第七章：传质与分离过程概论详解
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 第七章 传质与分离过程概论
一、分子扩散现象与费克定律
2.费克(Fick)定律 描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。
dcA J A DAB dz
及
J B DBA
dcB dz
kmol/(m2·s
)
费克第 一定律
DAB —组分A在组分B中的扩散系数，m2/s DBA —组分B在组分A中的扩散系数，m2/s
一、分子扩散现象与费克定律
混合物的总质量分数
i 1
wi 1
N
二、质量分数与摩尔分数
2.摩尔分数 摩尔分数定义式
nA xA n
xi 1
N
液相
nA yA n
气相
混合物的总摩尔分数
i 1
i 1
yi 1
N
二、质量分数与摩尔分数
质量分数与摩尔分数的关系 由质量分数 求摩尔分数
xA
wA / M A
～
NA
～ 总体流动影响
p总 / pBM 1 N A J A 无总体流动
三、液体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散 参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出
NA
DAB z
(cA1 cA2 )
z z2 z1
—组分A在溶剂B中的扩散系数，m2/s DAB
三、液体中的稳态分子扩散
xB2 xB1 xB2 ln xB1
停滞组分 B 对数平均物 质的量浓度
xBM
停滞组分 B 对数平均摩 尔分数
四、扩散系数
1.气体中的扩散系数 通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以 及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分 的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力 的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些 双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体 中的扩散系数，其值一般在 1104 ~ 1105 m2/s 范 围内。
化工原理下册课件第七章-传质与分离过程概论-------------课件
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。
第七章 传质与及分离过程概论课后题及答案(第二版)
第七章 传质与及分离过程概论1.在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。
已知入塔混合气中氨含量为5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比1Y 、2Y 。
解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数1y 和2y 。
120.055/170.09030.055/170.945/290.002/170.00340.002/170.998/29y y ==+==+进、出塔气体中氨的摩尔比1Y 、2Y 为 10.09030.099310.0903Y ==-20.00340.003410.0034Y ==-由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。
2. 试证明由组分A 和B 组成的双组分混合物系统，下列关系式成立： （1） 2)B A A B A B A A (d d M x M x x M M w +=（2）2A )(d d BB AA B A A M w M w M M w x +=解：（1）BB A A A A A M x M x x M w +=BA A A)1(A A M x M x x M -+=2)B B A )B A )B B A (A A (A (A A A d A d M x M x M M M x M x M x M x w +-+=-2)B B A )B A (B A A (M x M x x x M M +=+由于 1B A =+x x 故 2)B B A A B A A (d Ad M x M x x M M w +=（2）BB AA A AA M w M w M w x +=2)()(Ad A d BB A A BAA ABB AA A 11)(1M w M w M M M w M w M w M w x+-+=-2)(BA 1(BB A A )B A M w M w M M w w ++=2)(BB AA B A 1M w M w M M +=故 2)(d A d BB AA B A A M w M w M M w x +=3. 