化工导论课件 第8章 生物化工
第八章 传质过程导论(化工原理)
第八章 传质过程导论第一节 概述8-1 化工生产中的传质过程均相物系的分离（提纯，回收）1.吸收2.气体的减湿3.液－液萃取4.固－液萃取（浸沥，浸取）5.结晶6.吸附（脱附）7.干燥 8精馏 目的：湿分离或混合8-2 相组成的表示法1. 质量分率和摩尔分率mm a A A =mm a B B =mm a C C =……….......+++=C B A m m m mA,B 两组分 a a -1 nn x A A =nn x B B =nn x C C =…….......+++=C B A n n n n .......1+++=C B A x x x互换 A A AA A m m a m m x ==BB B m m a x =…….∑=++=iii B B A A m a m m m a m m a n ...... ()....,,C B A i =故 ∑==iii AA A A m a m a nn xi iiAA A m xm a a ∑=2.质量比和摩尔比质量比 B A m m a /=摩尔比 B A n n X =()a a a -=1 ()x x X -=1)X X x -=13．浓度质量浓度 V m C A A = 3/m kg摩尔浓度 V n C A A = 3/m k m o l均相混合物的密度ρ即为各组分质量浓度的总和（体积与混合物相等）∑=++=iB A CC C ........ρρA V m a V m C A A A ===C x V n x V n C A A A A ===混合气体 RTp V n C A A A ==RTp MVn M Vm C AAAA A A ===气体总摩尔浓度 RTp Vn C ==摩尔分率与分压分率相等 pp nn y A A A ==气体混合物摩尔比可用分压比表示 BB A A BB A A BA Mp M p Mn M n n n Y ===第二节 扩散原理8-3 基本概念和费克定律分子扩散： 扩散速率与浓度梯度成正比 费克定律： 对双组分物系下表达为： dzdl D J A ABA -=A J —分子A 的扩散通量 s m kmol ⋅2/ 方向与浓度样应相反 AB D —比例系数 组分A 在介质B 中的扩散系数 s m /2A c —组分A 浓度，3/m kmoldz dc A —组分A 的浓度梯度 4/m kmol RTp c A A =得 dzdp RTD J AAB A -=定义A J 通过得截面是“分子对称”得，即有一个A 分子通过某一截面，就有一个B 分子反方向通过这一截面，填补原A 分子得空部位，这种分子对称面为固定时，较为简便。
化工导论
1、化学工业的定义及分类。
（化学加工工业）广义：泛指生产过程中化学方法占主要地位的制造工业，即经过反应过程实现原料向产品的转换的生产部门。
狭义：冶金、石油产品、建筑材料、纸张、皮革、食用化学品等的生产均列为其部门。
按化学工业产品：无机化工、基本有机化工、高分子化工、精细化工。
按原料：石油化工、煤化工、生物化工、农林化工；按产品吨位：大吨位产品、精细化学品；按化学特性：无机化工、有机化工。
2、常用的化工原料。
（P2）矿物原料：金属矿、非金属矿、化石燃料矿生物原料：动物原料、植物原料其它原料：空气、水、化学加工产品、垃圾废料3、化学与化工的区别化学：新物质合成、新化学反应、物质结构及性质、新机理、规律及理论。
化工：理论的应用、实验室中的物质或化学反应放大为工业装置。
4、化学工程与工艺包括的二级学科：化学工程：研究以化学工业为代表的过程工业中有关的化学和物理过程的一般原理和共性规律，解决过程及装置的开发、设计、操作及优化的理论和方法。
研究内容与方向包括化工热力学、传递过程原理、分离工程、化学反应工程、过程系统工程。
