7 传质与分离过程概论

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1、 通过本章学习，应掌握传质与分离过程的基通过本章学习，应掌握传质与分离过程的基本概念和传质过程的基本计算方法，为以后各章本概念和传质过程的基本计算方法，为以后各章传质单元操作过程的学习奠定基础。传质单元操作过程的学习奠定基础。学习目的学习目的与要求与要求第七章第七章 传质与分离过程概论传质与分离过程概论7.17.1 概述概述7.1.1 7.1.1 传质分离过程传质分离过程第七章第七章 传质与分离过程概论传质与分离过程概论原料原料反应产物反应产物目的产物目的产物副产物副产物分离过程分离过程反应过程反应过程一、分离过程在化工中的应用一、分离过程在化工中的应用示例：三氯甲烷的制备。示例：三氯甲烷的制

2、备。示例：炼油过程。示例：炼油过程。原料原料目的产物目的产物副产物副产物分离过程分离过程二、相际传质过程与分离二、相际传质过程与分离分离分离过程过程非均相物系分离非均相物系分离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。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，难某种物理（或化学）过程实现分离，难实现分离。实现分离。例例 气固分离：沉降气固分离：沉降液固分离：过滤液固分离：过滤均相物系的分离方法均相物系的分离方法均相物系均相物系某种过程某种过程两相物系两相物系根据不同根据不同组分在各组分在各相

3、中物性相中物性的差异，的差异，使某组分使某组分从一相向从一相向另一相转另一相转移：移：相际相际传质过程传质过程实现均相物系的分离实现均相物系的分离相际传质过程相际传质过程均相物系分离均相物系分离二、相际传质过程与分离二、相际传质过程与分离空气氨空气氨水水空气空气氨水氨水示例：空气和氨分离示例：空气和氨分离吸吸收收塔塔二、相际传质过程与分离二、相际传质过程与分离1 1、平衡分离过程、平衡分离过程 借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附剂等）使均相混合物系统变为两相体系，再剂等）使均相混合物系统变为两相体系，再以混合物中各组分在处于以混合物中各组分在处于平衡的两相平衡的两

4、相中中分配分配关系的差异关系的差异为依据而实现分离。为依据而实现分离。三、传质分离方法三、传质分离方法三、传质分离方法三、传质分离方法（1 1）气液传质过程）气液传质过程 气液传质过程是指物质气液传质过程是指物质在气、液两相间的转移，在气、液两相间的转移，它主要包括气体的吸收它主要包括气体的吸收（或脱吸）、气体的增（或脱吸）、气体的增湿（或减湿）等单元操湿（或减湿）等单元操作过程。作过程。 吸收吸收（脱吸）（脱吸） 增湿增湿（减湿）（减湿） （2 2）汽液传质过程）汽液传质过程 汽液传质过程是指物质在汽液传质过程是指物质在汽、液两相间的转移，该汽、液两相间的转移，该汽相是由液相经过汽化而汽相是

5、由液相经过汽化而得，它主要包括蒸馏（或得，它主要包括蒸馏（或精馏）单元操作过程。精馏）单元操作过程。 蒸馏（精馏）蒸馏（精馏） 三、传质分离方法三、传质分离方法（3 3）液液传质过程）液液传质过程 液液传质过程是指物液液传质过程是指物质在两个不互溶的液质在两个不互溶的液相间的转移，它主要相间的转移，它主要包括液体的萃取等单包括液体的萃取等单元操作过程元操作过程 。 萃取萃取 三、传质分离方法三、传质分离方法（4 4）液固传质过程）液固传质过程 液固传质过程是指物质在液、固两相间的转移，液固传质过程是指物质在液、固两相间的转移，它主要包括结晶（或溶解）、液体吸附（或脱附）、它主要包括结晶（或溶解

