传质

氨气（浓度低）＋空气
总压 p 溶质（A）分压 p A
pe 与溶液中A的浓度成
平衡的气相分压
密闭容器 水（溶剂）
p A > p e 吸收， p A < p e 解吸， p A = p e 平衡，
氨气(浓度高)＋空气(惰性气体) (溶质，被吸收组分)
p A − p e ——吸收总推动力亦可用其他浓度差
（1）流体相间的传质过程 包括气体的吸收、液体的蒸馏、 ①气相一液相 包括气体的吸收、液体的蒸馏、气 体的增湿等单元操作。 体的增湿等单元操作。 气体吸收利用气体中各组分在液体溶剂中的溶解度不 气体吸收利用气体中各组分在液体溶剂中的溶解度不 同，使易溶于溶剂的物质由气相传递到液相。 使易溶于溶剂的物质由气相传递到液相。 液体蒸馏是依据液体中各组分的挥发性不同， 液体蒸馏是依据液体中各组分的挥发性不同，使其中 是依据液体中各组分的挥发性不同 沸点低的组分气化，达到分离的目的。 沸点低的组分气化，达到分离的目的。 气体增湿是将干燥的空气与液相接触， 气体增湿是将干燥的空气与液相接触，水分蒸发进入 增湿是将干燥的空气与液相接触 气相。 气相。
四、 塔设备简介
根据塔内气液接触部件的结构型式分为： 根据塔内气液接触部件的结构型式分为：填料塔与板式塔 两大类。 两大类。 1、填料塔 ①填料塔 液体由上往下流动时，由于 液体由上往下流动时， 塔壁处阻力较小而向塔壁偏流， 塔壁处阻力较小而向塔壁偏流，使填料 不能全部润湿，导致气液接触不良， 不能全部润湿，导致气液接触不良，影 响传质效果，称之为塔壁效应。 响传质效果，称之为塔壁效应。 塔壁效应
d．筛孔塔板 结构简单、造 结构简单、 价低廉、 价低廉、气体 压降小、 压降小、生产 舌形塔板 能力较大； 能力较大；缺 点是操作弹性 范围较窄， 范围较窄，小 孔筛板易堵塞。 孔筛板易堵塞。 e．导向筛板 如图
②板式塔上流体力学状况
a.气液接触状态： (a)泡沫接触状态 泡沫接触状态， 5(b). a.气液接触状态： 图(a)泡沫接触状态，图5(b). 气液接触状态 喷射接触状态，图©两种接触状态 的结合。 喷射接触状态， 两种接触状态 的结合。
P A ＝ P A*
（3）传质过程推动力与速率 传质速率定义为：单位时间内， 传质速率定义为：单位时间内，单位相接触面上被传递组 分的物质的量。 分的物质的量。
传质推动力 传质速率＝ 传质阻力
即 传质速率=传质系数× 传质速率=传质系数×传质推动力
相间传质的每一步有各自的速率方程，称为分速率方程； 相间传质的每一步有各自的速率方程，称为分速率方程； 分速率方程 整个过程速率方程为总速率方程 相应的有传质分系数 总速率方程， 整个过程速率方程为总速率方程，相应的有传质分系数 和总系数之分 之分。 和总系数之分。
表示动力
相间传质过程的方向和极限的判断： 相间传质过程的方向和极限的判断： ①若物质在一相中(A相)实际浓度大于其在另一相 若物质在一相中( (B相 实际浓度所要求的平衡浓度，则物质将由A (B相)实际浓度所要求的平衡浓度，则物质将由A相向 B相传递； 相传递；
P A ＞ P A*
②物质在A相实际浓度小于其在B相实际浓度所要求 物质在A相实际浓度小于其在B 的平衡浓度，则传质过程向相反方向进行，即从B相 的平衡浓度，则传质过程向相反方向进行，即从B 向A相传递； PA ＜ PA* 相传递； ③若物质在A相实际浓度等于B相实际浓度所要求的 若物质在A相实际浓度等于B 平衡浓度，则无传质过程发生体系处于平衡状态。 平衡浓度，则无传质过程发生体系处于平衡状态。
