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1、目录 绪论 0.1复习笔记 0.2名校考研真题详解 第1章传质过程基础 1.1复习笔记 1.2名校考研真题详解 第2章气体吸收 2.1复习笔记 2.2名校考研真题详解 第3章蒸馏 3.1复习笔记 3.2名校考研真题详解 第4章气液传质设备 4.1复习笔记 4.2名校考研真题详解 第5章液-液萃取 5.1复习笔记 5.2名校考研真题详解 第6章固体物料的干燥 6.1复习笔记 6.2名校考研真题详解 第7章其他传质与分离过程 7.1复习笔记 7.2名校考研真题详解 绪论 0.1复习笔记 一、传质分离方法的分类 依据物理化学原理的不同，传质分离过程可分为平衡分离和速率分离两 大类。 1平衡分离过程
2、平衡分离过程是指借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附剂等），使均相 混合物系统变为两相体系，再以混合物中各组分在处于平衡的两相中分 配关系的差异为依据而实现分离的过程。 根据两相状态的不同，平衡分离过程可分为： （1）气液传质过程，如吸收（或脱吸）、气体的增湿和减湿。 （2）汽液传质过程，如液体的蒸馏和精馏。 （3）液液传质过程，如萃取。 （4）液固传质过程，如结晶（或溶解）、浸取、吸附（脱附）、离子 交换、色层分离、参数泵分离等。 （5）气固传质过程，如固体干燥、吸附（脱附）等。 在平衡分离过程中，i组分在两相中的组成关系常用分配系数（又称相 平衡比）Ki来表示，即 Ki值的大小取决于物系特性及
3、操作条件（如温度和压力等）。 组分i和j的分配系数Ki和Kj之比称为分离因子ij，即 通常将K值大的当作分子，ij一般大于1。当ij偏离1时，可采用平衡分 离过程使均相混合物得以分离，aij越大越容易分离。 2速率分离过程 速率分离过程是指借助某种推动力，如浓度差、压力差、温度差、电位 差等的作用，某些情况下在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速 度的差异而实现混合物分离操作的过程。 速率分离过程可分为： （1）膜分离； （2）场分离。 二、传质设备 1对传质设备性能要求 （1）单位体积中，两相的接触面积应尽可能大，两相分布均匀，避免 或抑制短路及返混； （2）流体的通量大，单位设备体积的处
4、理量大； （3）流动阻力小，运转时动力消耗低； （4）操作弹性大，对物料的适应性强； （5）结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行可靠安全。 2传质设备分类 （1）按照所处理物系的相态 可分为气（汽）液传质设备（用于蒸馏及吸收等）、液液传质设备（用 于萃取等）、气固传质设备（用于干燥、吸附）、液固传质设备（用于 吸附、浸取、离子交换等）。 （2）按照两相的接触方式 可分为分级接触设备（如各种板式塔、多级混合-澄清槽、多层流化床 吸附等）和微分接触设备（如填料塔、膜式塔、喷淋塔、移动床吸附柱 等）。 （3）按促使两相混合和实现两相密切接触的动力 依靠一种流体自身所具有的能量分散到另一相中去的设备
5、，如大多数 的板式塔、填料塔、流化床、移动床等； 依靠外加能量促使两相密切接触的设备，如搅拌式混合-澄清槽、转 盘塔、脉冲填料塔、往复式筛板塔等。 0.2名校考研真题详解 本章为非重点内容，暂未编选名校考研真题，如有最新真题会及时更 新。 第1章传质过程基础 1.1复习笔记 质量传递是指当物系中的某组分存在浓度梯度时，该组分由高浓度区向 低浓度区的迁移的过程。 一、传质概论 1混合物组成的表示方法 （1）质量浓度 单位体积混合物中某组分的质量称为该组分的质量浓度，以符号表 示。组分A的质量浓度定义式为 设混合物由N个组分组成，则混合物的总质量浓度为 （2）物质的量浓度 单位体积混合物中某组分的
