简单分子的扩散体积课件.ppt
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1、新乡学院化工原理精品课程7.1 概述7.1.1 传质分离过程第七章 传质与分离过程概论新乡学院化工原理精品课程原料反应产物目的产物副产物分离过程反应过程一、分离过程在化工中的应用示例:三氯甲烷的制备。示例:炼油过程。原料目的产物副产物分离过程新乡学院化工原理精品课程二、相际传质过程与分离分离过程非均相物系分离均相物系分离可通过机械方法分离,易实现分离。不能通过简单的机械方法分离,需通过某种物理(或化学)过程实现分离,难实现分离。例 气固分离:沉降液固分离:过滤新乡学院化工原理精品课程均相物系的分离方法均相物系某种过程两相物系根据不同组分在各相中物性的差异,使某组分从一相向另一相转移:相际传质过
2、程实现均相物系的分离相际传质过程均相物系分离二、相际传质过程与分离新乡学院化工原理精品课程空气氨水空气氨水示例:空气和氨分离吸收塔二、相际传质过程与分离新乡学院化工原理精品课程三、传质分离方法1.平衡分离过程 (1)气液传质过程 气液传质过程是指物质在气、液两相间的转移,它主要包括气体的吸收(或脱吸)、气体的增湿(或减湿)等单元操作过程。 吸收(脱吸) 增湿(减湿) 新乡学院化工原理精品课程(2)液液传质过程 液液传质过程是指物质在两个不互溶的液相间的转移,它主要包括液体的萃取等单元操作过程 。 萃取 三、传质分离方法新乡学院化工原理精品课程(3)液固传质过程 液固传质过程是指物质在液、固两相
3、间的转移,它主要包括结晶(或溶解)、液体吸附(或脱附)、浸取等单元操作过程。 结晶(溶解) 吸附(脱附) 浸取 三、传质分离方法新乡学院化工原理精品课程(4)气固传质过程 气固传质过程是指物质在气、固两相间的转移,它主要包括气体吸附(或脱附)、固体干燥等单元操作过程。 干燥 吸附(脱附) 三、传质分离方法新乡学院化工原理精品课程相平衡常数(分配系数) iiixyK/分离因子 jiijKK / 通常将K值大的当作分子,故一般大于1。当偏离1时,便可采用平衡分离过程使均相混合物得以分离,越大越容易分离。 xi、yi分别表示组分在两相中的组成三、传质分离方法新乡学院化工原理精品课程2.速率分离过程
4、(1)膜分离 膜分离是指在选择性透过膜中,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过程。 膜分离超 滤反渗透渗 析点渗析三、传质分离方法新乡学院化工原理精品课程(2)场分离 场分离是指在外场(电场、磁场等)作用下,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过程。 场分离电 泳热扩散高梯度磁场分离三、传质分离方法新乡学院化工原理精品课程三、传质分离方法 磁化精馏实验装置 钕铁硼永磁场新乡学院化工原理精品课程3.分离方法的选择 分离方法选择的考虑因素三、传质分离方法v 被分离物系的相态 v 被分离物系的特性 v 产品的质量要求 v 经济程度 新乡学院化工原理精品课程7.1 概
5、述7.1.1 传质分离过程第七章 传质与分离过程概论7.1.2 相组成的表示方法新乡学院化工原理精品课程一、质量浓度与物质的量浓度1.质量浓度质量浓度定义式VmAA混合物的总质量浓度Nii1总kg /m3密度新乡学院化工原理精品课程2.物质的量浓度混合物的总物质的量浓度Niicc1总VncAAkmol /m3一、质量浓度与物质的量浓度物质的量浓度定义式新乡学院化工原理精品课程质量浓度与物质的量浓度的关系 AAAMcMc总总iiMxM平均摩尔质量一、质量浓度与物质的量浓度新乡学院化工原理精品课程1.质量分数质量分数定义式mmwAA混合物的总质量分数Niiw11二、质量分数与摩尔分数新乡学院化工原
6、理精品课程2.摩尔分数 nnxAA混合物的总摩尔分数 11iNixnnyAA11iNiy液相气相二、质量分数与摩尔分数摩尔分数定义式新乡学院化工原理精品课程质量分数与摩尔分数的关系 iiNiMwMwx/1AAAiiNiMxMxw1AAA由质量分数求摩尔分数由摩尔分数求质量分数二、质量分数与摩尔分数新乡学院化工原理精品课程1.质量比质量比的定义式AAAmmmX质量比与质量分数的关系AAA1wwX三、质量比与摩尔比AAA1XXw新乡学院化工原理精品课程摩尔比的定义式AAAnnnXAAAnnnY摩尔比与摩尔分数的关系 AAA1 xxXAAA1XXx液相气相三、质量比与摩尔比2.摩尔比新乡学院化工原理
7、精品课程练 习 题 目思考题作业题: 1、21.传质分离过程有哪些类型?2.何为相平衡常数和分离因子?3.选择分离方法应主要考虑哪些因素?4.相组成有哪些表示方法,引出质量比和摩尔比有 何意义?新乡学院化工原理精品课程7.1 概述第七章 传质与分离过程概论7.2.1 分子传质(扩散)7.2 质量传递的方式与描述新乡学院化工原理精品课程一、分子扩散现象与费克定律 1.分子扩散现象 由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象分子传质。v 分子传质又称为分子扩散,简称为扩散v分子传质在气相、液相和固相中均能发生播放动画31:分子扩散现象新乡学院化工原理精品课程描述分子扩散过程的基本定律费克第一定律。
