传质与分离工程复习.45页PPT

吸附分离法的应用实例
空气分离
利用分子筛作为吸附剂， 将空气中的氧气和氮气分 离，得到高纯度的氧气和 氮气。
工业废气处理
利用活性炭等吸附剂对工 业废气中的有害气体进行 吸附，净化空气。
发酵液处理
利用活性炭或硅胶作为吸 附剂，从发酵液中提取有 用物质，如抗生素等。
03
膜分离法
膜分离法的原理
膜分离法是一种利用半透膜作为选择性障碍层，使物质得以分离或提纯的方法。
吸附剂的种类和特性
活性炭
活性炭是一种常用的吸附剂， 具有高比表面积、多孔结构和 良好的吸附性能，可用于多种
物质的分离。
硅胶
硅胶是一种无机吸附剂，具有 耐高温、抗氧化、化学稳定性 好的特点，常用于石油、化工 等领域。
沸石
沸石是一种天然矿物，具有规 则的孔道结构和可调的孔径， 可用于气体分离和催化剂载体 。
其它传质分离方法课 件
目 录
• 传质分离方法简介 • 吸附分离法 • 膜分离法 • 泡沫分离法 • 其他传质分离方法
01
传质分离方法简介
传质分离方法的定义和重要性
定义
传质分离方法是指通过物质传递 过程，将混合物中的不同组分进 行分离的方法。
重要性
传质分离是工业生产中必不可少 的环节，对于提高产品质量、降 低能耗和提高生产效率具有重要 意义。
结晶分离法
总结词
利用物质在结晶状态下的性质差异进行分离的方法。
详细描述
结晶分离法是一种基于晶体结构的传质分离方法，通过 控制结晶条件使不同物质形成不同晶体，从而实现分离 。结晶分离法具有较高的分离效果和选择性，适用于分 离具有明显晶体结构差异的物质，如盐类、金属氧化物 等。结晶分离法需要严格控制结晶条件，如温度、浓度 、搅拌等，以获得最佳的分离效果。

3．单相对流传质速率方程 （1）气相对流传质速率方程
Dp NA (pAG pA i ) RTδ G pBm
NA kG ( pAG pAi )
Dp kG RT G pBm
24
k G——以分压差表示推动力的气相传质分系数 （给质系数）， kmol/（m2· s· kPa）。
N A =传质系数×吸收的推动力
常见的传质分离操作：
1、蒸馏 分离液体混合物的单元操作。 过程：对混合液加热使混合液部分汽化 造成不平衡的气相和液相，利用各组分挥 发性的差异，使挥发性大的组分向气相的 净传递，挥发性小的组分向液相的净传递， 将混合液分离。
2、吸收与解吸 分离气体混合物的操作单元。 利用各组分在同一溶剂中的溶解度不同， 在混合气体中加入某种溶剂，使溶解度大 的组分向液相转移。
N A k x ( xi x)
k x ckL
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液相
给质系数，kmol/（m2· s· kmol/m3）；
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液相
给质系数，kmol/（m2· s）；
给质系数=f (雷诺数、流体物性、界面状况）
26
2、两相间的传质模型
若推动力以气相摩尔分率表示：
N A k y ( y yi )
k y——以气相摩尔分率表示推动力的气相给质系数，
kmol/（m2· s）；
∵
pAG py
pAi pyi

k y pkG
25
（2）液相对流传质速率方程
NA kL ( cAi cAL )
DL c kL L cSm
如果在吸收过程中伴有化学反应的， 称为化学吸收。 被吸收的气体从吸收剂中脱除的过 程，称为解吸。 3、液液萃取 分离液体混合物的单元操作。 在液体混合物种加入与其不想混溶 的选定的溶剂，形成不平衡的液液两 相，利用各组分在两液相中溶解度不 同而分离固定的组分。 含萃取剂的相称为萃取相，含萃 取剂较少的相称萃余相。

萃取：选择性系数β
7.1 概 述 (Introduction)
6. 分离方法的选择 分离的可行性 是否能分离
物料的物理化学性质 是否好分离 生产的处理规模 是否分离快
投资及运行的经济性 是否成本低 安全与环保 是否环保
发展趋势 1）传统分离技术改造： 如精馏筛板塔改造为效率更高的填料塔。
2）新型分离过程开发：
浓度梯度成正比。 扩散面
dC A J A D AB dZ
DAB─A的扩散系数，m2/s Z
7.2 分子扩散与对流扩散
二、双组分混合物中的一维稳定分子扩散 1. 等分子反向扩散
pA1
A B F
pA2
pB1 1
P
pB2 2
P
F’
7.2 分子扩散与对流扩散
对任一截面FF’来说，根据费克定律，A的扩散 通量为: dC A
速率分离
7.1 概 述 (Introduction)
(1)气(汽)－液接触传质过程 精馏：利用液体混合物中各组分饱和蒸汽压或沸点 或挥发性的差异而将各组分分离开来; 吸收：利用气体混合物中的各组分在某种溶剂中的 溶解度不同而将各组分分离开来; 增（减）湿：不饱和气相与温度比它高的热水接触 为增湿；含水蒸气的饱和湿气体与温度比它低的冷 水接触为减湿。
缺点：造价较高，易堵塞 难清洗。
7.1 概 述 (Introduction)
（二）板式塔
7.2 分子扩散与对流扩散
分子扩散 传质机理 对流传质
一、分子扩散与费克定律
1.分子扩散(molecular diffusion) 定义：单一相内、在有浓度差异存在的条件下， 分子的无规则运动造成的物质传递现象。
mC mA mB wA , wB , wC , m m m