6、物质的量称为该组分的物质的量浓度，简称 浓度，以符号c表示。组分A的物质的量浓度定义式为 设混合物由N个组分组成，则混合物的总物质的量浓度为 组分A的质量浓度与物质的量浓度的关系为 （3）质量分数 混合物中某组分的质量与混合物总质量之比称为该组分的质量分数，以 符号表示。组分A的质量分数定义式为 设混合物由N个组分组成，则有 （4）摩尔分数 混合物中某组分的物质的量与混合物总物质的量之比称为该组分的摩尔 分数，以符号x表示。组分A的摩尔分数定义式为 设混合物由N个组分组成，则有 当混合物为气液两相体系时，常以x表示液相中的摩尔分数，y表示气相 中的摩尔分数。 组分i的质量分数与摩尔分数的互换关
7、系为 （5）质量比 混合物中某组分质量与惰性组分质量的比值称为该组分的质量比，以符 号表示。若混合物中除组分A外，其余为惰性组分，则组分A的质量 比定义式为 质量比与质量分数的关系为 （6）摩尔比 混合物中某组分物质的量与惰性组分物质的量的比值称为该组分的摩尔 比，以符号X表示。若混合物中除组分A外，其余为惰性组分，则组分A 的摩尔比定义式为 摩尔比与摩尔分数的关系为 当混合物为气液两相体系时，常以X表示液相的摩尔比，Y表示气相的 摩尔比。 2传质的速度与通量 （1）传质的速度 设系统由A、B两组分组成，组分A、B通过系统内任一静止平面的速度 为uA、uB，该二元混合物通过此平面的速度为u或u
8、m（u以质量为基准， um以摩尔为基准）。 uA、uB代表组分A、B的实际移动速度，称为绝对速度；u或um代表混合 物的移动速度，称为主体流动速度或平均速度；uAu、uBu或uA uB、uBum代表相对于主体流动速度的移动速度，称为扩散速度。 （2）传质的通量 单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质量称为传质通量。传质 通量等于传质速度与浓度的乘积。 以绝对速度表示的质量通量 设二元混合物的总质量浓度为，组分A、组分B的质量浓度分别为A、 B，则以绝对速度表示的质量通量为 混合物的总质量通量为 得 设二元混合物的总物质的量浓度为c，组分A、组分B的物质的量浓度分 别为cA、cB，则以绝对速
9、度表示的摩尔通量为 混合物的总摩尔通量为 得 以扩散速率表示的质量通量 扩散速率与浓度的乘积称为以扩散速率表示的质量通量，即 jA以扩散速率表示的组分A的质量通量，kg/（m2s）； jB以扩散速率表示的组分B的质量通量，kg/（m2s）； JA以扩散速率表示的组分A的摩尔通量，kmol/（m2s）； JB以扩散速率表示的组分B的摩尔通量，kmol/（m2s）。 对两组分系统，有 以主体流动速度表示的质量通量 主体流动速度与浓度的乘积称为以主体流动速度表示的质量通量，即 3质量传递的基本方式 （1）分子传质 分子扩散现象 分子传质又称为分子扩散，简称为扩散，它是由于分子的无规则热运动 而形成的
10、物质传递现象。 费克第一定律 描述分子扩散的通量或速率的方程为费克第一定律，数学表达式 及 jA、jB组分A、B的质量扩散通量，kg/（m2s）； 组分A、B在扩散方向的质量浓度梯度，（kg/m3）/m； DAB组分A在组分B中的扩散系数，m2/s； DBA组分B在组分A中的扩散系数，m2/s。 若以摩尔为基准，则菲克定律可表达成以下形式 及 JA、JB组分A、B的摩尔扩散通量，kmol/（m2s）； 组分A、B在扩散方向的浓度梯度，（kmol/m3）/m。 对两组分扩散系统，净的扩散通量为零。即 在总物质的量浓度不变的情况下，则 菲克第一定律的普遍表达形式 同理 组分的实际传质通量分子扩散通
11、量主体流动通量 （2）对流传质 涡流扩散 涡流扩散是指凭借流体质点的湍动和旋涡来传递物质的现象。 对于涡流扩散，扩散通量表达式为 或 jeA涡流质量通量，kg/（m2s）； JeA涡流摩尔通量，kmol/（m2s）； M涡流扩散系数，m2/s。 分子扩散系数D是物质的物理性质，仅与温度、压力及组成等因素有 关；涡流扩散系数M与流体的性质无关，与湍动的强度、流道中的位 置、壁粗糙度等因素有关。 对流传质 对流传质是指壁面与运动流体之间，或两个有限互溶的运动流体之间的 质量传递。 对流传质的基本方程 NA对流传质的摩尔通量，kmol/（m2s）； cA组分A在界面处的浓度与流体主体浓度之差，kmo
