传质与分离过程概述
传质分离过程原理
传质分离过程原理传质分离是一种利用不同物质在物理性质或化学性质上的差异而对其进行分离的工艺。
它在化工、制药、食品等领域中得到广泛应用。
传质分离过程主要包括溶剂萃取、吸附、膜分离等方法，以下将详细介绍这几种方法的原理。
1.溶剂萃取。
溶剂萃取是一种通过溶剂对待分离物进行组分分布的过程。
它利用不同物质在溶剂中的溶解度差异，通过调整操作条件来实现物质的分离。
溶剂萃取的原理是将混合物溶解在适宜的溶剂中，然后加入萃取剂与混合物中的组分发生反应，形成混合物中不同组分的溶剂萃取化合物。
通过不同的操作条件，如温度、压力、pH值等来实现物质的分离。
溶剂萃取广泛应用于分离提纯金属离子、有机物等。
2.吸附。
吸附是一种利用吸附剂对待分离物进行吸附和解吸过程的分离方法。
其原理是根据不同物质在吸附剂表面的吸附性能差异，通过将混合物通过吸附剂来实现物质的分离。
吸附剂常用的有活性炭、分子筛等。
吸附分离的过程通常包括两个阶段，即吸附阶段和解吸阶段。
在吸附阶段，混合物通过吸附剂时，各个组分根据其在吸附剂表面的亲和力发生吸附，并在吸附剂上形成吸附相；在解吸阶段，通过改变操作条件，如温度、压力等，使被吸附的物质从吸附剂上解吸到溶液中，从而实现物质的分离。
3.膜分离技术。
膜分离是利用半透膜对混合物中组分进行分离的方法。
半透膜是一种具有选择性传递性能的材料，可以选择性地传递其中一种或几种组分，而阻止其他组分通过。
常用的膜分离技术包括渗透膜、离子交换膜和渗流膜等。
膜分离的原理主要包括渗透压差、电荷排斥和分子筛效应。
在渗透压差方面，通过通过半透膜形成的渗透压差来实现物质的传递与分离；在电荷排斥方面，通过半透膜上的电荷作用来实现电荷相同的离子的分离；在分子筛效应方面，通过半透膜上的孔径大小来实现分子大小的分离。
综上所述，传质分离是一种通过利用不同物质在物理性质或化学性质上的差异实现物质的分离的过程。
不同的传质分离方法有着不同的原理，通过调整操作条件来实现物质的分离。
传质分离过程
传质分离过程1.分离过程可以定义为借助于物理、化学、电学推动力实现从混合物中选择性的分离某些成分的过程。
2.分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。
机械分离的对象是两相以上的混合物。
传质分离过程用于各种均相混合物的分离。
特点是有能量传递现象发生。
3.传质分离过程分为平衡分离过程和速率分离过程。
4.相平衡的准则为各相的温度、压力相同，各组分的逸度也相等。
5.相平衡的表示方法有相图、相平衡常数、分离因子。
6.维里方程用来计算气相逸度系数。
7.闪蒸是连续单级蒸馏过程。
8.指定浓度的组分成为关键组分，其中易挥发的成为轻关键组分，难挥发的成为重关键组分。
9.若溜出液中除了重关键组分外没有其他重组分，而釜液重除了轻关键组分外没有其他轻组分，这种情况称为清晰分割。
10.多组分精馏与二组分精馏在浓度分布上的区别可以归纳为：在多组分精馏中，关键组分的浓度分布有极大值；非关键组分通常是非分配的，即重组分通常仅出现在釜液中，轻组分仅出现在溜出液中；重、轻非关键组分分别在进料板下、上形成接近恒浓的区域；全部组分均存在于进料板上，但进料板浓度不等于进料浓度。
塔内各组分的浓度分布曲线在进料板处是不连续的。
11.最小回流比是在无穷多塔板数的条件下达到关键组分预期分离所需要的回流比。
12.特殊精馏分为萃取精馏（加入的组分称为溶剂）、共沸精馏、加盐精馏。
13.气体吸收是气体混合物一种或多种溶质组分从气相转移到液相的过程。
解吸为吸收的逆过程，即溶质从液相中分离出来转移到气相的过程。
14.吸收过程按溶质数可以分为单组分吸收和多组分吸收；按溶质与液体之间的作用性质可以分为物理吸收和化学吸收；按吸收温度状况可以分为等温吸收和非等温吸收。
