第7章传质与分离过程概论.ppt

7.1 概述 我们依据分离原理的不同，可以将传质与分离过程划分为平衡分离和速率分离两大类： 一、平衡分离过程 平衡分离指借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附剂等）使均相混合物变为两相体系，再以混合物中各组分处于平衡的两相中分配关系的差异为依据而实现分离的过程。 不难看出，平衡分离属于相际传质过程。相际传质是我们后面重点学习讨论的内容。 相平衡常数和分离因子 在平衡分离过程中，相平衡常数表示ｉ组分在两相中的组成关系，用Kｉ来表示： 二、速率分离过程 速率分离过程是指借助某种推动力（如压力差、温度差、电位差等）的作用，利用各组分扩散速度的差异而实现混合物分离的单元操作。速率分离过程的特点是所处理的物料和产品通常属于同一相态，仅有组成的差异。 速率分离过程主要分为膜分离和场分离两类。 1.膜分离是指在选择性透过膜中利用各组分扩散速率的差异，而实现混合物分离的单元操作。主要有：超滤（UF）、纳滤（NF）、渗透与反渗透（RO）等，它们都是以压力差为推动力的膜分离过程。 2.场分离是在外场（如电场、磁场）作用下，利用各组分扩散速率的差异而实现混合物分离的单元操作，如电泳、热扩散、高梯度磁场分离等。 应该指出，能量消耗通常是制约传质分离过程单位产品成本的主要因素，因此降低能耗是传质分离研究的热点之一。而膜分离和场分离是新型分离操作，具有节能、环保等特点，有着较为广泛的应用前景，我们以后选择性地介绍膜分离和场分离的一些方法。 三、分离方法的选择 选择分离方法时主要考虑的因素： 1.被分离物系的相态 2.被分离物系的特性 3.产品的质量要求 4.经济程度 7.1.2相组成的表示方法 在传质过程中,为了分析问题与设计计算的方便,通常采用不同的组成表示方法。常用的组成表示方法有 一、质量浓度与物质的量浓度 二、质量分数与摩尔分数 三、质量比与摩尔比 一、质量浓度与物质的量浓度 1.质量浓度 2.摩尔分率 三、质量比和摩尔比 2.摩尔比 3.费克定律(Fick’s law) 以下讨论双组分混合物中的一维稳定分子扩散 在稳定状况下，NA＝常数，D、P、T也均为常数。对上式进行积分 2.一组分通过另一停滞组分的扩散 (单向扩散) 四、扩散系数 1.组分在气体中的扩散系数 福勒（Fuller)半经验公式估算 2.组分在液体中的扩散系数 威尔基（Wilke-Chomg）等人提出的估算公式 7.4 分离过程的研究重点 随着世纪的到来，分离技术和设备的发展日新月异，其研究重点有： 1.现代分离科学理论的研究； 2.新型分离设备的研究； 3.绿色分离技术的研究； 4.分离过程强化技术的研究； 5.分离过程的模拟和优化。 b．漏液 气体通过筛孔的速度较小时，气体通过筛孔的动压不足以阻止板上液体的流下，液体会直接从孔口落下，这种现象称为漏液。正常操作时，一般控制漏液量不大于液体流量的10％。 d．液泛 气速增大，气体通过塔板的压降也增大，降液管内的液面相应地升高；板上液体将无法顺利流下，造成淹塔，即液泛。 c．雾沫夹带 板上液体被上升气体带入上一层塔板的现象称为雾沫夹带。雾沫夹带量主要与气速和板间距有关，其随气速的增大和板间距的减小而增加。应控制夹带量不超过0.1kg(液体)/kg(干气体)。 对塔设备的要求：①气液负荷大，即单位塔截面处理物料量大，生产能力大；②传质效率高，达到规定分离要求的塔高较低；③操作稳定，物料量在相当范围内变化时不致引起传质效率显著变动；④气体通过塔时阻力小，以适应减压操作或节省动力；⑤结构简单，易加工制造，维修方便，耐腐蚀，不堵塞。 （3）填料塔与板式塔的比较 填料塔结构简单,直径小,气体通过阻力小,处理有腐蚀性的物料好,在压降小的真空蒸馏系统和液气比大的方面操作有优势；板式塔生产能力和操作弹性大,塔效率稳定利于放大. 吸收操作一般用填料塔；精馏操作采用板式塔。 积分后得到 令 同理，组分B的传质速率为 等分子反向扩散，通过接管中任一截面的净物质通量N为零。 对于气体，在总压不太高的条件下 2.一组分通过另一停滞组分的扩散(单向扩散) 所以 令 则 因为截面1-1,2-2上的总压相等，即 故 则 令 ─扩散初、终截面处组分B分压的对数平均值，kPa； ─漂流因子，无因次。 对于液相中的等分子反向扩散，若总浓度为常数，同理可积分而得到组分A的传质速率： 摩尔汽化潜热接近相等的二元混合物进行精馏操作时，在汽、液两相的接触过程中，易挥发的A组分由液相进入汽相的速率与难挥发的B组分从汽相进