化工传质与分离过程 课件
合集下载
化工分离工程(PPT32页).pptx
•
10、阅读一切 好 书 如 同 和过 去 最 杰 出 的人 谈 话 。 16 : 49 :1 1 16 : 49 : 11 1 6: 4 93 /1 3 /2 0 21 4:49:11 PM
•
11、越是没有 本 领 的 就 越加 自 命 不 凡 。2 1 .3 .1 3 16 : 49 : 11 1 6: 4 9Ma r- 21 1 3- Mar - 21
分离原理 蒸汽压不同 蒸汽压不同 溶解度不同 溶解度不同
过饱和 吸附力不同 湿组分蒸发 溶解度不同
离子的可交换性
2）速率控制分离过程
过程名称 气体扩散
原料 气体
分离剂 压力梯度和膜
产品 气体
热扩散 气体或液体 湿度梯度
气体或液体
分离原理
多孔膜中扩散的速 率差异
热扩散速率差异
电渗析 电泳
反渗透 超过滤由以：D来自lton分压定律 A可B 知BA：pyxAAA+//pxyBBB=p，而pA=yAp，pB=yBp，所
2）液液萃取的选择性系数 已知Ak、A B两yA组/ x分A 在两相kB中的yB分/ x配B 系数为：
则其选择性系数为：
AB
kA kB
yA / yB xA / xB
1.3 过程开发及方法
化工分离工程
Chemical Separation Engneering
课程简介
化工分离工程是化学工程学科的重要组成部分，是化 学工程与工艺专业的一门专业必修课。本课程的任务 是利用相平衡热力学、动力学的微观机理，传热、传 质和动量传递理论来研究化工及其它相关过程中复杂 物质的分离和纯化技术，分析和解决在化工生产、设 计和科研中常用的分离过程的理论和实际问题。
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。
《化工传质与分离过程》第一章传质过程基础
2021/5/23
4
分子传质（扩散）
• （1）等分子反方向扩散
NA
D RTz
( pA1
pA2 )
• （2）组分A通停滞组分B的扩散
NA
Dp RTzpBM
(PA1
PA2 )
P• / PBM 反映了主体流动对传质速率的影响
• 气体中的扩散系数：扩散系数与系统的温度、压力、浓度、以及
物质的性质有关。
2021/5/23
7
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• kG 对流传质系数：
kG
Dp RTzG pBM
• kL 对流传质系数：
kL
Dcav zLcBM
2021/5/23
8
溶质渗透模型
• 平均传质系数：
D
kcm 2 C
积分得平均传质系数：
kcm DS
2021/5/23
9
三传类比的基本概念
• 需满足以下条件 • （1）物性参数可视为常数或取平均值 • （2）无内热源 • （3）无辐射传热 • （4）无边界层分离，无形体阻力 • （5）传质速率很低，速度场不受传质的影响。
• 湍流边界层由湍流主体、缓冲层、层流内层组成。
2021/5/23
10
部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
感谢您的关注！
6
对流传质模型
• 双模模型 • （1）当气液两相接处时，在气液两相间存在着稳定的相界面，
界面两侧各又一个很薄的停滞膜，溶质A经过两膜层的传质方式 为分子扩散。 • （2）在气液相界面处，气液两相处于平衡状态。 • （3）在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍 动，各处浓度均与一致。
2021/5/23
43-44学时 二、多级逆流萃取的计算 化工传质与分离过程-教学课件
