知识动脑分析、动手解决；二是针对现有单元操作中技术上不合理的地方，能够发现并提出改进措施，达到节能、降耗、提高效率的目的。
4．课程总学时：化学工程与工艺及制药类专业110学时，其中化工原理（一）A55学时，化工原理（一）B55学时。
化工原理-1-第七章-质量传递基础
1 V A 0.285VC .048
其中VC为物质的临界体积（属于基本物性），单位为cm3/mol，可查有关 数据表格，书中表7-4为常见物质的临界体积。 对液体：
同样可由一状态下的D推算出另一状态下的D，即：
T D2 D1 2 1 T 1 2
三、生物物质的扩散系数 常见的一些生物溶质在水溶液中的扩散系数见表7-5。对于水溶液中 生物物质的扩散系数的估算，当溶质相对分子质量小于1000或其分 子体积小于500 cm3/mol时，可用“二”中溶液的扩散系数估算式进 行估算；否则，可用下式进行估算：
解：以A——NH3，B——H2O p 800 y 0.0079 对气相： A A 5 P 1.013 10 pA 800 CA 0.3284 mol 3 m RT 8.314 20 273 0.01 17 对液相： x A 0.01 1 0.01048 17 18
原子扩散体积 v/cm3/mol
S 22.9
分子扩散体积 Σ v/cm3/mol
CO CO2 N2O NH3 H2O SF6 Cl2 Br2 SO2 18.0 26.9 35.9 20.7 13.1 71.3 38.4 69.0 41.8
注：已列出分子扩散体积的，以分子扩散体积为准；若表中未列分子，对一般有机化合物分 子可按分子式由相应的原子扩散体积加和得到。
1 1 MA MB
2
v 13 v 13 P A B
式中：D为A、B二元气体的扩散系数，m2/s；
P为气体的总压，Pa；T为气体的温度，K； MA、MB分别为组分A、B的摩尔质量，kg/kmol； Σ vA、Σ vB分别为组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol。 由该式获得的扩散系数，其相对误差一般小于10%。
其中VC为物质的临界体积（属于基本物性），单位为cm3/mol，可查有关 数据表格，书中表7-4为常见物质的临界体积。 对液体：
同样可由一状态下的D推算出另一状态下的D，即：
T D2 D1 2 1 T 1 2
三、生物物质的扩散系数 常见的一些生物溶质在水溶液中的扩散系数见表7-5。对于水溶液中 生物物质的扩散系数的估算，当溶质相对分子质量小于1000或其分 子体积小于500 cm3/mol时，可用“二”中溶液的扩散系数估算式进 行估算；否则，可用下式进行估算：
解：以A——NH3，B——H2O p 800 y 0.0079 对气相： A A 5 P 1.013 10 pA 800 CA 0.3284 mol 3 m RT 8.314 20 273 0.01 17 对液相： x A 0.01 1 0.01048 17 18
原子扩散体积 v/cm3/mol
S 22.9
分子扩散体积 Σ v/cm3/mol
CO CO2 N2O NH3 H2O SF6 Cl2 Br2 SO2 18.0 26.9 35.9 20.7 13.1 71.3 38.4 69.0 41.8
注：已列出分子扩散体积的，以分子扩散体积为准；若表中未列分子，对一般有机化合物分 子可按分子式由相应的原子扩散体积加和得到。
1 1 MA MB
2
v 13 v 13 P A B
式中：D为A、B二元气体的扩散系数，m2/s；
P为气体的总压，Pa；T为气体的温度，K； MA、MB分别为组分A、B的摩尔质量，kg/kmol； Σ vA、Σ vB分别为组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol。 由该式获得的扩散系数，其相对误差一般小于10%。
化工原理课件第七章
化工原理授课提纲
7. 传质与分离过程概述
§7.
传质与分离过程概述
§7.1. 概述
一.
1.
