化工原理PPT

第一节 传质过程概述
▪ 传质定义：
当不平衡的两相接触时，物质从一相传递到另一相中 的过程称为相间传质过程，简称传质。（均相分离过程）
▪ 分类：
气（汽）－液（吸收、精馏、增湿减湿） 气－固（干燥、吸附） 液－液（萃取） 液－固（浸取、结晶）
第一节 传质过程概述
▪ 相组成表示法： 1、摩尔分率（气相－y 液相－x）、质量分率
浓度差
2、相平衡－－传质的极限
3、物料守恒－－操作线方程
4、热量守恒
第二节 扩散与单相传质
▪ 传质过程示意图
相主体 相界面 另一相主体 （溶解）
单相扩散
单相扩散
第二节 扩散与单相传质
▪ 单相内的传质机理： ❖ 分子扩散：（与导热类似）
在单一相内存在浓度差的条件下，由于分子无规则运动而 造成的物质传递现象。
1.1 处理对象
化工生产中主要用于以下几个目的：
① 气体混合物的分离，用液体溶剂进行分离：例如在焦化厂焦炉 气中含氨，一般用硫酸处理，这样可以回收其中的氨；
② 制取溶液
硫铁矿+O2===SO2
H2+Cl2====2HCl
SO2+O2====SO3
HCl+H2O===盐酸
SO3+H2O===H2SO4
其型式与描述动量传递过程的牛顿粘性定律、描述 热量传递过程的傅利叶热传导定律相类似。
双组分一维稳定的分子扩散
1、等分子反向扩散：
N
A＝J
A＝－D
dCA dZ
N B＝J B＝－J A
N＝N A＋N B＝0
气相：N
＝
A
D
RT
PA1－PA2
液相：N
AL＝
D
L
CA1－CA2
L
双组分一维稳定的分子扩散
PB1
▪ 物理意义：
液相： CM Csm
CSm＝
CB2－C ln CB2
B1
CB1
反映总体流动对传质速率的影响，因为P/PBm>1，所以单向扩 散比单纯分子扩散流的传质速率大。
当混合气中组分A的浓度很低时，总体流动的影响可忽略，可 简化为等分子反向扩散的型式。
当混合气中组分A的浓度很高时，总体流动对传质速率的影响 占主导地位，漂流因子不可忽略。
NH3+H2O====氨水
用水吸收二氧化氮制造硝酸、用水吸收甲醛以制备福尔马林溶液。
③ 净化气体
用碱液去除烟道气中的SO2等有害气体，SO2酸雨。
1.2 定义
① 利用组分A和B在S中溶解度的差异来 实现A和B的分离。
② A：溶质； B：惰性组分 （认为两者溶解度相差无穷）； S：吸收剂/溶剂； 吸收操作所得到的溶液为吸收液，其
化工原理总复习提纲
（适用于有机化工、环境工程、 应用化学、精细化工专业）
2004年4月5日
第八章 传质过程概论
第一节 概述 传质定义 分类 四个工具（传质速率方程）
第二节 扩散与单相传质 分子扩散与fick定律 等分子反向扩散、单向扩散 扩散系数 涡流扩散与对流传质
第三节 质量、热量和动量传递的类比
静止流体或与层流运动方向相垂直的方向上可认为是单纯的 分子扩散。
❖ 对流传质：（与对流传热类似）
由分子扩散和涡流扩散共同作用的流体与相界面之间的传质。 涡流扩散是由于宏观流体流动而实现的物质传递现象。
分子扩散
Fick定律：
J A＝－DAB
dCA dZ
JA －－ 组分A在Z方向上的分子扩散通量，kmol/m2s； DAB －－ 组分A在A、B混合物中的扩散系数，m2/s； dCA/dZ－－ 组分A在Z方向上的浓度梯度，kmol/m4； “－” －－ 传质方向与浓度梯度方向相反。
x
＝
A
nA n
＝
A
mA m
（无量纲）
2、摩尔比、质量比（以二元为例）
xA＝ nA nB
A＝ mA
mB
3、摩尔浓度、质量浓度
（无量纲）
CA＝
nA V
(kmol/m3)
CA＝
mA V
(kg/m3)
第一节 传质过程概述
研究传质过程的四个工具：
1、传质速率方程－－传质过程的快慢
传质速率＝传质推动力＝传质系数 传质阻力
（双膜理论 传质系数） 第四节 吸收设计计算
（操作线方程、最小吸收剂用量、 低浓度气体吸收填料层高度计算） 第五节 传质系数和传质理论 第六节 其他条件下的吸收（非等温、多组分、化学）
第一节 概述
1.1 处理对象 1.2 定义 1.3 吸收剂的选择 1.4 吸收的类型与例子 1.5 吸收与精馏的比较
M
A
1 MB
vB
1/ 3 2
1.75
D＝D0
p0 p
T T0
适用于常温、高温，不适用于低温。
扩散系数
▪ 组分在液体中的扩散系数：（数量级：10-9 ）
Wilke-Chomg公式：
DAS＝
7.4
10-8 M vA0.6
S
0.5 T
D＝D0
源自文库
T T0
0
适用于低分子量非电解质的稀溶液。
2、单向扩散（组分A通过停滞
组分B的扩散）
（等分子反向扩散加上总体流动）
N A＝J A＋N M
CA CM
N＝N A＝N M
N B＝0
气相：N
＝
A
D
RT
P PBm
PA1－PA2
液相：NAL＝
D
L
CM CSm
CA1－CA2
L
漂流因子
▪ 定义式：
气相： P PBm
PBm＝
PB2－PB1 ln PB2
成分为溶剂S和溶质A； 排出的气体为吸收尾气，其主要成分
是惰性气体B，还含有残余的溶质A。
第三节 质量、热量与动量传递的类比
▪ 雷诺类比：
＝ ＝ k 8 umCP um
＝ Nu ＝ Sh
8 Re Pr Re Sc
8
＝St＝S’t
式中： Sh＝kd D
SC＝ D
▪ 契尔顿-柯尔本类比：
8
＝St
Pr
2/3＝St'Sc2/3
第九章 吸收
第一节 概述 第二节 吸收过程的相平衡（亨利定律） 第三节 吸收机理及传质速率方程
扩散系数
▪ 定义：
单位浓度梯度下物质的扩散通量，是物质的一种传递 属性。
▪ 影响因素：
物系、温度、压力（对液相可忽略）、组成（对气相 可忽略）
▪ 单位：m2/s
扩散系数
▪ 组分在气体中的扩散系数：（数量级：10-5 ）
Full公式：
1/2
1.00 10-7T1.75
D＝
P
1/ 3
vA
1
涡流扩散与对流传质
膜模型
膜模型
▪ 速率方程型式：
J
A＝－
D＋D
E
dCA dZ
涡流扩散与分子扩散共同作用的结果。
▪ 模型分区：
层流底层：仅靠分子扩散传质，浓度梯度较大，传质阻力主要集 中在该层；
过渡区：湍流扩散与分子扩散相当； 湍流主体：主要靠涡流扩散传质，浓度梯度接近于零，阻力很小。 膜模型将对流扩散简化成溶质通过虚拟层流膜的分子扩散型式。