根据工程经验
设备费 操作费
S= (1.1~2.0)Smin适宜溶剂用量
2020/8/14
Y
1
Y1
Y1
m ax
YS
(B/S)
B/S
Xn
XF
最小溶剂用量
S B maxBSmin
2020/8/14
min
max
max
Y* 1
XF
YS Xn
2020/8/14
一、微分接触逆流萃取的流程
❖ 连续相 ❖ 分散相 ❖重 相 ❖轻 相
NTl1nAln1[(1 A)Y Y2 1 Y Y2 2 **1 A]
n1ln1 [1 ()XFY S/K1]
ln A m
A m X nY S/KA m
(
(
B
X
)
F
)
V Y1
S (S )
X 1 (Y1 )
2020/8/14
萃取因 子
二、多级逆流萃取的计算
(3)适宜溶剂量的确定
处理量F 一定
S ～S/F ～n
操作线方程
斜率 过点
B
S
(XF,Y1)
(Xn,YS )
2020/8/14
Y1 YS
2020/8/14
1
J
2
3 4
D
Xn
斜率
B/S
XF
X n计算 ≤ X n规定
n=4
多级逆流萃取直角坐标图图解计算
二、多级逆流萃取的计算
(2) 解析法
设平衡关系为 YKX
类似于逆流吸收
(B ) V S (S) (Xn) Y 2 X 2 (YS )
B XF dX
H KXaXn
设备费 操作费
S= (1.1~2.0)Smin适宜溶剂用量
2020/8/14
Y
1
Y1
Y1
m ax
YS
(B/S)
B/S
Xn
XF
最小溶剂用量
S B maxBSmin
2020/8/14
min
max
max
Y* 1
XF
YS Xn
2020/8/14
一、微分接触逆流萃取的流程
❖ 连续相 ❖ 分散相 ❖重 相 ❖轻 相
NTl1nAln1[(1 A)Y Y2 1 Y Y2 2 **1 A]
n1ln1 [1 ()XFY S/K1]
ln A m
A m X nY S/KA m
(
(
B
X
)
F
)
V Y1
S (S )
X 1 (Y1 )
2020/8/14
萃取因 子
二、多级逆流萃取的计算
(3)适宜溶剂量的确定
处理量F 一定
S ～S/F ～n
操作线方程
斜率 过点
B
S
(XF,Y1)
(Xn,YS )
2020/8/14
Y1 YS
2020/8/14
1
J
2
3 4
D
Xn
斜率
B/S
XF
X n计算 ≤ X n规定
n=4
多级逆流萃取直角坐标图图解计算
二、多级逆流萃取的计算
(2) 解析法
设平衡关系为 YKX
类似于逆流吸收
(B ) V S (S) (Xn) Y 2 X 2 (YS )
B XF dX
H KXaXn
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。
15-16学时 一、传质单元数法 《化工传质与分离过程》教学课件-文档资料
令
H OG V KY a
气相总传质 单元高度
N OG
dY 气相总传 Y2 Y Y * 质单元数
Y1
Z HOG N OG
一、传质单元数法
令
H OL L K X a
液相总传质 单元高度 液相总传 质单元数
N OL
X1
X2
dX X *X
Z H OL N OL
填料的有效比表面积 a 很难确定，通常将 KY a 及KX a 作为一体
吸收塔的理 论级模型
二、等板高度法
设完成指定分离任务所需理论级为NT，则所需 的填料层高度可按下式计算：
Z N T HETP
理论 级数 等板 高度
填料层等板高度的意义：分离效果与一个理论 级的作用相当的填料层高度。
二、等板高度法
2. 理论级数的确定 (1) 逐级计算法 平衡关系 Y * mX 操作关系 由 YI =Y2 ( a)
A
A 1
A
