第八章传质过程概

1、2020年8月13日12时49分,1,第八章 传质过程概论,中国石油大学（华东）化学工程学院,主讲：杨向平黄岛)东营),2020年8月13日12时49分,2,引言,化工原理的下半部分主要介绍分离技术。先看看分离过程的大致概况。,1 分离技术及其在过程工程中的意义,两种或多种物质的混合大多是一个自发过程；而要将混合物分开或将其变成产物，是反自发过程，必须采用适当的分离手段（技术）并耗费一定的能量或分离剂。,分离技术指利用物理、化学或物理化学等基本原理与方法将某种混合物分成两个或多个组成彼此不同的产物的一种手段。,2020年8月13日12时49分

2、,3,待分离的化合物可能是原料、中间产物或废弃物料； 制得产物的组成依需求而定，可以是化合物，也可以是高纯度单体。,2 分离技术的地位与作用,(1) 分离技术在化工中的地位与角色 它广泛应用于石油、化工、医药、食品、冶金、原子能等许多领域中；,2020年8月13日12时49分,4,在整个生产过程中，分离方面的基建投资通常占5090%，消耗的能量占绝大部分，最高可达98%。,反应虽然是化工过程的中心，但没有分离，工厂不可能生存。,（2）分离技术在日常生活中的作用,日常生活离不开分离技术： 饮用的纯净水、使用的自来水是通过分离江河湖海水后得到； 食用的果汁、生啤、白糖、食盐等分别通过蒸发、膜滤、结

3、晶、电渗析等制得； 交通使用的汽油、煤油等是原油分离后得到的,2020年8月13日12时49分,5,（3）分离技术在环境保护中的作用,城市家庭生活污水的处理集中生化处理； 农村的生活污水利用湿地或氧化塘等分离（富集、吸收、降解和转化）出有害物质。,以下的环境问题如何处理呢?,加油站释放出来的汽油 有机溶剂在储运过程中的挥发 汽车排放的尾气 大型货车排出的黑烟 飞机排出的白雾,它们产生的主要是气溶胶、易挥发有机物（VOCs）和NOx、SO2、CO、CO2等都需要快速有效的分离。,2020年8月13日12时49分,6,（4）分离技术在健康保健中的作用,人工肾、人工肝、人工肺都是分离技术的应用。,3

4、 分离过程的分类,工业上常用的分离方法有三四十种之多。如果按照原理来分，大致可以分为三类：机械分离、传质分离和反应分离。,2020年8月13日12时49分,7,（1）机械分离,分离装置中，利用机械力简单地将两相混合物相互分离的过程叫机械分离。,几种典型的机械分离过程见下表。,分离对象：两相混合物。 特 点：分离中无物质传递发生,2020年8月13日12时49分,8,2020年8月13日12时49分,9,（2）传质分离,传质分离又可以分为平衡分离和速率控制两大类。,平衡分离,它依据被分离混合物中各个组分在不互溶的两相平衡分配组成不等的原理进行分离。,理论计算、设计过程采用相平衡概念进行。,几种典

5、型的平衡分离过程如下表：,2020年8月13日12时49分,10,2020年8月13日12时49分,11,速率控制分离,它依据被分离组分在均相中的传递速率差异而进行分离。,例如利用溶液中分子、离子等粒子的迁移速率、扩散速率等的不同来进行分离。,几种典型的速率控制分离过程如下表：,主要有两类：膜分离；场分离。,2020年8月13日12时49分,12,2020年8月13日12时49分,13,（3）反应分离,借助于化学反应将某种物质从混合物中分离出来或直接把它去掉的过程。,几种典型的反应分离过程如下表：,2020年8月13日12时49分,14,2020年8月13日12时49分,15,本学期、本教材我