４.1 传质过程及塔设备简介 一、传质过程在化学工程中的地位 传质过程在化学工程中占有极其重要的地位。 1、它广泛运用于混合物的分离操作；2、常与化 学反应共存，影响着化学反应过程，甚至成为化 学反应的控制因素。3、在环境保护、生命现象及 许多工程和工业实践中都涉及物质的传递过程。 。 物质以扩散方式从一处转移到另一处的 过程，称为质量传递过程，简称传质。 过程，称为质量传递过程，简称传质。在一 质量传递过程 单相传质， 相中发生的物质传递是单相传质 相中发生的物质传递是单相传质，通过相界 面的物质传递为相间传质。 面的物质传递为相间传质。 相间传质
性，结构复杂、造价高，尤其是气体流径曲折，塔板 结构复杂、造价高，尤其是气体流径曲折， 压降大、液泛气速低、生产能力小。 压降大、液泛气速低、生产能力小。
浮阀塔板是泡罩塔的改进型，如图。 b．浮阀塔板 浮阀塔板是泡罩塔的改进型，如图。 浮阀塔生产能力与操作弹 性大、板效率高、 性大、板效率高、塔板阻力 小、结构简单、造价低等优 结构简单、 点，但浮阀对材料的抗腐蚀 性要较高，采用不锈钢制造。 性要较高，采用不锈钢制造。 c.舌形塔板 如下图所示。 c.舌形塔板 如下图所示。 舌形孔的典型尺寸为： 舌形孔的典型尺寸为：φ＝ 20° R=25mm， 25mm。 20°，R=25mm，A＝25mm。 舌形塔板结构简单、不易堵塞。液体流动阻力小。 舌形塔板结构简单、不易堵塞。液体流动阻力小。 对负荷波动的适应能力较差，气相夹带较严重。 对负荷波动的适应能力较差，气相夹带较严重。
②液相一液相 在均相液体混合物中加入具有选择性 的溶剂，系统形成两个液相。 的溶剂，系统形成两个液相。 （2）流一固相间的传质过程 ①气相一固相 含有水分或其它溶剂的固体，与比较干燥的热 含有水分或其它溶剂的固体， 气体相接触， 气体相接触，被加热的湿分气化而离开固体进入气 固体的干燥。 相，从而将湿分除去，这就是固体的干燥。 从而将湿分除去，这就是固体的干燥 气体吸附的相间传递方向恰与固体干燥相反， 气体吸附的相间传递方向恰与固体干燥相反，它 的相间传递方向恰与固体干燥相反 是气相某个或某些组分从气相向固相的传递过程。 是气相某个或某些组分从气相向固相的传递过程。
（3）填料塔与板式塔的比较 对塔设备的要求： 气液负荷大， 对塔设备的要求：①气液负荷大，即单位塔截面处理 物料量大，生产能力大；②传质效率高，达到规定分 物料量大，生产能力大； 传质效率高， 离要求的塔高较低； 操作稳定， 离要求的塔高较低；③操作稳定，物料量在相当范围 内变化时不致引起传质效率显著变动； 内变化时不致引起传质效率显著变动；④气体通过塔 时阻力小，以适应减压操作或节省动力； 结构简单， 时阻力小，以适应减压操作或节省动力；⑤结构简单， 易加工制造，维修方便，耐腐蚀，不堵塞。 易加工制造，维修方便，耐腐蚀，不堵塞。 填料塔结构简单,直径小 气体通过阻力小,处理有 直径小,气体通过阻力小 填料塔结构简单 直径小 气体通过阻力小 处理有 腐蚀性的物料好,在压降小的真空蒸馏系统和液气比 腐蚀性的物料好 在压降小的真空蒸馏系统和液气比 大的方面操作有优势；板式塔生产能力和操作弹性大, 大的方面操作有优势；板式塔生产能力和操作弹性大 塔效率稳定利于放大. 塔效率稳定利于放大 吸收操作一般用填料塔；精馏操作采用板式塔。 吸收操作一般用填料塔；精馏操作采用板式塔。