克列姆塞尔方程
二、等板高度法
溶质的吸收率
Y1 Y2 A Y1
溶质的最大吸收率
溶质的相对吸收率
ln NT
A,max
Y1 Y2* Y1
A,max
Y1 Y2 Y1 Y2*
代入整理得
A 1 1 ln A
克列姆塞尔方程
克列姆塞尔算图
关系曲线图
练 习 题 目
思考题 1.传质单元高度和传质单元数有何物理意义？ 2.气相总体积吸收系数与气相总吸收系数有何不同 之处？ 3.脱吸因数和吸收因数有何物理意义？ 4.吸收塔计算中的理论级表示何种含义？ 5.填料层的等板高度表示何种含义？ 作业题: 7、8、9
H OG V KY a
气相总传质 单元高度
N OG
dY 气相总传 Y2 Y Y * 质单元数
Y1
Z HOG N OG
一、传质单元数法
令
H OL L K X a
液相总传质 单元高度 液相总传 质单元数
N OL
X1
X2
dX X *X
Z H OL N OL
填料的有效比表面积 a 很难确定，通常将 KY a 及KX a 作为一体
吸收塔的理 论级模型
二、等板高度法
设完成指定分离任务所需理论级为NT，则所需 的填料层高度可按下式计算：
Z N T HETP
理论 级数 等板 高度
填料层等板高度的意义：分离效果与一个理论 级的作用相当的填料层高度。
二、等板高度法
2. 理论级数的确定 (1) 逐级计算法 平衡关系 Y * mX 操作关系 由 YI =Y2 ( a)
A
A 1
A
克列姆塞尔方程
二、等板高度法
溶质的吸收率
Y1 Y2 A Y1
溶质的最大吸收率
溶质的相对吸收率
ln NT
A,max
Y1 Y2* Y1
A,max
Y1 Y2 Y1 Y2*
代入整理得
A 1 1 ln A
克列姆塞尔方程
克列姆塞尔算图
关系曲线图
练 习 题 目
思考题 1.传质单元高度和传质单元数有何物理意义？ 2.气相总体积吸收系数与气相总吸收系数有何不同 之处？ 3.脱吸因数和吸收因数有何物理意义？ 4.吸收塔计算中的理论级表示何种含义？ 5.填料层的等板高度表示何种含义？ 作业题: 7、8、9
29-30学时 三、精馏过程的节能途径 《化工传质与分离过程》教学课件
xD
2020/9/17
二、间歇精馏的应用场合
间歇精馏适用场合
❖ 所分离的原料是分批获得的 ❖ 分离的原料多变
原料种类多变 原料组成多变 ❖ 多组分混合物的分离
2020/9/17
三、间歇精馏曲线
间歇精馏曲线形式
❖ 馏出液组成 ～ 精馏时间 ❖ 塔顶温度 ～ 精馏时间
间歇精馏曲线作用
❖ 指导试车和生产 ❖ 对精馏过程进行分析
2020/9/17
一、间歇精馏的特点与操作方式
1.间歇精馏的特点 间歇精馏特点
❖ 非稳态操作过程 ❖ 只有精馏段 ❖ 操作灵活、适应性强
～ xD
xW tD tW
2020/9/17
一、间歇精馏的特点与操作方式
2.间歇精馏的操作方式
间歇精馏操作方式
❖ 馏出液组成恒定
～ xD恒定
R
❖ 回流比恒定
～ R 恒定
二、恒 xD 下间歇精馏的计算
1.确定理论塔板层数
计算基准：终态
馏出液组成 xD 釜液组成 xWe
最小回流比
RminxyD q xyqq
(xqxW)e
操作回流比 R(1.1~2)Rmin
2020/9/17
2020/9/17 恒 xD 下间歇精馏时理论板层数的确定
二、恒 xD 下间歇精馏的计算
2.确定xW和 R 的关系
一、恒 R 下间歇精馏的计算
3.物料衡算 恒回流比间歇精馏的物料衡算关系与简单蒸馏
的物料衡算关系类似。
ln F xF dx W xW yx
ln F xF dxW
We xW xe DxW
2020/9/17
简单蒸馏过程 物料衡算关系
恒 R 下间歇蒸馏 过程物料衡算关系
ch2_4化工传质与分离过程.