传质过程
单相传质过程 在气相或液相中的物质传递
z
推动力：浓度差 ∆Ci 宏观上 — 分子或流体质点由于浓度的不同引起的迁移； 微观上 — 分子的热运动产生的扩散； 热力学基础 — 熵增加过程为自发过程。
z
平衡：体系内浓度均匀
2.
液体中的扩散系数 对于很稀的非电解质溶液,有半经验式：(P14 页 7-43 式) D～溶质的体积、溶剂的粘度及分子量、溶剂的缔合参数、T 有关。由于液体压缩性小,故 忽略 P 的影响。
3.
固体中的扩散系数 z 正常扩散(或体积扩散)：单相扩散 z 努森扩散：分子在孔道中的碰撞扩散+体积扩散 z 结构扩散：分子在孔道中的碰撞扩散 z 表面扩散：分子在孔道表面上吸附扩散 方程形式(略)
p DP ln B 2 RT Z p B 1 p A1 − p A 2 =1 pB 2 − pB 1
因为：P= pA1+pB1= pA2+pB2 则：pA1- pA2= pB2 -pB1 →
那么：NA=
p DP DP p − p A2 DP p A1 − p A 2 ln B 2 A1 = = (pA1-pA2) RT Z p B 1 p B 2 − p B 1 RT Z p B 2 − p B 1 RT Z p Bm p ln B 2 p B1 DC (CA1–CA2) ZCBm
液相
NA=
z
质量浓度： ci=
mi V ni V
kg/m3 kmol/m3
z
摩尔浓度： Ci = 浓度换算：
z
ρ = m/V = ∑ci ( i =A、B、…) ci = mi/V =aim/V = aiρ Ci=ni/V=xin/V=xiC (C=n/V→混合物的总摩尔浓度,kmol/m3) 对于气体混合物： Ci= ni/V=pi/RT ci= mi/V =Mini/V =Mi pi/RT …… 见 P5 页。
7. 传质与分离过程概述
§7.
传质与分离过程概述
§7.1. 概述
一.
1.
传质过程
单相传质过程 在气相或液相中的物质传递
z
推动力：浓度差 ∆Ci 宏观上 — 分子或流体质点由于浓度的不同引起的迁移； 微观上 — 分子的热运动产生的扩散； 热力学基础 — 熵增加过程为自发过程。
z
平衡：体系内浓度均匀
2.
液体中的扩散系数 对于很稀的非电解质溶液,有半经验式：(P14 页 7-43 式) D～溶质的体积、溶剂的粘度及分子量、溶剂的缔合参数、T 有关。由于液体压缩性小,故 忽略 P 的影响。
3.
固体中的扩散系数 z 正常扩散(或体积扩散)：单相扩散 z 努森扩散：分子在孔道中的碰撞扩散+体积扩散 z 结构扩散：分子在孔道中的碰撞扩散 z 表面扩散：分子在孔道表面上吸附扩散 方程形式(略)
p DP ln B 2 RT Z p B 1 p A1 − p A 2 =1 pB 2 − pB 1
因为：P= pA1+pB1= pA2+pB2 则：pA1- pA2= pB2 -pB1 →
那么：NA=
p DP DP p − p A2 DP p A1 − p A 2 ln B 2 A1 = = (pA1-pA2) RT Z p B 1 p B 2 − p B 1 RT Z p B 2 − p B 1 RT Z p Bm p ln B 2 p B1 DC (CA1–CA2) ZCBm
液相
NA=
z
质量浓度： ci=
mi V ni V
kg/m3 kmol/m3
z
摩尔浓度： Ci = 浓度换算：
z
ρ = m/V = ∑ci ( i =A、B、…) ci = mi/V =aim/V = aiρ Ci=ni/V=xin/V=xiC (C=n/V→混合物的总摩尔浓度,kmol/m3) 对于气体混合物： Ci= ni/V=pi/RT ci= mi/V =Mini/V =Mi pi/RT …… 见 P5 页。
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7章详解
第二节 相组成的表示方法
6.1.2.相组成表示法
1．质量分率与摩尔分率 质量分率：在混合物中某组分的质量占 混合物总质量的分率。
wA
=
mA 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： 液相：
