传质概述--化工原理第三版编课程课件.ppt

1、 在含有两个或两个以上组分的混合体系中，在含有两个或两个以上组分的混合体系中，如果存在浓度梯度，某一组分（或某些组分）如果存在浓度梯度，某一组分（或某些组分）将有高浓度区向地浓度区移动的趋势，该移动将有高浓度区向地浓度区移动的趋势，该移动过程称为过程称为传质过程传质过程。分离过程包括非均相混合物的分离（机械分离）和均分离过程包括非均相混合物的分离（机械分离）和均相物质的分离（传质分离）。相物质的分离（传质分离）。机械分离：过滤、沉降等机械分离：过滤、沉降等传质分离：吸收、蒸馏、干燥、萃取、膜分离等传质分离：吸收、蒸馏、干燥、萃取、膜分离等 固固系系统统：如如干干燥燥操操作作气气操操作作固固系系

2、统统：如如结结晶晶、浸浸取取液液作作液液系系统统：如如液液液液萃萃取取操操液液操操作作液液系系统统：如如蒸蒸馏馏、精精馏馏汽汽等等单单元元操操作作液液系系统统：如如吸吸收收、解解吸吸气气 相相界界面面 水水 pG 气气相相主主体体 pi 液液相相主主体体 传传质质方方向向 Ci CL 空空气气+氨氨气气 吸吸收收 气相气相（乙醇（乙醇-水）水）乙醇乙醇 水水液相液相（乙醇（乙醇-水）水）蒸馏蒸馏 一、化工生产中的传质过程一、化工生产中的传质过程 相相界界面面 水水 pG 气气相相主主体体 pi 液液相相主主体体 传传质质方方向向 Ci CL 空空气气+氨氨气气 吸吸收收-相相际际间间传传质质的

3、的最最终终状状态态 二、相平衡二、相平衡与热平衡不同之处：与热平衡不同之处：达到相平衡时，一般两相浓度达到相平衡时，一般两相浓度不相等。不相等。达到相平衡时，传质过程仍在达到相平衡时，传质过程仍在进行，只不过通过相界面的某一进行，只不过通过相界面的某一组分的净传质量为零，因此属动组分的净传质量为零，因此属动态平衡。态平衡。混混合合物物总总摩摩尔尔浓浓度度VnC 混混合合物物总总质质量量浓浓度度Vm 对对气气体体，还还可可以以用用Ap表表示示浓浓度度三、相组成的表示方法三、相组成的表示方法思考：思考：1 1 双组分均相物系双组分均相物系（A A、B B）的摩尔分率之和等于多少？）的摩尔分率之和等

4、于多少？质量分率之和呢？质量分率之和呢？1 BAxx1wwBABBAAAAAMMMx/w/w/wBBAAAAAMxMxMxwxxX 1XXx 1CxCAA AAw5 5CA与与A 的的关关系系？6对对理理想想气气体体，C 与与 p 的的关关系系？y 与与 p？与与 p？RTpVnCAAA 通通用用气气体体常常数数KkmolJR /8314AAAMC RTPVnC PpnnyAAA RTMpVnMVmAAAAAA 行行传传质质的的方方式式靠靠流流体体质质点点的的脉脉动动来来进进中中，对对流流传传质质：在在湍湍流流流流动动的的方方式式靠靠分分子子运运动动来来进进行行传传质质流流流流动动的的流流体体

5、中中，分分子子扩扩散散：静静止止的的或或层层传传质质方方式式四传质方式四传质方式重点：双膜理论、传质基本方程、操作线方程重点：双膜理论、传质基本方程、操作线方程难点：双膜理论难点：双膜理论 (1)按吸收过程是否发生化学反应分类：按吸收过程是否发生化学反应分类：物物理吸收理吸收、化学吸收、化学吸收(2)按吸收过程中体系的温度变化分类：按吸收过程中体系的温度变化分类：等等温吸收温吸收、非等温吸收、非等温吸收(3)按被吸收组分的数目分类：按被吸收组分的数目分类：单组分吸收单组分吸收、多组分吸收多组分吸收1、平衡分压和平衡溶解度、平衡分压和平衡溶解度：在一定温度下在一定温度下,使某一定量气体与一定量液

6、体溶剂在密使某一定量气体与一定量液体溶剂在密闭容器中接触闭容器中接触,溶质向溶剂中转移。经过足够长的时间溶质向溶剂中转移。经过足够长的时间,气、液相浓度不在改变气、液相浓度不在改变,宏观上传质过程停止宏观上传质过程停止,达成平达成平衡。微观上是气体进出液体的分子数相等衡。微观上是气体进出液体的分子数相等,故称相际动故称相际动平衡平衡,简称简称相平衡相平衡。达到平衡时达到平衡时,气相中溶质的压力称当时条件下的平衡气相中溶质的压力称当时条件下的平衡分压分压p,而液相中所含溶质气体的浓度即为当时条件下而液相中所含溶质气体的浓度即为当时条件下的气体在液体中的的气体在液体中的溶解度溶解度。气体在液体中的

