ch2_1化工传质与分离过程
化学工程基础第4章 传质分离基础
Dp NA (pAG pA i ) RTδ G pBm
NA kG ( pAG pAi )
Dp kG RT G pBm
24
k G——以分压差表示推动力的气相传质分系数 （给质系数）， kmol/（m2· s· kPa）。
N A =传质系数×吸收的推动力
常见的传质分离操作：
1、蒸馏 分离液体混合物的单元操作。 过程：对混合液加热使混合液部分汽化 造成不平衡的气相和液相，利用各组分挥 发性的差异，使挥发性大的组分向气相的 净传递，挥发性小的组分向液相的净传递， 将混合液分离。
2、吸收与解吸 分离气体混合物的操作单元。 利用各组分在同一溶剂中的溶解度不同， 在混合气体中加入某种溶剂，使溶解度大 的组分向液相转移。
N A k x ( xi x)
k x ckL
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相
给质系数，kmol/（m2· s· kmol/m3）；
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液相
给质系数，kmol/（m2· s）；
给质系数=f (雷诺数、流体物性、界面状况）
26
2、两相间的传质模型
若推动力以气相摩尔分率表示：
N A k y ( y yi )
k y——以气相摩尔分率表示推动力的气相给质系数，
kmol/（m2· s）；
∵
pAG py
pAi pyi
k y pkG
25
（2）液相对流传质速率方程
NA kL ( cAi cAL )
DL c kL L cSm
如果在吸收过程中伴有化学反应的， 称为化学吸收。 被吸收的气体从吸收剂中脱除的过 程，称为解吸。 3、液液萃取 分离液体混合物的单元操作。 在液体混合物种加入与其不想混溶 的选定的溶剂，形成不平衡的液液两 相，利用各组分在两液相中溶解度不 同而分离固定的组分。 含萃取剂的相称为萃取相，含萃 取剂较少的相称萃余相。
化工原理 第七章 传质与分离过程概论
一、分子扩散现象与费克定律
2.费克(Fick)定律 描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。
dcA J A DAB dz
及
J B DBA
dcB dz
kmol/(m2·s
)
费克第 一定律
DAB —组分A在组分B中的扩散系数，m2/s DBA —组分B在组分A中的扩散系数，m2/s
一、分子扩散现象与费克定律
混合物的总质量分数
i 1
wi 1
N
二、质量分数与摩尔分数
2.摩尔分数 摩尔分数定义式
nA xA n
xi 1
N
液相
nA yA n
气相
混合物的总摩尔分数
i 1
i 1
yi 1
N
二、质量分数与摩尔分数
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
～
NA
～ 总体流动影响
p总 / pBM 1 N A J A 无总体流动
三、液体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散 参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出
NA
DAB z
(cA1 cA2 )
z z2 z1
—组分A在溶剂B中的扩散系数，m2/s DAB
三、液体中的稳态分子扩散
xB2 xB1 xB2 ln xB1
停滞组分 B 对数平均物 质的量浓度
xBM
停滞组分 B 对数平均摩 尔分数
四、扩散系数
1.气体中的扩散系数 通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以 及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分 的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力 的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些 双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体 中的扩散系数，其值一般在 1104 ~ 1105 m2/s 范 围内。
化学工程基础第4章传质分离基础分析