6、）、液体吸附（或脱附）、浸取等单元操作过程。浸取等单元操作过程。 结晶（溶解）结晶（溶解） 吸附（脱附）吸附（脱附） 浸取浸取 三、传质分离方法三、传质分离方法（5 5）气固传质过程）气固传质过程 气固传质过程是指气固传质过程是指物质在气、固两相间的物质在气、固两相间的转移，它主要包括气体转移，它主要包括气体吸附（或脱附）、固体吸附（或脱附）、固体干燥等单元操作过程。干燥等单元操作过程。 干燥干燥 吸附吸附（脱附）（脱附） 三、传质分离方法三、传质分离方法相平衡常数（分配系数）相平衡常数（分配系数） iiixyK/分离因子分离因子 jiijKK / 通常将通常将K值大的当作分子，故一般大于值大

7、的当作分子，故一般大于1。当偏。当偏离离1时，便可采用平衡分离过程使均相混合物得以时，便可采用平衡分离过程使均相混合物得以分离，越大越容易分离。分离，越大越容易分离。 xi、yi分别表示组分别表示组分在两相中的组成分在两相中的组成三、传质分离方法三、传质分离方法2.2.速率分离过程速率分离过程 借助某种借助某种推动力推动力（如压力差、温度差、电位差（如压力差、温度差、电位差等）的作用，利用等）的作用，利用各组分扩散速率各组分扩散速率的差异而实的差异而实现混合物分离的单元操作过程。现混合物分离的单元操作过程。所处理的物料和产品通常属于所处理的物料和产品通常属于同一相态同一相态，仅，仅有组成的差别

8、。有组成的差别。三、传质分离方法三、传质分离方法（1 1）膜分离）膜分离 膜分离是指在膜分离是指在选择性透过膜选择性透过膜中，利用各组分扩散中，利用各组分扩散速度的差异，而实现混合物分离的单元操作过程。速度的差异，而实现混合物分离的单元操作过程。 膜分离膜分离超超 滤滤反渗透反渗透渗渗 析析电渗析电渗析三、传质分离方法三、传质分离方法（2 2）场分离）场分离 场分离是指在场分离是指在外场外场（电场、磁场等）作用下，（电场、磁场等）作用下，利用各组分扩散速度的差异，而实现混合物分离利用各组分扩散速度的差异，而实现混合物分离的单元操作过程。的单元操作过程。 场分离场分离电电 泳泳热扩散热扩散高梯度

9、磁场分离高梯度磁场分离三、传质分离方法三、传质分离方法三、传质分离方法三、传质分离方法 磁化精馏实验装置磁化精馏实验装置 钕铁硼永磁场钕铁硼永磁场3.3.分离方法的选择分离方法的选择 分离方法选择的原则分离方法选择的原则三、传质分离方法三、传质分离方法v 被分离物系的相态被分离物系的相态 v 被分离物系的特性被分离物系的特性具有具有决定性作用决定性作用 v 产品的质量要求产品的质量要求 v 经济程度经济程度 7.17.1 概述概述7.1.1 7.1.1 传质分离过程传质分离过程第七章第七章 传质与分离过程概论传质与分离过程概论7.1.2 7.1.2 相组成的表示方法相组成的表示方法一、质量浓度

10、与物质的量浓度一、质量浓度与物质的量浓度1.1.质量浓度质量浓度VAmA混合物的总质量浓度混合物的总质量浓度Nii1总kg /m3密度2.2.物质的量浓度物质的量浓度混合物的总物质的量浓度混合物的总物质的量浓度Niicc1总VnAAckmol /m3一、质量浓度与物质的量浓度一、质量浓度与物质的量浓度质量浓度与物质的量浓度的关系质量浓度与物质的量浓度的关系 AAAMcMc总总iiMxM平均摩尔质量一、质量浓度与物质的量浓度一、质量浓度与物质的量浓度1.1.质量分数质量分数mmAAw混合物的总质量分数混合物的总质量分数Niiw11二、质量分数与摩尔分数二、质量分数与摩尔分数2.2.摩尔分数摩尔分

