07传质与分离过程概论13-14-2

DcM cM − cA2 DcM cB2 = NA = ln ln ∆z cM − cA1 ∆z cB1
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
p2 = Py2 = 101.3 × 0.02 = 2.026kPa
n p 2.026 c = = = = 8.018 × 10 kmol/m V RT 8.314 × 298
2 2 −4 2 3
[思考题]
相组成有哪些表示方法，引出质量比和摩尔比有何 意义?
结晶(溶解)
吸附(脱附)
浸取
⑤ 气固传质过程
气固传质过程是指物质 在气、固两相间的转移，它 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
2).速率分离过程 ①膜分离 膜分离是指在选择 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。 超 膜分离 渗 滤 场分离 析 反渗透 点渗析 ② 场分离 场分 离是指在 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。 电 泳
N
质量浓度与物质的量浓度的关系
cM =
ρM
M
M = Σx i M i
cA =
平均分子量， kg/kmol
ρA
MA
2、质量分数与摩尔分数

质量分数(分数)
质量分数(分数)：质量分数是指在混合物中某组分的质量占混 合物总质量的分数。对于混合物中的A组分有
mA wA = m
式中 wA -----组分A的质量分数,kg/kg； mA-----混合物中组分A的质量，kg； m -----混合物总质量，kg。 混合物的总质量分数
D ⇒ NA = ( pA1 − pA2 ) RT∆z
稳态扩散，NA为常数，
dcA dcA NA = J A = −D 为常数 ⇒ 也为常数 dz dz
所以，在等分子反向扩散过程中，组分的浓度与扩散距离 ∆z 成直线关系
2)、一组分通过另一停滞组分的扩散
设由 A 、 B 两组分组成的二元混合物中，组分 A 为扩散 组分，组分B为不扩散组分（称为停滞组分），组分A通过 停滞组分B进行扩散。 液相
热扩散 高梯度磁场分离
膜分离和场分离具有节约能耗，不破坏物料，不污染产 品和环境等突出优点，在稀溶液、生化产品及其他热敏性物 料分离方面有着广阔的应用前景。
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
热敏性、流动性、可燃性、挥发性以及毒性等，譬如热敏性物料 (受热易分解聚合或氧化等)物系的分离，不宜采用蒸馏方法分离
混合物的总摩尔分数
yA + yB + ⋅ ⋅ ⋅ yN = 1
xA + xB + ⋅ ⋅ ⋅x N = 1
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
i =1
∑ wi / M i
N
由摩尔分数求质量分数
wA = xA M A
i =1 N
∑ xi M i
式中 MA、MB 、Mi ------分别为组分A、B等的分子量,kg/kmol
3、质量比与摩尔比
质量比：指混合物中某组分A的质量与B(不参加传质的组 分, 惰性组分)的质量之比，其定义式为
mA X = mB
A
质量比与质量分数的关系
wA X XA = ⇔ wA = 1 - wA 1+ X
A
A
摩尔比：指混合物中某组分A的摩尔数与B(不参加传质的组 分,惰性组分)的摩尔数之比，其定义式为 液相：
cA N= J A + N总 A cM
同理
cB N= J B + N总 B cM
组分B不能通过气液界面，故 NB= 0
cB NB = J B + N总 = 0⇒ cM
cB J B = − N总 cM
J A = −J B
代入 N= J A + N总 A cA cM
cB J A = N总 cM
cB cA cA + cB N A = N总 + N总 = N总 = N总 cM cM cM
第7章 传质与分离过程概论
本节教学要求
1、重点掌握的内容：单向传质过程及单向传质速率方程、 双膜理论、吸收过程的控制步骤(气膜控制、液膜控制)； 2、熟悉的内容：单向扩散、分子扩散、扩散通量、等分子 反向扩散、漂流因子、分子扩散系数、对流传质、涡流扩 散、有效膜概念及菲克定律、吸收过程总传质速率方程、 总传质系数及其相互间的关系； 3、了解的内容：分子扩散系数影响因素及估算； 4、难点：总体流动对传质的影响及单相传质速率、吸收过程 的控制。
J A = − DAB
式中
dc A dz
J B = − DBA
d cB dz
JA-----为组分A在扩散方向 z 上的扩散通量，kmol/(m2·s)
dc A -----为组分A在扩散方向 z 上的浓度梯度，kmol/m4； dz
DAB-----为组分A在组分B中的扩散系数，m2/s 式中负号表示？
扩散通量 扩散进行的快慢用扩散通量来衡量，定义为：单位面积 上单位时间内扩散传递的物质的量，称为扩散通量（扩散速 率），以符号 J 表示，单位为 kmol/(m2·s)。
2)、菲克定律
描述分子扩散过程的基本定律------费克第一定律。
2)、菲克(Fick)定律
由两组分A和B组成的混合物，在恒定温度、总压的条件下， 若组分A只沿 z 方向扩散，则任一点处组分A的扩散通量与该处组 分A的浓度梯度成正比，此定律称为菲克定律，数学表达式为
7.2 质量传递的方式与描述
7.2.1 分子传质(扩散) 1、分子扩散现象与费克定律
