下册目录 第八章传质过程导论 第一节概述……… 1 8-1化工生产中的传质过程 8-2相组成的表示法 ……2 第二节扩散原理 …5 8~3基本概念和费克定律 ……………………………5 8-4一维稳定分子扩散 8-5扩散系数 ………………………1 8-6流流体中的扩散 ………………14 第三节质量、热量、动量传递之间的联系 …16 8-7三种传递间的类比 …16 第四节传质设备简介…… ………………19 8-8填料塔和板式塔 ………………………………20 重要符号表……………… *…20 主要参考读物………………………………………………………… ……21 习题…………………… …21 第九章吸收 第一节概述…………… ………23 9-1工业生产中的吸收过程 ………………………………… ………………23 9-2吸收的流程和溶剂 第二节有关吸收的基本理论…………… 26 9-3,气体在液体中的溶解度 ………26 9-4传质速率方程 ……………*…29 第三节吸收（或脱吸）塔的计算…………… ……………36 95物料算 ………………………………36 9-6填料层高度，（一）对低浓气体的计算 …………………………… …………………41 9-7传质单元 ………50 9-8填料层高度，.（二）对高浓气体的计算 …………………………… ……………53 9-9塔板数 …………60 9-10脱吸（解吸） ………63 第四节其它类型吸收…… 9-11多组分吸收 ……65 9-12化学吸收 …………66 9-13非等温吸收 ………87 第五节传质系数和传质理论…
9-14传质系数关联式…………… …70 9-15传质理论概况………… ………76 重要符号表……… ……………78 主要参考读物…… ………80 习题…… …………80 附录…… ………82 第十章蒸馏 10-1概述 ……84 第一节二元物系的汽液平衡 ……………84 10-2理想溶液 ………………84 10-3挥发度和相对挥发度 …………… ………88 10-4非理想溶液… ………………………90 第二节蒸馏方式…… ……92 10-5简单蒸馏 …92 10-6平衡蒸馏和平衡级 ………………95 10-7精馏……… …………………99 第三节二元连续精馏的分析和计算………………………………… …………100 1 10-8全塔物料衡算 ………………………100 10-9 精馏段的分析及其图解法 ……… ..…….……101 10-10 提馏段的分析和进料状况的影响 ……………………………104 10-11 理论塔板数 …………………………108 10-I2 实际塔板数、塔板效率 …………………………112 10-13 填料精馏塔的填料层高度 113 10-14精馏装置的热量衡算………………… ……………………………………………114 10-15 回流比的影响及其选择 117 10-16 理论板数的捷算法 119 第四节 其它蒸馅方式 122 10-17 水蒸气蒸馏 122 10-18 间歌蒸馏 …………………………125 10-19恒沸蒸馏和萃取蒸培 129 第五节多元蒸馏 132 10-20 基本概念 …………132 10-21 多元物系的汽液平衡 133 10-22多元蒸馏的物料衡算 136 10-23捷算法求理论塔板数 ……138 重要符号表 …… ……140 主要参考读物和参考文献 …… …………142 习题 ……I42 第十一章气液传质设备 第一节板式塔 144
11-1板式塔的主要类型结构与特点 144 11-2 板式塔的水力学性能 ………146 11-3 设计要领 157 11-4板效率……… …………………………164 第二节填料塔… ………168 11-5填料塔与填料…… ………168 11-6填料塔的水力学性能与传质性能 …………*172 11-7板式塔与填料塔的比较… -…179 重要符号表……… ……179 主要参考读物和参考文 … ……181 习题 *………182 第十二章 萃取 12-1概述 ……………184 第一节萃取的基本概念 ……… *…185 12-2三角形相图 ………………185 12~3三角形相图在单级萃取中的应用 …………189 