化工原理第7章详解

第二节 相组成的表示方法
6.1.2.相组成表示法
1．质量分率与摩尔分率 质量分率：在混合物中某组分的质量占 混合物总质量的分率。
wA
=
mA m
摩尔分率：在混合物中某组分的摩尔数
占混合物总摩尔数的分率。
气相： 液相：
yA
=
nA n
xA
=
nA n
yA + yB + ⋅⋅⋅yN = 1
xA + xB + ⋅⋅⋅xN = 1
期中考试及试卷分析 第九章 蒸馏
第十章 简单的介绍干燥
课程实习 停课进行课程设计 期末复习
第七章 传质与分离过程概论
重点：传质分离方法的选择 相组成的表示方法 相之间对流传质模型 各种传质机理和传质方式的理解 传质设备的基本类型和性能要求
难点：双膜理论 溶质渗透理论 表面更新理论
第一节 概述
• 7.1.1 传质分离方法
依据分离原理不同，传质分为两种
平衡分离
速率分离
平衡分离过程系借助分离 媒介（如热能、溶剂、吸 附剂等）使均相混合物系 统变为两相体系，再以混 合物中各组分在处于平衡 的两相中分配关系的差异 为依据而实现分离。根据 两相状态的不同，平衡分 离过程可分为如下几类：
速率分离过程是指借助某种推 动力，如浓度差、压力差、温 度差、电位差等的作用，某些 情况下在选择性透过膜的配合 下，利用各组分扩散速度的差 异而实现混合物的分离操作。 这类过程的特点是所处理的物 料和产品通常属于同一相态， 仅有组成的差别。
平衡分离
（1）气液传质过程 （2）液液传质过程 （3）液固传质过程 （4）气固传质过程
在平衡分离过程中， 组分在两相中的组成关系常用分配 系数（又称相平衡比）来表示，即
相际传质过程的进行，都以其达到相平衡为极限。而两相 的平衡需要经过相当长的接触时间后才能建立。在实际的 操作中，相际的接触时间一般是有限的，由一相迁移到另 一相物质的量，乃决定传质过程的速率。因此，在研究传 质过程时，一般都要涉及到两个主要问题，一是相平衡， 决定物质传递过程进行的极限，并为选择合适的分离方法 提供依据。其二，传递速率，决定在一定接触时间内传递 物质的量。传递速率又由扩散体系偏离平衡的程度，处理 剂、传递组分和载体的性质，两相的接触方式（即传质设 备的结构）等诸多因素而决定。只有将相际平衡与传递速 率二者统一考虑，才能获得最佳工程效益。
质量分率与摩尔分率的关系：
xA
=
nA n
=
mwA / M A
mwA / M A + mwB / M B + ⋅ ⋅ ⋅mwN / M N
=
wA /M A
wA /M A + wB /M B + ⋅ ⋅ ⋅wN /M N
2．质量比与摩尔比
质量比：混合物中某组分A的质量与惰性 组分B（不参加传质的组分）的 质量之比。 a A = mA mB
质量分率与摩尔分率的关系：
xA
=
nA n
=
mwA / M A
mwA / M A + mwB / M B + ⋅ ⋅ ⋅mwN / M N
=
wA /M A
wA /M A + wB /M B + ⋅ ⋅ ⋅wN /M N
气相： 液相：
yA
=
nA n
xA
=
nA n
yA + yB + ⋅⋅⋅yN = 1
xA + xB + ⋅⋅⋅xN = 1
速率分离过程
（1）膜分离 利用选择性透过膜分割组成不同的两股流 体，如超滤、反渗透、渗析和电渗析等。
（2）场分离 如电泳、热扩散、高梯度磁力分离等。 传质分离过程的能量消耗，常构成单位产品成本的主要因 素之一，因此降低传质分离过程的能耗，受到全球性普遍 重视。膜分离和场分离是一类新型的分离操作，由于其具 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、生化产品及其它热敏性物料分离方面，有 着广阔的应用前景。研究和开发新的分离方法和传质设 备，优化传统传质分离设备的设计和操作，不同分离方法 的集成化，化学反应和分离过程的有机偶合，都是值得重 视的发展方向。
摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰 性组分摩尔数之比。
气相：YA
=
nA nB
液相：X A
=
nA nB
质量分率与质量比的关系：
wA
= aA 1+ aA
a A = wA 1- wA
摩尔分率与摩尔比的关系：
x= X 1+ X
X= x 1-x
y= Y 1+Y
Y= y 1-y
3．质量浓度与摩尔浓度
质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。
《化工原理》电子教案
宜宾学院，化学与化工系
第一周 2个学时 第二周 4个学时 第三周 4个学时 第四周 4个学时 第五周 4个学时 第六周 4个学时 第七周4个学时 第八周 4个学时 第九周 4个学时 第十周 2个学时
本学期课程时间安排 第七章 传质与分离过程概论 第八章 气体吸收
第九章 蒸馏
第十一周 4个学时 第十二周 4个学时 第十三周 4个学时 第十四周 4个学时 第十五周 4个学时 第十六周 4个学时 第十七周 尔浓度：单位体积混合物中某组分的摩尔数。
cA
=
nA V
质量浓度与质量分率的关系：
GA = wA ρ
摩尔浓度与摩尔分率的关系：
cA = xAc
c—混合物在液相中的总摩尔浓度，kmol/m3； ρ—混合物液相的密度，kg/m3。
4．气体总压与理想气体中组分的分压
总压与某组分的分压之间的关系: pA = pyA
分离方法的选择
• 面对一种均相混合物，往往有多种分离方法可供选择。如 何根据具体条件，选择技术上先进、经济上合理、有利于 可持续发展的最佳方案，是工程科技人员的根本任务。在 进行分离方法选择时，应认真考虑被分离物系的相态（气 态、液态和固态）和特性（热敏性、可燃性、毒性等）， 对分离产品的质量要求（纯度、外观等），经济程度（设 备投资、操作费用、动力消耗等），当地环境条件及环境 保护等因素，尤其要注意一些可变因素（如原料组成、温 度、甚至物态和设备等）的影响，以便充分调动有利因素、 因地制宜，取得最大的经济和社会效益。
摩尔比与分压之间的关系:
YA
=
pA p − pA
摩尔浓度与分压之间的关系:
cA
=
nA V
=
pA RT
7.3传质机理
吸收过程的步骤： （1）A由气相主体到相界面，相内传质； （2）A在相界面上溶解，溶解过程；相际传质 （3）A自相界面到液相主体，相内传质。