化工传质与分离过程第1章幻灯片

1、化工过程的根本目的是制造化工产品，而制造化工产品离不开化工分离过程。同学们，请以你们的智慧和勤奋去耕耘一片新的知识沃土,化工传质与分离过程,一、学时安排 绪论 1 第1章 传质过程基础 9 第2章 气体吸收 8 第3章 蒸馏 12 第4章 气液传质设备 6 第5章 液液萃取 6 第6章 固体物料的干燥 6 第7章 其他传质与分离过程 1,教 学 安 排,二、教师安排 授课教师 贾绍义 助课教师 刘 勇,教 学 安 排,三、作业安排 （1）每周四课后收、发作业 （2）题目有三种类型：思考题、作业题、综合练 习题。思考题课后复习思考不上交；作业题 必须独立完成上交；综合练习题分组讨论后 在课内研讨。,四、考试安排 （1）期末考试采用闭卷考试形式。 （2）期末成绩占80，平时成绩（包括作业、出 勤、期中考试等）占20,教 学 安 排,五、答疑安排 时间：周四下午4:005:00 地点：20楼824室,六、有关要求 （1）按时交作业，无特殊情况补交作业无效。 （2）独立完成作业，有抄袭者发现后返回重做并 影响平时成绩。 （3）累计欠作业1/3者取消考试资格。 （4）点名或抽查累计3次未到者取消

2、考试资格。 （5）讲授内容和顺序与教材不完全相同，请认真 做听课笔记。,教 学 安 排,七、教材 主 编：贾绍义, 柴诚敬 书 名：化工传质与分离过程 出版社：化学工业出版社 版 次：第二版（ 2007年 ）,教 学 安 排,八、参考教材 （1） 夏 清, 陈常贵. 化工原理. 天津: 天津大学出 版社, 2005 （2） 蒋维钧等.化工原理.北京:清华大学出版社, 2005 （3） W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 2001,教 学 安 排,教 学 安 排,九、网络课程辅助教学 化工原理及实验网络课程 网址：202.113.179.181,化工原理及实验网络课程,虚 拟 课 堂,演 示 实 验,图 片 汇 总,动 画 汇 总,思 考 题 汇 总,作 业 汇 总,讨 论 与 答 疑,网 上 自 测,教 师 主 页,附 件 下 载,绪 论,通过绪论学习，应了解分离过程在化工中的 应用；掌握相际传质过程与分离的关系、

3、传质单 元操作的主要类型及分离过程的分类方法。,学习目的 与要求,原料,反应产物,目的产物,副产物,分离过程,反应过程,一、分离过程在化工中的应用,示例：三氯甲烷的制备。,示例：炼油过程。,原料,目的产物,副产物,分离过程,一、分离过程在化工中的应用,大型化工装置,炼油生 产装置,大型化工装置,一、分离过程在化工中的应用,乙烯生 产装置,一、分离过程在化工中的应用,大型化工装置,聚酯生 产装置,一、分离过程在化工中的应用,大型化工装置,合成氨生 产装置,一、分离过程在化工中的应用,大型化工装置,农药生 产装置,一、分离过程在化工中的应用,大型化工装置,己内酰胺生产装置,一、分离过程在化工中的应用,大型化工装置,丙烯腈生 产装置,一、分离过程在化工中的应用,大型化工装置,酒精生 产装置,二、相际传质过程与分离,分离过程,非均相物系分离,均相物系分离,可通过机械方法分离，易实现分离。,不能通过简单的机械方法分离，需通过某种物理（或化学）过程实现分离，难实现分离。,均相物系的分离方法,均相物系,某种过程,两相物系,根据不同组分在各相中物性的差异，使某组分从一相向另一相转移：相际传质过程,实现

