化工原理
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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
（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
.
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
1.0010-7T1.75
D＝ P
1/3
vA
1
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）
NA＝JA＋NM
CA CM
N＝ NA＝ NM
N
＝
B
0
气相：NA＝RD TPP BmPA1－ PA2
液相：NAL＝ D LC CS M mCA1－ CA2L
.
漂流因子
▪ 定义式：
气相： P P Bm
PB
＝
m
PB
－
2
PB
1
ln PB2
x A＝
nA n
＝
A
mA m
（无量纲）
2、摩尔比、质量比（以二元为例）
x A＝ n A nB
A＝ m A mB
3、摩尔浓度、质量浓度
（无量纲）
C A＝
nA V
(kmol/m3)
C
＝
A
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 传 质 质 推 阻 动 力 力 ＝ 传 质 系 数 浓 度 差
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
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：
JA＝－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。
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。
PB1
▪ 物理意义：
液相： C M C sm
C
＝
Sm
C
－
B2
ln C
C
B2
B1
C B1
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。
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：
NA＝JA＝－DddCZA NB＝ JB＝ － JA N＝ NA ＋ NB ＝ 0
气相：NA＝ RD TPA1－ PA2 液相：NAL＝D LCA1－CA2L
.
双组分一维稳定的分子扩散
.
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
.
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
MA
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＝7.410-8vA0.M 6 S 0.5T
D＝D0
T T0
0
适用于低分子量非电解质的稀溶液。
.
涡流扩散与对流传质
膜模型
.
膜模型
▪ 速率方程型式：
JA＝ －D＋ DEddC ZA
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。
.
第三节 质量、热量与动量传递的类比
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
▪ 雷诺类比：
＝ ＝k 8 umCP um
＝Nu ＝ Sh
8 Re Pr ReSc
8
＝
S
＝
t
S’t
式中： Sh＝kd D
S
＝
C
D
▪ 契尔顿-柯尔本类比： 8＝StPr2/3＝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
（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
（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
.
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
1.0010-7T1.75
D＝ P
1/3
vA
1
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）
NA＝JA＋NM
CA CM
N＝ NA＝ NM
N
＝
B
0
气相：NA＝RD TPP BmPA1－ PA2
液相：NAL＝ D LC CS M mCA1－ CA2L
.
漂流因子
▪ 定义式：
气相： P P Bm
PB
＝
m
PB
－
2
PB
1
ln PB2
x A＝
nA n
＝
A
mA m
（无量纲）
2、摩尔比、质量比（以二元为例）
x A＝ n A nB
A＝ m A mB
3、摩尔浓度、质量浓度
（无量纲）
C A＝
nA V
(kmol/m3)
C
＝
A
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 传 质 质 推 阻 动 力 力 ＝ 传 质 系 数 浓 度 差
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
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。
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分子扩散
Fick定律：
JA＝－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。
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。
PB1
▪ 物理意义：
液相： C M C sm
C
＝
Sm
C
－
B2
ln C
C
B2
B1
C B1
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。
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：
NA＝JA＝－DddCZA NB＝ JB＝ － JA N＝ NA ＋ NB ＝ 0
气相：NA＝ RD TPA1－ PA2 液相：NAL＝D LCA1－CA2L
.
双组分一维稳定的分子扩散
.
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
.
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
MA
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＝7.410-8vA0.M 6 S 0.5T
D＝D0
T T0
0
适用于低分子量非电解质的稀溶液。
.
涡流扩散与对流传质
膜模型
.
膜模型
▪ 速率方程型式：
JA＝ －D＋ DEddC ZA
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。
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第三节 质量、热量与动量传递的类比
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
▪ 雷诺类比：
＝ ＝k 8 umCP um
＝Nu ＝ Sh
8 Re Pr ReSc
8
＝
S
＝
t
S’t
式中： Sh＝kd D
S
＝
C
D
▪ 契尔顿-柯尔本类比： 8＝StPr2/3＝St'Sc2/3
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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