传质过程
第八章 传质过程导论
1．含有4CCl 蒸汽的空气，由101.3kPa(绝)、293K 压缩到l013kPa(绝)后，进行冷却冷凝，测出313K 下开始有4CCl 冷凝，混合气出冷凝器时的温度为300K 求：
(l)压缩前、压缩后开始冷凝前与出冷凝器时，4CCl 蒸汽的质量分率、质量比和摩尔浓度。
(2)出冷凝器时4CCl 蒸汽冷凝的百分率。
注：a
解：(1)l013kPa(绝)，313K 下开始有4CCl 冷凝，则
0276.01013
3
.101760210
=?=y
压缩前：
131.029)0276.01(1540276.0154
0276.0=?-+??=
a
15.029)0276.01(1540276.0=?-?=a
33/1015.1293314.83.1010276.0m kmol RT yp C -?=??==
压缩后开始冷凝前 131.0=a 15.0=a
32/1007.1313
314.810130276.0m kmol RT yp C -?=??==
出冷凝器时
0162.01013
3
.101760123
'=?=y
080.029)0162.01(1540162.0154
0162.0'=?-+??=
a
087.029)0162.01(1540162.0'=?-?=a
33/1058.6300314.810130162.0m kmol RT yp C -?=??==
(2)%42%10015.0087.015.0%100'=?-=?-a a a
解：由公式
10064+=a a
x 和总
p p y i =可算得x 、y 数据入下表所示：
3．试用Fuller 等人的方法分别估算20℃、101.3kPa 下氨和二氯化硫在空气中的扩散系数D ，并将结果和表8-2中能查到的数据进行核对。
解：∑∑++?=
-2
3/13
/12
/175.17]
)()[()11(
1000.13B A B
A NH p M M T D υυ
)
/(1036.2]1.209.14[1)29
1
171(15.2931000.1252
3/13/12
/175.17s m --?=+?+??=
查P14表8-2，得
s m D NH /1098.12
53-?=
∑∑++?=-2
3/13/12
/175.17]
)()[()11(
1000.12
B A B
A SO p M M T D υυ )
/(1022.1]1.201.41[1)29
1
641(15.2931000.1252
3/13/12
/175.17s m --?=+?+??=
查P14表8-2，得
s m D SO /1022.1252
-?=
4．试估算25℃下4CCl 在很稀的苯溶液中的扩散系数。实测数据为
s cm /1092.125-?。
解：查上册附录中液体粘度共线图，得苯在25℃下的粘度 s mp a ?=62.0μ
)/(2.1136.2448.1443mol cm Cl C A =?+=+=υυυ
6.05.08)(104.7A
s AS T
aM D μυ
-?=
)
/(1084.12.11362.015.29878104.7256
.05.08S cm --?=????=
5．一浅盘中存有2mm 的水层，在101.3kPa 及25℃的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为3mm 的静止空气层，该空气层外的水蒸气分压可忽略，求盘中水蒸发完所需的时间。扩散系数可由表8-2查取。
解：该扩散过程为单向扩散：
查得25℃水的平衡分压a p p 3170=，扩散系数为
s cm T T D D /256.0)273
298(22.0)(275
.175.100=?==
a A B p p p p 98130317010130011=-=-= a A B p p p p 101300010130022=-=-=
a B B B B Bm p p p p p p 9970798130101300
ln 98130
101300ln
1
212=-=-=
))((21A A Bm
A p p p p
RT D N -=δ
)
/(011.0)
03170)(99707
101300(003.0298314.810256.024s m mol ?=-???=- 设圆盘的横截面积为F,则
h s F N M F t A O H 81.2)(10101011