在含有两个或两个以上组分的混合体系 中，若有浓度梯度存在，某以组分（或某些 组分）将由高浓度区向低浓度区移动，该移 动过程称为传质过程 。
传质过程可以在单相中进行，也可以 是在两相中进行。
两相间传质是分离过程的基础
1、传质分离过程
1-1 分离与人类的关系
一般的化学工业中，用于分离提纯 的设备投资在产品生产的整个工艺中占 有较大的比例。例如，石油化学工业， 分离单元操作的设备投资占总投资的 50%~90%，而且用于分离的操作费用在 生产成本中也占有相当大的比重。
1-2 传质分离操作的种类
分离过程可分为机械分离和传质分离。 机械分离的对象是非均相的混合物料，利
用该混合物中组分间的密度、尺寸等物性差 异将其分离。（过滤、沉降、离心分离等）
传质分离过程是针对各种均相混合物料的 分离，如酒精与水德混合物的分离。
沉降
混合物分离操作
非均相混合物的分离
过滤 气体溶剂S
同时S不逆向通过（汽化）
对于截面F-F’：
扩散通量J A 传质通量
总体流动造成的传质通量 N A,b (bulk flow)
14
15
1. 总体流动
Nb
Nb(cA/c) Nb(cB/c)
2. A、B做等分子反方向扩散的传递运动
即 JA= - JB
3. 总体流动加快了A的传递速度 NA=JA+Nb(cA/c)
5、干燥 干燥指借热能使物料中水分（或溶剂）
汽化，并由惰性气体带走所生成的蒸汽而得 到干燥固体的操作。
6、膜分离 膜分离是以具有选择性分离功能的材料—
膜为分离介质，在膜的两侧存在一定能量差 （压力差、浓度差、电位差）作为动力，各 组分透过膜迁移率不同，从而达到分离的目 的。
化工原理课程设计乙醇水精馏塔设计(浮阀塔)
4.3.4.4各气相平均密度的计算.............................................................. 21
4.4塔径的初步设计................................................................................................ 26
4.4.1精馏段塔径的计算................................................................................. 26
4.4.2提馏段塔径的计算................................................................................. 27
4.5塔高的设计计算................................................................................................ 28
5.3.1.2提馏段压降的计算...................................................................... 36
5.3.2液泛......................................................................................................... 36
化工分离过程
•y••i•′,•j
•xi,j •x••′i•,•j
•j
上的位置无关，令板上 的液层高度为Z， 液体在板上流动路程的长度为L，假定 液相组成在垂直方向上与Z无关，在水
•，•yi,j+1
•J
平方向上是L 的函数。当汽相通过板上 液层高度为dZ的微元时，组分i 的传质
•图5-2 点效率模型 量为：
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HETP指的是填料的理论板当量高度，即多少 米高的填料相当于一块理论板。
在工程设计计算中，填料层的理论高度计算就 依赖于HETP：
由于HETP受很多因素的影响，因此在计算或 选择使用HETP时要慎重考虑。
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化工分离过程
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
（3）使用HETP的注意要点
