化工原理课件—传质过程导论
化化工工原原理理1化工原料、中间产品、粗产品等化工原料、中间产品、粗产品等分类分类非均相混合物非均相混合物均相混合物均相混合物特点特点有相界面有相界面无相界面无相界面单元操作单元操作过滤、沉降等过滤、沉降等吸收、精馏等吸收、精馏等分离依据分离依据不同相的物性差异不同相的物性差异？人造相界面（制成两相物系）人造相界面（制成两相物系）物质在相间的物性差异物质在相间的物性差异相界面相界面气相气相液相液相 SB+AS+A吸收吸收AA脱吸脱吸相界面相界面气相气相 B液相液相B+AS+A相界面相界面汽相汽相液相液相精馏精馏ABA+BA+B第八章第八章 传质过程导论传质过程导论8.1 概述概述一、化工生产中的传质过程一、化工生产中的传质过程化化工工原原理理2相界面相界面固相固相气相气相B+AC+A干燥干燥干燥干燥A相界面相界面气相气相水相水相A（水）水）B+AAA减湿减湿减湿减湿增湿增湿增湿增湿相界面相界面液相液相液相液相B+AS+A萃取萃取萃取萃取A相界面相界面固相固相液相液相B+AS+A浸沥（取）浸沥（取）浸沥（取）浸沥（取）固固固固液萃取液萃取液萃取液萃取AA（或（或A+S）相界面相界面液相液相固相固相S+A结晶结晶结晶结晶A溶解溶解溶解溶解A相界面相界面气相气相或液相或液相固相固相CB+A吸附吸附吸附吸附A脱附脱附脱附脱附A8.1 概述概述化化工工原原理理3相际传质的复杂性相际传质的复杂性 举例举例:吸收与传热的区别吸收与传热的区别 推动力不一样推动力不一样 传热是温度差；传热是温度差；传质是浓度差传质是浓度差。过程的最终状态不一样过程的最终状态不一样 传热传热是是t=0；相际间的传质不是浓度差相际间的传质不是浓度差=0，而是，而是相平衡。相平衡。传质的推动力：浓度差传质的推动力：浓度差 8.1 概述概述化化工工原原理理4二、二、相组成的表示方法相组成的表示方法质量分数质量分数摩尔分数摩尔分数（一般液相用（一般液相用x，气相用气相用y）相互换算关系相互换算关系：1.质量分数和摩尔分数质量分数和摩尔分数8.1 概述概述化化工工原原理理52.质量比和摩尔比质量比和摩尔比（常见于双组分物系）（常见于双组分物系）质量比质量比 摩尔比摩尔比 换算关系：换算关系：8.1 概述概述化化工工原原理理63.浓度浓度质量浓度质量浓度摩尔浓度摩尔浓度 换算关系：换算关系：气体气体kg/m3kmol/m38.1 概述概述化化工工原原理理78.1 概述概述化化工工原原理理8一、基本概念和费克（一、基本概念和费克（一、基本概念和费克（一、基本概念和费克（FickFick）定律）定律）定律）定律流体中物质扩散的基本方式：流体中物质扩散的基本方式：流体中物质扩散的基本方式：流体中物质扩散的基本方式：分子扩散：分子扩散：分子扩散：分子扩散：扩散方式扩散方式分子扩散分子扩散涡流扩散涡流扩散作用物作用物流体分子流体分子流体质点流体质点作用方式作用方式热运动热运动湍动和旋涡湍动和旋涡作用对象作用对象静止、滞流静止、滞流湍流湍流扩散：物质在单一相内的传递过程扩散：物质在单一相内的传递过程扩散：物质在单一相内的传递过程扩散：物质在单一相内的传递过程 推动力推动力 浓度差浓度差物质传递物质传递扩散快慢？扩散快慢？8.2 扩散原理扩散原理化化工工原原理理9费克定律费克定律 费克定律的其它表达形式：费克定律的其它表达形式：单位面积上单位时间内扩散传递的物质量单位面积上单位时间内扩散传递的物质量8.2 扩散原理扩散原理化化工工原原理理10说明：说明：（1）JA,z是相对扩散通量是相对扩散通量（绝对扩散通量用（绝对扩散通量用NA,z表示）表示）单位时间通过单位单位时间通过单位分子对称面分子对称面的物质量的物质量分子对称面分子对称面从两侧扩散通过该截面的分子数相等的面从两侧扩散通过该截面的分子数相等的面8.2 扩散原理扩散原理化化工工原原理理11（2）DA,B是物性之一是物性之一 DA,B（气）气）10-5m2/sDA,B（液）液）10-9m2/s DA,B（固）固）1 传质速率较大。传质速率较大。若若pA p/pBm；反之反之pA p/pBm18.2 扩散原理扩散原理化化工工原原理理20三、扩散系数三、扩散系数（一）气体中的（一）气体中的（一）气体中的（一）气体中的D D计算：半经验公式，福勒（计算：半经验公式，福勒（计算：半经验公式，福勒（计算：半经验公式，福勒（FullerFuller）提出）提出）提出）提出8.2 扩散原理扩散原理化化工工原原理理21（二）液体中的（二）液体中的D计算：经验公式计算：经验公式计算：经验公式计算：经验公式 固体中的扩散系数需靠实验确定。