4、均相物系的分离,相际传质过程,均相物系分离,二、相际传质过程与分离,空气氨,水,空气,氨水,示例：空气和氨分离,吸 收 塔,二、相际传质过程与分离,三、传质单元操作的主要类型,吸收,分离物系：,形成两相体系的方法：,传质原理：,示例：,气体混合物,引入一液相（吸收剂）,各组分在吸收剂中溶解度不同,水吸收空气中的氨气,（液相气相）,蒸馏,分离物系：,形成两相体系的方法：,传质原理：,示例：,液体混合物,多次部分汽化和冷凝,各组分的挥发度（沸点）不同,苯与甲苯的分离,（液相汽相）,三、传质单元操作的主要类型,萃取,分离物系：,形成两相体系的方法：,传质原理：,示例：,液体混合物,引入另一液相（萃取剂）,各组分在萃取剂中溶解度不同,用三氯乙烷萃取分离丙酮水溶液,（液相R液相E）,三、传质单元操作的主要类型,结晶,分离物系：,形成两相体系的方法：,示例：,传质原理：,液体混合物,溶液冷却过饱和产生晶体,各组分的凝固点不同,对苯甲酚、邻苯甲酚、间苯甲酚分离,（液相固相）,三、传质单元操作的主要类型,干燥,分离物系：,形成两相体系的方法：,传质原理：,示例：,固体中的湿分,引入一气相（干燥介质）,

5、气、固相中所含湿分的不同,湿尿素干燥成尿素产品,（固相气相）,三、传质单元操作的主要类型,四、传质分离方法的分类,速率分 离过程,平衡分 离过程,分离过程,气液传质过程,汽液传质过程,液液传质过程,气固传质过程,液固传质过程,膜分离,场分离,吸收,蒸馏,萃取,干燥,结晶,四、传质分离方法的分类,磁化精馏实验装置,钕铁硼永磁场,第 1 章 传质过程基础,通过本章学习，应掌握传质的基本概念和传 质微分方程的推导及简化方法；能够运用传质微 分求解分子扩散及对流传质问题；掌握动量、热 量与质量传递的三传类比方法。,学习目的 与要求,一、混合物组成的表示方法,1.质量浓度与物质的量浓度,质量浓度,混合物的总质量浓度,kg /m3,密度,物质的量浓度,混合物的总物质的量浓度,kmol /m3,一、混合物组成的表示方法,质量浓度与物质的量浓度的关系,一、混合物组成的表示方法,平均摩尔质量,2.质量分数与摩尔分数,质量分数,混合物的总质量分数,一、混合物组成的表示方法,摩尔分数,混合物的总摩尔分数,一、混合物组成的表示方法,液相,气相,质量分数与摩尔分数的关系,由质量分数 求摩尔分数,一、混合物组成的

6、表示方法,由摩尔分数 求质量分数,3.质量比与摩尔比,质量比,质量比与质量分数的关系,一、混合物组成的表示方法,摩尔比,摩尔比与摩尔分数的关系,一、混合物组成的表示方法,液相,气相,二、质量传递的基本方式,1.分子传质,由于分子的无规则热运动而形成的物质传递 现象分子传质。,分子传质又称为分子 扩散，简称为扩散,分子传质在气相、液 相和固相中均能发生,分子扩散现象,费克第一定律,kg/(m2 s ),kmol/(m2 s ),二、质量传递的基本方式,质量基准,摩尔基准,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,二、质量传递的基本方式,在涡流扩散中时刻存在分子扩散,涡流扩散通量方程,涡流扩散系数，m2/s,二、质量传递的基本方式,kg/(m2 s ),kmol/(m2 s ),质量基准,摩尔基准,(2)对流传质,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。,描述对流传质的基本方程,对流传质系数，kmol/(m2sc),kmol/(m2 s ),二、质量传递的基本方式,对流传质 速率方程,