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化工分离过程
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
•流型和混合效应
塔板上任意一点的液体都可能存在三个方 向的混合：
▪①沿液体流动方向的混合，称为轴向混合； ▪②垂直于塔板液面、沿汽流方向的混合，通
常假定此方向的混合为完全混合； ▪③在塔板平面上与液流方向垂直的混合，称
为横向混合。
① 液相的塔顶分布和再分布：分布是否均匀直接影响填 料的润湿，从而影响传质效果使HETP增大。因此，在选 择HETP时应同时选择与之配套的液体分布形式。
② 气相进入填料层的初始分布：气体分布不均会导致填 料层中流动不均匀而出现传质情况不好。通常小径塔不需 要气体分布器，但大塔则必须要有。在选择HETP时要留 有适当的余地。
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
•默弗里板效率与点效率的主要区别
1、默弗里板效率中的是离开塔板的液体平均组成的平衡 气相组成，而点效率中的为塔板上某点的液相组成平衡的 气相组成； 2、点效率中的是离开塔板上某点的液体组成气相组成， 而默弗里板效率中的为离开液层的气相组成；
甲醇--水分离填料精馏
甲醇--水分离填料精馏课程设计课程名称：化工原理课程设计设计题目：甲醇-水分离过程填料精馏塔设计院系：化学工程学院学生姓名：张雪晗学号：0121020390229专业班级：化工1002班指导教师：史彬2013 年01 月12 日甲醇-水分离过程填料精馏塔设计目录前言 (3)1设计方案的确定 (3)2精馏塔的物料衡算 (4)2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率 (4)2.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 (5)2.3物料衡算 (5)3塔板数的确定 (5)3.1解析法求理论板层数 (6)3.2全塔效率E (7)3.3实际塔板数的求取 (9)4 精馏塔的工艺条件及物性数据的计算 (9)4.1工艺条件 (9)4.2平均摩尔质量 (9)4.3平均密度计算 (10)4.4液体平均表面张力计算 (11)4.5液体平均粘度计算 (12)5精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (12)5.1 塔径的计算 (12)5.2填料层高度计算 (14)6填料层压降计算 (14)7附属设备及主要附件的选型计算 (14)7.1，塔顶出料口管径的计算 (14)7.2,回流管径的计算 (15)7.3, 进料口的管径的计算 (15)7.4塔釜出料口的管径的计算 (15)7.5筒体厚度 (15)7.6 封头 (17)7.7冷凝器 (17)7.8加热器 (17)8小结 (17)9全章主要符号说明 (19)前言填料塔操作时，液体自塔上部进入，通过液体分布装置均匀淋洒于填料层上，继而沿填料表面缓慢下流。
气体自塔下部进入，穿过栅板沿着填料间隙上升。
这样,气液两相沿着塔高在填料表面与填料自由空间连续逆流接触，进行传质和传热。
甲醇-水属于难分离物系，选用填料精馏塔的分离效率较高，容易满足生产要求。
1设计方案的确定本设计任务为。
分离甲醇-水混合物，对于二元混合物的分离，一般采用连续精馏流程。
精馏是分离液体混合物最常用的一种操作，它通过汽、液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向汽相传递，难挥发组分由汽相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。
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。
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
技能认证化工总控中级考试(习题卷25)
技能认证化工总控中级考试(习题卷25)第1部分：单项选择题，共62题，每题只有一个正确答案,多选或少选均不得分。
1.[单选题]关于往复式真空泵开车操作,以下说法错误的是()。