11、数 nnxAA混合物的总摩尔分数混合物的总摩尔分数 11iNixnnyAA11iNiy液相气相二、质量分数与摩尔分数二、质量分数与摩尔分数摩尔分数定义式摩尔分数定义式质量分数与摩尔分数的关系质量分数与摩尔分数的关系 iiNiAAAMwMwx/1iiNiAAAMxMxw1由质量由质量分数分数求摩尔求摩尔分数分数由摩尔由摩尔分数分数求质量求质量分数分数二、质量分数与摩尔分数二、质量分数与摩尔分数1.1.质量比：质量比：以惰性组分为基准以惰性组分为基准AAAmmmX质量比与质量分数的关系质量比与质量分数的关系AAAwwX1三、质量比与摩尔比三、质量比与摩尔比AAAXXw1AAAnnnXAAAnnnY

12、摩尔比与摩尔分数的关系摩尔比与摩尔分数的关系 AAAxxX1AAAXXx1液相液相气相三、质量比与摩尔比三、质量比与摩尔比2.2.摩尔比摩尔比练练 习习 题题 目目思考题思考题作业题作业题: 1、21.1.传质分离过程有哪些类型传质分离过程有哪些类型? ?2.2.何为相平衡常数和分离因子何为相平衡常数和分离因子? ?3.3.选择分离方法应主要考虑哪些因素选择分离方法应主要考虑哪些因素? ?4.4.相组成有哪些表示方法，引出质量比和摩尔比有相组成有哪些表示方法，引出质量比和摩尔比有 何意义何意义? ?7.17.1 概述概述第七章第七章 传质与分离过程概论传质与分离过程概论7.2.1 7.2.1

13、分子传质（扩散）分子传质（扩散）7.27.2 质量传递的方式与描述质量传递的方式与描述一、分子扩散现象与费克定律一、分子扩散现象与费克定律 1. 1.分子扩散现象分子扩散现象由于由于分子的无规则热运动分子的无规则热运动而形成的物质传递现而形成的物质传递现象象分子传质分子传质。播放动画31：分子扩散现象v分分子传质又称为分子扩散，简称为扩散子传质又称为分子扩散，简称为扩散v分分子传质只有在固相、静止或层流流动的流体子传质只有在固相、静止或层流流动的流体 内才会单独发生内才会单独发生dzdcDJAABAkmol/(m2 s )费克第费克第一定律一定律 DAB 组分组分A在组分在组分B中的扩散系数，

14、中的扩散系数，m2/s 一、分子扩散现象与费克定律一、分子扩散现象与费克定律 2.2.费克费克( (FickFick) )定律定律dzdcDJBBAB及及 DBA 组分组分B在组分在组分A中的扩散系数，中的扩散系数，m2/s 0dzdcdzdcBA常数总BAccc对于对于两组分两组分扩散系统：系统处于扩散的扩散系统：系统处于扩散的动态平衡动态平衡时时BAABDD一、分子扩散现象与费克定律一、分子扩散现象与费克定律微分得微分得故此得故此得0BAJJJ3.3.总体流动现象总体流动现象示例：用水吸收空气中的氨示例：用水吸收空气中的氨一、分子扩散现象与费克定律一、分子扩散现象与费克定律 设由设由A、B

15、组成的二元气体混合物，其中组成的二元气体混合物，其中 A为溶为溶质质，可溶解于液体中，而，可溶解于液体中，而B不能在液体中溶解。这不能在液体中溶解。这样，组分样，组分A可以通过气液相界面进入液相，而组分可以通过气液相界面进入液相，而组分 B不能进入液相。由于不能进入液相。由于 A分子不断通过相界面进入分子不断通过相界面进入液相，在相界面的气相一侧会留下液相，在相界面的气相一侧会留下“空穴空穴”。根据。根据流体连续性原则，混合气体会自动地向界面递补，流体连续性原则，混合气体会自动地向界面递补，这样就发生了这样就发生了A、B 两种分子并行向相界面递补的两种分子并行向相界面递补的运动，这种递补运动就

16、形成了运动，这种递补运动就形成了混合物的总体流动混合物的总体流动。 相界面相界面气相（AB）液相 SANAJBJ主体流动0BNANyBNymuAAANyJN0BBNyJNBBBNyJ一、分子扩散现象与费克定律一、分子扩散现象与费克定律二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散 设由设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则称为等分子反方向扩散。则称为等分子反方向扩散。1.1.等分子反方向扩散等分子反方向扩散气相气相相界面相界面液相液相易挥发组分易挥发组分NANB难挥发组分难挥发