1). 分子扩散现象 混合物中，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。习惯上简称扩散。 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 播放视频：分子扩散现象
吸收操作
NA 相界面－－－－－－－－－－－－－ NB＝0 气相 溶质 惰性组分B
总体流动
组分A扩散到界面 通过界面进入液相 组分B由界面向气相主体反向扩散 相界面不能提供组分B，在界面 左侧附近总压降低 气相主体与界面产生一微小压差 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。
均相物系的分离方法
均相物系
某种过程
两相物系
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 实现均相物系的分离 相际传质过程 均相物系分离
示例：空气和氨分离 空气
水
吸 收 塔 空气＋氨 氨水
3、传质分离方法
1).平衡分离过程 ① 气液传质过程 气液传质过程是指物质 在气、液两相间的转移，它 主要包括气体的吸收（或脱 吸）、气体的增湿（或减湿） 等单元操作过程。 吸收(脱吸)
混合物的总浓度在各处是相等的，即 cM=cA+cB＝常数 所以任一时刻，任一处，
dcA dcB =− dz dz
而且， J A =－ J B 将上述两式代入菲克定律式，得到；
DAB = DBA = D
2、气体中的稳态(或定态) 分子扩散 1)、等分子反方向扩散
设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向 扩散，若二者扩散的通量相等，则称为等分子反方向扩散。
nA XA = nB
nA 气相： YA = nB
摩尔比与摩尔分数的关系
x X X= ⇔x= 1-x 1+ X
y Y Y= ⇔ y= 1-y 1+ Y
质量浓度与质量分数的关系
ρ A = wA ρ
式中 ρ ------混合气体或者液体的密度，kg/m3 摩尔浓度与摩尔分数的关系
cA = xA cM
式中 cM -----液体混合物的总摩尔浓度，kmol/m3；
即 N A = N总
N A = N总
cA N A = J A + N总 cM
dcA cA NA = −D + NA dz cM
cA N= J A + NA A cM
J A = − DAB
NA = −
dc A dz
DcM dcA cM − cA dz
在 z=z1，cA=cA1；z=z2，cA=cA2的边界条件下，对 上式进行积分得：
i =1
∑ wi = 1
N
2) 摩尔分数(分数)： 指在混合物中某组分的摩尔数nA占混合物总摩尔数 n的分 数。对于混合物中的A组分有
nA (g ) 气相： yA = n (g )
液相：
nA (l) xA = n ( l)
式中 yA 、xA-----分别为组分A在气相和液相中的摩尔分数； nA-----组分A在液相或气相中的摩尔数; n -----液相或气相的总摩尔数。
4、理想气体混合物中气体的总压与组分的分压
总压与某组分的分压之间的关系
p A = Py A
摩尔比与分压之间的关系
pA YA = P − pA
摩尔浓度与分压之间的关系
nA p A c = = A V RT
注意: [cA ]=kmol/m3 ; [p A ]=kPa;T =273+ = t ; [T ]=K; R 8.3144 kJ / kmol⋅ K
z1
z2
组分A可溶于液相
组分B完全不溶于液相
溶剂S不挥发
相界面 JA cA N总 cM c N总 B cM JB
单向扩散示意图
→{
N
气相主体
}→
NA
液相主体
因总体流动而产生的传递速率分别为 A 组分 B 组分
N总，A cA = N总 cM
N总，B
cB = N总 cM
组分 A 因分子扩散和总体流动总和作用所产生的传 质速率为 NA，即：
7.1 概述
7.1.1 传质分离过程 1、分离过程在化工中的应用
反应过程 分离过程
目的产物 副产物
原料
反应产物
示例：三氯甲烷的制备。
2、相际传质过程与分离 非均相物系分离
可通过机械方法分离，易实现分离。 分离过程 例 气－固分离：沉降 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，难实现 分离。
边界条件：z = z1处，cA = cA1；z= z2 处，cA =cA2，积分上式,得
z cA2
∫
0
N A dz = ∫
cA1
− Ddc A
稳态扩散，NA为常数
D NA = J A = (cA1 − cA2 ) ∆z
如果A、B组成的混合物为理想气体，
n p pV = nRT ⇒ c = = V RT D (cA1 − cA2 ) 由 NA = JA = ∆z
[例] 在一常压、298K的吸收塔内，用水吸收混合气中的SO2。已知 混合气体中含SO2的体积分数为20%，其余组分可看作惰性气体， 出塔气体中含SO2体积分数为2%，试分别用摩尔分数、摩尔比和摩 尔浓度表示出塔气体中SO2的组成。 解：混合气可视为理想气体，以下标2表示出塔气体的状态。
y 2 = 0.02
课程：化工原理(下)
QQ: 1207185928
第7章 传质与分离过程概论
教学要求 7.1 概述
7.1.2 相组成的表示方法
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
7.3 传质设备简介
7.3.1 传质设备的分类与性能要求 7.3.2 典型的传质设备