7、溶解度气体在液体中的溶解度Ca表明一定条件下吸收过程可表明一定条件下吸收过程可能达到的能达到的极限程度极限程度气体在液体中的溶解度（气体在液体中的溶解度（204页）页）(1)同一种气体同一种气体：在一定温度下，气体组分的溶解度随该组分在：在一定温度下，气体组分的溶解度随该组分在气相中的平衡分压的增大而增大；而在相同平衡分压条件下，气相中的平衡分压的增大而增大；而在相同平衡分压条件下，气体组分的溶解度则随温度的升高而减小。气体组分的溶解度则随温度的升高而减小。2)不同的气体不同的气体：根据上面的三个图，在同一：根据上面的三个图，在同一温度，同一分压条件下，温度，同一分压条件下，NH3、SO2、O

8、2溶溶解度依次减小。解度依次减小。所以，对于不同种类的气体组分，欲得到相所以，对于不同种类的气体组分，欲得到相同浓度的溶液，易溶气体仅需控制较低的同浓度的溶液，易溶气体仅需控制较低的分压，而难溶气体则需较高分压。分压，而难溶气体则需较高分压。问题：问题：欲吸收空气中的氨气，设法增大其欲吸收空气中的氨气，设法增大其中空气的物质的量，氨气的溶解度受到怎中空气的物质的量，氨气的溶解度受到怎样影响。那么整个气体体积缩小呢？样影响。那么整个气体体积缩小呢？溶解度只取决于溶质在气相中的分压溶解度只取决于溶质在气相中的分压结论：结论：加压和降温对吸收操作有利；反之，加压和降温对吸收操作有利；反之，升温和减压

9、有利于解吸。升温和减压有利于解吸。吸收剂、温度吸收剂、温度T、P 一定时，一定时，不同物质的溶解度不同不同物质的溶解度不同。温度、溶液的浓度一定时，温度、溶液的浓度一定时，溶液上方分压越大的物溶液上方分压越大的物质越难溶质越难溶。对于同一种气体，分压一定时，对于同一种气体，分压一定时，温度温度T越高，溶解越高，溶解度越小度越小。对于同一种气体，温度对于同一种气体，温度T一定时，一定时，分压分压P越大，溶解越大，溶解度越大度越大。当总压不高（当总压不高（1/kLH，则 KG=kG吸收阻力主要集中在气膜中,这种吸收称为气膜控制。例如:用水吸收氨,氯化氢气体对于难溶气体,H很小,H/kG1/kL,，

10、则 KL=kL这种吸收称为液膜控制吸收,吸收阻力主要控制在液膜例如:用水吸收氧气,二氧化碳等 、为推动为推动力力 、为推动力为推动力 、为推动力为推动力 气气 膜膜 NA=KG(p-pi)NA=kY(Y-Yi)kY=PkG/(1+Y)(1+Yi)NA=ky(y-yi)ky=PkG液液 膜膜 NA=kL(Ci-C)NA=kX(Xi-X)kX=kLC/(1+Xi)(1+X)NA=kX(xi-X)kX=CkL气气 相相 NA=KG(P-Pe)KG=1/(1/kG+1/HkL)气膜控制气膜控制 KG=kG NA=KY(Y-Ye)KY=PKG/(1+Y)(1+Ye)KY=1/(1/kY+m/kX)气膜控

11、制时气膜控制时KY=kY NA=Ky(y-ye)Ky=PKG Ky=1/(1/ky+m/kX)气膜控制时气膜控制时Ky=ky 液相液相 NA=KL(Ce-C)KL=1/(H/kG+1/kG)液膜控制时液膜控制时KL=kL NA=KX(Xe-X)KX=KL./(1+Xe)(1+X)KX=1/(1/mky+1/kx)液膜控制时液膜控制时KX=kX NA=Kx(xe-x)Kx=CKL Kx=1/(1/mky+1/kx)液膜控制时液膜控制时Kx=kx 建立和不断更新两相接触表面，使之具有尽可能大的接触建立和不断更新两相接触表面，使之具有尽可能大的接触面积和尽可能好的流体力学条件，以利于提高吸收速率，减