17、组分蒸馏操作蒸馏操作对于等分子反方向扩散对于等分子反方向扩散dzdcDJNAABAANA=NB二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散因此得因此得N=NA+NB=0故此得故此得等分子反方向扩散等分子反方向扩散(1) z = z1边界条件边界条件cA = cA1 ( pA = pA1 ）(2) z = z2cA = cA2 ( pA = pA2 ）二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散求解得求解得)(21AAABAAcczDJN12zzz当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物处理，则处理，则RTAApc)(21AAABAAppz

18、RTDJN二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散据此得据此得设由设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分两组分组成的二元混合物中，组分A为为扩散组分，组分扩散组分，组分B为不扩散组分（称为停滞组分），为不扩散组分（称为停滞组分），组分组分A通过停滞组分通过停滞组分B进行扩散。进行扩散。 吸收操作吸收操作液相液相相界面相界面气相气相溶质溶质ANANB0惰性组分惰性组分B2.2.一组分通过另一停滞组分的扩散一组分通过另一停滞组分的扩散二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散对于组分对于组分A通过停滞组分通过停滞组分B的扩散的扩散AAAABAAAABANccdzdcDNydzdcD

19、N总NB= 0整理得整理得 dzdccccDNAAABA总总二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散N=NA+NB=NA(1) z = z1边界条件边界条件cA = cA1 ( pA= pA1 ）(2) z = z2c A= cA2 ( pA= pA2 ）二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散一组分通过另一一组分通过另一停滞组分的扩散停滞组分的扩散二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散求解可得求解可得12lnAAABAcccczcDN总总总12lnAAABAppppzRTpDN总总总或或由于扩散过程中总压不由于扩散过程中总压不变变 22ABppp总11ABppp总2

20、112AABBpppp121221lnBBBBAAABAppppppzRTpDN总二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散令令1212lnBBBBBMppppp)(21AABMABAppzpRTpDN总据此得据此得组分组分 B 的对的对数平均分压数平均分压二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散比较比较 反映了总体流动对传质速率的影响反映了总体流动对传质速率的影响 )(21AAABAppzRTDN)(21AABMABAppzpRTpDN总相差相差BMpp /总BMpp /总飘流因飘流因数数二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散1/BMpp总BMpp 总因为因为故故1/

21、BMpp总AAJNBMpp /总AN总体流动影响总体流动影响无总体流动无总体流动二、气体中的稳态分子扩散二、气体中的稳态分子扩散三、液体中的稳态分子扩散三、液体中的稳态分子扩散1.1.等分子反方向扩散等分子反方向扩散)(21AAABAcczDN参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出12zzz 组分组分A在溶剂在溶剂B中的扩散系数，中的扩散系数，m2/s ABD三、液体中的稳态分子扩散三、液体中的稳态分子扩散)(21AABMABAcczccDN总参照气体中的一组分通过另一停滞组分的扩散过程参照气体中的一组分通过另一停滞组分的扩散过程: :2.一组分通过另

22、一停滞组分的扩散一组分通过另一停滞组分的扩散或或)(21AABMABAxxzxcDN总三、液体中的稳态分子扩散三、液体中的稳态分子扩散12ln12BBBMcccccBB其中其中12ln12BBBMxxxxxBB停滞组分停滞组分 B对数平均物对数平均物质的量浓度质的量浓度停滞组分停滞组分 B对数平均摩对数平均摩尔分数尔分数四、扩散系数四、扩散系数1.1.气体中的扩散系数气体中的扩散系数 通常，通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分。对于双组分气体混合物，组分的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力

23、的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体中的扩散系数，其值一般在中的扩散系数，其值一般在 m2/s 范范围内。围内。54101101四、扩散系数四、扩散系数估算气体扩散系数经验公式估算气体扩散系数经验公式23/13/12/175. 15)()()11(10013. 1BABAABvvpMMTD总福勒公式 BAMM 、 组分组分A、B的摩尔质量，的摩尔质量，kg/kmol；BAvv、 组分组分A、B的分子扩散体积，的分

