化工原理第四版谭天恩传质过程导论

质
离解常数、电离电位
生物学
生物学亲和力、生物学吸附平衡、生物学反应速度常数
《化工原理》电子教案/第八章
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第一节 概述
一、化工生产中的常规分离方法
相界面
水
CG
pG
液相主体
气相主体
pi
液相主体
相界面 Ci
苯
液相主体 传质方向
气 — 液 系统传质 ：方如向 吸收 、 解 吸等 单元 操 作 CL
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思考1：双组分均相物系（A、B）的摩尔分数之和等于多 少？质量分数之和呢？
xA xB 1
wA wB 1
思考2：xA与wA的关系？
xA

wA
/
wA / MA MA wB / MB

wA

xAMA xAMA xBMB

思考3：双组分均相物系中，x与X的关系？w与的 w 关系？
摩尔分数
x A (或y A
)

nA n
摩尔比
X A (或YA）
nA nB
物质的量浓度 cA

nA V
，kmol/m3
混合物总摩尔浓度 c n V
概述
质量分数
wA

mA m
质量比
wA mA mB
质量浓度
A

mA V
，kg/m3
混合物总质量浓度 m
V
对气体，还可以用 pA 表示浓度
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J B,z

DBA
dcB dz
B 在 A 中的扩散系数 m2/s
对二元体系 DA,B＝ DB,A=D
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对照：
du
牛顿粘性定律：
dy
傅立叶定律：
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t
n
第二节 分子扩散
菲克定律的其它表达形式：
J A,z

cDAB
dxA dz


DAB RT
目录
第八章 传质过程导论
第一节 概述
一、化工生产中的传质过程 二、相平衡 三、相组成的表示方法 四、传质方式
第二节 分子扩散
一、费克定律 二．费克定律的另一种常用形式 三．双组分、一维稳态分子扩散举例
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目录
第三节 对流传质
一、对流传质机理分析 二、膜模型 三、传质模型简介 四、对流传质方程 五、对流传质系数经验式
向另一处的转移过程。包括相
分离
均 非
相 均
混合物 相混合
物
内传质和相际传质两类。
利用某种性质 转下页
加 入 另 外 一 种 物 质 作 为分 离 剂
方 法加 入 能 量
加 场 ， 如 浓 度 场 、 温 度场 、 电 场 、 磁 场 等
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《化工原理》电子教案/第八章
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可 被 利
对流传质（给质过程） ---发生在湍流流动的流体中， 靠流体微团的脉动进行的。
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第二节 分子扩散
一、分子扩散机理：
靠分子或原子的无规则热运动
A
组分A的扩散量JA,z
JA,z------相对扩散通量，kmol/m2s
B
A
B
A
B BB
B
A A
B
AB B
B
组分B的扩散量JB,z 质量中心面
dpA dz
J A,z

DAB
dc A dz
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一．菲克定律
说明： （1）JA,z、 JB,z是相对扩散通量 （绝对扩散通量用NA,z表示）
组分A移走后，出现空位，其他 分子（可能是A也可能是B）将会 补位，若A、B分子量不等，那么 质量中心会局部发生漂移。JA,z、 JB,z是为了使JA,z＋ JB,z＝0而定义的 ，即JA,z、 JB,z是相对于一个移动的 扩散面而定义的扩散通量。
物理
力学性质 密度、表面张力、尺寸、质量等
如重力沉降、过滤
热力学性质 熔点、沸点、临界点、转变点、蒸汽压、
溶解度、分配系数等。如吸收、精馏
电、磁性质 电导率、介电常数、迁移率、
电荷、淌度、磁化率等
用
输送性质 扩散系数、分子飞行速度
于
分 离 的
反应速度性质
化学
反应速度常数
性
热力学性质 反应平衡常数、化学吸附平衡常数、
第一节 概述
二、相平衡---相际间传质的最终状态
两相浓度不变了，达到了 平衡，净传质量为零了。
相界面
与热平衡不同之处：
▲达到相平衡时，一般两相 浓度不相等。
▲相平衡属动态平衡
达到相平衡时，传质过程 仍在进行。
气相 A
气相浓度
液相
液相浓度
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第一节
三、相组成的表示方法
第八章 小结
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第八章 传质过程导论
分离过程在全厂的设备投资 费和操作费上占很大比重。 对一典型的化工厂，分离设 备的投资占60-70％，分离 过程的能耗约占30％。
动 量 传 递
三 传热 量 传 递
质
量传递
-----在浓度差、温度差、压
力差等推动力作用下，从一处
x X 1 X
X x 1 x
w w 1 w
w w 1 w
思考4：xA与cA的关系？wA与A的关系？
cA xAc
A wA
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思考5：cA与A的关系？
cA

A
MA
思考6：对理想气体，c与 p的关系？y与p？与p？
cA

nA V
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第二节 分子扩散
二．菲克定律
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
1855年Fick用与傅立 叶定律类比的方法而 不是用实验方法提出 的。
J A,z

DAB
dcA ----又称菲克第一定律，适用于 dz 双组分体系。
A 在 B 中的扩散系源自文库 m2/s
扩散通量，kmol/m2s
空气+液 汽 氨气— —
Ci
液
液
系统：如 CL
系统：如
蒸 液
馏 液
、 萃
精 馏操 作 取煤焦操作油（含苯酚）
液
— 固系统：如结晶、浸取操作液液萃取 吸收
气气相—（乙固醇系 -水）统 ： 如 干 燥 操 作
乙醇
水
空气
液相（乙醇-水）
水 湿物料
干燥
蒸馏 《化工原理》电子教案/第八章
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pA RT
yA

nA n

pA P
nP c
V RT
A

mA V

M AnA V

pA M A RT
通用气体常数 R 8314J / kmol K
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四．传质方式
第一节 概述
传质的两种方式
分子扩散 ---发生在静止流体、层流流动的流体中，
靠分子运动进行的。
组分A的扩散量JA,z A
B
A
B
A
B BA
（2）JA,z＝－ JB,z 由JA,z＋ JB,z＝0可证得。
B
A A
B
A B
B
组分B的扩散量JB,z 质量中心面
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