在直径为0.012 m 、长度为0.35 m 的圆管中，CO 气体通过N 2进行稳态分子扩散。
第七章__传质与分离过程概论
对流传质速率方程为： NA=kL(cAi-cAo） 比较可得：
3、表面更新模型 表面更新模型的要点： ① 该模型同样认为溶质向液相内部的传质为非稳态 分子扩散过程； ②否定表面上的流体单元有相同的暴露时间，而认为 液体表面是由具有不同暴露时间（或称“年龄”）的液面 单元所构成。 为此，丹克沃茨提出了年龄分布的概念，即界面上各 种不同年龄的液面单元都存在，只是年龄越大者，占据的 比例越小； ③不论界面上液面单元暴露时间多长，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表面更新率， 用符号S表示。
②随着接触时间的延长，溶质A通过不稳态扩散方式 不断地向流体单元渗透。 ③流体单元在界面处暴露的时间是有限的，经过时间 后θc，旧的流体单元即被新的流体单元所置换而回到液 相主体中去。在流体单元深处，仍保持原来的主体浓度不 变。 ④流体单元不断进行交换，每批流体单元在界面暴露 的时间都是一样的。
按照溶质渗透模型，溶质 A在流体单元内进行的是一 维不稳态扩散过程，可导出组分A的传质通量为：
JA-组分A的扩散质量通量（即单位时间内，组分A通 过与扩散方向相垂直的单位面积的质量），kg/(m2·s)； DAB-组分A在组分B中的扩散系数，m2/s； dcA-组分A扩散方向的质量浓度梯度，(kg/m3)/m。
该式表示在总质量浓度不变的情况下，由于组分A （B）的质量浓度梯度所引起的分子传质通量，负号表明 扩散方向与梯度方向相反，即分子扩散朝着浓度降低的方 向进行。 费克第一定律仅适用于描述由于分子传质所引起的传 质通量，但一般在进行分子传质的同时，各组分的分子微 团常处于运动状态，故存在组分的运动速度。为了更全面 地描述分子扩散，必须考虑各组分之间的相对运动速度以 及该情况下的扩散通量等问题。
上述扩散过程将一直进行到整个容器中A、B两种物质 的浓度完全均匀为止，此时，通过任一截面物质A、B的净 的扩散通量为零，但扩散仍在进行，只是左、右两方向物 质的扩散通量相等，系统处于扩散的动态平衡中。 J=JA+JB=0 （7-18）
第7章传质与分离过程概论
则
令
pBm
pB 2 pB1 p ln B 2 pB1
D p NA ( )( p A1 p A2 ) RT pBm
p Bm
─扩散初、终截面处组分B分压的对数平均值，kPa； ─漂流因子，无因次。
p p Bm
例题
如图所示，氨气(A)与氮气(B)在长0.1m的直
径均匀的联接管中相互扩散。总压p=101.3kPa,温 度T=298K，点1处pA1=10.13kPa、点2处
如图7-2所示的分子扩散现象，在任一截面，处于动 态平衡中的物质A、B的净扩散通量为零，即：
J JA JB 0
3.费克定律(Fick’s law)
7-18
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。
dc A J A D AB dz
物质以扩散方式从一处转移到另一处的过程，称为质
量传递过程，简称传质。在一相中发生的物质传递是单
相传质，通过相界面的物质传递为相际传质。 质量传递的起因是系统内存在化学势的差异，这种 化学势的差异可以由浓度、温度、压力或外加电磁场等 引起。 传质过程广泛运用于混合物的分离操作；它常与化 学反应共存，影响着化学反应过程，甚至成为化学反 应的控制因素。掌握传质过程的规律，了解传质分离
的工业实施方法，具有十分重要的意义。
7.1 概述
7.2 质量传递的方式与描述
7.3传质设备简介
7.1概述
7.1.1传质分离方法