12-4: 萃取剂的选择…… ………………………………192 第二节萃取操作的流程和计算……………………… …193 12-5单级萃取 ……………………………………*193 12-6 多级错流萃取 ………………….19.4 12-7多级逆流萃取 ………………198 12-8连续接触逆流萃取…………… ………………………201 第三节萃取设备 ……204 12-9混合-澄清槽 ………………………………204 12-10重力流动的萃取塔 + …………………205 12-11输入机械能量的萃取塔 ……207 12-12离心萃取机 ………… ……………210 12-13萃取设备的选用 ………211 重要符号表 212 主要参考读物和参考文献 213 习题 213 第十三章 干燥（附：气体的增湿和减湿） 13-1概述 215 第一节湿空气的性质及湿度图 215 13-2湿空气的性质 215 13-3空气的湿度图 221 13-4湿度图的用法 …… 224 第二节干燥器的物料衡算及热量衡算………… 227 13-6空气干燥器的操作原理 227 13-6空气于燥器的物料衡 算… 227
13-7空气干燥器的热量衡算 229 13~8干燥过程的图解法……… 第三节千燥速度和干燥时间……… …236 13-9物料中所含水分的性质 ………………236 13-10恒定干燥条件下的干燥速度 …………238 13-1I 恒定干燥条件下恒速阶段干燥时间的计算 … ……………244 13-12 恒定干燥条件下，降速阶段干燥时间的计算…………………………………………246 13-13 千燥条件变动情况下的干燥速度 ·…248 第四节 于燥器 ++ 252 13-14 干燥器的分类 *…………………252 13-15 盘架式干燥器 … 253 13-16 间歌式减压千燥器 …+ …………………255 13-17 洞道式干燥器 …..……………256 13-18 回转式干燥器 ………257 13-19 气流干燥器 …… 258 13-20 沸腾床干燥器 259 13-21 喷雾干燥器 260 13-22 常压滚筒式干燥器 ………………262 13-23 减压滚筒式于燥器 262 第五节 气体的增湿与减湿…………… 263 13-24 增湿和减湿过程的机理 263 13-25 增湿器和减湿器 …… 264 13-26凉水塔高度的计算 ……… ………………266 重要符号表… *…271 主要参考读物…………………… …… ……273 习题 …273 第十四章固体流态化 14-1:固体流态化现象 ……276 14-2流化床的水力学特性… …………………………………279 14-3流化床中的传热与传质………………… ……………………287 重要符号表 ……291 主要参考读物 292 习题 292
第八章传质过程导论 第一节概述 8-1化工生产中的传质过程 在第三章中已介绍了多相物系的分离法,现在进一步讨论均相物系的分离(包括提纯、 回收等)。这类单元操作通常基于物质由一个相到另一个相的转移。例如,在分离气体混合物 吋,可以用选定的溶剂进行吸收(如分离氨和空气,用水吸收),使溶质气体(氨)出气相转 移到液相,从而得与不溶气体(空气)分离;又如生活中在煎中药时,可溶性药理成分由固 体中转移到液相等。物质在相际的转移属于物质传递过程(简称传质过程)这类以相际传质 为特征的单元操作在化工生产中应用甚广,现将常见的几种简单介绍如下 1·吸收—物质由气相转入液棉,图8-1a示出两相界面附近的传质情况,其中以A代 表在相间传递的物质即溶质(上述例中的氨),B代表竹性气体(空气),S代表溶剂(水), 加号“+”表示这一个相是哪些物质的混合物。吸收的逆过程是脱吸,也在图8-1a中示意。 2.气体的减湿。当为水蒸气饱和的气体与冷水接触时,水蒸气将从气相转入液相(发生 冷凝)。由于液相是水,传质只在气相进行,如图8-1b所示。减湿可以看成是吸收的一种特 殊情况,其逆过程是增溫。 3,液-液苯取(亦简称萃取)—一溶质由一液相转入另一液相,如图8-1c所示,其逆过 程仍然是萃取 4.固液萃取(简称浸沥或浸取)-一溶质由固和转入液相,如图8-1d所示(虚线表示 溶质可能从固相的表面或内部转入液相)。