12、l/m3； kc对流传质系数，kmo1/（m2s）。 二、分子传质（扩散） 1气体中的稳态扩散 （1）等分子反方向扩散 设由A、B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，则称为等分子反方向扩散。 扩散通量方程 当扩散系统处于低压时，气相可按理想气体混合物处理，则 浓度分布方程 或 （2）组分A通过停滞组分B的扩散 扩散通量方程 其中 pBM组分B的对数平均分压。 比较上式与可得 p/pBM反映了主体流动对传质速率的影响，定义为“漂流因数”。因p pBM，所以漂流因数p/pBM1。当混合气体中组分A的浓度很低时， pBMp，p/pBM1。 浓度分布方程 或 2
13、液体中的稳态扩散 （1）液体中的扩散通量方程 稳态扩散时，气体的扩散系数D及总浓度c均为常数；液体中A的扩散系 数随浓度而变，总浓度在整个液相中也并非到处一致。 （2）等分子反方向扩散 扩散通量方程 浓度分布方程 （3）组分A通过停滞组分B的扩散 扩散通量方程 或 cBM停滞组分B的对数平均浓度，由下式定义 当液体为稀溶液时，cav/cBM1，于是 浓度分布方程为 或 三、对流传质 1对流传质的类型与机理 （1）对流传质的类型 根据流体流动产生的原因，可分为强制对流传质和自然对流传质。 根据流体的作用方式，可分为流体与固体壁面间的传质、两流体通过相 界面的传质，即相际间的传质。 （2）对流传质
14、的机理 当流体以湍流流过固体壁面时，在壁面附近形成湍流边界层。在湍流边 界层中，与壁面垂直的方向上，分为层流内层、缓冲层和湍流主体三部 分。 在层流内层中，流体沿着壁面平行流动，在与流向相垂直的方向上，只 有分子的无规则热运动，壁面与流体之间的质量传递以分子扩散形式进 行。在缓冲层中，流体既有沿壁面方向的层流流动，又有一些旋涡运 动，该层内的质量传递既有分子扩散，也有涡流扩散，二者的作用同样 重要。在湍流主体中，发生强烈的旋涡运动，涡流扩散远远大于分子扩 散，分子扩散的影响可忽略不计。 2浓度边界层与对流传质系数 （1）浓度边界层 当流体流过固体壁面时，若流体与固体壁面间存在浓度差，受壁面浓度
15、 的影响，在与壁面垂直方向上的流体内部将建立起浓度梯度，该浓度梯 度自壁面向流体主体逐渐减小。通常将壁面附近具有较大浓度梯度的区 域称为浓度边界层或传质边界层。 （2）对流传质系数 根据对流传质速率方程，固体壁面与流体之间的对流传质速率为 GA对流传质速率，kmol/s； S传质面积，m2； cAs壁面浓度，kmol/m3； cAb流体的主体浓度或称为平均浓度，kmol/m3。 3相际间的对流传质模型 （1）双膜模型 双膜模型又称停滞膜模型。 图1-1 双膜模型示意图 双膜模型的设想 a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 两侧各有一个很薄的停滞膜，溶质A经过两膜层的传质
16、方式为分子扩 散。 b在气液相界面处，气液两相处于平衡状态。 c在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动，各处 浓度均匀一致。 双膜模型把复杂的相际传质过程归结为两种流体停滞膜层的分子扩散过 程，在相界面处及两相主体中均无传质阻力存在，整个相际传质过程的 阻力全部集中在两个停滞膜层内。 对流传质系数的确定 a等分子反方向扩散 koG气膜对流传质系数，上标“o”表示在气膜内进行等分子反方向扩 散。 组分A通过液膜的扩散通量方程为 b组分A通过停滞组分B的扩散 kG气膜内进行组分A通过停滞组分B扩散时的对流传质系数。 同理，组分A通过液膜的对流传质系数可参照上式写出 kL液膜内进行组分A通过停滞组分B扩散时的对流传质系数。 对流传质速率方程可写成如下通用形式： 对流传质通量对流传质系数浓度差 对流传质速率方程和对流传质系数如表1-1所示。 表1-1 对流传质速率方程和对流传质系数 气相传质速率方程与传质系数 等分子反方向扩散 组分A通过停滞组分B的扩散 气相传质系数的转换关系 液相传质速率方程与传质系数 等分子反方向扩散组分A通过停滞组分B的扩散 液相传质系数的转换关系 （2）