15.吸收的推动力是气相中溶质的实际分压与溶液中溶质的平衡蒸气压力之差。
16.难溶组分即轻组分一般只在靠近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小。
易溶组分即重组分主要在塔底附近的若干级上被吸收，而关键组分才在全塔范围内被吸收。
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）
3.传质分离过程
精馏
气-液相通过一块塔板, 同时发生一次部分气 化和部分冷凝过程。当它们经过 多块塔板后, 即同时进行了多次部分气化和 部分冷凝的过程, 最后在塔顶气相中获得较 纯的易挥发组分, 在塔底液相中可获得较纯 的难挥发组分, 使混合液达到所要求的分离 程度
(二) 精馏装置及流程
原料液经预热到指定 温度后, 加入精馏塔内 某一块塔板上, 该塔板 称为加料板。加料板 将塔分成两部分: 上部 进行着蒸气中易挥发 组分的增浓, 称为精馏 段; 下部( 包括加料板) 进行着液体中难挥发 组分的提浓, 称为提馏 段。操作时, 连续地从 再沸器取出部分液体 作为塔底产品( 见釜残 液) , 部分液体气化, 产 生上升蒸气, 依次通过 各层塔板。塔顶蒸气 进入冷凝器中后被全 部冷凝, 并将部分冷凝 液送回塔顶作为回流 液, 其余部分经冷却器 后被送出作为塔顶产 品(馏出液) 。
传质分离过程
Mass transfer and separation process
Dr.潘传艺
Mass transfer and separation process
化工生产过程中的原料、中间产物、粗产品几乎都是多组分混合物, 这些物 料都需要通过一定的处理过程进行分离和纯化。 (1 ) 分离过程的种类 均相homogeneous phase物系的分离, 必须使某种组分形成新相或迁移到 另一相。根据涉及的相态主要可分为气-液相的如吸收和蒸馏, 液-液相的如萃 取, 气-固相的如吸附, 固-液相的如结晶等等。蒸馏过程又可分为简单蒸馏和 精馏等。非均相物系的分离主要包括沉降、过滤和固体的干燥等单元操作。 随着生产的发展, 对分离技术的要求越来越高, 出现了一些新型特殊分离方法, 如膜分离membrane separation technique 、超临界萃取supercritical extraction technique等, 分离技术的开发和应用有了长足的发展。,. (2 ) 传质分离过程 物质以扩散的方式迁移叫做物质传递过程或称传质过程。所有均相物系分离 过程和一些非均相物系分离(如干燥) 都涉及到相间传质, 因此又称为传质分 离过程。除此之外, 反应器中的混合和非均相反应过程中都存在传质问题, 因 此传质过程也是化学反应工程学的基础。
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。
传质分离名词解释
传质分离名词解释
传质分离是一种用于分离混合物组分的过程，其基本原理是通过不同组分的传质速率差异来实现分离。
传质分离的过程可以分为以下几个步骤：
1.吸附：将混合物溶液加入到传质分离器内，混合物中的某些组分会被吸附到固定相表面上。
2.传质：将移动相（溶剂）通过固定相，移动相中的组分因为与固定相的亲和性不同而有不同的传质速率。
3.脱附：移动相带走了部分组分，离开固定相后，这些组分会逐渐被分离出来。
如果需要分离多个组分，则需要进行多次传质过程，每次使用不同的移动相。
常见的传质分离方法包括：
1.气相色谱（Gas Chromatography，GC）：适用于分离挥发性有机化合物，利用化合物在固定相表面的亲和力不同来实现分离。
2.液相色谱（Liquid Chromatography，LC）：适用于分离不挥发性有机化合物和生物大分子等，通过液相将混合物分离成不同的组分。