24、子扩散体积，cm3/mol。四、扩散系数四、扩散系数简单分子的扩散简单分子的扩散体积体积物物 质质v /（cm3/mol）物物 质质v /（cm3/mol）H27.07CO 18.90D26.70CO2 26.90He2.88N2O 35.90N217.90NH3 14.90O216.60H2O 12.70air20.10（CCl2F2）114.80Ar16.10(SF6) 69.70四、扩散系数四、扩散系数原子的扩散体积原子的扩散体积元元 素素/（cm3/mol）元元 素素/（cm3/mol）C 16.50(Cl) 19.5H 1.98(S) 17.0O 5.48芳香环芳香环20.2(N)

25、5.69杂杂 环环20.2四、扩散系数四、扩散系数75. 112211AB2AB)(TTPPDD总，总，1ABD 、 下的扩散系数，下的扩散系数，m m2 2/s/s；1T1总，p2ABD 、 下的扩散系数，下的扩散系数，m m2 2/s/s。2T2总，p 由福勒公式可知，气体扩散系数与由福勒公式可知，气体扩散系数与 成成正比、与正比、与 成反比。根据该关系，可得成反比。根据该关系，可得 75. 1T总p四、扩散系数四、扩散系数2.2.液体中的扩散系数液体中的扩散系数 液体中溶质的扩散系数不仅与物系的种类、温液体中溶质的扩散系数不仅与物系的种类、温度有关，而且随溶质的浓度而变。液体中的扩散系度

26、有关，而且随溶质的浓度而变。液体中的扩散系数可从有关资料中查得，某些低浓度下的二组元液数可从有关资料中查得，某些低浓度下的二组元液体混合物的扩散系数列于附录一中。液体中的扩散体混合物的扩散系数列于附录一中。液体中的扩散系数，其值一般在系数，其值一般在 m m2 2/s /s 范围内。范围内。109101101四、扩散系数四、扩散系数估算液体扩散系数经验公式估算液体扩散系数经验公式威尔基公式 BM 溶剂溶剂 B B 的摩尔质量，的摩尔质量，kg/kg/kmolkmol；bAV 溶质在正常沸点下的分子体积，溶质在正常沸点下的分子体积，cmcm3 3/mol/mol。6 . 0152/1)(104

27、. 7bABBABVTMDB 溶剂溶剂 B B 的黏度，的黏度，Pa Pa s s； 溶剂溶剂 B B 的缔合因子；的缔合因子；四、扩散系数四、扩散系数常见溶剂的缔合因子常见溶剂的缔合因子 溶剂名称溶剂名称水水甲甲 醇醇乙乙 醇醇苯苯非缔合溶剂非缔合溶剂缔合因子缔合因子2.61.91.51.01.0四、扩散系数四、扩散系数某些物质在正常沸点下的分子体积某些物质在正常沸点下的分子体积物物 质质分分 子子 体体 积积/ /（cm3/mol）物物 质质分分 子子 体体 积积/ /（cm3/mol）空气空气29.9 H2O18.9H214.3H2S32.9O225.6NH325.8N231.2NO 2

28、3.6Br253.2N2O 36.4Cl248.4SO2 44.8CO30.7I271.5CO234.07.17.1 概述概述第七章第七章 传质与分离过程概论传质与分离过程概论7.2.1 7.2.1 分子传质（扩散）分子传质（扩散）7.27.2 质量传递的方式与描述质量传递的方式与描述7.2.2 7.2.2 对流传质对流传质 1.1.涡流扩散涡流扩散 由于流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传递由于流体质点的湍动和旋涡而形成的物质传递现象现象涡流扩散。涡流扩散。 涡流扩散在湍流流体中发生涡流扩散在湍流流体中发生一、涡流扩散现象一、涡流扩散现象 在涡流扩散中时刻存在分子扩散在涡流扩散中时刻存在分子扩