我们依据分离原理的不同，可以将传质分离过程 分为平衡分离和速率分离两大类： 一、平衡分离过程 平衡分离指借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附 剂等）使均相混合物变为两相体系，再以混合物中 各组分处于平衡的两相中分配关系的差异为依据而 实现分离的过程。 不难看出，平衡分离属于相际传质过程。相际传 质是我们后面重点学习讨论的内容。
第七章 传质概论(1)
第七章传质概论1. 双组分理想气体进行定常单向扩散，如维持气相各部分pA不变，总压增加，气相中的传质通量NA将如何变化？A：增加B：减少C：不变D：不定2. 下述_______分离过程中哪一种不属于传质分离。
A：萃取分离B：吸收分离C：结晶分离D：离心分离3. 气相压力一定，温度提高1倍，组分在气相中的扩散系数_______。
A：增大1倍B：约原来的2.83倍C：减少1倍D：不变4. 若温度不变，压力增加1倍，则扩散系数_______。
A：增大1倍B：约原来的2.83倍C：减少1倍D：不变5. 双组分气体(A、B)在进行定常分子扩散，JA及NA分别表示在传质方向上某截面处溶质A 的分子扩散速率与传质速率，当整个系统为单向扩散时：_______。
A：|JA|=|JB|，|NA|>|NB| B：|JA|>|JB|，|NA|=|NB|C：|JA|<|JB|，|NA|>|NB| D：|JA|=|JB|，|NA|6. 关于扩散通量式JA= -D(dCA/dZ)= -JB，下列说法正确的是：_______。
A：只能用于稀溶液B：只能用于理想气体C：只能用于液相D：可以同时用于液相或气相系统7. 传质速率NA等于分子扩散速率JA的条件是_______。
A：单向扩散B：双向扩散C：湍流流动D：定常过程8. 单向扩散中飘流因子_______。
A：>1B：<1C：=1D：不确定9. 双膜理论认为吸收过程的阻力集中在_______。
A：相界面两侧的膜层中B：相界面上C：液膜之中D：气膜之中10. 下述说法中错误的是_______。
A：液体中的扩散系数与压力成正比，与粘度成反比；B：气体中的扩散系数与压力成反比，与温度的3/2次方成正比；C：液体中的扩散系数与温度成正比，与粘度成反比；D：发生在静止或滞流流体中的扩散属于分子扩散。
1. B2. D3. B4. C5. A6. D7. B8. A9. A 10. A。
化工传质与分离过程
化工传质与分离过程
一、化工传质与分离过程
1. 定义
化工传质与分离过程指的是通过物理、化学或其他方式将原料中的物
质从一种物料中分离出来的过程，而另一种物料就是传质该物质的媒介。
2. 目标
将原料通过不同方式分离，将其形成符合工艺要求的单一物质料或多
种物质料。
3. 方法
（1）蒸馏：即利用不同沸点液体的差别，用蒸汽来将高沸点液体蒸发，得到更高沸点或低沸点液体；
（2）萃取：即利用萃取剂把溶解物从溶液中萃取出来分离；
（3）透析：即利用分子过滤的原理，将分子的大小作为界限，把分子
大的物质离开分子小的物质，得到分离的结果；
（4）聚类：即利用物料聚合的方法，将多种物料按照一定的聚类规则，聚合成一定形态一致的多种物料，进行分离；
（5）沉淀：即利用水溶液的pH值或溶质的活性，把有溶解或悬浮的
物质分离为比较纯净的物质。
4. 作用
（1）物料的分解：将原料中的物质按照一定的分离过程，分解成多种
物质；
（2）物料的提纯：将原料中的物质通过分离过程，可以提纯成单种物料，使之更加纯净；
（3）物料的精制：将原料中中的物质通过传质分离，可以使溶液中的物质增添成分，以达到高精度处理；
（4）物料的控制：通过传质分离，可以控制几种物料中比例、浓度和均匀性，以达到高效率工艺。
5. 应用
化工传质分离过程用于各种化工行业中，如原油加工，把原油分成石油气体、石油液体和各类残渣，并可获得更多的油产品；在电解废水处理中，能有效分离废水中的铁离子和阴离子，使铁离子含量尽可能降低；在食品饮料行业中，能有效把原料中的活性成分分离出来，以符合食品饮料行业的要求。
传质与分离过程
传质与分离过程
传质与分离过程是化学和物理学中的两个重要概念。
它们在许多领域中都有着广泛的应用，包括生物学、环境科学、工程学等等。
传质是指物质在不同相之间的传递过程，而分离过程则是将混合物中的组分分开的过程。
传质过程是物质从高浓度区域向低浓度区域的传递。
在自然界中，许多物质通过传质过程进行扩散。
例如，当我们在一间屋子里点燃一支香烟时，香烟中的微小分子会通过空气中的传质过程扩散到整个屋子里，使得整个屋子充满了香烟的味道。