yA
=
nA n
xA
=
nA n
yA + yB + ⋅⋅⋅yN = 1
xA + xB + ⋅⋅⋅xN = 1
期中考试及试卷分析 第九章 蒸馏
第十章 简单的介绍干燥
课程实习 停课进行课程设计 期末复习
第七章 传质与分离过程概论
重点：传质分离方法的选择 相组成的表示方法 相之间对流传质模型 各种传质机理和传质方式的理解 传质设备的基本类型和性能要求
难点：双膜理论 溶质渗透理论 表面更新理论
第一节 概述
• 7.1.1 传质分离方法
依据分离原理不同，传质分为两种
平衡分离
速率分离
平衡分离过程系借助分离 媒介（如热能、溶剂、吸 附剂等）使均相混合物系 统变为两相体系，再以混 合物中各组分在处于平衡 的两相中分配关系的差异 为依据而实现分离。根据 两相状态的不同，平衡分 离过程可分为如下几类：
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、电位差等的作用，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。
平衡分离
（1）气液传质过程 （2）液液传质过程 （3）液固传质过程 （4）气固传质过程
在平衡分离过程中， 组分在两相中的组成关系常用分配 系数（又称相平衡比）来表示，即
传质与分离过程概述
第七章传质分离过程概述第一节概述一、化工生产中的传质过程传质分离过程：利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的差异来造成一个两相物系，使其中某一组分或某些组分从一相转移到另一相，达到分离的目的，这一过程称为传质分离过程。
以传质分离过程为特征的基本单元操作在化工生产中很多，如：（1）气体吸收选择一定的溶剂（外界引入第二相）造成两相，以分离气体混合物。
如用水作溶剂来吸收混合在空气中的氨，它是利用氨和空气在水中溶解度的差异，进行分离。
（2）液体蒸馏对于液体混合物，通过改变状态，如加热气化，使混合物造成两相，它是利用不同组分挥发性的差异，进行分离。
（3）固体干燥对含一定湿分（水或其它溶剂）的固体提供一定的热量，使溶剂汽化，利用湿分压差，使湿分从固体表面或内部转移到气相，从而使含湿固体物料得以干燥。
（4）液-液萃取向液体混合物中加入某种溶剂，利用液体中各组分在溶剂中溶解度的差异分离液体混合物，在其分离过程中，溶质由一液相转移到另一液相。
（5）结晶对混合物（蒸汽、溶液或熔融物）采用降温或浓缩的方法使其达到过饱和状态，析出溶质，得到固体产品。
（6）吸附利用多孔固体颗粒选择性地吸附混合物（液体或气体）中的一个组分或几个组分，从而使混合物得以分离。
其逆过程为脱附过程。
（7）膜分离利用固体膜对混合物中各组分的选择性渗透从而分离各个组分。
二、相组成表示法1．质量分率与摩尔分率质量分率：质量分率是指在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。
摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数n A占混合物总摩尔数n的分率。
2．质量比与摩尔比质量比是指混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组分）的质量之比。
摩尔比是指混合物中某组分A的摩尔数与惰性组分B（不参加传质的组分）的摩尔数之比。
3．质量浓度与摩尔浓度质量浓度定义为单位体积混合物中某组分的质量。
摩尔浓度是指单位体积混合物中某组分的摩尔数。
4．气体的总压与理想气体混合物中组分的分压总压与某组分的分压之间的关系为摩尔比与分压之间的关系为摩尔浓度与分压之间的关系为第二节质量传递的方式与描述一、双膜理论双膜理论基于双膜模型，它把复杂的对流传质过程描述为溶质以分子扩散形式通过两个串联的有效膜，认为扩散所遇到的阻力等于实际存在的对流传质阻力。
化工原理：第七章 传质与分离过程概论
由于扩散过程中总压不变
pB1
p
总
p A1
pB2
p
总
pA2
pB2 pB1 p A1 p A2
Dp
NA