.018101000002.0002.032==??==ρ 6．在101.3kPa 、0℃下的2O 与CO 混合气中发生稳定扩散过程。若相距0.2cm 的两截面上，2O 的分压分别为l00mmHg 和50mmHg ，已知扩
散系数为0.18s cm /2
。试分别计算在下列两种情况下2O 的传质速率。 (1)2O 与CO 两种气体作等分子反向扩散
(2)CO 气体为停滞组分。
解：(1)等分子反向扩散
)
/(0264.0)10132576050
101325760100(102.0273314.81018.0)(22
421s m mol p p RT D
N A A A ?=?-?????=-=
--δ
(2)单向扩散
a A B kp p p p 97.873.101760100
3.10111=?-
=-= a A B kp p p p 64.943.101760
50
3.10122=?-=-=
a B B B B Bm kp p p P p p 26.9197.8764
.94ln 97.8764.94ln
1
212=-=-=
11.126
.913.101==Bm p p )/(0293.00264.011.12s m mol N A ?=?=
7．空气在47℃及101.3kPa 下，以7m/s 的初速向下流过内径40mm 、高度为1m 的圆管段，该管段内壁被一薄层水膜所润湿，水温保持在27℃，空气出该管段时的温度为40℃。假定空气只向水膜传热且水膜厚度可忽略，试以柯尔本类比求空气流过该管段的压降及水汽化的传质系数。已知管段内空气的Pr ＝0.70、Sc ＝0.6l 。
解：5.43240
47221=+=+=
t t t m ℃ 3/116.1)
5.4315.273(314.829
3.101m kg RT PM =+??==
ρ s p a ??=-6
1045.19μ )/(0270.0K m W ?=λ )/(005.1K kg kJ C p ?=
1606610
45.19116.1704.0Re 6=???==-μρ
du
)/(3.327.01606604
.00270
.0023.0Pr Re 023.023.08.03
..08.0K m W d
?=???
==λ
α 6.64027
.004.03.32=?==λαd N u
由柯尔本类比：0045.07
.0160666
.64Pr Re 83
/13/1=?==u N λ
036.0=λ
a
f p u d l p 76.242
7116.104.01036.022
2=??
?==?ρλ s cm T T D D /285.0)273
5.4315.273(22.0)(275
.175.100=+?==
由柯尔本类比：
0045.061
.016066Re 83
/13/1=?==
h
c h S S S λ
∴ 3.6110
285.004
.04
=??==-k D kd S h s m k /044.0=
第四章 传质及曝气
本章重点： （1）亨利定律； （2）气一液传质过程中的液膜与气膜的阻力问题、相似准数； （3）吹脱塔设计。 第四章 传质及曝气 1.传质的定义：传质是质量传递的简称。凡是由于某种推动力（driving force ）所引起的物质分子或流体微元（fluid element ）的运动都称为传质。区别于物质的输送，其包括了分子扩散和物质迁移。 2.传质的条件：化学反应的发生都包含了传质过程，两种反应物质必须运动到相接触才能发生反应。 3.传质的内容：（1）在静止介质中的分子扩散，（2）在层流流体中的分子扩散，（3）在自由紊动液流中的漩涡扩散，（4）在两相间的传质。 4.传质的应用：越过相间传质更具重要性。如水处理的曝气工艺。 5.曝气的目的：（1）在水中加入氧气等一类气体，即气体吸收。（2）去除水中所溶解的挥发性气体，即空气吹脱。 §4.1 亨利定律 1.水溶液的亨利定律 一般物理化学的亨利定律是 P A =k A x A 。 （4-1） 对水溶液则变换为：c A =H A p A （4-2） 式中：H A 为亨利常数的另一形式，单位为mol/L·Pa ， 其表达式为H A = A k 49 .55 （4-3）；c A 代表气体A 的物质量的浓度；p A 代表气体A 在气相总压力p 中所占的分压，以Pa 计。 水处理中可能遇到的气体的 k A 和H A 值见表4-1。 氧气和氮气的亨利常数k A 随分压的变化数值见表4-2。
表4-1 亨利常数 表4-2 亨利常数随分压的变化 其中表1与2中的k和H的单位分别为atm和mol/L?atm，一般计算中按1atm=0.1Mpa