7、练 习 题 目,思考题,作业题: 1、2,1.何为均相物系，如何实现均相物系的分离？ 2.传质过程与化工分离过程有何联系？ 3.引出质量比和摩尔比有何意义? 4. 质量传递有哪些基本方式，用何定律进行描述？,1.传质速率与传质通量,三、传质的速度与通量,传质速率：,传 质,静止 平面,kg /s,单位时间传递物质的量,kmol /s,传质通量：,单位时间单位面积传递物质的量,kg /(m2s),kmol /(m2s),质量速率,摩尔速率,质量通量,摩尔通量,速度浓度 通量,质量通量,摩尔通量,速度,( m/s),( m/s),(kmol/m3),(kg/m3),浓度, kg /(m2s), kmol/(m2s),通量,三、传质的速度与通量,2.传质速度的表示方法,设系统由 A、B两组分组成，在传质过程中各组分均以不同的速度运动，各组分的运动是由分子扩散和主体流动两部分组成。,传 质,三、传质的速度与通量,A 组分扩散,B 组分扩散,混合物主体流动,传质的速度,传 质,uA,uB,udA,udB,uf,组分A总传质速度 （绝对速度）,混合物移动速度 （主体流动速度）,组分A分子扩散速度（

8、扩散速度）,静止平面,三、传质的速度与通量,各速度的关系为,即,绝对速度扩散速度主体流动速度,三、传质的速度与通量,(1)以绝对速度表示的传质通量,组分A的总质量通量,组分B的总质量通量,kg /(m2s),kg /(m2s),3.传质通量的表示方法,总传质通量,三、传质的速度与通量,混合物的总质量通量,由此可得质量平均速度的定义式为,三、传质的速度与通量,组分A的总摩尔通量,组分B的总摩尔通量,kmol/(m2s),kmol/(m2s),三、传质的速度与通量,混合物的总摩尔通量,由此可得摩尔平均速度的定义式为,三、传质的速度与通量,(2)以扩散速度表示的传质通量,扩散速度,udA = uA uf,udB = uB uf,混合物的主体流动速度即为平均速度,u uf,（um uf ）,扩散 通量,三、传质的速度与通量,udA = uA u,组分A的扩散速度,udA = uA um,udB = uB u,组分B的扩散速度,udB = uB um,质量基准,摩尔基准,质量基准,摩尔基准,三、传质的速度与通量,组分A的扩散质量通量,组分B的扩散质量通量,kg /(m2s),kg /(m2s),

9、三、传质的速度与通量,组分A的扩散摩尔通量,组分B的扩散摩尔通量,kmol/(m2s),kmol/(m2s),三、传质的速度与通量,设,组分A通过组分B扩散,A、B两组分混合物,组分B通过组分A扩散,三、传质的速度与通量,由费克第一定律,三、传质的速度与通量,(3)以主体流动速度表示的传质通量,组分A的主体流动质量通量,组分B的主体流动质量通量,主体流动通量,三、传质的速度与通量,组分A的主体流动摩尔通量,组分B的主体流动摩尔通量,三、传质的速度与通量,4.各传质通量间的关系,由,故,三、传质的速度与通量,由,故,三、传质的速度与通量,费克第一 定律通用 表达式,组分的总传质通量,分子扩 散通量,主体流 动通量,三、传质的速度与通量,主体流动现象,示例：用水吸收空气 中的氨,相界面,气相（AB）,液相 S,主体 流动,在多组分系统中，各组分在进行分子扩散的同时其微团常处于运动状态主体流动现象。,三、传质的速度与通量,一、传质微分方程的推导,1.质量守恒定律表达式,微分质量衡算,（x, y, z）,流体 微元,采用欧拉方法推导,边长 、 、,体积,质量,输入流体微元的质量速率,反应生成的质量速率,+,输出流体微元的质量速率,=,+,流体微元内累积的质量速率,（输出 输入）（累积）（生成）= 0,根据质量守恒定律，可得出以下衡算式,一、传质微分方程的推导,2.各项质量速率的分析,(1)输出与输入流体微元的质量流率差,设在点（x、y、z）处,质量通量,流体的质量平均速度,一、传质微分方程的推导,输入的总质量流率,输出的总质量流率,输出与输入流体微元的质量流率差,组分 A 沿 x

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