传质过程上汇总

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N分
G
DA dc dn
——分子扩散的基本方程
式 中：
N分——扩散组分的分子传质速率， kmol/ s； G ——扩散物物质的量， kmol；
τ ——时间，s； dc ——组分在扩散方向上的浓度梯度，kmol/m3·m；
dn
D ——物质的分子扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着浓 度降低的方向进行。
相 界 面
液
相
主
气
体
相
主
体
气膜 液膜
扩散方向
扩散方向
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§2 传质设备
• 2-1 填料塔
2-2 板式塔
2-3 填料塔与板式塔的比较
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2.1 填料塔的结构及其结构特性
1. 填料塔的结构
如图所示为填料塔的结构示意图， 填料塔是以塔内的填料作为气液两相 间接触构件的传质设备。填料塔的塔 身是一直立式圆筒，底部装有填料支 承板，填料以乱堆或整砌的方式放置 在支承板上。填料的上方安装填料压 板，以防被上升气流吹动。液体从塔 顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿 填料表面流下。
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2.1 填料塔的结构及其结构特性
气体从塔底送入，经气体分布装置 （小直径塔一般不设气体分布装置）分布 后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙， 在填料表面上，气液两相密切接触进行传 质。填料塔属于连续接触式气液传质设备， 两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状 态下，气相为连续相，液相为分散相。
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。
2.2.1 塔板型式
1. 泡罩塔板
泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，其结构如图所示，它 主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆 形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有f80、f100、 f150mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周 边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在 塔板上为正三角形排列。
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（2）扩散系数的影响因素：
扩散组分本身的性质 扩散组分所在的介质的性质
温度：t↑，D↑
压力：对液体影响很小，对气体影响很大 浓度：对液体影响很大，对气体影响很小
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二、对流扩散
对流扩散：流体作湍流运动时，若流体内部存在浓度梯度，流 体质点便会靠质点的无规则运动，相互碰撞和混合， 组分从高浓度向低浓度方向传递。
第三章 传质过程
第一部分 气-液相传质过程的机理与设备简介
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• 气-液相传质过程的机理 • 传质设备
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§1气-液相传质过程的机理
传质过程：物质以扩散的方式从一处转移到另一处 的过程。
传质过程及其分类
液-固相传质：浸取
按传质相间进行分类
气-固相传质：吸附 液-液相传质：萃取
气-液相传质：精馏，吸收
传质过程的推动力：浓度梯度的存在。
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气－液相传质的三个阶段：
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气相主体
3 2
液相主体
1.物质从一相主体转移到两相界面的一侧；
2.物质从界面的一侧转移到另一相的一侧，并发生 相应的物理化学变化；
3.物质再从另一相界面一侧转移到另一相的主体中。
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稳定情况下：
N分
DA
(c1
c2
)
式 中： c1-c2 ——扩散组分的浓度差， kmol/ m3； δ——扩散层的厚度， m；
3. 扩散系数及其影响因素
（1）扩散系数的物理意义： 物质的特性常数之一； 表示物质在介质中的扩散能力； 在扩散方向的单位距离内，扩散组分浓度降低一个单位时， 单位时间内通过单位面积的物质量。
类似于对流传热过程可以把对流扩散看作是在传质边界层的分子扩散
N
D
'
(c1
c2
)A
k (c1
c2
)
A
δ’——对流扩散有效膜厚度或扩散距离， m ；
k ——对流扩散传质系数，标志着扩散传质速率的
大小。 kmol/ m3 ·m
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1-2 相间传质
相间对流传质三大模型：双膜模型 溶质渗透模型 表面更新模型
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1-1 单相中物质的扩散
分子扩散 物质在单相中的扩散方式：
对流扩散
一、分子扩散
1.分子扩散：
在静止或层流流体内部，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。
2. 费克定律 温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处的扩散通
量与该处的浓度梯度成正比。
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2.2 板式塔
板式塔的设计意图
板式塔是一种应用极为广泛的气液传质 设备，它由一个通常呈圆柱形的壳体及其中 按一定间距水平设置的若干塔板所组成。如 图所示，板式塔正常工作时，液体在重力作 用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出； 气体在压差推动下，经均布在塔板上的开孔 由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出，在每 块塔板上皆贮有一定的液体，气体穿过板上 液层时，两相接触进行传质。
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2.1 填料塔的结构及其结构特性
优点
填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小， 持液量小，操作弹性大等优点。 缺点
填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液 体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率 降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对 侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。
1.双膜模型的基本论点（假设）
（1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存在稳定的 气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩散方式通过气膜 和液膜。
（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。
（3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以对流 扩散的形式传质。
双膜模型也称为双膜阻力模型
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2. 双膜理论示意图
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2.2 板式塔
为有效地实现气液两相之间的传质，板式塔应具 有以下两方面的功能：
1.在每块塔板上气液两相必须保持密切而充分的接 触，为传质过程提供足够大而且不断更新的相际接触 表面，减小传质阻力；
2.在塔内应尽量使气液两相呈逆流流动，以提供最 大的传质推动力。