A)检查进气管路上的法兰、接头和阀门,不得有漏气现象B)检查曲轴箱内不准有杂质和其它脏物C)曲轴箱内加入清洁的润滑油为低压压缩机油D)向油杯内加入润滑油并微开针阀,使润滑油慢慢地注入气缸答案:C解析:2.[单选题]安全阀的（）也叫整定压力，是安全阀阀瓣在运行条件下开始升起时的介质压力。
A)公称压力B)开启压力C)排放压力D)回座压力答案:B解析:3.[单选题]空压机正常停机步骤正确的顺序是(①停止电动机运转;②人为卸荷;③解除人为卸荷停机后,待气缸温度降至室温后,关闭冷却水;④如周围温度低于0°C时,停机应放尽机体内残存冷却水,以防冻裂设备。
A)②①③④B)①②③④C)①③②④D)①②③④答案:A解析:4.[单选题]金属钠应保存在()。
A)酒精中B)液氨中C)煤油中D)空气中答案:C解析:5.[单选题]在某一化学反应中,所谓的惰性气体是指()。
A)氨、氖、氩、氙B)不参加化学反应的气体C)杂质气体D)氮气等答案:B解析:C)负责人和劳动者D)生产人员答案:C解析:7.[单选题]催化剂中毒有〔)两种情况。
A)短期性和长期性B)短期性和暂时性C)暂时性和永久性D)暂时性和长期性答案:C解析:8.[单选题]阀门阀杆升降不灵活，是由于阀杆弯曲，排除的方法是( )A)更换阀门B)更换阀门弹簧C)使用短杠杆开闭阀杆D)设置阀杆保护套答案:C解析:9.[单选题]下列说法错误的是()。
A)一步完成的反应是基元反应B)由一个基元反应构成的化学反应称简单反应C)由两个或两个以上基元反应构成的化学反应称复杂反应D)基元反应都是零级反应答案:D解析:10.[单选题]下列能够清晰地看出物料流动的方向的是()。
A)DCS图B)现场图C)公共工程图D)联锁图答案:A解析:11.[单选题]化工生产人员应坚持做到的”三检”是指（）。
化工传质与分离过程_范文模板及概述
化工传质与分离过程范文模板及概述1. 引言1.1 概述化工传质与分离过程是化学工程领域一个重要的研究方向。
传质作为化工过程中物质转移的基本现象，对于提高反应效率，优化分离过程以及实现工业生产具有至关重要的作用。
分离过程则是指将混合物中的不同组分分离出来的一系列工艺和技术手段。
本文将结合传质基础知识，探讨传质在分离过程中的作用以及分离过程对传质性能的影响，并进一步探讨如何优化实际分离过程以提高效率。
1.2 文章结构本文总共包括五个主要部分：引言、传质基础、分离过程概述、传质与分离过程的关系和结论。
在引言部分，我们首先概述了化工传质与分离过程的研究背景和意义，并介绍了本文所涵盖的内容。
之后，文章将详细阐述传质基础知识，包括传质定义、传质机制和传质模型。
接着，在第三部分中，我们会对各种常见的分离过程进行概述，包括定义、分类和应用领域。
第四部分将重点讨论传质在分离过程中的作用以及分离过程对传质性能的影响，并探讨如何通过优化过程来提高效率。
最后，在结论部分，我们将总结文章的主要观点和要点，并展望未来发展方向。
1.3 目的本文的目的是介绍化工传质与分离过程的基础知识和关系，并探讨如何通过优化分离过程来提高传质性能。
通过深入了解传质基础知识和各种常见的分离过程，读者可以更好地理解传质在实际工程中的应用。
此外，本文还旨在为相关领域研究者提供一个全面而清晰的概述，帮助他们在自己的研究项目中更好地设计和优化分离过程。
2. 传质基础2.1 传质定义传质是指在不同相的两个物质之间发生物质或能量交换的过程。
在化工领域中，传质通常涉及物质的扩散、溶解和析出等过程。
2.2 传质机制传质机制是指描述物质在不同相之间传递的方式和规律。
主要有以下几种传质机制：2.2.1 扩散扩散是指物质由浓度高的区域向浓度低的区域自发移动的过程。
根据扩散介质的性质，可以分为气体扩散、液体扩散和固体扩散三种形式。
2.2.2 对流对流是指由于流体的运动而导致物质传递的过程。
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0 pA = pA xA
0 0 pB = pB xB = pB (1 − x A )
P = pB + p A
B lgp ＝At +C
0
0 P − pB xA = 0 0 p A − pB
第一章 蒸馏>>1.2.1 >>2.相对挥发度法
y A = K A xA
yA xA =α 1 − yA 1 − xA
o pA 其中 K A＝ P
αx 或y = 1 + (α − 1) x
0 pA 其中α = 0 pB