8、zcDJddAABAkmol/(m2 s )费克第一定律 DAB 组分A在组分B中的扩散系数,m2/s 一、分子扩散现象与费克定律 2.费克(Fick)定律zcDJddBBAB及 DBA 组分B在组分A中的扩散系数,m2/s 新乡学院化工原理精品课程0ddddBAzczc常数总BAccc对于两组分扩散系统BAABDD一、分子扩散现象与费克定律微分得故此得0BAJJJ新乡学院化工原理精品课程3.总体流动现象示例:用水吸收空气中的氨一、分子扩散现象与费克定律 设由A、B组成的二元气体混合物,其中 A为溶质,可溶解于液体中,而B不能在液体中溶解。这样,组分A可以通过气液相界面进入液相,而组分 B不能
9、进入液相。由于 A分子不断通过相界面进入液相,在相界面的气相一侧会留下“空穴”。根据流体连续性原则,混合气体会自动地向界面递补,这样就发生了A、B 两种分子并行向相界面递补的运动,这种递补运动就形成了混合物的总体流动。 新乡学院化工原理精品课程相界面气相(AB)液相 SANAJBJ主体流动0BNANyBNymuAAANyJN0BBBNyJNBBNyJ一、分子扩散现象与费克定律新乡学院化工原理精品课程二、气体中的稳态分子扩散 设由A、B两组分组成的二元混合物中,组分A、B进行反方向扩散,若二者扩散的通量相等,则称为等分子反方向扩散。1.等分子反方向扩散气相相界面液相易挥发组分NANB难挥发组分蒸
10、馏操作新乡学院化工原理精品课程对于等分子反方向扩散zcDJNddAABAANA=NB二、气体中的稳态分子扩散因此得N=NA+NB=0故此得等分子反方向扩散新乡学院化工原理精品课程(1) z = z1边界条件cA = cA1 ( pA = pA1 )(2) z = z2cA = cA2 ( pA = pA2 )二、气体中的稳态分子扩散求解得)(2A1AABAAcczDJN12zzz新乡学院化工原理精品课程 当扩散系统处于低压时,气相可按理想气体混合物处理,则RTpcAA)(2A1AABAAppzRTDJN二、气体中的稳态分子扩散据此得新乡学院化工原理精品课程 设由A、B两组分组成的二元混合物中,
11、组分A为扩散组分,组分B为不扩散组分(称为停滞组分),组分A通过停滞组分B进行扩散。 吸收操作液相相界面气相溶质NANB0惰性组分B2.一组分通过另一停滞组分的扩散二、气体中的稳态分子扩散新乡学院化工原理精品课程对于组分A通过停滞组B的扩散AAAABAAAABAddddNcczcDNyzcDN总NB= 0整理得 zccccDNddAAABA总总二、气体中的稳态分子扩散N=NA+NB=NA新乡学院化工原理精品课程(1) z = z1边界条件cA = cA1 ( pA= pA1 )(2) z = z2c A= cA2 ( pA= pA2 )二、气体中的稳态分子扩散一组分通过另一停滞组分的扩散新乡学
12、院化工原理精品课程二、气体中的稳态分子扩散求解可得1A2AABAlncccczcDN总总总A1A2ABAlnppppzRTpDN总总总或新乡学院化工原理精品课程由于扩散过程中总压不变 A2B2ppp总A1B1ppp总A2A1B1B2ppppB1B2B1B2A2A1ABAlnppppppzRTpDN总二、气体中的稳态分子扩散新乡学院化工原理精品课程令B1B2B1B2BMlnppppp)(A2A1BMABAppzpRTpDN总据此得组分 B 的对数平均分压二、气体中的稳态分子扩散新乡学院化工原理精品课程比较 反映了总体流动对传质速率的影响 )(A2A1ABAppzRTDN)(A2A1BMABApp
13、zpRTpDN总相差BM/pp总BM/pp总漂流因数二、气体中的稳态分子扩散新乡学院化工原理精品课程1BM/pp总BMpp 总因为故1BM/pp总AAJNBM/pp总AN总体流动影响无总体流动二、气体中的稳态分子扩散新乡学院化工原理精品课程三、液体中的稳态分子扩散1.等分子反方向扩散ABAA1A2()DNccz参照气体中的等分子反方向扩散过程,可写出12zzz 组分A在溶剂B中的扩散系数,m2/s ABD新乡学院化工原理精品课程三、液体中的稳态分子扩散)(A2A1BMABAcczccDN总 参照气体中的一组分通过另一停滞组分的扩散过程,可写出2.一组分通过另一停滞组分的扩散或)(A2A1BMA
14、BAxxzxcDN总新乡学院化工原理精品课程三、液体中的稳态分子扩散B2B1BMB2B1lnccccc其中B2B1BMB2B1lnxxxxx停滞组分 B对数平均物质的量浓度停滞组分 B对数平均摩尔分数新乡学院化工原理精品课程四、扩散系数1.气体中的扩散系数 通常,扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关。对于双组分气体混合物,组分的扩散系数在低压下与浓度无关,只是温度及压力的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得,某些双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体中的扩散系数,其值一般在 m2/s 范围内。54101101新乡学院化工原理精品课程四、扩散系数估算气体扩散系数经验公式23/
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