（2）板式塔 ①塔板的结构
板式塔的壳体为圆筒形， 板式塔的壳体为圆筒形，里面装有
若干块水平的塔板。 若干块水平的塔板。 塔板上的气液两相流动有错、逆流之分，如图所示。 塔板上的气液两相流动有错、逆流之分，如图所示。
塔板的结构型式有 a．泡罩塔板 构造如图示。泡罩塔板有较好的操作弹 构造如图示。泡罩塔板有较好的操作弹
的现象称为雾沫夹带。应控制夹带量不超过0.1kg( 的现象称为雾沫夹带。应控制夹带量不超过0.1kg(液 雾沫夹带 0.1kg 体)/kg(干气体)。 )/kg(干气体) kg d．液泛 气速增大，气体通过塔板的压降也增大， 气速增大，气体通过塔板的压降也增大，
降液管内的液面相应地升高； 降液管内的液面相应地升高；板上液体将无法顺利流 下，造成淹塔，即液泛。 造成淹塔， 液泛。
③、单向扩散
涡流扩散： 涡流扩散：是因流体的湍动和旋涡 产生质点位移， 产生质点位移，使物质由高浓度处 转移到低浓度处的过程。 转移到低浓度处的过程。 涡流扩散、分子扩散， 涡流扩散、分子扩散，两者统称 对流扩散。 对流扩散。
）、均相混合物 （2）、均相混合物 ）、
某组分在两相间传质，步骤是： 某组分在两相间传质，步骤是：从一相主体扩散到两 相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相， 相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最 后从此相的界面向主体扩散。 后从此相的界面向主体扩散。
b．漏液
气体通过筛孔的速度较小时，气体通过 气体通过筛孔的速度较小时，

筛孔的动压不足以阻止板上液体的流下， 筛孔的动压不足以阻止板上液体的流下，液体会直接 从孔口落下，这种现象称为漏液 正常操作时， 漏液。 从孔口落下，这种现象称为漏液。正常操作时，一般 控制漏液量不大于液体流量的10％。 控制漏液量不大于液体流量的10％。 10 c．雾沫夹带 板上液体被上升气体带入上一层塔板
1.相 相
2.相界面 相界面 相与相之间在指定条件下有明显的界面， 相与相之间在指定条件下有明显的界面，叫做 相界面。 相界面。 3.相转移过程： 相转移过程： 相转移过程 在传质过程中， 在传质过程中，物质通过相界面从一相转移 至另一相的过程，叫相转移过程。 至另一相的过程，叫相转移过程。
二、传质过程的类型
②液相一固相 含某物质的过饱和溶液与同一物质的固相相接 触时，其分子以扩散方式通过溶液到达固相表面， 触时，其分子以扩散方式通过溶液到达固相表面， 并析出使固体长大，这是结晶 结晶。 并析出使固体长大，这是结晶。 固体浸取是应用液体溶剂将固体原料中的可溶组 固体浸取是应用液体溶剂将固体原料中的可溶组 分提取出来的操作。 分提取出来的操作。 液体吸附是固液两相相接触， 液体吸附是固液两相相接触，使液相中某个或某 是固液两相相接触 些组分扩散到固相表面并被吸附的操作。 些组分扩散到固相表面并被吸附的操作。 离子交换是溶液中阳离子或阴离子与称为离子交 离子交换是溶液中阳离子或阴离子与称为离子交 换剂的固相上相同离子的交换过程。 换剂的固相上相同离子的交换过程。