化学工艺：研究化学品的合成机理、生产原理、产品开发、工艺实施过程及装置的设计与优化，所涉及的工业领域以石油、煤、天然气和其他矿物为原料，采用化学加工过程，生产石油及石油化工、煤化工、基本有机化工、无机化工、化工冶金和高分子化工产品的工业部门。
生物化工：生物学、化学、工程学等多学科组成的交叉学科，研究有生物体或生物活性物质参与过程的基本理论和工程技术。
以实验研究为基础、理论和工程并重，综合遗传工程、细胞工程、酶工程及工程技术理论，通过工程研究、工程设计操作的优化与控制，实现生物过程的目标产物。
应用化学：研究精细化学品、专用化学品、功能材料及器件等的制备原理和工艺技术，其研究内容包括化工产品制备、分离与精制、产品复配与商品化，以及精细化学品、专用化学品、功能材料与器件研制过程中的合成化学、物理化学、化工单元反应、生物技术的应用等。
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蒸馏分离举例
在容器中将苯和甲苯的混合溶液加热使之部分气化，由 于苯的挥发性能比甲苯强（即苯的沸点比甲苯低），气 化出来的蒸气中苯的浓度要比原来液体的高。从容器中 将蒸气抽出并使之冷凝，则可得到苯含量高的冷凝液。 显然，残留液中苯的含量要比原来溶液低，即甲苯的含 量要比原来溶液高。这样，溶液就得到初步的分离。
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第三节 化学反应工程
1、化学反应工程的任务和内容
化学反应工程主要研究内容有 两方面，一是对化学反应规律的 研究，二是对反应器中传递规律 的研究。
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2、化学反应的操作方式
（1）间歇式操作
一批物料投入反应器后，经过一 定时间的反应，再取出来的操作方 法。通常在实验室及小批量生产的 情况下采用。间歇操作时由于物料 浓度和反应速率在不断变化，所以 不是一个定常态过程。
B.税金
（4）提高经济效益的途径:
A.增加产出的价值； B.减少投入，降低消耗，降低成本。
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<第六章 习题>
简答题 1、化工基本单元操作理论基础在于三种传递过程，说
出这三种传递过程是什么。 2、化工单元操作基本定义是什么？列举六种化学工业
中常见的单元操作。 3、简答蒸馏单元操作的基本原理和目的。 4、简答吸收单元操作的原理和不同的应用方面。 5、常见的化学反应器有哪三种形式？ 6、化学反应有哪两种基本操作方式，说出它们的特点
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（2）连续式操作
是反应物料连续地通过反应器的 操作方式，随着物料流动，反应过 程不断进行，直至完成反应。一般 用于产品品种比较单一而产量较大 的场合。其特点是产量高、节约能 源、操作简单、产品质量稳定。
化工导论-01绪论-
主要课程和实践环节
1．主干学科 化学、化学工程、化学工艺
2．主要课程 无机及分析化学、有机化学、物理化学、化工原理、精
细化工生产工艺学、无机化工工艺学、有机合成单元反应等。 3．主要实践环节
包括无机及分析化学实验、有机化学实验、物理化学实 验、化工原理实验、生产认识实习、毕业实习及毕业大作业 等。
3) 按化学特性分：分为无机化学工业和有机化学工业
4)我国统计的方法把化学工业划分为下列各种工业： 合成氨及肥料工业、硫酸工业、制碱工业、无机物 工业（包括无机盐及单质），基本有机原料工业、 染料及中间体工业等。
3、化学工艺
· 主要运用化工技术或化学生产技术，将原物料主要 经过化学反应转变为产品的方法和过程，包括实现 这一转变的全部措施。通常包括无机化工工艺、有 机化工工艺、高分子化工工艺、精细化工工艺和生 物化工工艺等。
3、化工专业的社会性
