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传质分离过程原理传质分离是一种利用不同物质在物理性质或化学性质上的差异而对其进行分离的工艺。
它在化工、制药、食品等领域中得到广泛应用。
传质分离过程主要包括溶剂萃取、吸附、膜分离等方法，以下将详细介绍这几种方法的原理。
1.溶剂萃取。
溶剂萃取是一种通过溶剂对待分离物进行组分分布的过程。
它利用不同物质在溶剂中的溶解度差异，通过调整操作条件来实现物质的分离。
溶剂萃取的原理是将混合物溶解在适宜的溶剂中，然后加入萃取剂与混合物中的组分发生反应，形成混合物中不同组分的溶剂萃取化合物。
通过不同的操作条件，如温度、压力、pH值等来实现物质的分离。
溶剂萃取广泛应用于分离提纯金属离子、有机物等。
2.吸附。
吸附是一种利用吸附剂对待分离物进行吸附和解吸过程的分离方法。
其原理是根据不同物质在吸附剂表面的吸附性能差异，通过将混合物通过吸附剂来实现物质的分离。
吸附剂常用的有活性炭、分子筛等。
吸附分离的过程通常包括两个阶段，即吸附阶段和解吸阶段。
在吸附阶段，混合物通过吸附剂时，各个组分根据其在吸附剂表面的亲和力发生吸附，并在吸附剂上形成吸附相；在解吸阶段，通过改变操作条件，如温度、压力等，使被吸附的物质从吸附剂上解吸到溶液中，从而实现物质的分离。
3.膜分离技术。
膜分离是利用半透膜对混合物中组分进行分离的方法。
半透膜是一种具有选择性传递性能的材料，可以选择性地传递其中一种或几种组分，而阻止其他组分通过。
常用的膜分离技术包括渗透膜、离子交换膜和渗流膜等。
膜分离的原理主要包括渗透压差、电荷排斥和分子筛效应。
在渗透压差方面，通过通过半透膜形成的渗透压差来实现物质的传递与分离；在电荷排斥方面，通过半透膜上的电荷作用来实现电荷相同的离子的分离；在分子筛效应方面，通过半透膜上的孔径大小来实现分子大小的分离。
综上所述，传质分离是一种通过利用不同物质在物理性质或化学性质上的差异实现物质的分离的过程。
不同的传质分离方法有着不同的原理，通过调整操作条件来实现物质的分离。
第七章 传质与及分离过程概论1.在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。
已知入塔混合气中氨含量为5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比1Y 、2Y 。
解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数1y 和2y 。
120.055/170.09030.055/170.945/290.002/170.00340.002/170.998/29y y ==+==+进、出塔气体中氨的摩尔比1Y 、2Y 为 10.09030.099310.0903Y ==-20.00340.003410.0034Y ==-由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。
2. 试证明由组分A 和B 组成的双组分混合物系统，下列关系式成立： （1） 2)B A A B A B A A (d d M x M x x M M w +=（2）2A )(d d BB AA B A A M w M w M M w x +=解：（1）BB A A A A A M x M x x M w +=BA A A)1(A A M x M x x M -+=2)B B A )B A )B B A (A A (A (A A A d A d M x M x M M M x M x M x M x w +-+=-2)B B A )B A (B A A (M x M x x x M M +=+由于 1B A =+x x 故 2)B B A A B A A (d Ad M x M x x M M w +=（2）BB AA A AA M w M w M w x +=2)()(Ad A d BB A A BAA ABB AA A 11)(1M w M w M M M w M w M w M w x+-+=-2)(BA 1(BB A A )B A M w M w M M w w ++=2)(BB AA B A 1M w M w M M +=故 2)(d A d BB AA B A A M w M w M M w x +=3. 在直径为0.012 m 、长度为0.35 m 的圆管中，CO 气体通过N 2进行稳态分子扩散。
化工传质与分离过程
一、化工传质与分离过程
1. 定义
化工传质与分离过程指的是通过物理、化学或其他方式将原料中的物
质从一种物料中分离出来的过程，而另一种物料就是传质该物质的媒介。
2. 目标
将原料通过不同方式分离，将其形成符合工艺要求的单一物质料或多
种物质料。
3. 方法
（1）蒸馏：即利用不同沸点液体的差别，用蒸汽来将高沸点液体蒸发，得到更高沸点或低沸点液体；
（2）萃取：即利用萃取剂把溶解物从溶液中萃取出来分离；
（3）透析：即利用分子过滤的原理，将分子的大小作为界限，把分子
大的物质离开分子小的物质，得到分离的结果；
（4）聚类：即利用物料聚合的方法，将多种物料按照一定的聚类规则，聚合成一定形态一致的多种物料，进行分离；
（5）沉淀：即利用水溶液的pH值或溶质的活性，把有溶解或悬浮的
物质分离为比较纯净的物质。
4. 作用
（1）物料的分解：将原料中的物质按照一定的分离过程，分解成多种
物质；
（2）物料的提纯：将原料中的物质通过分离过程，可以提纯成单种物料，使之更加纯净；