3.电泳（Electrophoresis）：适用于分离大分子，如DNA、RNA和蛋白质等。
该方法利用大分子在电场中的运动速度差异实现分离。
传质分离方法的选择取决于需要分离的混合物的性质和要求。
传质分离在化学、生物学、制药等领域有广泛的应用。
第5章吸收-传质与分离过程的基本概念及吸收系数
少倍？
kYa V0.8
气体流量增加20%
8
z HOG NOG
V
HOG KY a
解： (1)回收率变为多少？
NOG
1 1 S
ln1
S Y1
Y2
Y2 Y2
S
原工况下： S m 1.18 0.56 L V 2.1
NOG
1 1 S
ln1
S 1
1
S
1
1 0.56
ln1
0.56
1
1 0.95
11
解：∵
Y1
y1 1 y1
0.05 1 0.05
0.0527
Y2
y2 1 y2
0.0263 1 0.0263
0.00264
X1
61.2 / 58 (1000 61.2)
/ 18
0.02023
X2 0
Y1* 2X1 2 0.02023 0.04046 Y2* 0
∴ ΔY1 Y1 Y1* 0.0527 0.04046 0.01224
解①水的用量：
100/ 32 y1 (11000) / 22.4 0.07
0.07 Y1 1 0.07 0.0753
Y2 Y1(1 ) 0.0753 (1 0.98) 0.00151 X 2 0
5
习题课
X1
0.67
X
* 1
0.67
0.0753 1.15
0.0439
1000
1000
学习目的 与要求
通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过 程的平衡关系与速率关系；掌握低浓度气体吸收的计 算方法；了解传质与分离过程的基本概念及吸收系数 的获取途径、解吸过程的概念。
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。
传质分离过程名词解释
传质分离过程名词解释
传质分离是指通过在物质间传质的过程来实现分离的一种方法。
传质分离过程中，通常使用一种称为传质剂的物质来提高物质间的传质速率。
这些传质剂可以是液体或者气体，常见的传质剂包括溶剂、吸附剂、萃取剂、膜等。
传质分离过程包括以下几个重要的名词解释：
1. 传质速率：指物质在分离过程中由一处传到另一处的速度。
传质速率受到多种因素的影响，包括传质剂的性质、物质的性质以及温度等。
2. 溶剂萃取：是一种通过在溶剂中将物质溶解来实现分离的方法。
在溶剂萃取过程中，理论上可以通过适当选择溶剂来实现目标物质的选择性分离。
3. 吸附剂：是指用于吸附物质的固体或液体材料，通常以颗粒状或多孔状存在。
物质会与吸附剂之间通过吸附作用产生作用，从而实现物质的分离。
4. 萃取剂：是指用于将物质从一个相转移至另一个相的化学物质。
常见的萃取剂包括有机溶剂、离子液体等。
通过选择性地与目标物质反应或溶解，可以实现目标物质的提取和分离。
5. 膜分离：是一种利用特殊的薄膜将混合物分离成两个或多个组分的方法。
膜可以是多孔膜、纳滤膜、渗透膜等，根据不同物质的渗透性差异，可以实现物质的选择性分离。
这些名词解释涉及了传质分离过程中的一些基本概念和方法，用于描述不同的传质分离方法和过程。
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。
第三章传质分离过程
N A,G
= kG A( pA −
pi ) =
pA − pi 1 kG A
L( A)
N
A,L
=
kL A(ci
−
cA
)
=
ci 1
− cA kLA
L(B)
传质速
率
=
传质推动力 传质阻力
3
2.物质通过双膜的传递过程为稳态过程， 没有积累，即
N A,G = N A, L
N A = kG A( pA − pi ) = kL A(ci − cA )