传质过程的速度与浓度梯度有关，浓度梯度越大，传质速度越快。
分离过程是将混合物中的组分分开的过程。
我们在日常生活中经常用到分离过程。
例如，水可以通过蒸发和凝结的分离过程从盐水中分离出来。
另一个例子是用筛子将沙子和石子分离开来。
分离过程可以根据不同组分的性质和分离方法的原理来选择最适合的分离方法。
在化学工程中，传质与分离过程被广泛应用于各种工业过程。
例如，化工厂中的蒸馏塔就是利用不同组分的沸点差异通过蒸发和冷凝的分离过程从混合物中分离出纯净的组分。
另一个例子是在制药工业中，通过传质过程将溶液中的药物从溶剂中提取出来。
在环境科学中，传质与分离过程也起着重要作用。
例如，土壤中的污染物可以通过传质过程迁移到地下水中，导致地下水污染。
因此，了解传质过程可以帮助我们更好地管理和修复环境。
总之，传质与分离过程在许多领域中都有重要的应用。
它们是化学和物理学中的基本概念，对于我们理解和应用科学知识具有重要意义。
通过研究传质与分离过程，我们可以更好地了解物质的传递与分离规律，并运用这些知识解决实际问题。
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：
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。
柴诚敬《化工原理》(第2版)配套题库章节题库传质与分离过程概论【圣才出品】
第7章传质与分离过程概论
一、选择题
根据双模理论，当被吸收组分在液体中溶解度很小时，已液相浓度表示的总传质系数（）。
A．大于气相分传质系数；
B．近似等于液相分传质系数；
C．小于气相分传质系数；
D．近似等于气相分传质系数。
【答案】B
【解析】溶解度很小时，为液膜控制。
二、简答题
双膜论的主要论点有哪些？并指出官的优点和不足之处。
答：主要论点：
（1）相互接触的气液两相流体间存在着稳定的相界面，相界面两侧分别各有一个稳定的气膜和液膜，吸收质以分子扩散的方式通过此两膜；
（2）在两膜层以外的气液两相主体中，由于流体的充分湍动，吸收质的浓度基本上是均匀的、全部浓度变化集中在两膜层中，即阻力集中在两膜层内：
（3）在相界面处，气液两相达到平衡，即界面上没有阻力。
实验证明，在气速较低时，用双膜理论解释吸收过程是符合实际情况的，即提高速度，
可增大吸收率已为实践所证实。
根据这一理论的基本概念所确定的吸收速率关系，至今仍是填料吸收塔设计计算的主要依据。
界面更新对吸收过程是一重要影响因素，双模论对于这种情况并无考虑进去，这是它的局限性。
但当速度较高时，气液两相界面就处于不断更新的状态，并不存在稳定的气膜和液膜，。
化工传质与分离过程
化工传质与分离过程化工传质与分离过程指的是在化工行业中，通过传质过程和分离过程实现物质的转移和分离操作。
传质过程是指物质在不同相（包括气相、液相和固相）之间的传递过程，分离过程则是将混合物中的不同组分进行分离的过程。
本文将对传质与分离过程的基本原理以及常用的传质与分离技术进行详细介绍。
一、传质过程传质过程主要包括质量传递和能量传递两个方面，其中质量传递是指物质在不同相之间的传递过程，能量传递是指通过传质过程实现能量的转移。
传质过程的基本原理为溶质在物理力场的作用下从高浓度处向低浓度处传递，经典的传质过程有扩散、对流和反应等。
1.扩散：扩散是指溶质由高浓度处向低浓度处自发传递的过程，其主要原理是在浓差梯度作用下，溶质由高浓度区域经过空间的携带和碰撞，向低浓度区域移动，直到达到平衡。
扩散过程可以分为分子扩散、界面扩散和体扩散等。
2.对流：对流是指溶质在流体介质中由于流场的存在而引起的传递过程。
对流传质主要分为强迫对流和自然对流两种类型。
强迫对流是通过外加的外力使得流体产生不均匀速度场，从而引起的传质；自然对流则是由于温度和密度的差异，引起流体的密度变化，进而形成流体的自然循环。
3.反应：反应传质是指传质过程中 beginspace 同时 Beginspace 进行化学反应的传质过程。
在反应传质过程中，溶质通过扩散或对流到达反应界面，参与反应之后再分散到溶液中。
传质过程的研究对于理解物质转移和分离过程的机理、改进传质分离过程的性能和优化操作条件具有重要的意义。
二、分离过程分离过程是指将混合物中的不同组分分离出来的操作过程，常用的分离技术有凝固、蒸馏、萃取、吸附和膜分离等。
以下将详细介绍其中的几种分离技术。
