第七章：传质与分离过程概论

1、第七章：传质与分离过程概论主讲人：穆韡7.1. 7.1. 概述概述7.1.1.7.1.1.传质与分离方法传质与分离方法 7.1.2.7.1.2.相组成的表示方法相组成的表示方法 7.1.1.7.1.1.传质与分离方法传质与分离方法 1.传质分离过程：依靠物质从一相到另一 相传递过程，叫传质分离过程。2.传质分离过程的依据：依据混合物中各 组分在两相间平衡分配不同。7.1.1.7.1.1.传质与分离方法传质与分离方法 1.平衡分离过程：借助分离媒介（热能、溶剂、吸附剂等）使均相混合物系统变为两相体系。2.速率分离过程：借助某种推动力（如压力差、温度差、电位差等）的作用，利用不同组分扩散速率不同，

2、实现分离。（1）气体吸收 选择一定的溶剂（外界 引入第二相）造成两相，处理气体 混合物。 （2）液体蒸馏 对于液体混合物加热， 使混合物内部造成两相，利用不同 组分挥发性的差异，使得液体混合 物得以分离。（4）固体干燥 对含一定湿分的固体提供 一定的热量，使溶剂汽化，利用湿分 压差，使湿分从固体表面或内部转移 到气相，从而将含湿分的固体物料得 以净化。（3）萃取与浸取 对于液-液混合物或液- 固混合物进行类似气体吸收的分离方 法，利用溶剂中不同组分溶解度的差 异，对组分进行分离。7.1.2.7.1.2.相组成表示法相组成表示法 1质量分率与摩尔分率质量分率：在混合物中某组分的质量占 混合物总质

3、量的分率。mmwAA摩尔分率：在混合物中某组分的摩尔数 占混合物总摩尔数的分率。气相：nnyAA液相：nnxAA质量分率与摩尔分率的关系：1NBA yyy1NBA xxxNNBBAAAAAA/MmwMmwMmwMmwnnx NNBBAAAA/Mw/Mw/Mw/Mw 2质量比与摩尔比质量比：混合物中某组分A的质量与惰性 组分B（不参加传质的组分）的 质量之比。BAmmaA摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰 性组分摩尔数之比。BAAnnY气相：BAAnnX液相：质量分率与质量比的关系：AAA1aawAAA-1 wwa摩尔分率与摩尔比的关系：XXx1-xxX1YYy1-yyY13质量浓度与摩尔浓度质

4、量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。 AAVmG摩尔浓度：单位体积混合物中某组分的摩尔数。 AAVnc质量浓度与质量分率的关系：AAwG摩尔浓度与摩尔分率的关系：cxcAAc混合物在液相中的总摩尔浓度，kmol/m3；混合物液相的密度，kg/m3。4气体总压与理想气体中组分的分压总压与某组分的分压之间的关系:摩尔比与分压之间的关系:AAAYppp摩尔浓度与分压之间的关系:RTpVncAAAAApyp 7.2. 7.2. 质量传递的方式与描述质量传递的方式与描述7.2.1.7.2.1.分子传质（扩散）分子传质（扩散）7.2.2.7.2.2.对流传质对流传质7.2.3.7.2.3.相际间的传质相

5、际间的传质分子扩散现象：7 7.2.1. .2.1. 分子扩散分子扩散分子扩散：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。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/(m2s)。 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。zcDJddAABAJA组分A扩散速率（扩散通量）， kmol/（m2s）； 组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； zcddA DAB组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。 负号：

6、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 理想气体：RTpcAAzcddAzpRT dd1A=zpRTDJddAABA分子扩散两种形式：等分子反向扩散，单向扩散。1等分子反向扩散及速率方程 JAJB(1)等分子反向扩散T PpA2pB2T PpA1pB112等分子反向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率 大小相等，方向相反。 zpRTDJddAABAzpRTDJddBBABBpppA总压一定 zpddA=zpddB JA=JB DAB=DBA=D （2）等分子反向扩散传质速率方程传质速率定义：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, kmol/(m2

7、 s) 。 NA= zpRTDJddAA气相：)(A2A1AcczDNNA= zcDJddAABA)(A2A1AppRTzDN液相：12JAJBNMcA/cNMcB/c总体流动NMNA（1）总体流动：因溶质扩散 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）总体流动的特点：1）因分子本身扩散引起的宏观流动。2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于摩尔 分率。 2单向扩散及速率方程ccNNAMMAccNNBMMB（3）单向扩散传质速率方程ccNJNAMAAccNJNBMBBccNJBMB0ccNJBMBccNJBMAMBAMAMBMANcccNccNc

8、cNNMANNccNzcDNAAAAddzcccDcNddAAA微分式在气相扩散 RTpcAARTpc zpppRTDpNdd)(AAAA1A2AlnppppRTzDpNB1B2AlnppRTzDpN积分式21)-(ddAA0AAAppzpppRTDpzNB2A2B1A1pppppB1B2B1B2Bmlnppppp)(lnlnB1B2B1B2A2A1B1B2B1B2B1B2ppppppRTzDpppppppRTzDpNAS1S2S1S2Smlnccccc)(A2A1SmAcczcDcN积分式)(A2A1BmAppRTzpDpN积分式液相：3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

9、 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（1）气相中的D范围：10-510-4m2/s 经验公式D pDTpTDpTfD )(75. 1，（2）液相中的D范围：10-1010-9m2/s D DTTDTfD )( ，7.2.2. 7.2.2. 对流传质对流传质1涡流扩散涡流扩散：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。 zcDJeeddA,AeJ,A涡流扩散速率，kmol/(m2s)； e

10、D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：zc)D(DJeddAA7 7.2.3. .2.3. 对流传质模型对流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双膜模型pApAicAicA气相液相GLE2双膜模型的基本论点（假设） （1）气液两相存在一个稳定的相界面，界面两侧存 在稳定的气膜和液膜。膜内为层流，A以分子扩 散方式通过气膜和液膜。（2）相界面处两相达平衡，无扩散阻力。 （3）有效膜以外主体中，充分湍动，溶质主要以 涡流扩散的形式传质。 双膜模型也称为双膜阻力模型 7.3. 7.3. 传质设备简介传质设备简介7.3