29、散 涡流扩散的通量远大于分子扩散的通量涡流扩散的通量远大于分子扩散的通量2.2.涡流扩散通量方程涡流扩散通量方程dzdcJAMeA涡流扩散系数，涡流扩散系数，m2/s Mkmol/(m2 s )一、涡流扩散现象一、涡流扩散现象描述涡流扩散通量的方程为描述涡流扩散通量的方程为涡流扩涡流扩散通量散通量1.1.对流传质的类型对流传质的类型 运动流体与固体表面之间，或两个有限互溶的运动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流体之间的质量传递过程对流传质。对流传质。 二、对流传质二、对流传质对流对流传质传质自然对流传质强制层流传质强制层流传质强制湍流传质强制湍流传质强制对流传

30、质强制对流传质2.2.对流传质的机理对流传质的机理所谓对流传质的机所谓对流传质的机理是指在传质过程理是指在传质过程中，流体以哪种方中，流体以哪种方式进行传质。式进行传质。层流内层缓冲层湍流中心AicAfc)(rfcA湍流湍流流体流体流体与管壁间的浓度分布流体与管壁间的浓度分布二、对流传质二、对流传质湍流湍流主体主体层流层流内层内层缓冲缓冲层层传质机理：分子传质传质机理：分子传质传质机理：涡流传质为传质机理：涡流传质为主主浓度分布：为一陡峭直浓度分布：为一陡峭直线线传质机理传质机理浓度分布：为一渐缓曲线浓度分布：为一渐缓曲线浓度分布：为一平坦曲浓度分布：为一平坦曲线线分子传质分子传质涡流传质涡流

31、传质在与壁在与壁面垂直面垂直的方向的方向上分为上分为三层三层 二、对流传质二、对流传质2.2.对流传质速率方程对流传质速率方程 描述对流传质的基本方程描述对流传质的基本方程对流传质速率方程。对流传质速率方程。 对流传质系数，对流传质系数，kmol/(m2sc)Lk)(AfAiLAcckNkmol/(m2 s )二、对流传质二、对流传质对流传质对流传质速率方程速率方程对流传对流传质通量质通量7.17.1 概述概述第七章第七章 传质与分离过程概论传质与分离过程概论7.2.1 7.2.1 分子传质（扩散）分子传质（扩散）7.27.2 质量传递的方式与描述质量传递的方式与描述7.2.2 7.2.2 对

32、流传质对流传质7.2.3 7.2.3 相际间的传质相际间的传质一、相际间的对流传质过程一、相际间的对流传质过程 设组分设组分 A从气相传递到液相（如吸收），该过程由从气相传递到液相（如吸收），该过程由以下以下3步串联而成：步串联而成： 组分组分A从气相主体扩散到相界面；从气相主体扩散到相界面； 在相界面上组分在相界面上组分A由气相转入液相；由气相转入液相； 组分组分A由相界面扩散到液相主体。由相界面扩散到液相主体。 一般来说，相界面上组分一般来说，相界面上组分A从气相转入液相的过从气相转入液相的过程很快，程很快，相界面传质阻力可以忽略相界面传质阻力可以忽略。因此，相际间。因此，相际间传质的阻力

33、主要集中在气相和液相中。若其中一相传质的阻力主要集中在气相和液相中。若其中一相传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可以传质阻力较另一相大得多，则另一相传质阻力可以忽略，此种传质过程即称之为忽略，此种传质过程即称之为“该相控制该相控制”。 一、相际间的对流传质过程一、相际间的对流传质过程 相际间的传质相际间的传质二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 1.1.双膜模型双膜模型惠特曼惠特曼(Whiteman) 于于1923年提出，最早年提出，最早提出的一种传质模型。提出的一种传质模型。pbcb停滞膜模型（双阻力模型）双膜双膜模型示意图模型示意图播放动画32：双膜模型双膜模型的要点双膜模型

34、的要点当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳 定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞 膜膜气膜和液膜，溶质气膜和液膜，溶质A经过两膜层的传质方式经过两膜层的传质方式 为为分子扩散分子扩散。在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无 传质阻力。传质阻力。 在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流 体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。 二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 )