1.凝固：凝固是指物质由液体状态转变为固体状态的过程。
这种分离方法常用于分离固体颗粒和溶液之间的混合物，通过凝固可以将溶液中的固体颗粒分离出来。
2.蒸馏：蒸馏是一种利用物质的沸点差异进行分离的方法。
通过加热混合液体，使其中沸点较低的组分先从液体中蒸发出来，然后再冷凝成液体，从而实现分离不同沸点组分的目的。
传质与分离
<1>蒸馏：是利用互溶液体混合物中各组分沸点的不同将其分离为较纯组分的单元操作。
特点：1流程简单可直接获得产品2适用广泛3能耗高〈2〉蒸馏操作的分类：1按蒸馏方式[简单蒸馏：（微分蒸馏）是间歇式单级蒸馏操作）平衡蒸馏：（闪蒸）是一种连续稳态的单级蒸馏操作。
精馏，特殊蒸馏）2按操作压力：高压常压减压（真空）3按被分离组份数（双组分和多组分）4按操作流程（连续间歇式）〈3〉精馏原理：精馏将混合物进行多次部分气化和多次部分冷凝使混合物分离为几乎纯的组分。
问题：1设备庞大2产品极少3中间产物多。
工业上将每一个换热器与分离器作成一快板并叠加称为：精馏塔〈4〉塔板作用：在每一块塔板上进行传质与传热（上升蒸汽在板上与液层接触蒸汽放热部分冷凝重组分由汽相转入液相轻组分含量增大下降的液体在板上与蒸汽接触液体吸热部分气化轻组分由液体转入气相重组分的含量增大）〈5〉精馏段：自下而上逐步增浓气相中易挥发组分提高塔顶产品浓度〈6〉提留段：自上而下逐步增浓液相中的难挥发组分提高塔釜产品浓度提高轻组分收率〈7〉回流作用：回流液是蒸气部分冷凝的冷凝剂，是补充塔板上易挥发组分是维持精馏操作连续稳定的必要条件。
取消回流：产品浓度低，得到的产品不能连续则无多次部分气化多次部分冷凝〈8〉塔釜作用：不断向最下一块塔板供应一定浓度的蒸汽并逐板上升作为板上液相部分气化的加热蒸汽也是精馏操作连续稳定的必要条件〈9〉全塔温度：气相组成易挥发组分沿塔高浓度增大，液相组成易挥发组分沿塔高减小温度由下而上逐渐降低。
〈10〉恒摩尔假设：1恒摩尔气化：在精馏段内每一块塔板上升的蒸气量都相等提溜段也是如此但两段不一定相等。
2恒摩尔溢流：在精馏段内每一块塔板下降的液体量都相等提溜段也是如此但两段不一定相等。
〈11〉操作线方程：表示任意一块液相组成XN与下一块塔板上升气相组成YN+1之间的关系。
〈12〉五种进料状况：1冷液体进料Q〉1。
2饱和液体进料Q=1。
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cB NB JB NM c cB 0 JB NM c cB J B NM c
cA NA JA NM c
cB JA NM c
NA NM
cB cA cA cB NM NM NM c c c
NA NM
dcA cA N A D NA dz c
着浓度降低的方向进行
理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
分子扩散两种形式：等分子反向扩散，单向扩散。 1．等分子反向扩散及速率方程 (1)等分子反向扩散
T P pA1 pB1 1 T P pA2 2 pB2
JA JB
等分子反向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率
以净化。
7.1.2.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。 mA wA 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：
nA 液相： x A n
nA yA n
yA yB y N 1
xA xB x N 1
质量之比。 mA aA mB 摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰 性组分摩尔数之比。
nA 气相：YA nB
nA 液相：X A nB
质量分率与质量比的关系：
aA wA 1 aA
wA aA 1 - wA
摩尔分率与摩尔比的关系：
X x 1 X
x X 1-x
Y y 1 Y
kmol/(m2·s) 。
气相：
D dp A NA= J A RT dz
D NA ( p A1 p A2 ) RTz
液相：
NA= J A DAB
dc A dz
D N A (c A1 c A2 ) z
2．单向扩散及速率方程 （1）总体流动：因溶质Ａ扩散
JA NMcA/c
y Y 1-y
3．质量浓度与摩尔浓度