固体中的扩散系数需靠实验确定。对于很稀的非电解质溶液（溶质对于很稀的非电解质溶液（溶质A+溶剂溶剂S），其扩散系数），其扩散系数常用常用Wilke-Chang公式估算：公式估算：p11p11式式式式(8-23)(8-23)8.2 扩散原理扩散原理化化工工原原理理22D DE E 涡流扩散系数。涡流扩散系数。涡流扩散系数。涡流扩散系数。非物性常数非物性常数非物性常数非物性常数，与湍动程度有关，与湍动程度有关，与湍动程度有关，与湍动程度有关，且与流体质点所处位置有关，很难测定。且与流体质点所处位置有关，很难测定。且与流体质点所处位置有关，很难测定。且与流体质点所处位置有关，很难测定。湍流流体中进行涡流扩散的同时，也存在着分子扩散。湍流流体中进行涡流扩散的同时，也存在着分子扩散。湍流流体中进行涡流扩散的同时，也存在着分子扩散。湍流流体中进行涡流扩散的同时，也存在着分子扩散。湍流：湍流：DE占主要地位占主要地位。一、涡流扩散一、涡流扩散8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质层流：层流：D占主要地位；占主要地位；D D扩散系数。在温度压力不变时为扩散系数。在温度压力不变时为扩散系数。在温度压力不变时为扩散系数。在温度压力不变时为Const.Const.化化工工原原理理23TTWtWt热流体热流体冷流体冷流体pApAicAicA气相气相液相液相 T t G LE二、有效膜模型二、有效膜模型（1）单相内对流传质过程）单相内对流传质过程8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质化化工工原原理理241）靠近相界面处）靠近相界面处层流内层层流内层：传质机理仅为：传质机理仅为分子扩散分子扩散，溶质溶质A的浓度梯度较大，的浓度梯度较大，pA随随z的变化较陡。的变化较陡。2）湍流主体湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散涡流扩散远远大于分子扩散，溶质浓度均一化，溶质浓度均一化，pA随随z的变化近似为水平线。的变化近似为水平线。3）过渡区过渡区：分子扩散：分子扩散+涡流扩散，涡流扩散，pA随随z的变化逐渐平缓。的变化逐渐平缓。8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质化化工工原原理理25（2 2）有效膜模型）有效膜模型 单相对流传质的传质单相对流传质的传质阻力阻力全部集中在一层全部集中在一层虚虚拟的膜拟的膜层层内，膜层内的传质形式内，膜层内的传质形式仅为分子扩散仅为分子扩散。3单相对流传质速率方程单相对流传质速率方程（1 1）气相对流传质速率方程）气相对流传质速率方程 有效膜厚有效膜厚G-E到相界面的垂直距离到相界面的垂直距离8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质化化工工原原理理26以分压差表示推动力的气相传质分系数以分压差表示推动力的气相传质分系数 （给质系数），（给质系数），kmol/（m2skPa）。）。=传质系数传质系数吸收的推动力吸收的推动力 若推动力以气相摩尔分率表示：若推动力以气相摩尔分率表示：8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质化化工工原原理理27以气相摩尔分率表示推动力的气相给质系数，以气相摩尔分率表示推动力的气相给质系数，kmol/（m2s）；）；（2）液相对流传质速率方程）液相对流传质速率方程8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质化化工工原原理理28kL以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相给质系数给质系数，kmol/（m2skmol/m3）；）；以液相组成摩尔分率表示推动力的液相以液相组成摩尔分率表示推动力的液相给质系数给质系数，kmol/（m2s）；）；给质系数给质系数=f(雷诺数、流体物性、界面状况）雷诺数、流体物性、界面状况）8.3 流体与界面间的传质流体与界面间的传质