· 对工程师的要求 1 应具有扎实的基础知识和良好的主动获取知识的能
力和分析解决问题的能力。 2 应具备很好的综合和集成的能力及创新意识 3 由于人与环境、人与社会的关系越来越密切，工程
师的知识结构不应仅限于科学和技术本身，工程师 在解决问题的时候必须全面考虑和综合资源、环境 、经济、政治等多方面的因素。
第6章 环境化工 第7章 现代化工的发展趋势 第8章 化工高等教育
· 目的
（1）使化工专业新生通过本课程认识到化工在国民经济中 的支柱地位与作用，了解化工专业各领域，并对化工 高等教育的科学体系有基本了解。。
（2）该课程作为本科生必修课强调专业教育与人文素质教 育的紧密结合，达到提高学生对化工专业的认识和热 爱，培养学生树立正确的学习观和事业观。
序 性 环节 号 质 编号
化工原理 第八章 传质过程导论.doc
第八章传质过程导论第一节概述8-1 物质传递过程(传质过程)传质过程• 相内传质过程• 相际传质过程相内传质过程：物质在一个物相内部从浓度(化学位)高的地方向浓度(化学位)高的地方转移的过程。
实例：煤气、氨气在空气中的扩散，食盐在水中的溶解等等。
相际传质过程：物质由一个相向另一个相转移的过程。
相际传质过程是分离均相混合物必须经历的过程，其作为化工单元操作在工业生产中广泛应用，如蒸馏、吸收、萃取等等。
几种典型的相际传质过程●吸收：物质由气相向液相转移，如图8-1所示A图8-1 吸收传质过程●蒸馏：不同物质在汽液两相间的相互转移，如图8-2所示。
相界面AB图8-2 蒸馏传质过程●萃取，包括液-液萃取和液-固萃取液-液萃取：物质从一个相向另一个相转移。
例如用四氯化碳从水溶液中萃取碘。
液-固萃取：物质从固相向液相转移。
●干燥：液体(通常为水)由固相向气相转移其它相际传质过程：如结晶、吸附、气体的增湿、减湿等等。
传质过程与动量传递、热量传递过程比较有相似之处，但比后二者复杂。
例如与传热过程比较，主要差别为： (1)平衡差别传热过程的推动力为两物体(或流体)的温度差，平衡时两物体的温度相等；传质过程的推动力为两相的浓度差，平衡时两相的浓度不相等。
例如1atm,20ºC 下用水吸收空气中的氨，平衡时液相的浓度为0.582 kmol/m3 ，气相的浓度为3.28×10 - 4kmol/m3 ，两者相差5个数量级。
(2)推动力差别传热推动力为温度差，单位为ºC ，推动力的数值和单位单一；而传质过程推动力浓度有多种表示方法无(例如可用气相分压、摩尔浓度、摩尔分数等等表示)，不同的表示方法推动力的数值和单位均不相同。
8-2浓度及相组成的表示方法1. 质量分数和摩尔分数● 质量分数：用w 表示。
以A 、B 二组分混合物为例，有w A = (8-1)● 质量分数：用x 或y 表示。
以A 、B 二组分混合物为例，有x A = (8-2)2. 质量比与摩尔比 ● 质量比：混合物中一个组分的质量对另一个组分的质量之比，用w 表示。
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3.1 石油的概念、组成、特点
● 含碳氢化合物，深褐色液体，相对密度一般为0.75~1之间， 比水轻，储藏在地表深处，可以燃烧。 ● 组成: 原油是由各种烃类组成的混合物，烃类主要由烷烃、 环烷烃、芳烃组成。
原油组成的特点:
● 原油中各类烃类分子含碳原子的个数从1个到几百个。 ● 同一种原油中各种烃类在各个馏分中的分布差异很大。 ● 不同的原油，各族烃类含量相差很大。
包括三个工序：
● 原油预处理（脱盐、脱水、脱杂质）；
● 原油常压蒸馏：将原油加热到360-370℃进入常压塔，塔顶得到汽油馏分 （直馏汽油，也叫石脑油）,塔不同塔板处（侧线）得到煤油，轻柴油， 重柴油；
● 原油减压蒸馏：将沸点高于350℃,如裂化原料和润滑油的部分分离出来, 温度要控制在420℃以下。
