《化工传质与分离过程》第一章传质过程基础
传质分离过程_绪论
●采用生产装置的闭路循环技术；
●处理生产中的副产物和废物，使之减少和消除 对环境的危害； ●研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的 “三废”治理技术。
闭路循环系统： 将过程所产生的废物最大限度地回收和循环 使用。
原 料 产品 1 废 物 1 废 物 1
2
2
2
排除
1—单元过程；2—处理
实现分离与再循环系统使废物最小化的方 法： ●废物直接再循环
超滤（UF）：
目的：溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大 分子分级。
进料
胶体大分子
溶剂、水
推动力：压力差（100～1000kPa）
传递机理：筛分
反渗透（RO）：
目的：溶剂脱溶质，含小分子溶质溶液浓缩。
进料
溶质、盐 溶剂、水
推动力：压力差（1000～10000kPa） 传递机理：扩散模型
渗析（D）：
先修课程：
物理化学、化工热力学、化工原理
同时进行的课程：
化工工艺学、化工过程分析与模拟
教材：
刘家祺 主编.传质分离过程.高等教育出版社,2005.
参考书：
邓修，吴俊生.化工分离工程. 科学出版社，2000.
陈洪纺 刘家祺.化工分离过程。化学工业出版社, 1995.
刘家祺 主编. 分离过程。化学工业出版社, 2002.
第7章 分离过程的节能优化与集成
第1章 绪论
1.1 概述 1.2 分离因子 1.3 分离过程的集成化 1.4 过程开发及方法 1.5 分离方法的选择
第1章 绪论
基本要求： 1)了解分离操作在化工生产中的重要性; 2)熟悉分离过程的分类; 3)掌握分离因子的概念及意义; 4)了解分离方法的选择;
《化工传质与分离过程》第一章传质过程基础
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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。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• kG 对流传质系数：
kG
Dp RTzG pBM
• kL 对流传质系数：
kL
Dcav zLcBM
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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
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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。
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部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
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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。
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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。
贾绍义《化工传质与分离过程》(第2版)章节题库-第1章 传质过程基础【圣才出品】
第1章 传质过程基础一、选择题1．在对流传热系数关联式中，反映流体物理性质对对流传热影响的准数是（）。
A．努塞尔特准数N uB．普朗特准数P rC．雷诺准数R eD．格拉斯霍夫准数G r【答案】B2．在定态二元体系的传质过程中，引起某组分发生分子扩散的原因是（）。
A．温度梯度B．压力梯度C．速度梯度D．浓度梯度【答案】D3．描述分子扩散的实验定律是（）。
A．亨利定律B．菲克定律C．拉乌尔定律D．傅里叶定律【答案】B4．下述说法中正确的是（）。
A．气相中的扩散系数大于液相中的扩散系数，故物质在气相中的扩散通量大于在液相中的扩散通量B．气相中的扩散系数小于液相中的扩散系数，故物质在气相中的扩散通量小于在液相中的扩散通量C．气相中的扩散系数与液相中的扩散系数在数量级上接近，故气液两相中可达到相同的扩散通量D．气相中的扩散系数大于液相中的扩散系数，但在一定条件下，气液两相中仍可达到相同的扩散通量【答案】D【解析】物质在气相中的扩散系数较在液相中的扩散系数大约105倍。
但是，液体的密度往往比气体大得多，因而液相中的物质浓度以及浓度梯度便可远远高于气相中的物质浓度及浓度梯度，所以在一定条件下，气液两相中仍可达到相同的扩散通量，选D。
5．双组分气体（A、B）进行稳定分子扩散，J A及N A分别表示在传质方向上某截面处溶质A的分子扩散速率与传质速率，当系统的漂流因数大于1时，|J A|（）|J B|；|N A|（）|N B|。
A．大于B．小于C．等于D．不确定【答案】C；A【解析】因为是双组分气体，所以系统中A和B的浓度梯度大小相等方向相反。
由菲克定律可知A和B的分子扩散速率也将大小相等方向相反。
然而因漂流因数大于1，说明产生了主体流动，结果增大了A的传递速率。
这里按习惯B为惰性组分。
6．下列各项中属于物性参数的是（）。
A．气膜吸收系数k yB．分子扩散系数DC．结晶分离涡流扩散系数D ED．脱吸因数S【答案】B二、填空题1．漂流因子的数值等于1，表示______，已知分子扩散时，通过某一考察面PQ有四股物流：N A、J A、N B和N m。
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
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
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。
化工传质与分离 第一章(03)传质过程基础
湍流 流体