AB 总
RTz
pA1 pA2 ln pB2 pB2 pB1 pB1
二、气体中的稳态分子扩散
令
pBM
pB2 pB1 ln pB2
pB1
据此得
组分 B的对 数平均分压
Dp
NA
AB 总
RTzpBM
2.一组分通过另一停滞组分的扩散
参照气体中的一组分通过另一停滞组分的扩散 过程，可写出
D c
NA
AB 总
zcBM
(cA1 cA2 )
D c
或
NA
AB 总
zxBM
(xA1 xA2 )
三、液体中的稳态分子扩散
其中
cBM
cB2 cB1 c
ln B2
c
B1
xBM
xB2
xB1 x
ln B2
x
B1
停滞组分 B 对数平均物 质的量浓度
一、分子扩散现象与费克定律
相界面
气相（A＋B） 液相 S
JA
主体 NyA um
流动 NyB
NA NB 0
JB
NA
J
A
Ny
A
NB
J
B
Ny
B
0
J Ny
B
B
二、气体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散
设由A、B两组分组成的二元混合物中，组 分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相 等，则称为等分子反方向扩散。
思考题
P23 1、2
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注意问题 1)V 的计算
V Vh 22.4 273 273 t 101.3 P 101.3 (1 y1 )
kmol/h
V
VN ,h 22.4
(1 y1 )
kmol/h
Vh —混合气体流量，m3/h（非标准状态）
VN ,h —混合气体流量，m3/h（标准状态）
吸收计算题
*
yn 1 ( yn )
xn ( xn-1 ) (有关组成)
精馏计算题
注意问题 1)由方程的斜率及截距求有关物理量
a R R 1 xD R 1 q
q 1 xF q -1
R
xD
操作线方程
y ax b
b
c
q
xF
进料线方程
y cx d
d
精馏计算题
2)几个方程联立求解
yq
2)总体积吸收系数 KY a
H OG V K Y a
KY a
V
kmol/(m3· s) kmol/s kmol/(m3· s) kmol/(m2· s)
单位的一致性
KY a KY
物理意义不同
吸收计算题
3)操作线与平衡线平行
m S
N OG
L V mV L
* Y1 Y2 ln 1 S S * 1 S Y2 Y2
R 2.4 5
x D 0.9 6
xW 0.0 1
y 1 .4 4 x 0 .0 0 4 4
y 0 .7 1 x 0 .2 7 8
xW 1.44 xW 0.0044
联立得交点
(0.3868, 0.5527 )
y 1 .4 4 x 0 .0 0 4 4
(0.3868, 0.5527 ) (0.44, 0.44)
L V
xm
W V
xW
精馏计算题
3.塔板效率的计算及其延伸
E MV y n y n 1 y
* n
y f ( xn )
n
(平衡方程)
y n 1
yn+1 f ( xn ) (操作线方程)
EMV
yn yn 1 (气相增浓量)
yn yn 1 (气相最大变化量)
D 4 5.2 6 kmol/h L 110.89 kmol/h V 156.1
Fx F Dx D Wx W
L RD
V ( R +1)D
kmol/h
L L qF
L 1 7 8 .8 8 kmol/h V 124.0
V V (q 1) F
QB
W
xW
V V (q 1) F
精馏计算题
2.最小回流比的计算及其延伸
R min xD yq yq xq
L L
V V
y n 1 L V xn D V
R
x q x F (泡点进料) yq
R
D D
Qc QB
xD
xq
1 ( 1) xq
y m 1
kmol/h
干燥计算题
QL
新 鲜 空 气
L t0
I0 H0
L
t1
干燥器
L t2
预热器
废 气 湿 物 料
I 1 H1
I2H2
G
X 1 1 I 1
QP
A
在A点四个方程联立
精馏段操作线方程 提馏段操作线方程 进料线方程 平衡方程
xW xF xq