质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。
mA GA V
摩尔浓度：单位体积混合物中某组分的摩尔数。 nA cA V
质量浓度与质量分率的关系：
GA wA
摩尔浓度与摩尔分率的关系：
cA xA c
c—混合物在液相中的总摩尔浓度，kmol/m3；
—混合物液相的密度，kg/m3。
1.平衡分离过程：借助分离媒介（热能、溶 剂、吸附剂等）使均相混合物系统变为两相 体系。 2.速率分离过程：借助某种推动力（如压力 差、温度差、电位差等）的作用，利用不同 组分扩散速率不同，实现分离。
（1）气体吸收
选择一定的溶剂（外界
引入第二相）造成两相，处理气体 混合物。 （2）液体蒸馏 对于液体混合物加热，
Dc dcA NA c cA dz
——微分式
在气相扩散
pA cA RT
c
p RT
dpA Dp NA RT ( p p A ) dz
z
0
N A dz
pA2
p A1
Dp dpA RT ( p - pA )
点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。
J A DAB
dc A dz
JA—组分A扩散速率（扩散通量）， kmol/（m2· s）；
dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。 负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿
总体流 动NM NMcB/c
到界面溶解于溶剂中，造
成界面与主体的微小压差，
NA
使得混合物向界面处的流
动。 （2）总体流动的特点：
JB 1 2
1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔 分率。
N MA
cA NM c
N MB
cB NM c
（3）单向扩散传质速率方程
使混合物内部造成两相，利用不同
组分挥发性的差异，使得液体混合
物得以分离。
（3）萃取与浸取
对于液-液混合物或液-
固混合物进行类似气体吸收的分离方
法，利用溶剂中不同组分溶解度的差 异，对组分进行分离。 （4）固体干燥 对含一定湿分的固体提供 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，从而将含湿分的固体物料得
大小相等，方向相反。
DAB dpA JA RT dz D BA dp B JB RT dz
总压一定
p p A pB
dp A dp B = dz dz
JA=－JB
DAB=DBA=D
（2）等分子反向扩散传质速率方程
传质速率定义：任一固定的空间位置上， 单位时间
内通过单位面积的物质量，记作N,
7.2.1. 分子扩散
分子扩散现象：
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使 该组分由浓度较高处传递至浓度较低处， 这种现象称为分子扩散。
扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截
面积扩散的物质量，J表示， kmol/(m2· s)。 菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一
质量分率与摩尔分率的关系：
nA mwA / M A xA n mwA / M A mwB / M B mwN / M N wA /M A wA /M A wB /M B wN /M N
2．质量比与摩尔比 质量比：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
4．气体总压与理想气体中组分的分压 总压与某组分的分压之间的关系: 摩尔比与分压之间的关系:
pA pyA
pA YA p pA
nA 压之间的关系:
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
第七章：传质与分离过程概论
主讲人：穆韡
7.1. 概述
7.1.1.传质与分离方法 7.1.2.相组成的表示方法
7.1.1.传质与分离方法
1.传质分离过程：依靠物质从一相到另一 相传递过程，叫传质分离过程。 2.传质分离过程的依据：依据混合物中各 组分在两相间平衡分配不同。
7.1.1.传质与分离方法