由于固体混合勃一般是多相系,故浸沥常属多相 系的分离。 5·结品—溶质由液相趋附于溶质晶体的表面,转为固相,使晶体长大,如图81e所 示。其遊过程为溶解(溶解与浸沥的差别是后一过程中溶质与很多不溶性杂质混在一起)。 6·嗷附—物质由气相或液相趋附于固体表面(主要是多孔性固体的内表面),如图8 11所示。其逆过程为脱附 7.干燥——液体(通常是水)经过汽化,从固体的表面或内部转入气相,如图8-1g 所 8.精镏——不同物质在汽液两相间的相互转移,二元精馏时易挥发组分A由液相转入 汽相,同时难挥发组分B由汽相转入液相,如图8-1h所示。 上述单元操作中也有少数其目的不是为了分离,而是一种混合,如增湿、溶解 相际传质是一类复杂的过程。以吸收为例,溶质首先在气相中朝向气液相界面扩散(传 质推动力是气相主体与界面间的浓度差),继而穿过相界面,再由界面向液相主体扩散(推 动力是液相界面与主体中的浓度差)。这一过程与换热器中两流体通过间壁的传热(5-10项) 颇为类似,但比传热更为复杂,首先在于过程最终的平衡状态。参与传热的两流体间,最终 的热平衡是温度相等;但相际传质最终的相平衡却一般不是两相的浓度相等。例如,含氨气 体与水达成相平衡时,氨在液相中的浓度通常比气相中大得多(参看例8-1)。故为了研究两
2 气相 S十A 气相V,承担 AA(水 吸收 (a) 液相V液相 固相犭液沿 STA B+AS+A 浸沥 取 液相 固相 气相或液相 B+A 相 结晶飞(或A+S 吸附 C A 脱附 液相汽相 固相才气相 A B+AC+A A+BA+B}楠馏 于燥 (g) 图8-1儿种相际传质过程的示意图 相间的传质,表达其推动力,必须了解两相间的平衡关系。其次,传热时温度的单位颇单纯 (K或℃)而传质时,浓度或组成的常用单位则有多种,这一问题将叙述如下 8-2相组成的表示法 对于混合物,一个相的组成可以用多种方法表示,常用的有下列几种。 1.质量分率(工程制用重量分率)和摩尔分率 工业上最常用的组成表示法是某组分的质量占总质量的分率或百分率,对含组分A
B、C、……的均相混合物有: 78-,ac 式中aA、aB、ac组分A、B、C的质量分率 mA、m、廾c组分A、B、C的质量; —总质量 邡4+》+》k+ 将上式两边除以邡,得: 1 即各组分的质量分率之和等于1。对最简单的双组分物系,任一组分的质量分率为a,另 组分的即为(1-a),可省去下标A、B 传质机理与各组分的分子相对数目(摩尔数或千摩数)关系密切,故常需用到摩尔 分率 B 式中x、x、一组分A、B、C的摩尔分率; 组分A、B、C的摩尔数 同理,各摩尔分率之和亦为1 对于双组分物系,可用两摩尔分率之一表示,记为x,另一为(1-x).可省去下标 A、B 另一相中的摩尔分率以y灬、y、ya、……代表。当物系中有气(汽)相时,习惯上用 y表示气相的摩尔分率。 质量分率和摩尔分率可相互换算如下: 因 B ∑音(i=A、B、C、…) 故 xA=_规日Am /m∑能/ (8-1) 式中M,,M、……—组分A、B、……的分子量。 又 mA=%MA=aM4,mB=xBM8,…… (8-2) 2.质量比和摩尔比 有时也用一个组分对另一组分的质量比或摩尔比代表组成,较常见于双组分物系。 质量比:a=mA/ms 摩尔比
它们与上述两种组成表示法的关系如下〔对双组分物系) a=ma/ms-=4, /as=a/(1-a) (8-3) 4=a/(1+a) (8-3a) X=x/(1-x) x=X/(1+X) (8-4a) 3.浓度 以上各组成表示法虽也广义地称为浓度,但严格说来,浓度的定义是单位体积中的物质 量,物质量可用质量或摩尔(千摩)数来表示。 质量浓度: 摩尔浓度: C4=-4 kmol/m 式中V-—均相混合物的体积,m3。 现讨论浓度与其它组成表示法的换算。由于均相混合物的密度即为各组分质量浓度 (体积与混合物相等)的总和: 故质量浓度 72 4=aA0 (8-5a) 同理,摩尔浓度: (8-5) 式中C= 混合物的总摩尔浓度,kmol/m3 对于气体混合物来说,若某一组分A的分压为φ(单位Pa),可由理想气体定律计算其 摩尔浓度: 式中V、T—气体混合物的体积(m)和温度(K); R—通用气体常数,R=8314J/ kmol K。 又其质量浓度为 (8-6a) 故实际也常用分压来表示气相的组成。 气体混合物的总尔浓度为: C RT 与式8-6相除,可知摩尔分率与分压分率相等