xD
精馏计算题
在B点三个方程联立
精馏段操作线方程 提馏段操作线方程 进料线方程
B
xW
xF
xD
精馏计算题
示例：在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合物，原料中 含苯0.44（摩尔分数），进料量100kmol/h，操作条件下苯 对甲苯的相对挥发度为2.5，精馏段和提馏段的操作线方程 分别为
计算塔径
a 计算有效比表面积
精馏计算题
1.物料衡算
F D W Fx F Dx D Wx W
D
Dx D Fx F 100 %
V
QC
D
L
xD
W
W (1 xW ) F (1 xF )
100 %
q
F
V
L
L RD
L L qF
V ( R +1)D
0.3868 a b 0.5527
0.4 4 a b 0.4 4
a 2.1 1 8
y 2.1 1 8 x 1.3 7 2
b 1.3 7 2
精馏计算题
y 2.1 1 8 x 1.3 7 2
F D W
q 0.6 7 9 0 < q 1 气液混合物进料
期末复习课
吸收计算题
V Y2
1.物料衡算
V Y1 Y2 L X 1 X 2
L X2
A
Y1 Y2 Y1
Y2 Y1 1 A
V Y1 L X1
Y1 Y2 L V min Y1 / m X 2
L m A （纯溶剂） V min
L 11 ~ 2.0 . V min V L
吸收计算题
2.填料层高度计算 传质单元数法
H OG V K Y a
Z HOG N OG
N OG
* Y1 Y2 ln 1 S S * 1 S Y2 Y2
1
S
mV L
y 0 .7 1 x 0 .2 7 8
y 1 .4 4 x 0 .0 0 4 4
试求：1. 塔顶馏出液和塔底釜残液的组成； 2. q 线方程，并说明进料热状况； 3. 提馏段气、液相负荷。
2009年 硕士学 位研究 生入学 考试试 题
精馏计算题
解： y
0 .7 1 x 0 .2 7 8
1
1
（不能计算）
*
N OG
Y1 Y2 Ym
Ym Y1 Y1 Y2 Y2
*
吸收计算题
4)计算问题的延伸
Z HOG N OG
已知 Z 计算出 NOG
H OG
V K Y a
已知 KY a 和
H OG
V 计算气体处理量
已知 KY a 和 V 已知 V、 Y 和 K
N OG
Y1 Y2 Ym
Ym
Y
Y1 1
*
Y
*
2
Y2
*
*
ln(Y1 Y1 Y2 Y2 )
吸收计算题
等板高度数法
ln NT 1 ln A
Z N
T
HETP
L mV
A 1
A
A A, max
Y1 Y2 Y1 Y2
*
吸收计算题
V Vh 22.4 273 273 t 101.3 P 101.3 (1 y1 )
kmol/h
V
VN ,h 22.4
(1 y1 )
kmol/h
Vh —混合气体流量，m3/h（非标准状态）
VN ,h —混合气体流量，m3/h（标准状态）
吸收计算题
*
yn 1 ( yn )
xn ( xn-1 ) (有关组成)
精馏计算题
注意问题 1)由方程的斜率及截距求有关物理量
a R R 1 xD R 1 q
q 1 xF q -1
R
xD
操作线方程
y ax b
b
c
q
xF
进料线方程
y cx d
d
精馏计算题
2)几个方程联立求解
yq
2)总体积吸收系数 KY a
H OG V K Y a
KY a
V
kmol/(m3· s) kmol/s kmol/(m3· s) kmol/(m2· s)
单位的一致性
KY a KY
物理意义不同
吸收计算题
3)操作线与平衡线平行
m S
N OG
L V mV L
* Y1 Y2 ln 1 S S * 1 S Y2 Y2
R 2.4 5
x D 0.9 6
xW 0.0 1
y 1 .4 4 x 0 .0 0 4 4
y 0 .7 1 x 0 .2 7 8
xW 1.44 xW 0.0044
联立得交点
(0.3868, 0.5527 )
y 1 .4 4 x 0 .0 0 4 4
(0.3868, 0.5527 ) (0.44, 0.44)
L V
xm
W V
xW
精馏计算题
3.塔板效率的计算及其延伸
