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1、1,“单元操作” （Unit Operations） 化学工程 = 化工原理 + 反应工程 = 三传 + 一反 三传 = 动量传递 + 热量传递 + 质量传递,简单回顾 1：,2,简单回顾 2：,动量传递（动量扩散） 动量通量= -（动量扩散系数）（动量浓度梯度） 热量传递（热量扩散） 热量通量= -（热量扩散系数）（热量浓度梯度） 现象方程（phenomenological equation） 分子传递基本定律，在固体、静止或层流流动的流体内产生这种传递过程。 质量传递（扩散）？,通量= -（扩散系数）（浓度梯度）,质量通量= -（质量扩散系数）（质量浓度梯度）,3,化工原理II教学组织,化
2、工原理II讲课学时安排 化工原理下册，教学大纲共计56学时（48学时授课+8学时课程设计） Chap 8 传质过程导论 Chap 9 吸收 Chap 10 蒸馏 Chap 11 气液传质设备 Chap 12 萃取 Chap 13 干燥 Chap 14 其他传质分离过程（自学）,4,人造相界面（制成两相物系） 物质在相间的物性差异,相界面,气相,液相 S,B+A,S+A,吸收,A,A,脱吸,相界面,气相 B,液相,B+A,S+A,相界面,汽相,液相,精馏,A,B,A+B,A+B,第八章 传质过程导论,8.1 概述,一、化工生产中的分离过程,5,相界面,固相,气相,B+A,C+A,干燥,A,相界面
3、,气相,水相,A（水）,B+A,A,A,减湿,增湿,相界面,液相,液相,B+A,S+A,萃取,A,固相,液相,B+A,S+A,浸沥（取） 固液萃取,A,A （或A+S）,结晶,A,溶解,A,吸附,A,脱附,A,8.1 概述,6,相际传质的复杂性 举例: 吸收与传热的区别 推动力不一样 传热是温度差； 传质是浓度差。 过程的最终状态不一样 传热是t=0； 相际间的传质不是浓度差=0，而是相平衡。,8.1 概述,温度的单位简单（K或）；,浓度（或组成）的表示和单位制有多种。,7,二、 相组成的表示方法,质量分数 摩尔分数 （一般液相用x，气相用y） 相互换算关系：,1. 质量分数和摩尔分数,8.1
4、 概述,8,2. 质量比和摩尔比（常见于双组分物系） 质量比 摩尔比 换算关系：,8.1 概述,3. 浓度 质量浓度 摩尔浓度,kg/m3,kmol/m3,9,换算关系： 气体：,8.1 概述,10,一、基本概念和费克（Fick）定律,流体中物质扩散的基本方式： 分子扩散：,扩散：物质在单一相内的传递过程,推动力,浓度差,物质传递,扩散快慢？,8.2 扩散原理,11,费克定律,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,8.2 扩散原理,12,说明：（1）JA,z是相对扩散通量 （绝对扩散通量用NA,z表示）,单位时间通过单位分子对称面的物质量,分子对称面,从两侧扩散通过该
5、截面的分子数相等的面,8.2 扩散原理,（2）DA,B是物性之一,13,DA,B（气）10-5m2/s DA,B（液）10-9m2/s DA,B（固）10-10m2/s,8.2 扩散原理,分子密集,二、一维稳定分子扩散,（一）等分子（摩尔）相互扩散,JA = - JB,如精馏,对A、B二元物系，,又,P=pA+pB=Const.,14,传质速率（或传质通量）NA：单位时间通过单位固定空间传质面积的物质量，kmol/(m2s)；,积分：,组分B,若为液相,8.2 扩散原理, DAB=DBA,=D,15,分压pA、 pB 沿扩散路径z的变化为直线函数,8.2 扩散原理,16,（二）一组分通过另一停
6、滞组分的扩散,溶质A,相界面,溶剂S,同时S不逆向通过（汽化）,如吸收：,（单向扩散）,对于截面F-F：,传质通量,扩散通量,总体流动造成的传质通量,8.2 扩散原理,(bulk flow),17,4. 总体流动与B的扩散运动方向相反,Nb,2. A、B做等分子反方向扩散的传递运动,3. 总体流动加快了A的传递速度,1. 总体流动,即 JA= - JB,NA=JA+Nb(cA/c),NB=JB+Nb(cB/c),8.2 扩散原理,Nb(cA/c),Nb(cB/c),B为停滞组分。,=0,18,积分得：,8.2 扩散原理,19,由于,B组分在界面与主体间的对数平均分压,8.2 扩散原理,20,与
7、等摩尔相互扩散相比多了一个因子p/pBm漂流因数。 漂流因数反映总体流动对传质速率的影响。 p/pBm1 传质速率较大。 若pA p/pBm；反之pA p/pBm1,8.2 扩散原理,21,三、扩散系数,（一）气体中的D,计算：半经验公式，福勒（Fuller）提出,8.2 扩散原理,22,（二）液体中的D,计算：经验公式,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A+溶剂S），其扩散系数常用Wilke-Chang公式估算：,p11式(8-23),8.2 扩散原理,23,DE 涡流扩散系数。非物性常数，与湍动程度有关，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
8、的同时，也存在着分子扩散。,湍流：DE占主要地位。,一、涡流扩散,8.3 流体与界面间的传质,层流：D占主要地位；,D扩散系数。在温度压力不变时为Const.,24,二、有效膜模型,（1）单相内对流传质过程,8.3 流体与界面间的传质,25,1）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，pA随z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，pA随z的变化近似为水平线。,3）过渡区：分子扩散+涡流扩散， pA随z的变化逐渐平缓。,8.3 流体与界面间的传质,（2）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
9、分子扩散 。,26,3单相对流传质速率方程,（1）气相对流传质速率方程,8.3 流体与界面间的传质,有效膜厚G-E到相界面的垂直距离,27,以分压差表示推动力的气相传质分系数 （给质系数）， kmol/（m2skPa）。,=传质系数吸收的推动力,若推动力以气相摩尔分率表示：,8.3 流体与界面间的传质,以气相摩尔分率表示推动力的气相给质系数， kmol/（m2s）；,28,（2）液相对流传质速率方程,8.3 流体与界面间的传质,kL以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相 给质系数，kmol/（m2skmol/m3）；,以液相组成摩尔分率表示推动力的液相 给质系数，kmol/（m2s）；,给质系数=f (雷诺数、流体物性、界面状况）,