传质过程
长沙学院教案（课时备课） 授课日期2007年10月10日第15次课 2 学时
第四章传质过程 §1传质分离过程概述 传质过程 在含有两个或两个以上组分的混合体系中，由于存在浓度差，某一或某些组分由高浓度区向低浓度区的传递过程，称为传质过程。 传质过程可以在一相中进行，也可以在两相间进行，两相间的传质是分离过程的基础。 1-1分离操作在化工生产中的作用 1．作用：分离设备费用和分离操作费用占总生产费的比例很大。 2．分类： ①机械分离：过滤、沉降 ②传质分离： 两相间：利用混合物中各组分在两相中的溶解度或挥发性等物理性质的差异，使某一或某些组分在相间转移（如吸收、精馏、萃取）。 一相中：热扩散、膜分离。 1-2化工生产中常见的传质操作 1．蒸馏：分离液体混合物，利用各组分挥发性的差异 2．吸收与解吸：分离气体混合物，利用气体溶解度的差异 3．液-液萃取：分离液体混合物，利用各组分溶解度的差异 4．吸附：分离气体或液体混合物，利用各组分在固体上吸附程度的差异5．干燥：固、气分离 6．膜分离：分离气体或液体混合物 7．热扩散：由于温度梯度而引起的物质扩散。
§2 传 质 过 程 机 理 传质过程： ①扩散物质从一相主体向界面传递 ②扩散物质在界面上从一相进入另一相 ③扩散物质从界面向另一相传递 2-1单相中的传质 一．分子扩散与菲克定律 1.分子扩散 在一相内有浓度差异存在时，由于分子的热运动，而造成的物质传递现象。 分子扩散速率（通量）A,0N ：单位时间内通过单位截面积而扩散的物质量。 2.费克（Fick ）定律（只适用于双组分混合物） =-A A,0AB dc N D dl （因A dc dl 为负值，加“-”使A,0N 为正） A,0N ——组分A 的分子扩散速率，)/(2s m kmol ?； A dc dl ——组分A 在扩散方向的浓度梯度，4/m kmol ； AB D ——组分A 在组分B 中的分子扩散系数，s m /2。 AB D 的值由试验测定，可通过手册查取，见教材P183表5-2，5-3。 对理想气体混合物，由于RT p c A A =，故有=-AB A A,0D dp N RT dl 。
传质过程基础 习题
第一章传质过程基础 1. 质量比与质量分数、摩尔比与摩尔分数有何不同，它们之间的关系如何? 2. 某组分的绝对速度、扩散速度和平均速度各表示什么意义? 3. 传质的速度与通量为何有不同的表达方式，各种表达方式有何联系? 4. 分子传质(扩散)与分子传热(导热)有何异同? 5. 在进行分子传质时，主体流动是如何形成的，主体流动对分子传质通量有何影响? 6. 气体中扩散系数、液体中扩散系数各与哪些因素有关? 7. 对流传质与对流传热有何异同? 8. 提出对流传质模型的意义是什么? 9. 停滞膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么，各模型求得的传质系数与扩散系数有何关系，其模型参数是什么? 10. 三传类比具有哪些理论意义和实际意义? 11. 对流传质系数有哪几种求解方法，其适用情况如何? 第二章气体吸收 1. 温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响? 2. 亨利定律为何具有不同的表达形式?
3. 摩尔比与摩尔分数有何不同，它们之间的关系如何? 4. 分子传质(扩散)与分子传热(导热)有何异同? 5. 在进行分子传质时，总体流动是如何形成的，总体流动对分子传质通量有何影响? 6. 讨论传质的机理、吸收过程的机理的意义是什么? 7. 双膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么，各模型求得的传质系数与扩散系数有何关系，其模型参数是什么? 8. 吸收速率方程为何具有不同的表达形式? 9. 传质单元高度和传质单元数有何物理意义? 第三章蒸馏 1. 压力对蒸馏过程的汽液平衡关系有何影响，如何确定精馏塔的操作压力？ 2. 挥发度与相对挥发度有何不同，相对挥发度在精馏计算中有何重要意义？ 3. 为什么说理论板是一种假定，理论板的引入在精馏计算中有何重要意义？ 4. 在分离任务一定时，进料热状况对所需的理论板层数有何影响? 5. 进料量对理论板层数有无影响，为什么? 6. 全回流操作的特点是什么，有何实际意义？ 7. 对不正常形状的汽液平衡曲线，是否必须通过曲线的切点来确定，为什么? 8. 精馏操作回流比通常为，试分析根据哪些因素确定倍数的大小?