35、(AiAbBMGABApppRTzpDN总)(AbAiBMLABAcccczDN总依据双膜模型，组分依据双膜模型，组分A通过气膜、液膜的扩散通量通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为方程分别为二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 设对流传质速率方程分别为设对流传质速率方程分别为 比较得比较得)(AiAbGAppkN)(AbAiLAcckNBMGABGpRTzpDk总BMLABLczcDk总气膜对气膜对流流传质系传质系数数液膜对液膜对流流传质系传质系数数二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 根据双膜模型，导出根据双膜模型，导出 停滞膜模型停滞膜模型的模型参数的模型参数液膜厚度液膜厚度

36、 zL气膜厚度气膜厚度 zGGkABD二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 LkABD或或 2.2.溶质渗透模型溶质渗透模型 希格比希格比(Higbie)于于1935年提出，年提出，为非稳态模型。为非稳态模型。溶质渗透溶质渗透模型示意图模型示意图二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 播放动画33：溶质渗透模型溶质渗透模型的要点 液面由无数微小的液面由无数微小的液体单元液体单元所构成，当气液两所构成，当气液两 相相互接触时，液相主体中的某些单元运动至相相互接触时，液相主体中的某些单元运动至 相界面便停滞下来。在气液未接触前，液体单相界面便停滞下来。在气液未接触前，液体单 元中溶质

37、的浓度和液相主体的浓度相等，接触元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触 开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。 随着接触时间的延长，溶质随着接触时间的延长，溶质A通过不稳态扩散方通过不稳态扩散方 式不断地向液体单元中渗透。式不断地向液体单元中渗透。 二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经 过时间过时间c后，旧的液体单元即被新的液体单后，旧的液体单元即被新的液体单 元所置换而回到液相主体中去。元所置换而回到液相主体中去。 液体单元不断进行交换，每批液体单元在界液体单元不

38、断进行交换，每批液体单元在界 面暴露的时间面暴露的时间c 都是一样的。都是一样的。 二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 根据溶质渗透模型，可导出根据溶质渗透模型，可导出 )(40AAicABccDAN二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 设对流传质速率方程分别为设对流传质速率方程分别为 )(AbAiLAcckN比较可得比较可得 溶质渗透模型溶质渗透模型的模型参数的模型参数暴露时间暴露时间cLk2/1ABDcABLDk4二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 3.表面更新模型表面更新模型 丹克沃茨丹克沃茨(Danckwerts) 于于1951年提出，为非稳态模型。年提出，

39、为非稳态模型。表面更新模型的要点 溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。 界面上界面上液体单元有不同的暴露时间或称年龄液体单元有不同的暴露时间或称年龄，界，界 面上各种不同年龄的液体单元都存在。面上各种不同年龄的液体单元都存在。 不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换的概不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换的概 率是均等的。单位时间内表面被置换的分率称为率是均等的。单位时间内表面被置换的分率称为 表面更新率，用符号表面更新率，用符号S 表示。表示。 二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 根据表面更新模型，可导出根据表面更新模型，可导出二、相际

40、间对流传质模型二、相际间对流传质模型 )(0AAiAccNSDAB设对流传质速率方程分别为设对流传质速率方程分别为 )(AbAiLAcckN表面更新模型表面更新模型的模型参数的模型参数表面更新率表面更新率S比较可得比较可得Lk2/1ABDSDABLk二、相际间对流传质模型二、相际间对流传质模型 7.17.1 概述概述第七章第七章 传质与分离过程概论传质与分离过程概论7.3.1 7.3.1 传质设备的分类与性能要求传质设备的分类与性能要求7.27.2 质量传递的方式与描述质量传递的方式与描述7.37.3 传质设备简介传质设备简介一、传质设备的分类一、传质设备的分类 传质设备气液传质设备气液传质设

41、备按所处理物系相态分类按所处理物系相态分类液液传质设备液液传质设备气固传质设备气固传质设备液固传质设备液固传质设备传质设备按两相的接触方式分类按两相的接触方式分类逐级接触式设备逐级接触式设备微分接触式设备微分接触式设备按促使两相混合与接触动力分类按促使两相混合与接触动力分类传质设备无外加能量式设备无外加能量式设备有外加能量式设备有外加能量式设备二、传质设备的性能要求二、传质设备的性能要求 v单位体积中，两相的接触面积应尽可能大单位体积中，两相的接触面积应尽可能大对传质设备的基本要求对传质设备的基本要求v两相分布均匀，避免或抑制沟流、短路及返混等两相分布均匀，避免或抑制沟流、短路及返混等 现象发