12、少面积和尽可能好的流体力学条件，以利于提高吸收速率，减少设备的尺寸，同时，气体通过设备的阻力要小，以节省动力消设备的尺寸，同时，气体通过设备的阻力要小，以节省动力消耗。耗。液体分布器液体分布器气体出口气体出口液体入口液体入口塔壳塔壳填料填料液体再分布器液体再分布器支承栅板支承栅板气体入口气体入口液体出口液体出口习题习题1 蒸汽管道的外径为壁面蒸汽管道的外径为壁面220 mm,其上覆盖一层厚为其上覆盖一层厚为200 mm 的保温层。蒸汽管外表面温度为的保温层。蒸汽管外表面温度为177，保温层外表面温，保温层外表面温度为度为40，保温材料，保温材料 =0.52+910-4 t (w/m)。求求 每

13、米管每米管长之热损失。长之热损失。解：解：drdtrLQ2drdtrLQ2分离变量积分分离变量积分dttrdrLQ401774310110)10952.0(2)/(2.513ln7.531210952.02ln3101101774024310110mwrLQttrLQ习题习题2（传热综合问题）（传热综合问题）在在1m长的套管换热器中用热水将管内的果汁从长的套管换热器中用热水将管内的果汁从t1=10 加热至加热至t2=50 ，热水从进口温度热水从进口温度T1=98 降降至至T2=68 ，两流体并流流动，求（两流体并流流动，求（1）欲将果汁加）欲将果汁加热至热至 t2=60 ，管长需增加多少米？管

14、长需增加多少米？（2）若改用逆）若改用逆流操作后管长增加多少米？（上述各工况下热水、果流操作后管长增加多少米？（上述各工况下热水、果汁的流量，入口温度，所有的物性参数均不变且忽略汁的流量，入口温度，所有的物性参数均不变且忽略热损失）热损失）解：换热器中两流体无相变化，则有解：换热器中两流体无相变化，则有Q=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t2-t1)Q=qm1cp1(98-68)=qm2cp2(50-10)（a）当果汁加热至当果汁加热至 t2=60 时，设水的出口温度为时，设水的出口温度为T2，根根据题意有据题意有Q=qm1cp1(98-T2)=qm2cp2(60-10)（b）联立式

15、a和b，解得：T2=60.5 对于第一种工况：对于第一种工况：1.4450681098ln)5068()1098(1mt对于第二种工况：对于第二种工况：9.16605.601098ln)605.60()1098(2mt由总传热速率方程：由总传热速率方程：Q=KAtm ，可得可得2211221122111222122221)2()2()()(mmmmmmpptLtLtrLKtrLKtKAtKAttCqmttCqmQQ代入数据得代入数据得9.161.441060105021LL26.312LL热水的出口温度仍为热水的出口温度仍为 T2=60.5 T1=98T2=60.5t1=10t2=60逆流时传

16、热温度差为：逆流时传热温度差为：0.446098105.60ln)6098()105.60(mt代入数据得代入数据得0.441.441060105021LL25.112LL或采用算术平均值代替或采用算术平均值代替3.442)6098()105.60(mt2211221122111222122221)2()2()()(mmmmmmpptLtLtrLKtrLKtKAtKAttCqmttCqmQQ1、Q=qmr=941KW2、Tm=333K，Cp=2.19KJ/Kg.K Q=qm1cp1(T1-T2)=91.3KW3、Cp=3.77 Q=qm1cp1(T1-T2)=126kw4、tm=85,Cp=1

17、.009 Q=qm2cp2(t2-t1)=54.7kw 5、p=250kpa,ts=127.2,tm=83.6,Cp=4.196 Q=qm1 r+cp1(Ts-T2)=1063kw1、根据公式、根据公式 Q=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t2-t1)求得求得qm2=2080kg/h，qv2=qm2/=2080/997=2.09m3/h2、用水量增大，水出口温度应降低。由于水的比热容及密度、用水量增大，水出口温度应降低。由于水的比热容及密度变化不大，可认为不变从上面公式可知变化不大，可认为不变从上面公式可知qv2与与t2-t1成反比成反比T2=36.9 1535155.309.22t

18、1、r=2168kJ/kgQ=qm1r=qv2 cp2(t2-t1)=9800kw所以qm1=1630kg/h2、已知k=800w/m2.,水蒸汽p=300kpa，T1=T2=133.3 所以所以t1t1=53.3=53.3,t2t2=33.3=33.3,tmtm=43.3=43.3 A=Q/K A=Q/K tmtm=28.3m2=28.3m21、Tm=75，cp1=4.191kJ/kg.Tm=35,cp2=4.174kJ/kg.Qm2=3012kg/h2、tmtm并并=30.8=30.8 A=Q/K A=Q/K tmtm=1.7m2=1.7m23 3、tmtm逆逆=40=40 A=Q/K A=Q/K tmtm=1.31m2=1.31m2