传质过程基础习题
第一章传质过程基础 一、选择与填空（30分，每空2分）https://www.docsj.com/doc/3a4780622.html,/month.200807.html 1. 传质通量与_____相对应。 A. ； B. ； C. ； D. 。 2. 传质通量j A与_____相对应。 A.； B.； C.； D. 。 3. 传质通量与_____相对应。 A. ； B. ； C. ； D. 。 4. 等分子反方向扩散通常发生在_______单元操作过程中；一组分通过另一停滞组分的扩散通常发生在_______单元操作过程中。 5. 描述动量和质量传递类似律的一层模型是________________；两层模型是 _____________；三层模型是_______________。 6. 通常，气体的扩散系数与_____________有关，液体的扩散系数与_____________有关。 7. 表示_____________________对流传质系数，表示_______________________对流传质系数，它们之间的关系是__________________。 8. 对流传质系数与推动力_____相对应。 A. ； B. ； C. ； D. 。
9. 推动力与对流传质系数_____相对应。 A. ； B. ； C. ； D. 。 二、计算题（40分，每题20分） 1. 在一根管子中存在有由CH4（组分A）和He（组分B）组成的气体混合物，压力为1.013×105 Pa、温度为298K。已知管内的CH4通过停滞的He进行稳态一维扩散，在相距0.02m的两端，CH4 的分压分别为Pa及Pa，管内的总压维持恒定。扩散条件下，CH4 在He中的扩散系数为m2/s 。试求算CH4的传质通量。 2. 298 K的水以0.5 m/s的主体流速流过内径为25mm的萘管，已知萘溶于水时的施密特数为2330，试分别用雷诺、普兰德—泰勒、卡门和柯尔本类比关系式求算充分发展后的对流传质系数。 三、推导题（30分，每题15分） 1. 对于A、B 二组元物系，试采用欧拉（Euler）方法，推导沿x、y方向进行二维分子传 质时的传质微分方程。设系统内发生化学反应，组分A的质量生成速率为kg/（m3·s） 2. 试利用传质速率方程和扩散通量方程，将转换成。 一、选择与填空（30分） 1. 吸收操作的原理是__________________。 2. 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增大时，亨利系数将_____，相平 衡常数将_____，溶解度系数将_____。 A. 增大； B. 不变； C. 减小； D. 不确定。 3. 在吸收操作中，以液相浓度差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为_____。
传质过程
第八章 传质过程导论 1．含有4CCl 蒸汽的空气，由101.3kPa(绝)、293K 压缩到l013kPa(绝)后，进行冷却冷凝，测出313K 下开始有4CCl 冷凝，混合气出冷凝器时的温度为300K 求： (l)压缩前、压缩后开始冷凝前与出冷凝器时，4CCl 蒸汽的质量分率、质量比和摩尔浓度。 (2)出冷凝器时4CCl 蒸汽冷凝的百分率。 注：a 解：(1)l013kPa(绝)，313K 下开始有4CCl 冷凝，则 0276.01013 3 .101760210 =?=y 压缩前： 131.029)0276.01(1540276.0154 0276.0=?-+??= a 15.029)0276.01(1540276.0=?-?=a 33/1015.1293314.83.1010276.0m kmol RT yp C -?=??== 压缩后开始冷凝前 131.0=a 15.0=a 32/1007.1313 314.810130276.0m kmol RT yp C -?=??== 出冷凝器时 0162.01013 3 .101760123 '=?=y