进料热状况参数q
ym1 '
L' L 'W
xm
W L 'W
xW
q= IV IV
IF IL
将1kmol进料变为饱和蒸气所需热量 原料液的kmol汽化潜热
L ' L qF，V ' V (q 1)F
q= L ' L ：气液共存进料时的液化率 F
第一章 蒸馏>>1.5.4理论板层数的求法>>q线方程
化工传质与分离过程
第一章 蒸馏>>1.5.假定
回收率
塔顶易挥发组分回收率＝ DxD ×100％ FxF
塔底难挥发组分回收率＝ WF（（11-xxFW））×100％
精馏段操作线方程
yn1RR1xn R11xD
回流比：R＝L D
提馏段操作线方程特点
问题的提出 提馏段操作线较难作图
找出精馏段和提馏段操作线的交点 交点与（xw,xw)作图
q线方程推导
xW
y= q x- xF
q-1 q-1
q线方程意义
精馏段和提馏段操作线交点的轨迹方程
第一章 蒸馏>>1.5.4理论板层数的求法>>q线方程
q线方程特点及作图
y= q x- xF q-1 q-1
y= q x- xF q-1 q-1
作业
P64，9
第一章 蒸馏>> q线方程推导
精馏段物料衡算（操作线）：Vy Lx DxD 提馏段物料衡算（操作线）：V'y L ' x WxW
相减得：(V'-V)y (L ' L)x (DxD WxW )
ym1 '
L' L 'W
xm
W L 'W
xW
q= IV IV
IF IL
将1kmol进料变为饱和蒸气所需热量 原料液的kmol汽化潜热
L ' L qF，V ' V (q 1)F
q= L ' L ：气液共存进料时的液化率 F
第一章 蒸馏>>1.5.4理论板层数的求法>>q线方程
化工传质与分离过程
第一章 蒸馏>>1.5.假定
回收率
塔顶易挥发组分回收率＝ DxD ×100％ FxF
塔底难挥发组分回收率＝ WF（（11-xxFW））×100％
精馏段操作线方程
yn1RR1xn R11xD
回流比：R＝L D
提馏段操作线方程特点
问题的提出 提馏段操作线较难作图
找出精馏段和提馏段操作线的交点 交点与（xw,xw)作图
q线方程推导
xW
y= q x- xF
q-1 q-1
q线方程意义
精馏段和提馏段操作线交点的轨迹方程
第一章 蒸馏>>1.5.4理论板层数的求法>>q线方程
q线方程特点及作图
y= q x- xF q-1 q-1
y= q x- xF q-1 q-1
作业
P64，9
第一章 蒸馏>> q线方程推导
精馏段物料衡算（操作线）：Vy Lx DxD 提馏段物料衡算（操作线）：V'y L ' x WxW
相减得：(V'-V)y (L ' L)x (DxD WxW )
《化工分离工程》PPT课件
进料
溶质、盐 溶剂、水
推动力：压力差（1000～10000kPa） 传递机理：优先吸附毛细管流动溶解、扩散模型 膜类型：非对称性膜或复合膜
整理ppt
37
渗析（D）：
目的：大分子溶质溶液脱小分子，小分子溶质溶 液脱大分子。
进 料
扩散 液
净化液 接受液
推动力：浓度差
传递机理：筛分、微孔膜内的受阻扩散
透过物：小分子溶质或较小的溶质
萃取：5、6
结晶：10
整理ppt
目的产 物
18
总 结：
● 原料的净化与粗分
● 反应产物的提纯
● 药物的精制和提纯
● 精选金属的提取
● 食品除水、除毒、病毒分离、同 位数分离
● 三废处理
整理ppt
返回 19
1.1.2 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。
挥发度（ 蒸汽压） 有较大差
由催化裂化 装置主蒸塔 顶产物中回
出
热量（
别
收乙烷及较
L
ESA）
轻的烃。
萃
取
MSA
或 共
L或V
沸
精
馏
原料
相态 L：
汽、液 或汽液 L 混合物
液体溶剂（ MSA）或塔 釜加热（
ESA）
液体共沸剂 （MSA）或 塔釜加热（
ESA）
改变原溶 液的相对 挥发度
整理ppt
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离芳烃 ；以醋酸丁 酯作共沸剂 从稀溶液中 分离醋酸。