（3）物料的精制：将原料中中的物质通过传质分离，可以使溶液中的物质增添成分，以达到高精度处理；
（4）物料的控制：通过传质分离，可以控制几种物料中比例、浓度和均匀性，以达到高效率工艺。
5. 应用
化工传质分离过程用于各种化工行业中，如原油加工，把原油分成石油气体、石油液体和各类残渣，并可获得更多的油产品；在电解废水处理中，能有效分离废水中的铁离子和阴离子，使铁离子含量尽可能降低；在食品饮料行业中，能有效把原料中的活性成分分离出来，以符合食品饮料行业的要求。
传质与分离过程
传质与分离过程是化学和物理学中的两个重要概念。
它们在许多领域中都有着广泛的应用，包括生物学、环境科学、工程学等等。
传质是指物质在不同相之间的传递过程，而分离过程则是将混合物中的组分分开的过程。
传质过程是物质从高浓度区域向低浓度区域的传递。
在自然界中，许多物质通过传质过程进行扩散。
例如，当我们在一间屋子里点燃一支香烟时，香烟中的微小分子会通过空气中的传质过程扩散到整个屋子里，使得整个屋子充满了香烟的味道。
传质过程的速度与浓度梯度有关，浓度梯度越大，传质速度越快。
分离过程是将混合物中的组分分开的过程。
我们在日常生活中经常用到分离过程。
例如，水可以通过蒸发和凝结的分离过程从盐水中分离出来。
另一个例子是用筛子将沙子和石子分离开来。
分离过程可以根据不同组分的性质和分离方法的原理来选择最适合的分离方法。
在化学工程中，传质与分离过程被广泛应用于各种工业过程。
例如，化工厂中的蒸馏塔就是利用不同组分的沸点差异通过蒸发和冷凝的分离过程从混合物中分离出纯净的组分。
另一个例子是在制药工业中，通过传质过程将溶液中的药物从溶剂中提取出来。
在环境科学中，传质与分离过程也起着重要作用。
例如，土壤中的污染物可以通过传质过程迁移到地下水中，导致地下水污染。
因此，了解传质过程可以帮助我们更好地管理和修复环境。
总之，传质与分离过程在许多领域中都有重要的应用。
它们是化学和物理学中的基本概念，对于我们理解和应用科学知识具有重要意义。
通过研究传质与分离过程，我们可以更好地了解物质的传递与分离规律，并运用这些知识解决实际问题。
第七章 传质与分离过程概论
1.在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。
已知入塔混合气中氨含量为5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比1Y 、2Y 。
解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数1y 和2y 。
120.055/17
0.09030.055/170.945/29
0.002/17
0.0034
0.002/170.998/29y y ==+==+ 进、出塔气体中氨的摩尔比1Y 、2Y 为
10.09030.099310.0903Y =
=- 20.0034
0.003410.0034Y ==-
由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。
2. 试证明由组分A 和B 组成的双组分混合物系统，下列关系式成立：
（1） 2)B A A
B A B A A (d d M x M x x M M w +=
（2）2A )(d d B B A
A
B A A M w M w M M w x +=
解：（1） B B A A
A A A M x M x x M w +=
B A A A )1(A A M x M x x M -+=
2)B B A )B A )B B A (A A (A (A A A d A d M x M x M M M x M x M x M x w +-+=-2)B B A )B A (B A A (M x M x x x M M +=+
由于 1B A =+x x
故 2)
B B A A
B A A (d A d M x M x x M M w +=
（2） B B A A
A
A A M w M w M w x +=
2)()(A d A d B B A A B A A A B B A A A
11)(1
M w M w M M M w M w M w M w x +-+=- 2)(B A 1(B B A A )B A M w M w M M w w ++=
2)(B B A A
B A 1M w M w M M +=
故 2)(d A d B B A A
B A A M w M w M M w x +=
3. 在直径为0.012 m 、长度为0.35 m 的圆管中，CO 气体通过N 2进行稳态分子扩散。
管内N 2的温度为373 K ，总压为101.3 kPa ，管两端CO 的分压分别为70.0 kPa 和7.0 kPa ，试计算CO 的扩散通量。
解：设 A ——CO ； B ——N 2
查附录一得 s m 10318.024AB -⨯=D
()31.3k P a
k P a 703.101A1B 1=-=-=p p p 总 ().3kPa 49kPa 0.73.101A2B 2=-=-=p p p 总
k P a 12.57kPa 3.313.94ln 3.313.94ln B1
B2B1B2 BM =-=-=p p p p p ()()()()s m kmol 10273.3s m kmol 7.0-70.012
.5735.03738.3143.10110318.02624A2A1BM