气体混合物的摩尔比可用分压比表达如下 而质量比可表达为: (8-8a) 现将理想气体定律各参数采用某些常用的单位时(温度皆用开尔文度),气体常数的 值和单位列入表8-。恰当地选用R,可减少换算单位的工作量(参看例8-1至8-3)。 表8-1应用不同单位时的通用气体常数R 〔压力〕 〔体积 〔物质量〕 逦用气体常数R Pa(N/m2) 8.314 J/kmol kJ/kmol K kgi/ma2 knoi 848 kgf m/kmo] K kmol 0.0848 kgf m/kmal K atm 0. 08206 atm m/knol 1 nm Hg m/k 008206atul/mol上 kPa 8. 314/M kJ/kg K 说明:〔表示某个量的单位,M代表气体的分子量。 例8-1实验测得在总压atm及温度20℃下,100g水中含氨1g时,液面上氨的平衡分 压为6mmHg。求气、液相组成皆以摩尔浓度表示时的相平衡关系。 氨在气相的摩尔浓度C按式8-6计算,其中分压单位为mmHg时的R由表8-1查 得为6236 mmHg m2/ kmol K, C=力/RT=6/62.36×293=0.0002kmol/m3 氨在液相的摩尔浓度Ca可计算如下:100kg水含氨1kg,由于氨水很稀,可设其密度与 水相同,D=100kg/m其体积为(100+1)/100=0101m,而氨的千摩数为1/1, 故 Ca=(1/17)0,101=0,582kmo/m3 结果表明,以摩尔浓度表示的上述物系的相平衡关系,液相要比气相大一千倍以上。 第二节扩散原理 8-3蔷本概念和费克定律 前述相际传质的概念表明其基本特征是均相流体中的传质(流体主体到相界面或相反) 当流体为静止或作平行于相界面(垂直于传质方向)的层流流动时,传质只能靠分子运动所 引起的扩散——分子扩散,现以双组分气体为例作说明。按分子运动论,气体中各组分的分 子都处于不停的运动状态,分子在运动中相互碰撞,同时改变其速度的方向和大小。如图 8-2所示,由于这种杂乱的分子运动,一组分A的分子将通过另一组分B(也称为“介质” 的分子群,由(I)处移动到(I)处;同理,(Ⅱ)处的A分子也会移动到(I)处。若 各处A的浓度均等,上述两扩散量将相等,没有净的传质。若A在(I)处的浓度较()
处为高,则由(I)处移到()处的A分子较(I)处移到(I)处的为多,造成组分4 由(1)处至(I)处的净传质,直到浓度均匀(达均相平衡)时为止 传质中的分子扩散类似于传热中的热传导,扩散速率的规律也类似于导热,即与浓度梯 度成正比。对于双组分物系在稳态下可表达为 J dCA (8-9) 式中C4组分A的浓度,kmol/m3 一组分A的浓度梯度,k mol/r t Jx组分A的扩散通量,kmol/m2s,其方向与浓度梯度相反,故在式右边加一 负号y DdB比例系数,称为组分A在介质矿中的扩散系数,m2/s 这规律是1855年由菲克(Fick)在实验的基础上提出的,称为菲克定律。对于气体,也 常用分压梯度的形式表示,将式86(C,=)代入式8-,若沿z向无温度变化,可 J=-1 (8-10) 应注意的是分子扩散与导热也有重要的区别,前者较后者复杂之处在于:在一个个分子 沿扩散方向移去后,留下相应的空位,需由其它分子填补,由此就产生了扩教通量是相对于 什么截面的问题。在式8-9或8-10中定义JA所通过的截面是“分子对称”的,即有一个A分 (Ⅱ) 子通过某一截面,就有一个B分子反方向通过 这一截面,填补原A分子的空位。显然,这种 分子对称面为固定时(而不是在空间移动时), 较为简单,对此,现举例说明如下。 PH 8-2分子扩散示意图 图8-3等摩尔相互扩散 如图8-3所示,气体A、B的混合物分盛在容器I、I中,其间以接管相连,各处的总 EP和温度T皆相等。容器I中A的分压力较容器I中的为大,故A将通过接管向右扩 ,同时B亦在接管内向左扩散,而且相对于管的任一截面F(位置固定),两扩散通量的