整理ppt
9
实例3：Fe3+和Ti4+的分离实验（二）
化工传质与分离 第一章(02)传质过程基础
物理 模型 数学 模型
小结：一维稳态分子传质问题求解方法
注意问题
❖NA与 NB 的关系 ❖沿传质方向面积的变化
练习题目
思考题 1.何为主体流动现象？ 2.求解分子传质问题的基本方法是什么？ 3.何为“漂流因子”,与主体流动有何关系？ 作业题: 6、7
液体中扩散的特点
❖组分A的扩散系数随浓度而变 ❖总浓度在整个液相中并非到处保持一致
液体中扩散的处理原则
❖扩散系数以平均扩散系数代替 ❖总浓度以平均总浓度代替
一、液体中的扩散通量方程
NA
D
AB
dcA dz
cA Cav
(NA
NB)
平均
总浓 度
其中
C
av
(
M
)
av
1 (
2
1
M1
2
M2
)
D 1 (D D )
2.浓度分布方程
Cav cA
( C av
c A2
( zz1 ) ) z2 z1
Cav c A1 Cav c A1
停滞组分 B 的对数平均 摩尔浓度
小结：一维稳态分子传质问题求解方法
求解思路
❖对所求解的传质问题进行分析 ❖对费克第一定律进行分析 ❖找出边界条件 ❖求解数学模型
传质通量表达式 浓度分布方程
一、传质速率的表示方法
1.传质速率
传质速率：单位时间传递物质的量
kg /s
质量速率
kmol /s
摩尔速率
传质 GA
摩
尔
静止平面
速 率
一、传质速率的表示方法
2.传质通量
传质通量：单位时间单位面积传递物质的量
kg /(m2·s)
《化工传质与分离过程》第一章传质过程基础
主体
组分A的主体流动质量通量
流动 通量
Au
A[
1
(
Au
A
BuB
)]
aA
(nA
nB
)
组分B的主体流动质量通量
BuaB (n A nB )
三、传质的速度与通量
组分A的主体流动摩尔通量
cAum
cA[
1 C
(cAuA
cBuB )]
xA(N
A
NB
)
组分B的主体流动摩尔通量
cBum xB (N A NB )
主体 NxA um
流动 NxB
NA NB 0
动现象。
示例：用水吸收空气 中的氨
JB
NA
J
A
Nx
A
NB
J
B
Nx
B
0
J Nx
B
B
第一章 传质过程基础
1.1 质量传递概论与传质微分方程 1.1.1 质量传递概论 1.1.2 传质微分方程
一、传质微分方程的推导
1.质量守恒定律表达式 采用欧拉方法推导
混合物的主体流动速度即为平均速度
u＝ uf （um＝ uf ）
三、传质的速度与通量
组分A的扩散速度
udA = uA－ u udA = uA－ um
组分B的扩散速度
udB = uB－ u udB = uB－ um
质量基准 摩尔基准
质量基准 摩尔基准
三、传质的速度与通量
组分A的扩散质量通量
j A A (u A u)
第一章 传质过程基础
1.1 质量传递概论与传质微分方程 1.1.1 质量传递概论
一、混合物组成的表示方法 二、质量传递的基本方式 三、传质的速度与通量 1. 传质速率与传质通量 2. 传质速度的表示方法
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。
03-04学时 三、传质的速度与通量 《化工传质与分离过程》教学课件
质量通量
( m/s) (kmol/m3) ＝ kmol/(m2· s) 摩尔通量
速度 浓度 通量
速度×浓度＝ 通量
三、传质的速度与通量
2.传质速度的表示方法 设系统由 A、B两组分组成，在传质过程中各 组分均以不同的速度运动，各组分的运动是由分 子扩散和主体流动两部分组成。 A 组分扩散
混合物主体流动
u
写成向量形式
A
2
D A A ( u ) D AB 2 A rA D
通用的 传质微 分方程
一、传质微分方程的推导
若以摩尔平均速度um为基准推导，同样可得
u mx u my u mz Dc A 2c A 2c A 2c A cA ( ) D AB ( 2 2 2 ) R A. x y z D x y z