层流
内层
cAs
缓冲 层
cA f (r)
湍流
中心
cAf
流体与管壁间的浓度分布
一、对流传质的类型与机理
在与壁 面垂直 的方向 上分为 三层
层流 内层
缓冲 层
湍流 主体
传质机理 分子传质
浓度分布 为一陡峭直线
传质机理
分子传质 涡流传质
浓度分布 为一渐缓曲线
传质机理 涡流传质为主
浓度分布 为一平坦曲线
一、停滞膜模型(双膜模型)
(2)组分A通过停滞组分B扩散 组分A通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为
DP
NA
AB
RTz G pBM
( p Ab p Ai )
NA
D
AB
zL
Cav c
BM
(c Ai
cAb )
一、滞膜模型(双膜模型)
设对流传质速率方程分别为
N A kG ( p Ab p Ai )
2.对流传质系数的确定 (1)等分子反方向扩散 组分A通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为
D
NA
AB
zL
(c Ai
c Ab )
一、停滞膜模型(双膜模型)
设对流传质速率方程分别为
N A kG ( p Ab p Ai )
N
A
k
L
(c
Ai
c
Ab
)
比较得
k
G
D
AB
RTz G
k
L
D
AB
zL
气膜对流 传质系数 液膜对流 传质系数
(
A
B
)
组分A、B
的碰撞直径
kT
第1章2节 化工传质与分离过程
p*=c/H
y*=mx
Y=
Y*＝
mX 1+(1-m)X
EM S
m=E/P
液相中溶质A的摩尔数 液相中溶剂S的摩尔数
气相中溶质A的摩尔数 气相中惰性组分B的摩尔数
第二章 吸收>>2.2传质机理与吸收速率
吸收过程
气相主体-相界面（单向传质） 界面溶解 界面--液相主体 单相内的传质是基础
单相内的传质机理
NA D ( p A1 p A 2 ) RTz
则传质速率为：
NA
D ( p A1 p A 2 ) RTz
NA
D P （pA1 -pA2） RTz pBm
总体流动使A传递速率增加
适合描述理想的精馏过程，传递速率等于扩散通量
NA
D P （pA1 -pA2） RTz pBm
适合描述理想的吸收或解吸过程，B不进入液相，S不进入气相
化工传质与分离过程
第二章 吸收>>回顾：概述及气-液相平衡
吸收剂S
吸收基本概念：
溶质A 载体或惰性气体B 混合气体 （A+B) 吸 收 塔
吸收尾气 （B＋少量A）
吸收液 （A＋S）
吸收基本原理：
物理吸收： 各组分溶解度差异 溶质气相分压（浓度）小于平衡值，解吸 溶质气相分压（浓度）大于平衡值，吸收
第二章 吸收>> 2.2.2气态中的定态分子扩散
>>一组分通过另一停滞组分的扩散（2）
由于气相中B在传质方向上的静通量NB＝0 即：NB＝JB+ N(cB/c)＝0 -JB＝ N(cB/c)
dc J B＝ D B dz
N
dc c D B cB dz
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溶质渗透模型
• 平均传质系数：
kcm 2
D
C
积分得平均传质系数：
kcm DS
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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。
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两组分扩散系统中，组分A在组分B中的扩散系数等于组分B在AB组分A中B的A 扩 散组系分数的。 实际传质通量=分N子A 扩 散D通ddcc量ZA +主xA体(N流A 动N通B )量 • （2）两个系数的影响因素 • 分子扩散系数D是物质的物理性质，它仅与温度、压力以及组成等因素
有关；而涡流扩散系制对流传质包括强制层流传质和强制湍流传质两类 。 按照流体的作用方式又可以分为两类，即流体与固体壁之间的 传质，两流体通过界面进行传质。
浓度边界层：将壁面附近具有较大浓度梯度的区域称为浓度边 界层或传质边界层。
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，
第一章传质过程基础
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传质微分方程
• • •
（1）质量浓度
A
mA V
（2）物质的量浓度
（3）质量分数
A
mA m
cA
nA V
• （4）质量分数
xA
nA n
• （5）质量比
X
A
mA m mA
• （6）摩尔比
X
A
n
nA nA
2
传质的速度与通量
• 单位时间传递物质的质量 • 传质通量：单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质量成
为传质通量 • 混合物的总质量通量： • （1）质量平均速度
n nA nB AuA BuB u • （2）摩尔平均速度
N N A NB cAuA cBuB cum
3
质量传递的基本方式
• （1）分子传质 • 分子扩散现象 ：由于分子的无规则运动而形成的物质传递现象
D D • 对于两组分扩散系统，净的扩散通量为0
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分子传质（扩散）
• （1）等分子反方向扩散
NA
D RTz
(
p A1
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。
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对流传质
根据流体的流动发生原因不同，可分为强制对流传质和自然 对流传质两类。
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。
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• kG 对流传质系数：
kG
Dp RTz G pBM
• kL 对流传质系数：
kL
Dcav zLcBM