化学工程基础第3章ppt课件.ppt

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1、第三章传质分离过程第3章传质分离过程概述非均相物系分离：沉降，过滤，固体的干燥等均相物系分离：气-液相：吸收和蒸馏液-液相：萃取液-固相：结晶第3章传质分离过程概述物质以扩散的方式迁移叫做物质传递过程或称传质过程所有均相物系分离过程和部分非均相物系分离都涉及到相间传质，因此又称为传质分离过程3.1.传质过程的机理及传质设备3.1.1传质过程的机理（一）单相中物质的传递物质在单相中的扩散有分子扩散和对流扩散两种1.分子扩散静止流体中的扩散层流流体中垂直于流动方向的扩散固体中的扩散(半导体掺杂，渗碳，渗铝)分子扩散速率：单位时间内通过主体内某一界面的物质的量3.1.传质过程的机理

2、及传质设备传递通量正比与各自的浓度梯度依靠分子热运动传递3.1.传质过程的机理及传质设备费克定律：牛顿粘性定律：傅里叶定律：分子扩散系数D是物质的特性常数，表示物质在介质中的扩散能力。扩散组分的性质组分所在的介质温度压力3.1.传质过程的机理及传质设备3.1.传质过程的机理及传质设备扩散组分A在气体B中的扩散系数3.1.传质过程的机理及传质设备2.对流扩散分子扩散：在浓度差推动力的作用下，由于分子、原子等的热运动所引起的物质在空间的迁移现象对流扩散：依靠流体微团携带物质运动进行的扩散对流传质：流体中的组分向固体壁或相界面扩散及其相反过程（1）对流传质机理3.1.传质过程的机理

3、及传质设备2.对流扩散有浓度梯度的区域称为传质边界层或流体膜。对流体膜可以进行合理简化：假设全部扩散阻力集中在一层虚拟厚度的膜内，流体主体与界面之间的对流传质等效于虚拟膜内的分子扩散，因此常把流体的对流传质称为膜传质（1）对流传质机理3.1.传质过程的机理及传质设备3.1.传质过程的机理及传质设备等分子反向传质：任一截面处两个组分的扩散速率大小相等，方向相反。物质有宏观移动，一组份扩散，另一组份反向等量扩散，保证总浓度不变。单向传质：设A、B组分的气体混合物与液体接触，在相界面处，只有组分A可溶于液相，而组分B不溶于液相。A溶于液相，留下空缺，混合气体向液相表面递补，A、B分

4、子递补运动成为“总体流动”。B称为停滞组分。3.1.传质过程的机理及传质设备（2）对流传质系数的准数关联式3.1.传质过程的机理及传质设备（3）柯尔本的j因子类似率（二）相间传质流-固相间传质：单相传质-相变-单相传质的过程气-液相传质3.1.传质过程的机理及传质设备1.气-液相传质机理（1）双膜理论物质扩散到气-液界面后溶于溶剂再扩散到液相中气-液界面分别有存在浓度差的层流有效膜气-液界面上气相-液相互相平衡3.1.传质过程的机理及传质设备对于具有自由相界面的气-液系统．在界面上的湍流不会减弱，因而界面上没有稳定的流体膜存在；在湍流程度很高时在界面上产生旋涡，传质主要靠旋涡

5、进行；此时传质系数主要决定于流体力学条件，而与流体性质的关系极小。（2）界面动力状态理论3.1.传质过程的机理及传质设备（3）溶质渗透-表面更新理论溶质渗透理论：液体在流动过程中每隔一定时间发生一次完全的混合,使液体的浓度均匀化,在t时间内,液相中发生的不再是定态的扩散过程,而是非定态的扩散过程.表面更新理论：液体在流动过程中表面不断更新,即不断地有液体从主体转为界面而暴露于气相中,这种界面不断更新使传质过程大大强化,其原因在于原来需要通过缓慢的扩散过程才能将溶质传至液体深处,现通过表面更新,深处的液体就有机会直接与气体接触以接受传质.3.1.传质过程的机理及传质设备2.气-

6、液相传质速率方程3.1.传质过程的机理及传质设备3.1.传质过程的机理及传质设备3.1.2气液相传质设备传质接触面，湍流强度、传质推动力连续接触式：填料塔，湍球塔分级接触式：板式塔生产能力大分离效率高操作弹性大流体阻力小结构简单、造价低、运行可靠3.1.传质过程的机理及传质设备要求（一）填充塔1.填料塔特点：结构简单，流体阻力小填料选择：陶瓷、木材、钢填料要求：较大比表面积，浸润性好，自由空间大，密度小，机械强度高，价格便宜3.1.传质过程的机理及传质设备3.1.传质过程的机理及传质设备2.湍球塔特点：在上升高速气流的冲力、液体的浮力和自身重力等各种力的相互作用下，球形填料悬

7、浮起来形成湍动旋转和相互碰撞，引起气、液的密切接触，有效地进行传质、传热。优点：气速高、处理能力大、气液分布比较均匀、结构简单且不易被堵塞。缺点：小球较易变形和破裂，只适于传质单元数（或理论板数）不多的操作过程。3.1.传质过程的机理及传质设备（二）板式塔板塔式：塔内装有一层层的塔板(或称塔盘)，气体以鼓泡、喷射方式通过液相时，形成气泡、液滴、泡沫等乳浊状态，为传质提供了很大的相界面，且表面不断更新，因此具有很高的传质效率。气-液的传质、传热过程是在各个塔板上进行的。型式：泡罩塔，筛板塔，浮阀塔和浮舌塔