一、传质微分方程的推导
3.通用的传质微分方程 将各项质量速率代入质量守恒定律表达式，得
( Au x ) ( Au y ) ( Au z ) x y z
j Az A rA 0 x y z
Ax
j
j Ay
一、传质微分方程的推导
udA = uA－ u
udA = uA－ um
组分B的扩散速度
质量基准
摩尔基准
udB = uB－ u
质量基准 摩尔基准
udB = uB－ um
三、传质的速度与通量
组分A的扩散质量通量
j A A (u A u )
组分B的扩散质量通量
kg /(m2· s)
j B B (u B u )
传质通量的表示方法总传质通量三传质的速度与通量混合物的总质量通量组分b的总摩尔通量kmolm三传质的速度与通量混合物的总摩尔通量三传质的速度与通量2以扩散速度表示的传质通量扩散速度扩散通量三传质的速度与通量质量基准摩尔基准质量基准摩尔基准三传质的速度与通量组分a的扩散质量通量组分b的扩散质量通量三传质的速度与通量组分a的扩散摩尔通量组分a通过组分b扩散ab两组分混合物组分b通过组分a扩散三传质的速度与通量dzdcdzdcdzdcdzdc由费克第一定律baab三传质的速度与通量3以主体流动速度表示的传质通量组分a的主体流动质量通量主体流动通量三传质的速度与通量组分a的主体流动摩尔通量组分b的主体流动摩尔通量三传质的速度与通量4
( m/s) (kmol/m3) ＝ kmol/(m2· s) 摩尔通量
速度 浓度 通量
速度×浓度＝ 通量
三、传质的速度与通量
2.传质速度的表示方法 设系统由 A、B两组分组成，在传质过程中各 组分均以不同的速度运动，各组分的运动是由分 子扩散和主体流动两部分组成。 A 组分扩散
混合物主体流动
u
写成向量形式
A
2
D A A ( u ) D AB 2 A rA D
通用的 传质微 分方程
一、传质微分方程的推导
若以摩尔平均速度um为基准推导，同样可得
u mx u my u mz Dc A 2c A 2c A 2c A cA ( ) D AB ( 2 2 2 ) R A. x y z D x y z
一、传质微分方程的推导
3.通用的传质微分方程 将各项质量速率代入质量守恒定律表达式，得
( Au x ) ( Au y ) ( Au z ) x y z
j Az A rA 0 x y z
Ax
j
j Ay
一、传质微分方程的推导
udA = uA－ u
udA = uA－ um
组分B的扩散速度
质量基准
摩尔基准
udB = uB－ u
质量基准 摩尔基准
udB = uB－ um
三、传质的速度与通量
组分A的扩散质量通量
j A A (u A u )
组分B的扩散质量通量
kg /(m2· s)
j B B (u B u )
传质通量的表示方法总传质通量三传质的速度与通量混合物的总质量通量组分b的总摩尔通量kmolm三传质的速度与通量混合物的总摩尔通量三传质的速度与通量2以扩散速度表示的传质通量扩散速度扩散通量三传质的速度与通量质量基准摩尔基准质量基准摩尔基准三传质的速度与通量组分a的扩散质量通量组分b的扩散质量通量三传质的速度与通量组分a的扩散摩尔通量组分a通过组分b扩散ab两组分混合物组分b通过组分a扩散三传质的速度与通量dzdcdzdcdzdcdzdc由费克第一定律baab三传质的速度与通量3以主体流动速度表示的传质通量组分a的主体流动质量通量主体流动通量三传质的速度与通量组分a的主体流动摩尔通量组分b的主体流动摩尔通量三传质的速度与通量4
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
考 题
论 与
上
师
件
课 实汇 汇 汇 汇 答 自 主 下
堂 验总 总 总 总 疑 测 页 载
学习目的 与要求
绪论
通过绪论学习，应了解分离过程在化工中的 应用；掌握相际传质过程与分离的关系、传质单 元操作的主要类型及分离过程的分类方法。
一、分离过程在化工中的应用
反应过程
分离过程
原料
反应产物
示例：三氯甲烷的制备。