AB A ⋅⨯=⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-=--p p RTzp P D N
4. 在总压为101.3 kPa ，温度为273 K 下，组分A 自气相主体通过厚度为0.015 m 的气膜扩散到催化剂表面，发生瞬态化学反应B 3A →。
生成的气体B 离开催化剂表面通过气膜向气相主体扩散。
已知气膜的气相主体一侧组分A 的分压为22.5 kPa ，组分A 在组分B 中的扩散系数为1.85×10-5 m 2/s 。
试计算组分A 和组分B 的传质通量A N 和B N 。
解：由化学计量式 B 3A →
可得B A 3N N =-
A B A 2N N N N ==-+
代入式（7-25），得
A A A A A A A A
B A 2d d 2d d N p p z RT p N N y z c D N 总-=-=
分离变量，并积分得
总
总总p p p z RT p D N A1AB A 2ln 21+∆= 52521 1.8510101.3101.3222.5ln kmol/(m s) 1.01210 kmol/(m s)28.3142730.015101.3
--⨯⨯+⨯=⨯⋅=⨯⋅⨯⨯ 5252
B A 33 1.01210kmol/(m s) 3.03610kmol/(m s) N N --=-=-⨯⨯⋅=-⨯⋅ 5. 在温度为278 K 的条件下，令某有机溶剂与氨水接触，该有机溶剂与水不互溶。
氨自水相向有机相扩散。
在两相界面处，水相中的氨维持平衡组成，其值为0.022（摩尔分数，下同），该处溶液的密度为998.2 kg/m 3；在离界面5 mm 的水相中，氨的组成为0.085，该处溶液的密度为997.0 kg/m 3。
278 K 时氨在水中的扩散系数为1.24×10–9 m 2/s 。
试计算稳态扩散下氨的传质通量。
解：设 A ——NH 3；B ——H 2O
离界面5 mm 处为点1、两相界面处为点2，则氨的摩尔分数为
085.0A1=x ，
022.0A2=x 915.0085.01A11B1=-=-=x x
978.0022.01A21B2=-=-=x x
946.0915.0978.0ln 915.0978.0ln B1
B2B1B2 BM =-=-=x x x x x 点1、点2处溶液的平均摩尔质量为
()kmol kg 9217kmol kg 1891501708501...M =⨯+⨯=
()kmol kg 98.17kmol kg 18978.017022.02=⨯+⨯=M
溶液的平均总物质的量浓度为
33k m o l /m 5855kmol/m 9817299892170997212
22111.....M M c =+⨯=）（）＝＋（总ρρ 故氨的摩尔通量为
)(A2A1BM
AB A x x c
z D N x -∆'
=总
22
971.241055.577
(0.0850.022)kmol/(m s)9.17910kmol/(m s)0.0050.946--⨯⨯=⨯-⋅=⨯⋅⨯ 6. 试用式（7-41）估算在105.5 kPa 、288 K 条件下，氢气（A ）在甲烷（B ）中的扩散系数AB D 。
解：查表7-1，得
07.7A =∑v cm 3
/mol 查表7-2，计算出
33
B (16.5 1.984)cm /mol 24.42cm /mol v ∑=+⨯=
由式7-41
23/1B 3/1A 2/1B A 75.15])()[()11(10013.1AB v v p M M T D ∑+∑+⨯=-总 s 2m 51024.6s 2m )
42.2407.7(5.105)1611(28810013.123/13/12
/175.152-⨯=+⨯+⨯⨯=- 7. 试采用式（7-43）估算在293 时二氧化硫（A ）在水（B ）中的扩散系数AB
D '。
解：查得293 K 时水的黏度为
s Pa 10005.1B ⋅⨯=μ
查表7-3，得
2.6Φ=
查表7-4，得
bA 44.8V =cm 3
/mol 由式（7-43）
0.6bA
B B 15AB 2/1)(104.7V T ΦM D μ-⨯=' /s m 10508.1/s m 8.4410005.1293)186.2(104.72296
.032/115---⨯==⨯⨯⨯⨯=
8. 有一厚度为8 mm 、长度为800 mm 的萘板。
在萘板的上层表面上有大量的45 ℃的常压空气沿水平方向吹过。
在45 ℃下，萘的饱和蒸气压为73.9 Pa ，固体萘的密度为1 152 kg/m 3，由有关公式计算得空气与萘板间的对流传质系数为0.016 5 m/s 。
试计算萘板厚度减薄5％所需要的时间。
解：由式（7-45）计算萘的传质通量，即
() Ab Ai L A c c k N -=
式中Ab c 为空气主体中萘的浓度，因空气流量很大，故可认为0Ab =c ；Ai c 为萘板表面 处气相中萘的饱和浓度，可通过萘的饱和蒸气压计算，即
3Ai 5Ai 73.9kmol/m 2.795108314318
p c RT -===⨯⨯kmol / m 3 22
L Ai Ab 57A ()0.0165(2.795100)kmol/(m s) 4.61210kmol/(m s)N k c c --=-=⨯⨯-⋅=⨯⋅ 设萘板表面积为S ，由于扩散所减薄的厚度为b ，物料衡算可得
A A A Sb N M S ρθ=
2.168h s 10806.7s 128
10612.41152008.005.037A A A1=⨯=⨯⨯⨯⨯==
-M N b ρθ。
