传质分离基础教材课件

第四章传质分离基础第四章传质分离基础§1传质分离过程传质分离操作的种类混合物分离操作非均相混合物的分离（机械分离）均相混合物的分离（传质分离）沉降过滤气体吸收液体精馏液液萃取§1传质分离过程传质分离操作的种类混合物分离操作非均相混合化工生产中常见的传质分离操作蒸馏（精馏）√吸收与解吸√液液萃取吸附干燥膜分离热扩散化工生产中常见的传质分离操作蒸馏（精馏）√吸收与解吸√液液萃§2传质过程分析分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。2-1双组份混合体系中的分子传质过程§2传质过程分析分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截

面积扩散的物质量，J表示，kmol/(m2·s)。菲克定律：温度、总压一定，组分A在扩散方向上任一点处的扩散通量与该处A的浓度梯度成正比。扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截菲克定律：温度NA,0——组分A扩散通量（扩散速率），mol/（m2·s）；—组分A在扩散方向l上的浓度梯度（mol/m3）/m；

DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿着浓度降低的方向进行NA,0——组分A扩散通量（扩散速率），mol/（m2·s理想气体：=分子扩散两种形式：等物质的量反向扩散，单向扩散（组分A通过静止组分B的扩散）。理想气体：=分子扩散两种形式：等物质的量反向扩散，单向扩散（NANBTPpA2pB2TPpA1pB1121.等摩尔逆向扩散NANBTPTP121.等摩尔逆向扩散等物质的量反向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率大小相等，方向相反。总压一定=等物质的量反向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率大小相等，方

NA,0=－NB,0

DAB=DBA=D等物质的量反向扩散传质通量（传质速率方程）传质通量定义：任一固定的空间位置上，单位时间内通过单位面积的物质量，记作N,mol/(m2·s)。NA=气相：NA,0=－NB,0DAB=DBA=D等物质的量反NA=液相：讨论1）NA=液相：讨论1）2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。3）等分子反方向扩散发生在蒸馏过程中。ppB1pA1pA2pB2扩散距离l0lp2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。3）等分子反方向扩散12NA0NB0NMcA/cNMcB/cNMNA（1）整体移动：因溶质Ａ扩散到界面溶解于溶剂中，造成界面与主体的微小压差，使得混合物向界面处的流动。（2）整体移动的特点：1）因分子本身扩散引起的宏观流动。2）A、B在整体移动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。2.单方向扩散（组分A通过静止组分B的扩散）12NA0NB0NMcA/cNMcB/cNMNA（1）整体移——微分式——微分式在气相扩散——积分式——积分式在气相扩散——积分式——积分式——积分式液相：（4）讨论1）组分A的浓度与扩散距离l为指数关系2）、——漂流因子，无因次——积分式液相：（4）讨论1）组分A的浓度与扩散距离l为指数漂流因子意义：其大小反映了整体移动对传质速率的影响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩散增大的倍数。漂流因子的影响因素：浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。3）单向扩散体现在吸收过程中。漂流因子意义：其大小反映了整体移动对传质速率的影漂流因子的影扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常数之一；D，m2/s。D的影响因素：A、B、T、P、浓度D的来源：查手册；半经验公式；测定3、分子扩散系数扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映D的影响因素：（1）气相中的D范围：10-5～10-4m2/s经验公式（2）液相中的D范围：10-10～10-9m2/s（1）气相中的D范围：10-5～10-4m2/s经验公式（2-2对流传质过程（对流扩散）涡流扩散：流体作湍流运动时，若流体内部存在浓度梯度，流体质点便会靠质点的无规则运动，相互碰撞和混合，组分从高浓度向低浓度方向传递，这种现象称为涡流扩散。涡流扩散通量：2-2对流传质过程（对流扩散）涡流扩散：流体作湍流运动时，——涡流扩散速率，kmol/(m2·s)；——涡流扩散系数，m2/s。注意：涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性常数，其值与流体流动状态及所处的位置有关。总扩散通量：——涡流扩散速率，kmol/(m2·s)；——涡流扩散系数TTWtWt热流体冷流体pAGpAicAicAL气相液相zTztlGlLE单相内对流传质的有效膜模型单相内对流传质过程TTWtWt热流体冷流体pAGpAicAicAL气相液相zT1）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分子扩散，溶质A的浓度梯度较大，pA随l的变化较陡。2）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散，溶质浓度均一化，pA随l的变化近似为水平线。3）过渡区：分子扩散+涡流扩散，pA随l的变化逐渐平缓。1）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分2）湍流主体：涡流扩有效膜模型单相对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散。有效膜厚lG由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点E，则厚度lG为E到相界面的垂直距离。有效膜模型单相对流传质的传质阻力全部集中在——以分压差表示推动力的气膜传质分系数，kmol/（m2·s·kPa）。=传质系数×吸收的推动力气相传质速率方程——以分压差表示推动力的气膜传质分系数，=传质系数×吸收的推气相对流传质速率方程有以下几种形式：——以气相摩尔分率表示推动力的气膜传质分系数，kmol/（m2·s）；各气相传质分系数之间的关系：带入上式与比较气相对流传质速率方程有以下几种形式：——以气相摩尔分率表示推液相传质速率方程有以下几种形式：液相传质速率方程液相传质速率方程有以下几种形式：液相传质速率方程kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜对流传质分系数，kmol/（m2·s·kmol/m3）；——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜对流传质分系数，kmol/（m2·s）；各液相传质分系数之间的关系：注意：对流传质系数=f(操作条件、流动状态、物性）kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜——以液相组成摩尔2-3两相间的传质模型相际对流传质三大模型：双膜模型溶质渗透模型表面更新模型（1）双膜理论pAGpAicAicAL气相液相lGlLE2-3两相间的传质模型相际对流传质三大模型：双膜模型（1）双膜模型的基本论点（假设）（1