080.029)0162.01(1540162.0154 0162.0'=?-+??= a 087.029)0162.01(1540162.0'=?-?=a 33/1058.6300314.810130162.0m kmol RT yp C -?=??== (2)%42%10015.0087.015.0%100'=?-=?-a a a 解：由公式 10064+=a a x 和总 p p y i =可算得x 、y 数据入下表所示： 3．试用Fuller 等人的方法分别估算20℃、101.3kPa 下氨和二氯化硫在空气中的扩散系数D ，并将结果和表8-2中能查到的数据进行核对。 解：∑∑++?= -2 3/13 /12 /175.17] )()[()11( 1000.13B A B A NH p M M T D υυ
精馏1传质过程概述1传质过程的定义传质过程的定义
第六章 精馏 §1 传质过程概述 6-1 传质过程的定义 传质过程的定义——物质以扩散的方式，从一相转移到另一相的相界面的转移过程，称为物质的传递过程，简称传质过程。 日常生活中的冰糖溶解于水，樟脑丸挥发到空气中，都有相界面上物质的转移过程。 例如某焦化厂里，用水吸收焦炉气中的氨。OH NH O H NH 423→+。如图6-1所示。 图6-1 吸收传质示意图 再如某酒精厂里，酒精的增浓与提纯。即利用乙醇与水的沸点不同，或挥发度不同，使乙醇与水分离的过程。如图6-2所示。 图6-2 精馏传质示意图 这两个例子说明，有物质()O H OH H C NH 2523 , , 在相界面的转移过程，都称为传质过程。 6-2 传质过程举例 焦化厂的例子，是吸收操作。——利用组成混合气体的各组分在溶剂中溶解度不同来分离气体混合物的操作，称为吸收操作。 焦炉气中不仅含有3NH ，还有242 , , , H CH CO CO 等气体，利用3NH 易溶于水，以水为吸收剂，使3NH 从焦炉气中分离出来。吸收主要用来分离气体混合物，所以有的教
材称吸收为气体吸收。如图6-3所示。 图6-3 吸收局部示意图 水称为溶剂，3NH 称为溶质，炉气中其他气体称为惰性组分。 用水吸收氯化氢气体)(HCl ，制备盐酸，也是一种吸收操作。 酒精厂的例子，是精馏操作。——利用液体混合物各组分沸点（或挥发度）的不同，将物质多次部分汽化与部分冷凝，从而使液体混合物分离与提纯的过程，称为精馏操作。 精馏主要用来分离液体混合物，所以有的教材称精馏为液体精馏。 传质过程还有， 萃取——利用混合物各组分对某溶剂具有不同的溶解度，从而使混合物各组分得到分离与提纯的操作过程。 例如用醋酸乙酯萃取醋酸水溶液中的醋酸。如图6-4所示。 图6-4 萃取示意图 此例中醋酸乙酯称为萃取剂)(S ，醋酸称为溶质)(A ，水称为稀释剂)(B 。萃取操作能够进行的必要条件是：溶质在萃取剂中有较大的溶解度，萃取剂与稀释剂要有密度差。 干燥操作——利用热能使湿物料的湿分汽化，水汽或蒸汽经气流带走，从而获得固体产品的操作。如图6-5所示。
传质过程基础 习题 X页.doc
第一章传质过程基础 思考题 1.质量比与质量分数、摩尔比与摩尔分数有何不同，它们Z间的关系如何？ 2.某纽分的绝对速度、扩散速度和平均速度各表示什么意义？ 3.传质的速度与通量为何有不同的表达方式，各种表达方式冇何联系？ 4.分子传质（扩散）与分子传热（导热）有何异同？ 5.在进行分子传质时，主体流动是如何形成的，主体流动对分子传质通量右何影响？ 6.气体中扩散系数、液体中扩散系数各与哪些因素有关？ 7 ?对流传质与对流传热有何异］r Q ? 8.提出对流传质模型的意义是什么？ 9.停滞膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么，各模型求得的传质系数与扩散系数有何关系，贯模型参数是什么？ 10.三传类比具有哪些理论意义和实际意义？ 11.对流传质系数有哪儿种求解方法，其适用情况如何？ 第二章气体吸收 思考题 1.温度和压力对吸收过程的平衡关系冇何影响? 2.亨利定律为何具仃不同的表达形式? 3.摩尔比与燃尔分数冇何不同，它们Z间的关系如何?