固液传质广泛应用于环境 保护、矿石提取和食品加 工等领域，用于分离和回 收物质。
3 液液传质的应用
液液传质广泛应用于制药、化工和生物工程等领域，用于提纯和分离物质。
固液传质
1 固体在液体中的传质 2 萃取法和析出法
固体通过溶解、渗透和吸 附等方式在液体中传递， 常涉及固液表面交互作用。
萃取法通过溶剂将溶质从 固体中萃取出来，析出法 通过沉降或结晶将溶质从 液体中析出。
3 固液传质的应用
化工传质复习
化工传质复习，通过本课件将详细介绍传质的基本概念和过程，包括传质速 率公式、分子扩散传质、对流传质、质量传递系数、气液传质、液液传质和 固液传质等内容。
传质的基本概念和过程
1 传质的定义
传质是指物质在不同相之间的传递过程，包括分子扩散、对流传质和固液传质。
2 传质过程的三种形式
传质可通过分子扩散、对流和固液接触过程来实现。
3 传质速率公式及影响因素
传质速率可由菲克定律表示，影响因素包括浓度差、温度、接触面积和传质系数等。
分子扩散传质
1 分子扩散传质的定义
分子扩散传质是指物质分子通过自由运动的 方式在不同相之间传递的过程。
2 扩散速率及影响因素
分子扩散速率受浓度差、温度、分子间相互 作用力和扩散距离等因素的影响。
3 Ogston模型和Wilke-Chang模型
3 弥散系数和Schmidt数
弥散系数是描述对流传质能力的参数， Schmidt数表示流体传质和质量传递的比例。
4 层流和湍流传输
层流传输指流体分层且顺序排列传质；湍流 传输指流体混合不均匀，传质速率更快。
质量传递系数
1 质量传递系数的定义
质量传递系数是表征物质传递速率的参数，描述了传质过程中的阻力和质量传输效率。

将过程所产生的废物最大限度地回收和
循环使用。
产品
原
料
1
1
1
废
物 2
废
物 2
排除
2
1—单元过程；2—处理
实现分离与再循环系统使废物最小化的方法： ●废物直接再循环
例：废水
●进料提纯
例：氧化反应采用纯氧
●除去分离过程中加入的附加物质
例：共沸剂、萃取剂
●附加分离与再循环系统
例：分离废物中的有效物，循环使用
●加氢重整后得到：轻油 非芳烃 苯 甲苯 二甲苯 高级芳烃
目的产物为 对二甲苯
● 特点：
邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯
沸点℃ 熔点72
138.351 13.263
● 涉及到分离过程：精馏：4、7、8 萃取：5、6 结晶：10
目的产 物
总 结：
●降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、 回收利用率、循环利用率；
●开发和采用新技术、新工艺、改善生产操作条 件，以控制和消除污染；
●采用生产装置的闭路循环技术；
●处理生产中的副产物和废物，使之减少和消除 对环境的危害；
●研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的 “三废”治理技术。
闭路循环系统：
ESA）
改变原溶 液的相对 挥发度
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离芳烃 ；以醋酸丁 酯作共沸剂 从稀溶液中 分离醋酸。
返回
1.2.2 速率分离过程
膜分离 场分离
速率分离:
利用溶液中不同组分在某 种推动力（浓度差、压力差、 温度差、电位差等）作用下， 经过某种介质（半透膜）时 的传质速率（透过率、迁移 率、扩速率）差异而实现分 离。
吸
相态 介： 理： 用：

② 在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无 传质阻力。
③ 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。
二、相际间对流传质模型
依据双膜模型，组分A通过气膜、液膜的扩散 通量方程分别为
Dp
NA
AB 总
RTzG pBM
( p Ab
pAi )
NA
D
AB
zL
c总 c
一、涡流扩散现象
2.涡流扩散通量方程 描述涡流扩散通量的方程为
J
e A
M
dcA dz
kmol/(m2·s )
—涡流扩散系数，m2/s M
涡流扩 散的类型
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—对流传质。
对流 传质
√
强制对流传质 自然对流传质
一、相际间的对流传质过程
相际间的传质
二、相际间对流传质模型
1.双膜模型
惠特曼(Whiteman)
于1923年提出，最早提出
的一种传质模型。
pb
停滞膜模型
（双阻力模型）
cb
播放动画32：双膜模型
双膜模型示意图
二、相际间对流传质模型
停滞膜模型的要点
① 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 膜—气膜和液膜，溶质A经过两膜层的传质方式 为分子扩散。
训练才能有所收获，取得成效。 9、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视； 10、智者超然物外
强制层流传质
强制湍流传质√
二、对流传质
2.对流传质的机理
所谓对流传质 的机理是指在传质 过程中，流体以哪 种方式进行传质。 研究对流传质速率 需首先弄清对流传 质的机理。