42、生现象发生v流体的通量大，单位设备体积的处理量大流体的通量大，单位设备体积的处理量大v流动阻力小，运转时动力消耗低流动阻力小，运转时动力消耗低 v操作弹性大，对物料的适应性强操作弹性大，对物料的适应性强 v结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行安全结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行安全 可靠可靠 7.17.1 概述概述第七章第七章 传质与分离过程概论传质与分离过程概论7.3.1 7.3.1 传质设备的分类与性能要求传质设备的分类与性能要求7.2 质量传递的方式与描述质量传递的方式与描述7.37.3 传质设备简介传质设备简介7.3.2 7.3.2 典型的传质设备典型的传质设备一、板式塔一、板

43、式塔 板式塔为板式塔为逐级接触式逐级接触式的气的气液传质设备，它主要由圆柱形液传质设备，它主要由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件构成。及受液盘等部件构成。 板式塔的结构板式塔的结构 1. . 壳体壳体2. . 塔板塔板3. . 溢流堰溢流堰4. . 受液盘受液盘5. . 降液管降液管板式塔液相连续相汽相分散相二、板式塔二、板式塔筛孔塔板示意图筛孔塔板示意图 1. . 筛孔筛孔2. . 鼓泡层鼓泡层3. . 泡沫层泡沫层4. . 降液管降液管 填料塔为填料塔为连续接触式连续接触式的气的气液传质设备，它主要由圆柱形液传质设备，它主要由圆柱形壳体、壳体、液体分

44、布器、填料支承液体分布器、填料支承板、塔填料、填料压板及液体板、塔填料、填料压板及液体再分布装置再分布装置等部件构成。等部件构成。 1.1.塔壳体；塔壳体；2.2.液体分布器；液体分布器；3.3.填料压板；填料压板；4 4. .填料；填料；5.5.液体再分布器液体再分布器；6.6.填料支承板。填料支承板。填料塔结构示意图填料塔结构示意图填填料料塔塔液相连续相气相分散相二、填料塔二、填料塔 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，这种现象称为壁集中的趋势，这种现象称为壁流壁流。 壁流效应壁流效应会造成气液两相在填料层中分会造成气液两相在填料层中分布不

45、均匀，从而使传质效率下降。因此，当填布不均匀，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置料层较高时，需要进行分段，中间设置液体再液体再分布装置分布装置。二、填料塔二、填料塔与板式塔相比，填料塔具有以下特点：与板式塔相比，填料塔具有以下特点：v 生产能力大生产能力大v 侧线进料和出料侧线进料和出料较难较难v 压力降小，持液量小压力降小，持液量小v 操作弹性大操作弹性大v 分离效率高分离效率高v 造价较高造价较高v 易堵塞易堵塞二、填料塔二、填料塔练练 习习 题题 目目思考题作业题: 3、4、51.1.平衡分离和速率分离有哪些主要类型，他们平衡分离和速率分离有哪些主要类型，他

46、们的区别是什么？的区别是什么？2.2.总体流动对分子传质通量有何影响？总体流动对分子传质通量有何影响？3.3.“漂流因子漂流因子”与总体流动有何关系？与总体流动有何关系？4.4.气体扩散系数与哪些因素有关？气体扩散系数与哪些因素有关？练练 习习 题题 目目思考题思考题作业题: 6、7、81 1. . 对流传质有哪些类型，其传质机理如何对流传质有哪些类型，其传质机理如何？2 2. . 提出对流传质模型的意义是什么？提出对流传质模型的意义是什么？3 3. .停滞膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要停滞膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要 点是什么，各模型求得的传质系数与扩散系数有点是什么，各模型求得的传质系数与扩散系数有 何关系，其模型参数是什么何关系，其模型参数是什么？4.4.板式塔和填料塔的构造如何？板式塔和填料塔的构造如何？