化工基础理论第5章传质过程及塔设备

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1、第五章传质过程及塔设备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。在一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。传质过程广泛运用于混合物的分离操作；它常与化学反应共存，影响着化学反应过程，甚至成为化学反应的控制因素。掌握传质过程的规律，了解传质分离的工业实施方法，具有十分重要的意义。5.1传质过程及塔设备简介5.2气体的吸收5.3液体的精馏5.1传质过程及塔设备简介1.传质过程的类型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。两相间的传质过程，分为流体相间和流固相间的传质两类。

2、（1）流体相间的传质过程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。液体蒸馏是依据液体中各组分的挥发性不同，使其中沸点低的组分气化，达到分离的目的。增湿是将干燥的空气与液相接触，水分蒸发进入气相。①气相一固相含有水分或其它溶剂的固体，与比较干燥的热气体相接触，被加热的湿分气化而离开固体进入气相，从而将湿分除去，这就是固体的干燥。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。（2）流一固相间的传质过程气体吸附的相间传递方向恰与固体干燥相反，它是气相某个或某些组分从气相向固相的传递过程。含某物质的过饱和溶液与同一物质的固相相

3、接触时，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。②液相一固相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。液体吸附是固液两相相接触，使液相中某个或某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换剂的固相上相同离子的交换过程。2．传质过程的共性单相物系内的物质传递是依靠物质的扩散作用来实现的，常见的扩散方式有分子扩散和涡流扩散两种。前者物质靠分子运动从高浓度处转移到低浓度处，物质在静止或滞流流体中的扩散；后者是因流体的湍动和旋涡产生质点位移，使物质由高浓度处转移到低浓度处的过程。（1）传质的

4、方式与历程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，最后从此相的界面向主体扩散。涡流扩散、分子扩散，两者统称对流扩散。②条件的改变可破坏原有的平衡。其平衡体系的独立变量数由相律决定：f=k-φ+2f为独立变量数,k为组分数,φ为相数，“2”是指外界的温度和压力两个条件。（2）传质过程的方向与极限相间传质和相际平衡的共有规律稀溶液，气液两相的平衡关系遵循亨利(Henry)定律；理想溶液的气液相间符合拉乌尔(Raoult)定律。①一定条件下，处于非平衡态的两相体系内组分会自发地进行，使体系组成趋于平衡态的传递。③在一定

5、条件下(如温度、压力)，两相体系必然有一个平衡关系。①若物质在一相中(A相)实际浓度大于其在另一相(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；PA＞PA*相间传质过程的方向和极限的判断：③若物质在A相实际浓度等于B相实际浓度所要求的平衡浓度，则无传质过程发生体系处于平衡状态。PA＝PA*②物质在A相实际浓度小于其在B相实际浓度所要求的平衡浓度，则传质过程向相反方向进行，即从B相向A相传递；PA＜PA*相平衡关系指明传质过程的方向，平衡是传质过程的极限，而组分浓度偏离平衡状态的程度便是传质过程的推动力。传质速率与传质推动力的大小有关，可以写为：即传

6、质速率=传质系数×传质推动力（3）传质过程推动力与速率物质传递的快慢以传质速率表示，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相间传质的每一步有各自的速率方程，称为分速率方程；整个过程速率方程为总速率方程，相应的有传质分系数和总系数之分。3.塔设备简介传质过程有共同的规律，也有通用的传质设备。气体吸收和液体精馏两种气液传质过程通常在塔设备内进行。提供气、液两相充分接触的机会。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。（1）填料塔①填料塔结构如图所示,圆筒形,内装填料液体由上往下流动时，由于塔壁处阻力较小而向塔壁偏流，使填料不能全部润湿

7、，导致气液接触不良，影响传质效果，称之为塔壁效应。长期的研究，开发出许多性能优良的填料，如图是几种填料的形状。拉西环优点是结构简单、制造方便、造价低廉，缺点是气液接触面小，沟流及塔壁效应较严重，气体阻力大，操作弹性范围窄等。鞍形(弧鞍和矩鞍)填料像马鞍形的填料，不易形成大量的局部不均匀区域，空隙率大，气流阻力小。鞍环填料综合了鞍形填料液体分布性好和环形填料通量大的优点，是目前性能最优良的散装填料。波纹填料由许多层高度相同但长短不等的波纹薄板组成，整砌结构，流体阻力小，通量大、分离效率高，不适合有沉淀物、易结焦和粘度大的物料，装卸、清洗较困难，造价也高。金属丝网价

8、格昂贵用于要求高,产量不