第四章傳質分離基礎第四章傳質分離基礎§1傳質分離過程傳質分離操作的種類混合物分離操作非均相混合物的分離（機械分離）均相混合物的分離（傳質分離）沉降過濾氣體吸收液體精餾液液萃取§1傳質分離過程傳質分離操作的種類混合物分離操作非均相混合化工生產中常見的傳質分離操作蒸餾（精餾）√吸收與解吸√液液萃取吸附干燥膜分離熱擴散化工生產中常見的傳質分離操作蒸餾（精餾）√吸收與解吸√液液萃§2傳質過程分析分子擴散：在靜止或滯流流體內部，若某一組分存在濃度差，則因分子無規則的熱運動使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現象稱為分子擴散。2-1雙組份混合體系中的分子傳質過程§2傳質過程分析分子擴散：在靜止或滯流流體內部，若某一組分擴散通量：單位時間內通過垂直于擴散方向的單位截

面積擴散的物質量，J表示，kmol/(m2·s)。菲克定律：溫度、總壓一定，組分A在擴散方向上任一點處的擴散通量與該處A的濃度梯度成正比。擴散通量：單位時間內通過垂直于擴散方向的單位截菲克定律：溫度NA,0——組分A擴散通量（擴散速率），mol/（m2·s）；—組分A在擴散方向l上的濃度梯度（mol/m3）/m；

DAB——組分A在B組分中的擴散系數，m2/s。負號：表示擴散方向與濃度梯度方向相反，擴散沿著濃度降低的方向進行NA,0——組分A擴散通量（擴散速率），mol/（m2·s理想氣體：=分子擴散兩種形式：等物質的量反向擴散，單向擴散（組分A通過靜止組分B的擴散）。理想氣體：=分子擴散兩種形式：等物質的量反向擴散，單向擴散（NANBTPpA2pB2TPpA1pB1121.等摩爾逆向擴散NANBTPTP121.等摩爾逆向擴散等物質的量反向擴散：任一截面處兩個組分的擴散速率大小相等，方向相反。總壓一定=等物質的量反向擴散：任一截面處兩個組分的擴散速率大小相等，方

NA,0=－NB,0

DAB=DBA=D等物質的量反向擴散傳質通量（傳質速率方程）傳質通量定義：任一固定的空間位置上，單位時間內通過單位面積的物質量，記作N,mol/(m2·s)。NA=氣相：NA,0=－NB,0DAB=DBA=D等物質的量反NA=液相：討論1）NA=液相：討論1）2）組分的濃度與擴散距離z成直線關系。3）等分子反方向擴散發生在蒸餾過程中。ppB1pA1pA2pB2擴散距離l0lp2）組分的濃度與擴散距離z成直線關系。3）等分子反方向擴散12NA0NB0NMcA/cNMcB/cNMNA（1）整體移動：因溶質Ａ擴散到界面溶解于溶劑中，造成界面與主體的微小壓差，使得混合物向界面處的流動。（2）整體移動的特點：1）因分子本身擴散引起的宏觀流動。2）A、B在整體移動中方向相同，流動速度正比于摩爾分率。2.單方向擴散（組分A通過靜止組分B的擴散）12NA0NB0NMcA/cNMcB/cNMNA（1）整體移——微分式——微分式在氣相擴散——積分式——積分式在氣相擴散——積分式——積分式——積分式液相：（4）討論1）組分A的濃度與擴散距離l為指數關系2）、——漂流因子，無因次——積分式液相：（4）討論1）組分A的濃度與擴散距離l為指數漂流因子意義：其大小反映了整體移動對傳質速率的影響程度，其值為總體流動使傳質速率較單純分子擴散增大的倍數。漂流因子的影響因素：濃度高，漂流因數大，總體流動的影響大。低濃度時，漂流因數近似等于1，總體流動的影響小。3）單向擴散體現在吸收過程中。漂流因子意義：其大小反映了整體移動對傳質速率的影漂流因子的影擴散系數的意義：單位濃度梯度下的擴散通量，反映某組分在一定介質中的擴散能力，是物質特性常數之一；D，m2/s。D的影響因素：A、B、T、P、濃度D的來源：查手冊；半經驗公式；測定3、分子擴散系數擴散系數的意義：單位濃度梯度下的擴散通量，反映D的影響因素：（1）氣相中的D范圍：10-5～10-4m2/s經驗公式（2）液相中的D范圍：10-10～10-9m2/s（1）氣相中的D范圍：10-5～10-4m2/s經驗公式（2-2對流傳質過程（對流擴散）渦流擴散：流體作湍流運動時，若流體內部存在濃度梯度，流體質點便會靠質點的無規則運動，相互碰撞和混合，組分從高濃度向低濃度方向傳遞，這種現象稱為渦流擴散。渦流擴散通量：2-2對流傳質過程（對流擴散）渦流擴散：流體作湍流運動時，——渦流擴散速率，kmol/(m2·s)；——渦流擴散系數，m2/s。注意：渦流擴散系數與分子擴散系數不同，不是物性常數，其值與流體流動狀態及所處的位置有關。總擴散通量：——渦流擴散速率，kmol/(m2·s)；——渦流擴散系數TTWtWt熱流體冷流體pAGpAicAicAL氣相液相zTztlGlLE單相內對流傳質的有效膜模型單相內對流傳質過程TTWtWt熱流體冷流體pAGpAicAicAL氣相液相zT1）靠近相界面處層流內層：傳質機理僅為分子擴散，溶質A的濃度梯度較大，pA隨l的變化較陡。2）湍流主體：渦流擴散遠遠大于分子擴散，溶質濃度均一化，pA隨l的變化近似為水平線。3）過渡區：分子擴散+渦流擴散，pA隨l的變化逐漸平緩。1）靠近相界面處層流內層：傳質機理僅為分2）湍流主體：渦流擴有效膜模型單相對流傳質的傳質阻力全部集中在一層虛擬的膜層內，膜層內的傳質形式僅為分子擴散。有效膜厚lG由層流內層濃度梯度線延長線與流體主體濃度線相交于一點E，則厚度lG為E到相界面的垂直距離。有效膜模型單相對流傳質的傳質阻力全部集中在——以分壓差表示推動力的氣膜傳質分系數，kmol/（m2·s·kPa）。=傳質系數×吸收的推動力氣相傳質速率方程——以分壓差表示推動力的氣膜傳質分系數，=傳質系數×吸收的推氣相對流傳質速率方程有以下幾種形式：——以氣相摩爾分率表示推動力的氣膜傳質分系數，kmol/（m2·s）；各氣相傳質分系數之間的關系：帶入上式與比較氣相對流傳質速率方程有以下幾種形式：——以氣相摩爾分率表示推液相傳質速率方程有以下幾種形式：液相傳質速率方程液相傳質速率方程有以下幾種形式：液相傳質速率方程kL——以液相組成摩爾濃度表示推動力的液膜對流傳質分系數，kmol/（m2·s·kmol/m3）；——以液相組成摩爾分率表示推動力的液膜對流傳質分系數，kmol/（m2·s）；各液相傳質分系數之間的關系：注意：對流傳質系數=f(操作條件、流動狀態、物性）kL——以液相組成摩爾濃度表示推動力的液膜——以液相組成摩爾2-3兩相間的傳質模型相際對流傳質三大模型：雙膜模型溶質滲透模型表面更新模型（1）雙膜理論pAGpAicAicAL氣相液相lGlLE2-3兩相間的傳質模型相際對流傳質三大模型：雙膜模型（1）雙膜模型的基本論點（假設）（1