kmol/(m2· s )
摩尔基准
M —涡流扩散系数，m2/s
二、质量传递的基本方式
(2)对流传质
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。
描述对流传质的基本方程
N
A
kccA
kmol/(m2· s )
对流传质 速率方程
k c —对流传质系数，kmol/(m2·s·△c)
练习题目
思考题 1.何为均相物系，如何实现均相物系的分离？ 2.传质过程与化工分离过程有何联系？ 3.引出质量比和摩尔比有何意义? 4. 质量传递有哪些基本方式，用何定律进行描述？ 作业题: 1、2
三、传质的速度与通量
1.传质速率与传质通量
传质速率：单位时间传递物质的量
kg /s
质量速率
kmol /s
三、传质单元操作的主要类型
萃取
分离物系：液体混合物 形成两相体系的方法： 引入另一液相（萃取剂）
（液相R＋液相E） 传质原理：各组分在萃取剂中溶解度不同 示例：用三氯乙烷萃取分离丙酮水溶液
三、传质单元操作的主要类型
结晶
分离物系：液体混合物 形成两相体系的方法：溶液冷却过饱和产生晶体
（液相＋固相） 传质原理：各组分的凝固点不同 示例：对苯甲酚、邻苯甲酚、间苯甲酚分离
DAB —分子扩散系数，m2/s
二、质量传递的基本方式
2.对流传质 (1)涡流扩散
由于流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传
递现象—涡流扩散。
❖ 涡流扩散在湍流流体中发生 ❖ 在涡流扩散中时刻存在分子扩散
二、质量传递的基本方式
涡流扩散通量方程
jAe
M
dA
dz
kg/(m2· s )
质量基准
JAe
M
d cA dz
组分B的主体流动质量通量
Buw B(nAnB)
三、传质的速度与通量
组分A的主体流动摩尔通量
c A u m c A [C 1(c A u A c B u B ) ]x A (N A N B )
组分B的主体流动摩尔通量
cBumxB(NANB)
三、传质的速度与通量
4.各传质通量间的关系
由
jAA(uAu)DAB dd Az
费克第一 定律通用 表达式
组分的总 传质通量
分子扩 散通量
主体流 动通量
三、传质的速度与通量
主体流动现象
相界面
气相（A＋B） 液相 S
在多组分系统中，
各组分在进行分子扩 J A
散的同时其微团常处 主体 Nx A u m N A
于运动状态—主体流 流动 Nx B
NB 0
分离物系：气体混合物 形成两相体系的方法： 引入一液相（吸收剂）
（液相＋气相） 传质原理：各组分在吸收剂中溶解度不同 示例：水吸收空气中的氨气
三、传质单元操作的主要类型
蒸馏
分离物系：液体混合物 形成两相体系的方法： 多次部分汽化和冷凝
（液相＋汽相） 传质原理：各组分的挥发度（沸点）不同 示例：苯与甲苯的分离
三、传质的速度与通量
2.传质速度的表示方法 设系统由 A、B两组分组成，在传质过程中各
组分均以不同的速度运动，各组分的运动是由分 子扩散和主体流动两部分组成。
A 组分扩散
混合物主体流动
传 质
B 组分扩散
三、传质的速度与通量
组分A总传质速度 （绝对速度）
组分A分子扩散速 度（扩散速度）
混合物移动速度 （主体流动速度）
of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 2001
教学安排
九、网络课程辅助教学 《化工原理及实验》网络课程 网址：202.113.179.181
《化工原理及实验》网络课程
虚 演图 动 作 思 讨 网 教 附
拟
示
片
画
业
三、传质的速度与通量
组分A的扩散摩尔通量
JAcA(uAum)
组分B的扩散摩尔通量
JBcB(uBum)
kmol/(m2·s) kmol/(m2·s)
三、传质的速度与通量
设 A、B两组分混合物 组分A通过组分B扩散 组分B通过组分A扩散
CcAcBconst
c A1
JA
c B 2 JJAJB0
c B1
三、传质单元操作的主要类型
干燥