6、们学习的内容： 众多分离过程中的极少数具有代表性的过程，它们是： 蒸馏（闪蒸） 吸收 萃取 传质设备,首先，学习传质过程的基本理论。,2020年8月13日12时49分,16,第一节 概述,一、传质过程及其分类,传质：物质从一相传递到另一相间的过程称为相间质量传递。,具有分离效果的传质过程，称为分离过程。,如：用水吸收含氨的混合空气； 分离过程：混合C1、C2、C3、C4，用粗汽油吸收C3、 C4吸收过程； 然后由稳定塔将汽油馏分与C3、 C4分离蒸馏过程,2020年8月13日12时49分,17,气体吸收：利用气体混合物中的各组分在某种溶剂中的溶解度不同而将各组分分离开来。,（一）气液接触传质过

7、程,2020年8月13日12时49分,18,精馏：利用液体混合物中各组分饱和蒸汽压（或沸点、挥发性）的差异而将各组分分离开来。,（一）气液接触传质过程,2020年8月13日12时49分,19,气体吸收：利用气体混合物中的各组分在某种溶剂中的溶解度不同而将各组分分离开来。,精馏：利用液体混合物中各组分饱和蒸汽压（或沸点、挥发性）的差异而将各组分分离开来。,增湿或减湿：不饱和气相与温度比它高的热水接触为增湿；含水蒸气的饱和湿气体与温度比它低的冷水接触为减湿。,（一）气液接触传质过程,2020年8月13日12时49分,20,（二）气固接触传质过程,干燥：含水分（或可挥发性液体）的固体与比较干燥的气体

8、接触。,2020年8月13日12时49分,21,（二）气固接触传质过程,干燥：含水分（或可挥发性液体）的固体与比较干燥的气体接触。,气体吸附：物质从气相进入固相表面。,2020年8月13日12时49分,22,（三）液液接触传质过程,液液萃取：利用液体混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度差异而将各组分分离开来。,2020年8月13日12时49分,23,（四）液固接触传质过程,固液萃取、浸取、浸沥。应用溶剂将固体原料中的可溶组分提取出来。,液相吸附：如活性炭脱去蔗糖粗溶液中的有色物质。,结晶：溶质的过饱和溶液与溶质固体相接触。,2020年8月13日12时49分,24,传质过程的进行共分三个阶段：,物

9、质穿过相界面；,物质由一相内部扩散至两相界面；,物质由相界面扩散至另一相的内部主体,2020年8月13日12时49分,25,二、相组成的表示方法,（一）质量分率和摩尔分率,用m表示质量，kg； a表示质量分率,用n表示质量，mol； x表示摩尔分率（气相用y表示）；,M为分子量,2020年8月13日12时49分,26,（二）质量比和摩尔比,摩尔比：XA= nA / nB,质量比,换算,2020年8月13日12时49分,27,（三）质量浓度和摩尔浓度,组分质量浓度c，混合物总质量浓度cM，kg/m3,质量浓度（密度）、质量分率与换算：,组分摩尔浓度CA，混合物总摩尔浓度CM，kmol/m3,20

10、20年8月13日12时49分,28,摩尔浓度与摩尔分率换算：,特别，对于气体：,2020年8月13日12时49分,29,例子,含有水蒸气的空气从101.33kPa，293K压缩到1013.3kPa，然后进入冷却器冷却，空气从冷却器出来的温度为298K，进入气液分离器。空气为100kg。求压缩前后及分离器出口混合气体中水的质量分数、质量比、摩尔分数、摩尔比，以及冷凝水的百分率。,(已知293K、298K、318K时水饱和蒸汽压分别为2.338kPa、3.168kPa和9.584kPa。1013.3kPa时测得318K时开始有水冷凝),2020年8月13日12时49分,30,根据题意作图如下,2020年8月13日12时49分,31,有可能发生的错误1： 入口空气（物流1）是饱和的。 那么体系中，哪个空气是饱和的呢？物流4 物流2是饱和的吗？ 不确定。因为温度未知。实际上，是因为压缩过程不清楚：是等温压缩、绝热压缩、多变压缩？（正常情况下，如果需要计算的话，按照多变压缩计算，可以得到T2，从而就可以计算换热器负荷与压缩功了。）,2020年8月13日12时49分,32,根据“318K时开始有水冷凝”，“318K时水饱和蒸汽