E MV y n y n 1 y
* n
y f ( xn )
n
(平衡方程)
y n 1
yn+1 f ( xn ) (操作线方程)
EMV
yn yn 1 (气相增浓量)
yn yn 1 (气相最大变化量)
D 4 5.2 6 kmol/h L 110.89 kmol/h V 156.1
Fx F Dx D Wx W
L RD
V ( R +1)D
kmol/h
L L qF
L 1 7 8 .8 8 kmol/h V 124.0
V V (q 1) F
QB
W
xW
V V (q 1) F
精馏计算题
2.最小回流比的计算及其延伸
R min xD yq yq xq
L L
V V
y n 1 L V xn D V
R
x q x F (泡点进料) yq
R
D D
Qc QB
xD
xq
1 ( 1) xq
y m 1
kmol/h
干燥计算题
QL
新 鲜 空 气
L t0
I0 H0
L
t1
干燥器
L t2
预热器
废 气 湿 物 料
I 1 H1
I2H2
G
X 1 1 I 1
QP
A
在A点四个方程联立
精馏段操作线方程 提馏段操作线方程 进料线方程 平衡方程
xW xF xq
xD
精馏计算题
在B点三个方程联立
精馏段操作线方程 提馏段操作线方程 进料线方程
B
xW
xF
xD
精馏计算题
示例：在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合物，原料中 含苯0.44（摩尔分数），进料量100kmol/h，操作条件下苯 对甲苯的相对挥发度为2.5，精馏段和提馏段的操作线方程 分别为
计算塔径
a 计算有效比表面积
精馏计算题
1.物料衡算
F D W Fx F Dx D Wx W
D
Dx D Fx F 100 %
V
QC
D
L
xD
W
W (1 xW ) F (1 xF )
100 %
q
F
V
L
L RD
L L qF
V ( R +1)D
0.3868 a b 0.5527
0.4 4 a b 0.4 4
a 2.1 1 8
y 2.1 1 8 x 1.3 7 2
b 1.3 7 2
精馏计算题
y 2.1 1 8 x 1.3 7 2
F D W
q 0.6 7 9 0 < q 1 气液混合物进料
期末复习课
吸收计算题
V Y2
1.物料衡算
V Y1 Y2 L X 1 X 2
L X2
A
Y1 Y2 Y1
Y2 Y1 1 A
V Y1 L X1
Y1 Y2 L V min Y1 / m X 2
L m A （纯溶剂） V min
L 11 ~ 2.0 . V min V L
吸收计算题
2.填料层高度计算 传质单元数法
H OG V K Y a
Z HOG N OG
N OG
* Y1 Y2 ln 1 S S * 1 S Y2 Y2
1
S
mV L
y 0 .7 1 x 0 .2 7 8
y 1 .4 4 x 0 .0 0 4 4
试求：1. 塔顶馏出液和塔底釜残液的组成； 2. q 线方程，并说明进料热状况； 3. 提馏段气、液相负荷。
2009年 硕士学 位研究 生入学 考试试 题
精馏计算题
解： y
0 .7 1 x 0 .2 7 8
1
1
（不能计算）
*
N OG
Y1 Y2 Ym
Ym Y1 Y1 Y2 Y2
*
吸收计算题
4)计算问题的延伸
Z HOG N OG
已知 Z 计算出 NOG
H OG
V K Y a
已知 KY a 和
H OG
V 计算气体处理量
已知 KY a 和 V 已知 V、 Y 和 K
N OG
Y1 Y2 Ym
Ym
Y
Y1 1
*
Y
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2
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*
ln(Y1 Y1 Y2 Y2 )
吸收计算题
等板高度数法
ln NT 1 ln A
Z N
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L mV
A 1
A
A A, max
Y1 Y2 Y1 Y2
*
吸收计算题