分离物系：固体中的湿分 形成两相体系的方法：引入一气相（干燥介质）
（固相＋气相） 传质原理：气、固相中所含湿分的不同 示例：湿尿素干燥成尿素产品
四、传质分离方法的分类
气液传质过程
汽液传质过程
吸收
平衡分 离过程
液液传质过程 气固传质过程
蒸馏 萃取
分离过程
液固传质过程 干燥
四、考试安排 （1）期末考试采用闭卷考试形式。 （2）期末成绩占80％，平时成绩（包括作业、出
勤、期中考试等）占20％ 五、答疑安排
时间：周四下午4:00～5:00 地点：20楼824室
教学安排
六、有关要求 （1）按时交作业，无特殊情况补交作业无效。 （2）独立完成作业，有抄袭者发现后返回重做并
影响平时成绩。 （3）累计欠作业1/3者取消考试资格。 （4）点名或抽查累计3次未到者取消考试资格。 （5）讲授内容和顺序与教材不完全相同，请认真
nBBuB kg /(m2·s)
总传质 通量
三、传质的速度与通量
混合物的总质量通量
n n A n B A u A B u B u
由此可得质量平均速度的定义式为
1
u(AuABuB )
三、传质的速度与通量
组分A的总摩尔通量
NA cAuA
kmol/(m2·s)
组分B的总摩尔通量
NB cBuB kmol/(m2·s)
JB
z1
c A2
z2
JA JB
三、传质的速度与通量
由费克第一定律 JA DABddczA
Cc c
AB
dcA dcB 0 dz dz
JB DBAddcBz
D D
AB BA
三、传质的速度与通量
(3)以主体流动速度表示的传质通量
主体
组分A的主体流动质量通量
流动 通量
AuA[ 1(AuABuB)]w A(nAnB)
2.质量分数与摩尔分数
质量分数
m
wi
i
m
混合物的总质量分数
N
wi 1
i1
一、混合物组成的表示方法
摩尔分数
xi
ni n
液相
yi
ni n
气相
混合物的总摩尔分数
N
xi 1
i 1
N
yi 1
i 1
一、混合物组成的表示方法
质量分数与摩尔分数的关系
由质量分数 求摩尔分数
xi
wi / M i
N
i 1
三、传质的速度与通量
组分A的扩散速度
udA = uA－ u udA = uA－ um
组分B的扩散速度
udB = uB－ u udB = uB－ um
质量基准 摩尔基准
质量基准 摩尔基准
三、传质的速度与通量
组分A的扩散质量通量
jAA(uAu)
组分B的扩散质量通量
kg /(m2·s)
jBB(uBu) kg /(m2·s)
Yi
yi 1 yi
二、质量传递的基本方式
1.分子传质
由于分子的无规则热运动而形成的物质传递
现象—分子传质。
❖ 分子传质又称为分子
扩散，简称为扩散
❖ 分子传质在气相、液
相和固相中均能发生
分子扩散现象
二、质量传递的基本方式
费克第一定律
jA
DAB
dA
dz
JA
DAB
dcA dz
kg/(m2· s ) 质量基准 kmol/(m2· s ) 摩尔基准
速率分 膜分离
结晶
离过程 场分离
四、传质分离方法的分类
钕铁硼永磁场 磁化精馏实验装置
第 1 章 传质过程基础
学习目的 与要求
通过本章学习，应掌握传质的基本概念和传 质微分方程的推导及简化方法；能够运用传质微 分求解分子扩散及对流传质问题；掌握动量、热 量与质量传递的三传类比方法。
一、混合物组成的表示方法
目的产物 副产物
分离过程 目的产物 原料
副产物
示例：炼油过程。
一、分离过程在化工中的应用
大型化工装置
炼油 生 产装 置
一、分离过程在化工中的应用
大型化工装置
乙烯 生 产装 置
一、分离过程在化工中的应用
大型化工装置
聚酯 生 产装 置
一、分离过程在化工中的应用
大型化工装置
合成氨生 产装置
一、分离过程在化工中的应用
摩尔速率
传
质
传质通量：单位时间单位面积传递物质的量
kg /(m2·s) 质量通量
kmol /(m2·s) 摩尔通量
静止 平面
三、传质的速度与通量
( m/s) (kg/m3) ＝ kg /(m2·s) 质量通量 ( m/s) (kmol/m3)＝ kmol/(m2·s) 摩尔通量