N A = kG A( p A1 − p A2 )
NA
=
kL A(cA1
−
cA2 ) =
c A1 1
−
cA2
kLA
NA
= kG A( pA1 −
pA2 ) =
pA1 − 1
pA2
kG A
（cA1- cA2）、（pA1- pA2）称为传质推动力
1/kLA、1/kG A 称为传质阻力
传质速
率
=
传质推动力 传质阻力
x, y
苯 — 甲苯物系的 t-x-y 相图(1 atm)
t /oc
t /oc
相图组成：两条曲线：
下方：t-x 线，液相曲线，泡点线 上方：t-y 线，气相曲线，露点线 两线交汇于左右 t 轴上两点：
左点：纯组分B（难挥发组分）的沸点。
x = 0, y = 0
右点：纯组分A（易挥发组分）的沸点。
N ′A
=
NA A
=
−
D dcA dn
传质速度(质量通量):单位时间单位面积传质量
从
N
A
=
名词解释传质分离过程
名词解释传质分离过程
传质分离过程是一种通过物质传递来分离混合物的技术。
在传质分离过程中，混合物中的不同组分会通过直接接触或化学反应的方式被传递到另一侧，从而实现混合物的分离。
传质分离过程可以应用于多种领域，例如化学、生物、石油和化工等。
在化学和生物领域中，传质分离过程通常用于分离样品中的不同分子或细胞。
在石油和化工领域中，传质分离过程则被用于分离液态混合物，例如石油馏分和化工原料。
传质分离过程的主要优点是高效、快速和分离度高。
与其他分离技术相比，传质分离过程不需要使用化学剂或加热/冷却等措施，因此具有更高的分离效率。
此外，传质分离过程还可以在常温和常压下进行，因此不需要大量的能量和设备成本。
不过，传质分离过程也存在一些缺点，例如需要较长的处理时间、对设备材料有较高的要求、容易受到外界环境的影响等。
因此，在选择传质分离过程时，需要根据具体情况综合考虑。
07传质与分离过程概论13-14-2
增湿(减湿)
② 汽液传质过程 汽液传质过程是指物质在 汽、液两相间的转移，该汽相 是由液相经过汽化而得，它主 要包括蒸馏（或精馏）单元操 作过程。
蒸馏（ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ馏）
③ 液液传质过程 液液传质过程是指物质 在两个不互溶的液相间的转 移，它主要包括液体的萃取 等单元操作过程 。
萃取
④ 液固传质过程 液固传质过程是指物质在液、固两相间的转移，它主要包 括结晶（或溶解）、液体吸附（或脱附）、浸取等单元操作 过程。
蒸馏操作
气相
NA 相界面－－－－－－－－－－－ NB 液相 易挥发组分
难挥发组分
等分子反向扩散：如图 所示，当通过连通管内 任一截面处两个组分的 扩散速率大小相等时， 此扩散称为等分子反向 扩散。
传质速率(传质通量) 在任一固定的空间位置上，单位时间内通过单位面积 传递的物质的量，记作 NA，kmol/(m2·s) 在等分子反向扩散中，组分A的传质速率等于其扩散速 率，即： dc A NA = J A = −D dz
产品的质量要求 经济程度
7.1.2 相组成的表示方法 1、质量浓度与物质的量浓度 质量浓度
质量浓度定义式
ρA
mA = V
kg /m3 密度
混合物的总质量浓度
ρ M = ∑ ρi
i =1
N
物质的量浓度
物质的量浓度定义式
nA cA = V
kmol /m3
混合物的总物质的量浓度
cM = ∑ c i i =1
Y2 = y2 0.02 = ≈ 0.02 1-y 2 1 − 0.02
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)
传质分离过程原理