第一章 蒸馏>>1.2.2 两组分非理想体系的气液平衡
非理想溶液 理想气体
0 p A x Aγ A yA = P
0 0 p A = p A x Aγ A , pB = pB xBγ B
p A = Py A 0 p Aγ A =( ) xA = K A xA P
相图
第一章 蒸馏>>1.1～1.2
例1-1 P9
作业：2（P64）
第一章 蒸馏>>1.2.1 >>1.相平衡常数法
令y A = K A xA
理想气体 y A = 理想溶液
pA p x = P P
0 A A
o pA 则 K A＝ P
化工传质与分离过程
第一章 蒸馏>>1.1概述>>混合物的分离 混合物的分离
净化原料、 净化原料、纯化产物 混合物分离为单一产物
均相混合物：气-气、液-液、固-固三类；均相混合物一般用传 固三类； 均相混合物： 气 液 固三类
质过程单元操作解决。 质过程单元操作解决。
非均相混合物： 液 固等； 非均相混合物：气-液、气-固、液-气、液-液、液-固、固-固等； 固 气 液 固 固等
一定压力下 对角线x=y作参考 x-y在对角线上方（易挥发组分在气相中 含量比在液相中大） 平衡线越偏离对角线，体系越易分离
挥发度 相对挥发度
vA =
pA p , vB = B xA xB
理想溶液 理想溶液
0 0 v A = p A , vB = p B
vA α= vB
α=
p A / xA p B / xB
0 pA α= 0 pB
=
Py A / x A PyB / xB
y A xB = i yB xA
yA xA =α 1 − yA 1 − xA
按蒸馏方式
平衡蒸馏和简单蒸馏： 组分挥发度差别大，分离要求低 精馏： 组分挥发度差别不大，分离要求高 特殊精馏：组分挥发度差别很小，或恒沸点（萃取精馏、恒沸精馏）
按混合物重组分数
双组分 多组分
双组分连续精馏的原理与计算
第一章 蒸馏>>1.1概述>>研究基本方法
相平衡、物料衡算和热量衡算 相平衡关系、操作线方程、热焓方程（q线） 理论塔板数，浓度、温度分布，产量
第一章 蒸馏>>1.1概述>>本章主要内容
蒸馏的基本原理
液体（气体）混合物， 挥发度， 易挥发（低沸点、轻组分）组分， 难挥发（高沸点、重组分）组分
蒸馏方法、基本理论描述蒸馏过程 精馏塔设计和实际精馏过程的分析诊断
第一章 蒸馏>>1.1概述>>蒸馏分类
按操作原理
间歇： 小规模 连续： 大规模 非定态 定态
非均相混合物一般可用沉降、过滤等手段分离。 非均相混合物一般可用沉降、过滤等手段分离。
第一章 蒸馏>>1.1概述>>传质过程以及单元操作 传质过程以及单元操作
1. 传质过程：物质借助扩散作用由一相转移到另一相的过程称为传质过程 传质过程：物质借助扩散作用 一相转移到另一相的过程称为传质过程 扩散作用由 转移到另一相 2.单元操作 单元操作: 单元操作 单元操作 1 2 3 4 5 6 7 8 吸收 解吸 蒸馏 萃取 结晶 吸附 浸取 离子交换 适用体系 气体混合物（氨-空气分离体系） 空气分离体系） 气体混合物（ 空气分离体系 液体混合物（吸收逆过程） 液体混合物（吸收逆过程） 液体混合物（ 甲苯分离体系 甲苯分离体系） 液体混合物（苯-甲苯分离体系） 液体混合物（有机物溶解分离） 液体混合物（有机物溶解分离） 液体混合物（水溶液结晶分离） 液体混合物（水溶液结晶分离） 气体混合物、 气体混合物、液体混合物 固体混合物 中药有效成分的分离） （中药有效成分的分离） 液体混合物（水的软化） 液体混合物（水的软化） 传质方向 气→液 液→气 气↔液 液→液 液→固 气→固 液→固 固→液 液→固
αx y= 1 + (α − 1) x
第一章 蒸馏>>1.2.1 >>3.相平衡t-x-y图
两条线：露点（饱和蒸气）线，泡点（饱和液体）线 三个相：液相区，气液共存区，过热蒸气区 平衡的气液相：气相浓度>液相浓度（易挥发组分） 同一组成：露点温度>泡点温度 压力变化，t-x-y相平衡图变化
第一章 蒸馏>>1.2.1 >>3.相平衡x-y图
第一章 蒸馏>>1.2两组分溶液的气液平衡
气液相平衡
动态平衡 气液两相组成关系 相平衡关系
体系分类
理想溶液 理想气体 理想体系气液平衡的自由度: 为组分数C
F = C −φ + 2
相数
T、P
第一章 蒸馏>>1.2.1两组分理想体系的气液平衡
1.相平衡常数法 2.相对挥发度法 3.气液平衡相图 t-x-y图 x-y图