反渗透
渗 析
点渗析
三、传质分离方法
（2）场分离 场分离是指在外场（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 的单元操作过程。
电 泳
场分离
热扩散 高梯度磁场分离
三、传质分离方法
钕铁硼永磁场
磁化精馏实验装置
三、传质分离方法
3.分离方法的选择 分离方法选择的考虑因素

被分离物系的相态 被分离物系的特性 产品的质量要求 经济程度
第七章 传质与分离过程概论
7.1 概述 7.1.1 传质分离过程 7.1.2 相组成的表示方法
一、质量浓度与物质的量浓度
1.质量浓度 质量浓度定义式
A
mA
V
N
kg /m3
密度
混合物的总质量浓度

总

i 1
i
一、质量浓度与物质的量浓度
二、相际传质过程与分离
均相物系的分离方法 均相物系 某种过程 两相物系
根据不同 组分在各 相中物性 的差异， 使某组分 从一相向 另一相转 移：相际 传质过程
实现均相物系的分离 相际传质过程
均相物系分离
二、相际传质过程与分离
示例：空气和氨分离 空气
水
吸 收 塔
空气＋氨 氨水
三、传质分离方法
1.平衡分离过程 （1）气液传质过程 气液传质过程是指物 质在气、液两相间的转移， 它主要包括气体的吸收 （或脱吸）、气体的增湿 （或减湿）等单元操作过 程。
ij Ki / K j
通常将 K 值大的当作分子，故一般大于 1 。当 偏离 1 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。
三、传质分离方法

16
吸收过程的传质机理
等分子反向扩散、单向扩散、涡流扩散及速率方程
吸收过程传质模型及传质速率表达
掌握有效膜模型要点，总传质速率方程
气相：N A＝ p pe
1 Kg
K g p pe K y ( y ye )
液相：N A＝
ce c
1 Kl
Kl ce c K x ( xe x)
33
基本干燥过程计算

干燥过程的物料衡算
干燥产品量G2；水分蒸发量W；新鲜空气的消耗量

热量衡算
预热器的热量恒算Qp：
Qp＝L（I1－I0）
干燥器的热量恒算QD：
重点是绝热干燥过程的热量恒算： I1=I2
34

干燥时间的计算
恒速段干燥时间的计算；降速段干燥时间的计算
Gc X1 X c 1 SUc
最小液气比的计算
Y1 Y2 L V min Y1 m X 2
重点是出塔浓度、溶剂用量、填料层高度的计算
20
填料层高度的计算
dY Z KY Y2 Y Ye
Y1
V
Z
L K X

X1
X2
dX Xe X
传质单元高度的确定
H OG
V K Y
ye
xe 1 ( 1 )xe
11
实际塔板数和塔板效率
全塔效率
ET=NT/NP

单板效率，默弗里（Murphree）效率
E mV y n y n 1 xn 1 xn E mL y n * y n 1 xn 1 xn *
【思考】
精馏塔中第n-1, n, n+1块实际板板效率小于1。与Yn相平衡的 液相浓度Xn*，则Xn* Xn。与X n+1相平衡的汽相浓度 Y* n+1，则Y* n+1 Yn+1。

传质与分离工程复习.
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！Leabharlann

1.质量分数
质量分数定义式
wA
mA m
混合物的总质量分数
N
wi 1
i 1
二、质量分数与摩尔分数
2.摩尔分数 摩尔分数定义式
xA
nA n
液相
yA
nA n
气相
混合物的总摩尔分数
N
xi 1
i 1
N
yi 1
i1
二、质量分数与摩尔分数
质量分数与摩尔分数的关系
由质量分数 求摩尔分数
xA
wA / M A
一、分子扩散现象与费克定律
1.分子扩散现象 由于分子的无规则热运动而形成的物质传递
现象—分子传质。
❖ 分子传质又称为分子扩散，简称为扩散 ❖分子传质在气相、液相和固相中均能发生
播放动画31：分子扩散现象
一、分子扩散现象与费克定律
2.费克(Fick)定律
描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。
及
边界条件
(1) z = z1 cA = cA1 ( pA= pA1 ） (2) z = z2 c A= cA2 ( pA= pA2 ）
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
求解可得
NA
Dc
AB 总
z
ln
c
总
cA2
c
总
c A1
或
NA
Dp
AB 总
RTz
ln
p
总
p
总
pA2 p A1
二、气体中的稳态分子扩散
简单分子的扩散体积
v
/（cm3/mol）
7.07
物质
CO
v /（cm3/mol）