比如：当离子交换达到平衡时，两种反荷离子（counter ion，与交换 剂表面电荷符号相反的交换性离子） 在离子交换剂中的浓度比与在溶 液中的浓度比的比值称为选择性系数，式中，y，x分别为反荷离子在 离子交换剂和溶液中的平衡浓度分率，下标A，B分别表示反荷离子A和 反荷离子B。选择性系数是离子交换剂的重要特性参数之一，它反映对 一子种B优离先子交亲换和。力的大小，当αBA>1时，离子A优先交换，当αBA<1时，离
D A D
DAB2 A
rA
式中，rA——A组分的生成速率。
若混合物的总密度恒定，用物质的量浓度作单位，在无化学反 应的情况下，得到著名Fick第二定律，它是计算分子扩散的基 本方程：
cA
DAB
2cA x2
2cA y 2
2cA z 2
DAB2cA
27
Fick定律含义
表示扩散方向与浓度梯度方向相反
8
借助于流体在填充柱内的流向同某个明 显影响平衡关系的热力学参数（温度、 压力或酸度等）同步地作周期变化，实 现气体或液体混合物组分间的分离，是 一种属于传质分离过程的新分离技术。 参数泵分离能在小设备内连续操作，使 溶质在填充柱两端的浓度比达到很高的 数值。此分离技术目前尚处于实验室试 验阶段。
J A,
DAB
dC A dz
A 在 B 中的扩散系数 m2/s
扩散通量，kmol/m2s
相界面 气相
液相 传质方向
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。
分离技术与传质过程
分离技术与传质过程在化学工程领域，分离技术和传质过程是两个核心概念。
分离技术是指将复杂混合物中的组分分离出来的工艺过程，而传质过程则是指物质在不同相之间的传输现象。
这两个概念的密切联系，决定了化学工程的发展方向和应用范围。
在传质过程中，分子扩散和质量传递是两个基本概念。
分子扩散是指物质在同种相中从高浓度区域向低浓度区域传输的现象，而质量传递是指物质在不同相中由高浓度向低浓度传输的现象。
这两个过程都是重要的传质现象，在化工生产中有广泛的应用。
分离技术一般是指将混合物中的成分分离出来，以达到纯化产品、回收价值元素或去除有害物质的目的。
分离技术主要包括物理分离和化学分离两种方法。
物理分离方法包括蒸馏、萃取、吸附、膜分离等，而化学分离方法主要是指离子交换、铁矾吸附、化学凝聚等。
在化学工程的实践中，分离技术和传质过程密不可分。
许多分离技术的实现都需要传质过程的支持。
例如，蒸馏是利用液体和气体之间的相互传质现象而实现的。
萃取法是利用不同物质在溶剂中的溶解度差异而实现的。
吸附技术是利用吸附剂与被吸附物质之间的物理吸附作用而实现的。
而利用膜分离技术分离物质，也是利用物质在膜中的传质现象实现的。
另一方面，传质过程的研究和发展也推动了分离技术的进步。
例如，膜分离技术的发展和广泛应用，大大促进了分离技术的提高和创新。
膜分离技术是利用膜的半透性质将混合物中的物质分离出来，这种技术具有分离效果好、操作简便、能耗低等优点。
目前，膜分离技术在饮用水净化、废水处理、食品饮料加工等领域中得到了广泛的应用。
总之，分离技术和传质过程是化学工程中两个重要的概念，相辅相成的关系决定了化工生产的成败。
在化学工程实践中，我们需要充分发挥两个概念的优点，相互融合，进行创新。
同时，我们也需要加强研究和推广分离技术和传质过程的发展，为化学工程的可持续发展做出新的贡献。
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z
丙酮
解
NA
Dp ln RTz
pB2 pB1
单位面积液面汽化的速率用液面高度变化的速率：
dnA dmA A dVA A A dz A dz Ad M A Ad AM A d AM A d M A d
A dz Dp ln pB2 M A d RTz pB1
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
N
wi
i 1
/
M
i