1.1.6 化工的特点： 品种多 原料、生产方法和产品的多样性和复杂性 能耗巨大 化工生产过程条件变化大 知识密集、技术密集和资金密集 实验与计算并重 使用外语多
1.2 化工在国民经济中的作用
化工为其它工业部门提供必需的物质基础与人们的衣、食、 住、行息息相关。
化工与农业——化肥、农药、植物激素及生长调
第2章 无机化工
2.1无机化工的特点
无机化工是历史上发展最早的化工部门 无机化工产品是用途广泛的基本化工原料 与有机化工产品相比，无机化工产品品种少，工艺过程相对简
单 新型无机化工产品逐渐形成新的无机化工产业
2.2 无机化工原料
无机化学工业的原料来源很广，大致可分五大类：空气、 水、化学矿物、化石燃料（煤、石油、天然气等）及工业农业副 产品。
世界化学工业发展史 古代的化学加工 近代的化学工业 现代化学工业
中国化学工业发展史 我国近代的化学工业 新中国的化学工业
化工导论
第三章 无机化工
• 无机化工的原料：
• 空气、水、 化学矿物、 化石燃料、工农业副产品
• 无机化工的主要产品 • 1 酸、 碱、盐：三酸 两碱 无机盐（食盐 明矾 漂白粉 小
纤维
• 电脱盐-脱去原油中的水和盐及其他杂质。
• 异辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）辛烷值为100。正庚烷辛烷值 为0。
பைடு நூலகம் 催化裂化
• 最重要的原油二次加工过程-流化催化裂化
• 常用催化剂：分子筛 • 主要产品：催化柴油、稳定汽油、液化气
裂解气脱酸
• 酸性气杂质的来源：
• • • • • • • • • 气体裂解原料带入。 液体裂解原料中硫化物的反应。 结炭与水蒸气的反应。 氧与烃类的反应。 酸性气体的危害： 腐蚀设备 堵塞管路 催化剂中毒 后续产品质量受影响
第一章 绪论
• 化工的特点
• • • • • • • • 1.生产方法的多样性和复杂性 2.能耗大 3.生产过程条件变化大 4.知识密集、技术密集、资金密集 1.装置大规模化 2.精细化率提高 3.新技术新材料的发展 4.生物化工的发展
• 现代化学工业
第二章 化学工程与工艺的科学基础
• 化学工程的研究内容
纯碱的用途：
• • • • • • 食品添加剂 玻璃 皮革工业 水玻璃等 肥皂、洗涤剂 化学试剂
第四章 石油炼制与石油化工
• • • • • 石油-“工业血液” 石油化工产品： 1、基本有机化工产品： “三苯” “三烯” 2、 有机化工产品：醇、醛、酮、酸等 3、高分子化工产品：合成树脂 、合成橡胶、合成
《化工原理》8传质过程导论1.
D RT
dpA dz
将上式中的p、z 对应积分，整理得：
D
NA RTz (pA1 pA2 )
同理，组分B有
D
NB
JB
RTz
pB1 pB2
若为液相，则有
D
N A z cA1 cA2
D
NB z cB1 cB2
例1. 氨气（A)与氮气（B）在一等径管两端相互扩散，管 子各处的温度均为298K，总压均为1.013×105Pa。在端点 1处，氨气的摩尔分数yA1=0.15；在端点2处，yA2=0.06， 点1、2间的距离为1m。已知此时扩散系数DAB=2.3×105m2/s。试求A组分的传质通量。
§8-1-2 相组成的表示方法
1、质量分数和摩尔分数
质量分数
wA
mA m
wB
mB m
wi 1
摩尔分数
xA
nA n
xB
nB n
xi 1
相互换算关系：
wA
xA M A
wi
i Mi
（一般液相用x，气相用y）
wA xAM A
xi M i
i
2、质量比和摩尔比（常见于双组分物系）
扩散：物质在单一相内的传递过程
流体中物质扩散的基本方式：
扩散方式 分子扩散 涡流扩散
作用物 流体分子 流体质点
作用方式 热运动 湍动和旋涡
作用对象 静止、滞流
湍流
分子扩散：
推动力 浓度差 物质传递 简称为扩散
终点： 浓度差为〇
扩散快慢？
College of Power Engineering NNU WANG Yanhua