第五章 传质基础2-补充

第一章：1，平衡分离：根据两相状态不同 , 传统平衡分离过程可分为如下几类：汽液传质过程 : 如液体的蒸馏和精馏。

液液传质过程 : 如萃取。

气液传质过程 : 如吸收、气体的增湿和减湿。

液固传质过程 : 如结晶、浸取、吸附、离子交换、色层分离、区域熔炼等。

气固传质过程 : 如固体干燥、吸附等。

,2，速率分离:膜分离、场分离在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。

膜分离又包括超滤、反渗透、渗析、电渗析等。

速率分离过程特点：节能 环保第二章： 相平衡准则（条件）：相平衡关系的表示方法1 相图2 相平衡常数K3 分离因子即相对挥发度相平衡常数的计算方法：一、状态方程：范德华方程 1维里方程 2 RK 方程 3 SRK 方程 4 PR 方程 5 BWRS 方程6 列线图法 3 4对RK 的修正，精度显著改善，简单方便，但对H 2 H 2S 等物系精度差；5 特别适用于H 2 H 2S 等气体混合物；6 轻烃类组分，仅考虑T P 对K 的影响，忽略了组成。

二、活度系数法：1 Vanlaar(范拉尔)方程、2 Margules(玛古斯)方程、3 Wilson(威尔逊)方程、4 NRTL(有轨双液)方程、5 UNIQUAC(通用拟化学活度系数)方程、S-H 方程1 2 数学表达式简单，容易从活度系数数据估计参数；适应性强，对于非理想性强的物系，包括部分互溶物系结果计算结果也能很满意。

多元物系需要多元的相互作用参数，如果没有，不能用于多元物系计算；都没有考虑T 、P 对模型的影响3 不能直接应用于液液平衡，但修正的T-K- Wilson 可以。

4 能很好地表示二元和多元系统的气液和液液平衡；特别对于含水系统，模型效果好；模型参数多，对每个二元物系都有三个参数。

5 所有表达式中，最复杂的；特别适用于分子大小相差悬殊的混合物。

气液平衡常数的各种简化：（1）汽相为理想气体，液相为理想溶液 适用物系：P<200kPa ，分子结构十分相近的组分溶液可按此类物系处理，如苯-甲苯二元混合物。

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组分A通过停滞组分B的扩散（单向扩散）
NA
D
dCA dz
xA(NA
NB)
NB=0
NA
D
dCA dz
xA N A
D
dCA dz
CA C
NA
分离变量，积分
NA
DC z
ln
C C A2 C C A1
NA
Dp R0Tz
ln
(p (p
pA2 ) p A1 )
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2）所用坐标系以混合物的主体流速（平均流 速）运动，而不是静止不动的坐标。
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jA
DAB
d A
dz
JA
DAB
dCA dz
分析：
1.适用于由于分子无规则热运动引起 的扩散 过程； 2.传递的速度即为扩散速度uA－u（ uA－um）； 3.只限于浓度梯度这个驱动引起的传 质； 4.负号表明扩散方向与浓度梯度方向 相反， 即分子 扩散朝 着浓度 降低的 方向进 行；
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例：气体氢放在一矩形压力容器中，其壁厚
10mm，容器内的CH2=1kmol/m3，容器外 的H2浓度可忽略。D＝0.26×10-12m2/s，求
通过容器壁的氢的摩尔通量。
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Known: CA,1, CA,2, L, D
·
Find: NA (kmol /m 2
mA AuA
(kg/m 2·s)
mB BuB
m mA mB AuA BuB u
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注：DCO2=0.138（cm2/s）
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一些物质在水中的扩散系数（20℃，稀溶液）
注：DCO2=1.50×10-9（m2/s）
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（3）气体扩散系数的估算
①在简化条件下，经分子运动论的理论推导与实验
修正，Fuller（富勒）等人提出了如下半经验公式 ：
1.00107T1.75( 1 1 )
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气相
pA1
pA2
pB1
pB2
液相
p1=pA1+pB1
A
p2=pA2+pB2
p1>p2
A，B
总体流动
（3）单向扩散的质量传递特点
【说明】（1）整体流动将 B组分使得气液相界面附近 B组分分压增大，故B组分 将向主体扩散； （2）整体流动将A组分带 到了气液相界面，故气相 中A组分的传质量比单纯的 分子扩散过程多。
式中 JA——组分A在扩散方向z上的扩散通量，kmol/ m2·s dcA/dz——组分A在扩散方向z上的浓度梯度，kmol/m4； DAB——组分A在组分B中的扩散系数，m2/s。
【说明】负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反， 扩散沿着浓度降低的方向进行。
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4、等摩尔（分子）逆（反）向扩散
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（2）单向扩散的特点——整（总、主）体流动
【说明】当A、B双组分气体 混合物与液体溶剂接触时， 气相主体中的组分A扩散到界 面，然后通过界面进入液相 ，造成在界面左侧附近总压 降低，使气相主体与界面产 生一小压差，促使A、B混合 气体由气相主体向界面处流 动，此流动称为总体流动。
D7.4108 (MS)0.5T v 0.6

由于A分子不断通过相界面进入液相，在相界面的气体一 侧会留下“空穴”，根据流体连续性原则，混合气体就会自动 地向界面递补，这样就发生了A、B两种分在并行向相界面递 补的运动，这种递补运动就形成了混合物的主体流动。很显然， 通过气液相界面组分Ａ的通量应等于由于分子扩散所形成的组 分Ａ的通量与由于主体流动所形成的组分A的通量的和。此时， 由于组分Ｂ不能通过相界面，当组分Ｂ随主体流动运动到相界 面后，又以分子扩散形式返回气相主体中。
第二章 传质的理论基础
日常生活：遇到水分蒸发和煤气 在空气中的弥散、室内装修造成 的室内空气污染等
自 然 界：海洋水面蒸发形成云雨； 生物组织对营养成分的吸收
工 程：油池起火、火焰扩散； 冷却塔、喷气雾化干燥、填充吸 收塔
第二章 传质的理论基础
在传热学中已经分析过流体和壁面间的对流传 热过程，所涉及的流体是单一物质或称一元体 系。而在某些实际情况下，流体可能是二元体 系（或称二元混合物），并且其中各组分的浓 度不均匀，物系中的某组分存在浓度梯度，将 发生该组分由高浓度区向低浓度区的迁移过程， 就会有质量传递或质交换发生。
两组分系统子无规则热运动引起的扩散过程。 实际上，在分子扩散的同时经常伴有流体的主流运动， 如用液体吸收气体混合物中溶质组分的过程。
设由A、B组成的二元气体混合 物，其中A为溶质，可溶解于液体 中，而B不能在液体中溶解。这样， 组分A可以通过气液相界面进入液 相，而组分B不能进入液相。
2）紊流扩散
在层流流动中，由于流体微团是一层层平行流动的， 因而对流传质主要靠层与层之间的分子扩散来实现。
在湍流流体中，由于存在大大小小的漩涡运动，而引 起各部位流体间的剧烈混合，在有浓度差存在的条件下， 物质便朝着浓度降低的方向进行传递。这种凭借流体质点 的湍流和漩涡来传递物质的现象，称为紊流扩散。显然， 在湍流流体中，虽然有强烈的紊流扩散，但分子扩散是时 刻存在的。由于紊流扩散的通量远大于分子扩散的通量， 一般可忽略分子扩散的影响。