由摩尔分数 求质量分数
wA
xAM A
N
i 1
xi
M
i
三、质量比与摩尔比
1.质量比
XA
mA m mA
质量比与质量分数的关系
XA
wA 1 wA
wA
XA 1 XA
2.摩尔比
XA
nA n nA
1
1
1
)2
D
MA MB
1
p(vA 3
vB
1 3
)2
2、液体中的扩散系数 液体中溶质的扩散系数与物质种类、温度、粘度
及浓度有关。对于很稀的非电解溶液，物质在液体中 的扩散系数
D 'AB
7.4 1015 (M B )1/2
T
V 0.6 B bA
m2 /s
【例】有一直立的玻璃管，底端封死，内充丙酮，液 面距上端管口11mm，上端有一股空气通过，5小时后， 管内液面降到距管口20.5mm，管内液体温度保持 293K，大气压为100kPa，此条件下，丙酮的饱和蒸 气压为24kPa。求丙酮在空气中的扩散系数。
场分离
电泳 热扩散 高梯度磁场分离
钕铁硼永磁场 磁化精馏实验装置
3. 分离方法的选择
分离方法选择的原则
被分离物系的相态 被分离物系的特性 产品的质量要求 经济程度
7.1.2 相组成的表示方法
一、质量浓度与物质的量浓度
1.质量浓度 密度
A
mA
V
kg /m3
混合物的总质量浓度
（2）传质通量
传质通量NA：在任一固定的空间位置上，单位时间 通过单位面积的A物质量。
NA
J
A
D
dc A dz
D dpA RT dz
z1 0, pA pA1
z2 z, pA pA2
NA
z
dz
0
D RT
dp PA2
p A1
A
NAz
D RT
( pA2
பைடு நூலகம்
p A1 )
液相
YA
n
nA nA
气相
摩尔比与摩尔分数的关系
X xA A 1 xA
xA
XA 1 XA
7.2 质量传递的方式与描述 7.2.1 分子扩散与菲克定律
一、分子扩散与菲克定律
1、分子扩散：一相内部有浓度差异的条件下，由于 分子的无规则热运动而造成的物质传递现象
A
B
2、菲克定律 （1）扩散通量：单位面积上单位时间内扩散传递的 物质量 ，单位：kmol/(m2.s) （2）菲克定律(Fick’s law)
分子扩散系数是物质的传递性质，其数值可从三种 途径获得。在用经验关联式估其物性数值时，明确 关联式的适用范围，了解物性的影响因素及校正关 系是重要的。
对流传质包括分子扩散和涡流扩散。由于流体的流 动，尤其是涡流的混合作用，大大强化了传质过程。
引入有效膜模型后，虽然使对流传质过程的数学描 述得以简化，但由于有效膜厚度及界面浓度难以测 定，工程计算问题并未得到解决。
1、双膜理论two-film theory(惠特曼Whitman，1923) （1）相互接触的气液两相间有一个稳定的界面，界 面上没有传质阻力，气液两相处于平衡状态。 （2）界面两侧分别存在着两层很薄的停滞膜：气膜 和液膜，气液两相间的传质为通过两停滞膜内的分 子扩散过程。 （3）膜外的气液相主体中，流体强烈湍动，溶质的 浓度很均匀，传质的阻力可以忽略不计，传质阻力 集中在两层膜内。
NA
D zRT
( pA1
pA2 )
cA
pA RT
2、一组分通过另一停滞组分的扩散
（1）一组分通过另一停滞组分的扩散 总体流动：气相主体中组分A 扩散到界面，通过界面进入液 相，界面左侧附近p ↓ ，主体 与界面产生压差，促使A、B混 合气体由气相主体向界面处流 动，此流动称为总体流动。由 于组分B不能通过相界面，当B 随总体流动运动到界面后，又 以分子扩散返回气相主体，其 传质通量为0。
7.2.3 相际间的传质
一、相际间的对流传质
(1) 溶质由气相主体扩散至两相界面气相侧(气相内传质)； (2) 溶质在界面上溶解(通过界面的传质)； (3) 溶质由相界面液相侧扩散至液相主体(液相内传质)。
相界面 气相主体 液相主体
溶解
气相扩散 液相扩散
二、相际对流传质三大模型
