化工原理 下册 天津大学柴诚敬 05－06学时.ppt

7.1 概述,第七章 传质与分离过程概论,7.2.1 分子传质（扩散）,7.2 质量传递的方式与描述,7.2.2 对流传质,1.涡流扩散,由于流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传递现象涡流扩散。,涡流扩散在湍流流体中发生,一、涡流扩散现象,在涡流扩散中时刻存在分子扩散,涡流扩散的通量远大于分子扩散的通量,2.涡流扩散通量方程,涡流扩散系数，m2/s,kmol/(m2 s ),一、涡流扩散现象,描述涡流扩散通量的方程为,涡流扩散通量,1.对流传质的类型,运动流体与固体表面之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递过程对流传质。,二、对流传质,对流 传质,自然对流传质,强制层流传质,强制湍流传质,强制对流传质,2.对流传质的机理,所谓对流传质的机理是指在传质过程中，流体以哪种方式进行传质。研究对流传质速率需首先弄清对流传质的机理。,层流内层,缓冲层,湍流中心,湍流流体,流体与管壁间的浓度分布,二、对流传质,湍流 主体,层流 内层,缓冲 层,传质机理：分子传质,传质机理：涡流传质为主,浓度分布：为一陡峭直线,传质机理,浓度分布：为一渐缓曲线,浓度分布：为一平坦曲线,分子传质,涡流传质,在与壁面垂直的方向上分为三层,二、对流传质,2.对流传质速率方程,描述对流传质的基本方程对流传质速率方程。,对流传质系数，kmol/(m2sc),kmol/(m2 s ),二、对流传质,对流传质 速率方程,对流传质通量,7.1 概述,第七章 传质与分离过程概论,7.2.1 分子传质（扩散）,7.2 质量传递的方式与描述,7.2.2 对流传质,7.2.3 相际间的传质,一、相际间的对流传质过程,设组分 A从气相传递到液相（如吸收），该过程由以下3步串联而成：, 组分A从气相主体扩散到相界面；, 在相界面上组分A由气相转入液相；, 组分A由相界面扩散到液相主体。,一般来说，相界面上组分A从气相转入液相的过程很快，相界面传质阻力可以忽略。因此，相际间传质的阻力主要集中在气相和液相中。若其中一相传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可以忽略，此种传质过程即称之为“该相控制”。,一、相际间的对流传质过程,相际间的传质,二、相际间对流传质模型,1.双膜模型,惠特曼(Whiteman) 于1923年提出，最早提出的一种传质模型。,停滞膜模型 （双阻力模型）,双膜模型示意图,播放动画32：双膜模型,停滞膜模型的要点, 当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳 定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞 膜气膜和液膜，溶质A经过两膜层的传质方式 为分子扩散。, 在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无 传质阻力。, 在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流 体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。,二、相际间对流传质模型,依据双膜模型，组分A通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为,二、相际间对流传质模型,设对流传质速率方程分别为,比较得,气膜对流 传质系数,液膜对流 传质系数,二、相际间对流传质模型,根据双膜模型，导出,停滞膜模型 的模型参数,液膜厚度 zL,气膜厚度 zG,二、相际间对流传质模型,或,2.溶质渗透模型,希格比( Higbie ) 于1935年提出，为非稳态模型。,溶质渗透模型示意图,二、相际间对流传质模型,播放动画33：溶质渗透模型,溶质渗透模型的要点, 液面由无数微小的液体单元所构成，当气液两 相相互接触时，液相主体中的某些单元运动至 相界面便停滞下来。在气液未接触前，液体单 元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触 开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。, 随着接触时间的延长，溶质 A通过不稳态扩 散方式不断地向液体单元中渗透。,二、相际间对流传质模型, 液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经 过时间c后，旧的液体单元即被新的液体单 元所置换而回到液相主体中去。在液体单元 深处，仍保持原来的主体浓度不变。, 液体单元不断进行交换，每批液体单元在界 面暴露的时间c 都是一样的。,二、相际间对流传质模型,根据溶质渗透模型，可导出,二、相际间对流传质模型,设对流传质速率方程分别为,比较可得,溶质渗透模型 的模型参数,暴露时间,二、相际间对流传质模型,3.表面更新模型,丹克沃茨(Danckwerts) 于1951年提出，为非稳态模型。,表面更新模型的要点, 溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。, 界面上液体单元有不同的暴露时间或称年龄，界 面上各种不同年龄的液体单元都存在。, 不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换的概 率是均等的。单位时间内表面被置换的分率称为 表面更新率，用符号S 表示。,二、相际间对流传质模型,根据表面更新模型，可导出,二、相际间对流传质模型,设对流传质速率方程分别为,表面更新模型 的模型参数,表面更新率,比较可得,二、相际间对流传质模型,7.1 概述,第七章 传质与分离过程概论,7.3.1 传质设备的分类与性能要求,7.2 质量传递的方式与描述,7.3 传质设备简介,一、传质设备的分类,传质设备,气液传质设备,按所处理物系相态分类,液液传质设备,气固传质设备,液固传质设备,传质设备,按两相的接触方式分类,逐级接触式设备,微分接触式设备,按促使两相混合与接触动力分类,传质设备,无外加能量式设备,有外加能量式设备,二、传质设备的性能要求,单位体积中，两相的接触面积应尽可能大,对传质设备的基本要求,两相分布均匀，避免或抑制沟流、短路及返混等 现象发生,流体的通量大，单位设备体积的处理量大,流动阻力小，运转时动力消耗低,操作弹性大，对物料的适应性强,结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行安全 可靠,7.1 概述,第七章 传质与分离过程概论,7.3.1 传质设备的分类与性能要求,7.2 质量传递的方式与描述,7.3 传质设备简介,7.3.2 典型的传质设备,一、板式塔,板式塔为逐级接触式的气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成。,板式塔的结构,1. 壳体 2. 塔板 3. 溢流堰 4. 受液盘 5. 降液管,板 式 塔,液相,连续相,汽相,分散相,二、板式塔,筛孔塔板示意图,1. 筛孔 2. 鼓泡层 3. 泡沫层 4. 降液管,填料塔为连续接触式的气液传质设备，它主要由圆柱形壳体、液体分布器、填料支承板、塔填料、填料压板及液体再分布装置等部件构成。,1.塔壳体； 2.液体分布器； 3.填料压板； 4.填料； 5.液体再分布器； 6.填料支承板。,填料塔结构示意图,填 料 塔,液相,连续相,气相,分散相,二、填料塔,与板式塔相比，填料塔具有以下特点：,生产能力大,侧线进料和出料较难,压力降小，持液量小,操作弹性大,分离效率高,造价较高,易堵塞,二、填料塔,练 习 题 目,思考题