4.分子传质（扩散）与分子传热（导热）有何异同？ 5.在进行分子传质时，总体流动是如何形成的，总体流动对分子传质通量冇何影响？ 6.讨论传质的机理、吸收过程的机理的意义是什么？ 7.双膜模型，溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么，备模型求得的传质系数与扩散系数有何关系，其模型参数是什么？ 8.吸收速率方程为何具冇不同的表达形式？ 9.传质单元高度和传质单元数有何物理意义？ 第三章蒸憾 思考题 1.压力对蒸帑过程的汽液平衡关系有何影响，如何确定精饰塔的操作压力？ 2.挥发度与相对挥发度有何不同，相对挥发度在粕帼计算中冇何重要意义？ 3.为什么说理论板是一种假定，理论板的引入在耕馆计算中有何巫要意义？ 4.在分离任务一定时，进料热状况对所需的理论板层数冇何影响？ 5.进料量对理论板层数有无影响，为什么？ 6.全冋流操作的特点是什么，右何实际意义？ 7.对不正常形状的汽液平衡曲线，是否必须通过曲线的切点来确定，为什么？ 8.精馆操作冋流比通常为，试分析根据哪些因索确定倍数的大小? 9.若耕憾塔塔顶采用分凝器一全凝器冷却方式,在求解理论板层数时丿应注意什么?
第二章传热传质过程
第二章 1、有一2O （A ）和2CO (B)的混合物，温度为297K ，压力为 1.519х105Pa,已知s m u s m u y B A A /02.0,/08.0,40.0===，试计算下列各值： （1） 混合物、组分A 和组分B 的摩尔浓度B A c c c , （2） 混合物、组分A 和组分B 的质量浓度B A ρρρ, （3） 混合物的质量平均速度和A 、B 组分的相对速度v u v u v B A --,, （4） 混合物、组分A 和组分B 的绝对摩尔扩散通量B A N N N ,, （5） 混合物、组分A 和组分B 的绝对质量扩散通量B A n n n ,, （6） 组分B 的相对质量扩散通量和相对摩尔扩散通量B B J j , 答案：(1)333/0369.0;/0246.0;/0615.0m kmol m kmol m kmol (2)333/624.1;/787.0;/411.2m kg m kg m kg (3) s m s m s m /0196.0;/0404.0;/0396.0- (4) ()()()s m kmol s m kmol s m kmol ./000738.0./00197.0;./00271.0222 (5)()()()s m kg s m kg s m kg ./0325.0./0630.0./0955.0222 (6)()()s m kmol s m kg ./1086.8;./0318.0242-?-- 2、氢气和空气在总压力为1.0132×105Pa ，温度为25℃的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散率为0.6×10-4m2/s ，在垂直于扩散方向距离为10mm 的两个平面上氢气分压力为16000Pa 和5300Pa 。试计算此两种气体的摩尔扩散通量。（必做）答案：() s m mol ?-2/0259.0 3、采用量筒来测定水蒸气在空气中的扩散系数。试验用量筒内径为30mm ，水面离开量筒口边缘的距离为100mm ，筒底水温及环境温度均为25℃，相对湿度为30%的一股气流吹过筒口1小时后，用精密天平测得水的损失为10.7mg 。试确定在试验条件下水蒸气在空气中的扩散系数。大气压力为1.013×105Pa 。25℃水蒸气的饱和压力为3289.5Pa 。 答案：s m /1051.225-?