双膜模型 溶质渗透模型 表面更新模型
离1时，便可采用平衡分离过程使均相混合物得以
分离，越大越容易分离。
四、速率分离过程
1、膜分离
在选择性透过膜中，利用各组分扩散速度的差异， 而实现混合物分离的单元操作过程
膜分离
超滤 反渗透 渗析 电渗析
2、场分离
在外场（电场、磁场等）作用下，利用各组分扩散 速度的差异，而实现混合物分离的单元操作过程
δb
部集中在一层虚拟的
膜层内，膜层内的传
质形式仅为分子扩散 。
湍流主体：涡流 扩散，浓度分布 为一平坦曲线
缓冲层：分子扩散 +涡流扩散，浓度 分布为一渐缓曲线
主体平均cAb 湍流中心cAf
流体与管壁间的浓度分布
2.对流传质速率方程 描述对流传质的基本方程
N
A
k
L
(c
Ai
c )
Ab
kmol/(m2·s )
结晶（溶解） 吸附（脱附）
浸取
4、气固传质过程 指物质在气、固两相间的转移 主要包括气体吸附（或脱附）、固体干燥等单元 操作过程
吸附（脱附）
干燥
平衡常数（分配系数）
Ki yi / xi
分离因子
xi、yi分别表示组
分在两相中的组成
ij Ki / K j
通常将K值大的当作分子，故一般大于1。当偏
氨水
三、平衡分离过程 1、气液传质过程 物质在气、液两相间的转移，主要包括气体的吸收 （或脱吸）、气体的增湿（或减湿）、蒸馏（或精 馏）等单元操作过程。
吸收（脱吸） 增湿（减湿） 蒸馏（精馏）
2、液液传质过程
指物质在两个不互溶的 液相间的转移，主要包 括液体的萃取等单元操 作过程 。
萃取
3、液固传质过程 指物质在液、固两相间的转移 主要包括结晶（或溶解）、液体吸附（或脱附）、 浸取等单元操作过程
液－固分离：过滤 均相物系分离
不能通过简单的机械方法分离，需通过 某种物理（或化学）过程实现分离。
均相物系的分离方法
某种过程
均相物系
两相物系
实现均相物系的分离
根据不同组 分在各相中 物性的差异， 使某组分从 一相向另一 相转移：相 际传质过程
相际传质过程
均相物系分离
例：空气和氨分离 空气 水
吸 收 塔 空气＋氨
RT
z2
z
2 0
M A p ln pB2 2
pB1
790 58
8.314 293 100 ln 100
0.02052 0.0112 2 18000
1105 m2/s
76
7.2.2 对流传质
一、涡流扩散
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，这种现象称为涡流 扩散
一些常用物质的扩散系数 – P313附录一
扩散系数的来源 – 实验测定 – 物理化学手册，化学工程手册等查阅 – 经验或半经验公式估算
1、气体中的扩散系数 气体A在气体B中（或B在A中）的扩散系数，可
按马克斯韦尔—吉利兰（Maxwell-Gilliland）公式进 行估算
3
4.36 105T 2 (
过程分析 •稳态等分子反向扩散
JA JB
•总体流动
设总体流动通量为N，则其中
A、B的传质通量分别为：
N cA
N cB
c
c
（2）传质通量
组分B不能通过气液界面，故NB=0
N NA NB NA
组分A因分子扩散和总体流动所产生的传质通量NA为：
NA
JA
N cA c
DAB
dcA dz
NA
cA c
NA
Dc c cA
dcA dz
z=0，cA=cA1 z=z，cA=cA2
NA
Dc z
ln
c cA2 c cA1
NA
Dp zRT
ln
p p
pA2 pA1
pA1 pB1 pA2 pB2 pA1 pA2 pB2 pB1
NA
Dp zRT
涡流扩散的速率远远大于分子扩散
总扩散通量：
J
(D
DE )
dc A dz
注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性
常数，其值与流体流动状态及所处的位置有关。 处理方法：与对流传热过程类似