第四章传质分离基础教材ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 传质分离基础,第四章 传质分离基础,1,1 传质分离过程,传质分离操作的种类,混合物分离操作,非均相混合物的分离,（机械分离）,均相混合物的分离,（传质分离）,沉降,过滤,气体吸收,液体精馏,液液萃取,1 传质分离过程传质分离操作的种类混合物分离操作非均相混合,2,化工生产中常见的传质分离操作,蒸馏（精馏）,吸收与解吸,液液萃取,吸附,干燥,膜分离,热扩散,化工生产中常见的传质分离操作蒸馏（精馏）吸收与解吸液液萃,3,2 传质过程分析,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。,2-1 双组份混合体系中的分子传质过程,2 传质过程分析分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分,4,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/(m,2,s)。,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。,扩散通量：单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截菲克定律：温度,5,N,A,0,组分A扩散通量（扩散速率），mol/（m,2,s）；,组分A在扩散方向,l,上的浓度梯度（mol/m,3,）/m；,D,AB,组分A在B组分中的扩散系数，m,2,/s。,负号：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,NA,0组分A扩散通量（扩散速率），mol/（m2s,6,理想气体：,=,分子扩散两种形式,：等物质的量反向扩散，单向扩散（组分A通过静止组分B的扩散）。,理想气体：=分子扩散两种形式：等物质的量反向扩散，单向扩散（,7,N,A,N,B,T P,p,A2,p,B2,T P,p,A1,p,B1,1,2,1.等摩尔逆向扩散,NANBT PT P121.等摩尔逆向扩散,8,等物质的量反向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率大小相等，方向相反。,总压一定,=,等物质的量反向扩散：任一截面处两个组分的扩散速率大小相等，方,9,N,A,0,=,N,B,0,D,AB,=,D,BA,=,D,等物质的量反向扩散,传质通量,（,传质速率方程）,传质通量定义：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,mol/(m,2,s)。,N,A,=,气相：,NA,0=NB,0 DAB=DBA=D 等物质的量反,10,N,A,=,液相：,讨论,1）,NA=液相：讨论1）,11,2）组分的浓度与扩散距离,z,成直线关系。,3）等分子反方向扩散发生在,蒸馏,过程中。,p,p,B1,p,A1,p,A2,p,B2,扩散距离,l,0,l,p,2）组分的浓度与扩散距离z成直线关系。3）等分子反方向扩散,12,1,2,N,A0,N,B0,N,M,c,A,/c,N,M,c,B,/c,N,M,N,A,（1）整体移动：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）整体移动的特点：,1）因分子本身扩散引起的宏观流动。,2）A、B在整体移动中方向相同，流动速度正比于摩尔,分率。,2.单方向扩散（组分A通过静止组分B的扩散）,12NA0NB0NMcA/cNMcB/cNMNA（1）整体移,13,微分式,微分式,14,在气相扩散,积分式,积分式,在气相扩散 积分式积分式,15,积分式,液相：,（4）讨论,1）组分A的浓度与扩散距离,l,为指数关系,2）,、,漂流因子,，,无因次,积分式液相：（4）讨论1）组分A的浓度与扩散距离l为指数,16,漂流因子意义,：其大小反映了整体移动对传质速率的影,响程度，其值为总体流动使传质速率较单纯分子扩,散增大的倍数。,漂流因子的影响因素：,浓度高，漂流因数大，总体流动的影响大。,低浓度时，漂流因数近似等于1，总体流动的影响小。,3）单向扩散体现在,吸收,过程中。,漂流因子意义：其大小反映了整体移动对传质速率的影漂流因子的影,17,扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映,某组分在一定介质中的扩散能力，是物质特性常,数之一；,D,，m,2,/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,3、分子扩散系数,扩散系数的意义：单位浓度梯度下的扩散通量，反映D的影响因素：,18,（1）气相中的D,范围：10,-5,10,-4,m,2,/s,经验公式,（2）液相中的D,范围：10,-10,10,-9,m,2,/s,（1）气相中的D范围：10-510-4m2/s 经验公式（,19,2-2 对流传质过程（对流扩散）,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。,涡流扩散通量：,2-2 对流传质过程（对流扩散）涡流扩散：流体作湍流运动时，,20,涡流扩散速率，kmol/(m,2,s)；,涡流扩散系数，m,2,/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：,涡流扩散速率，kmol/(m2s)；涡流扩散系数,21,T,T,W,t,W,t,热流体,冷流体,p,AG,p,Ai,c,Ai,c,AL,气相,液相,z,T,z,t,l,G,l,L,E,单相内对流传质的,有效膜模型,单相内对流传质过程,TTWtWt热流体冷流体pAGpAicAicAL气相液相zT,22,1）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分,子扩散，溶质A的浓度梯度较大，,p,A,随,l,的,变化较陡。,2）湍流主体：涡流扩散远远大于分子扩散，,溶质浓度均一化，,p,A,随,l,的变化近似为水,平线。,3）过渡区：分子扩散+涡流扩散，,p,A,随,l,的,变化逐渐平缓。,1）靠近相界面处层流内层：传质机理仅为分2）湍流主体：涡流扩,23,有效膜模型,单相对流传质的传质,阻力,全部集中在一层,虚拟的膜,层内，膜层内的传质形式,仅为分子扩散,。,有效膜厚,l,G,由层流内层浓度梯度线延长线与流体主体浓度线相交于一点E，则厚度,l,G,为E到相界面的垂直距离。,有效膜模型 单相对流传质的传质阻力全部集中在,24,以分压差表示推动力的气膜传质分系数，,kmol/（m,2,skPa）。,=传质系数吸收的推动力,气相传质速率方程,以分压差表示推动力的气膜传质分系数，=传质系数吸收的推,25,气相对流传质速率方程有以下几种形式：,以气相摩尔分率表示推动力的气膜传,质分系数，kmol/（m,2,s）；,各气相传质分系数之间的关系：,带入上式,与,比较,气相对流传质速率方程有以下几种形式：以气相摩尔分率表示推,26,液相传质速率方程有以下几种形式：,液相传质速率方程,液相传质速率方程有以下几种形式：液相传质速率方程,27,k,L,以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜,对流传质分系数，kmol/（m,2,skmol/m,3,）；,以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜,对流传质分系数，kmol/（m,2,s）；,各液相传质分系数之间的关系：,注意：,对流传质系数=,f,(操作条件、流动状态、物性）,kL以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜以液相组成摩尔,28,2-3 两相间的传质模型,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）,双膜理论,p,AG,p,Ai,c,Ai,c,AL,气相,液相,l,G,l,L,E,2-3 两相间的传质模型相际对流传质三大模型：双膜模型（1）,29,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,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,30,