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二、传质过程分类——两相
（4）吸附
当某些固体与液体或气体混合物接触时，气体或液体中 的某一或某些组分能以扩散的方式从气相或液相进入固相， 这个过程称为吸附。 吸附分离操作是根据气体或液体混合物中不同组分在固 体上被吸附的程度不同而进行分离的过程。 气体吸附：室内空气净化、工业废气处理（活性炭、硅 胶、氧化铝等）
二、传质过程分类——单相
单相传质主要有膜分离、热扩散、电泳等 膜分离：以天然或人工合成的高分子薄膜为分离介质，当
膜两侧存在某种推动力（如压差、浓度差、电位差）时，混
合物中的某一或某些组分可选择性地透过膜而与混合物中的 其他组分分离。 如：海水淡化、中草药的除菌、废水处理
热扩散：同位素2H和3H的分离
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四、气液传质设备——填料塔
（3）填料类型 乱堆填料
堆放方式 整砌填料
实体填料 环形填料（拉西环、鲍尔环、阶梯环）、 基材 鞍形填料（弧鞍、矩鞍）、波纹板 网体填料 鞍形网、θ网、波纹网
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四、气液传质设备——填料塔
（4）填料塔内的流体力学状况 在设计填料塔时，首先要考虑塔的 流体力学性能，包括填料层压降、液 泛气速、持液量等影响。 载液区 右图为不同喷淋密度下，单位高度 填料层的压降Δ p/H与空塔气速u的关 系图。（空塔气速是指按空塔截面积 计算得到的气体线速度。） 对一定的喷淋密度，当气速较低时， 气液两相几乎没有互相干扰，填料表 恒持液 面的持液量不随气速而变。 量区
例：分离乙醇水溶液、分离“三苯”
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二、传质过程分类——两相
（2）气体的吸收
对于气体混合物，可选择合适的液体溶剂（吸收
剂）在专用设备中使之与气体充分接触，气体中的
一个或几个组分由气相转入液相，实现对混合气体
的分离。 如：用洗油吸收焦炉气的苯而实现苯的分离 除去合成氨的原料气中的CO2
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漳州师范学院化学与环境工干燥是对湿物料（通常含水分）加热，使物料 中所含的湿分（如水）气化，并不断排出湿蒸气而 得到干燥固体的操作。 如：一级尿素含水量不能超过0.5%；聚氯乙烯含水 量不能超过0.3%。 （6）气体的增湿
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（2）对流扩散速率
du dy
dT q A dn
由于对涡流流动中扩散认识上的不充分，只能仿照费克 定律将涡流扩散速率表为：
d cA N A DE dz
式中DE——涡流扩散系数， m2· s-1
湍流主体以涡流扩散为主，DE＞＞DAB，滞流底层为分子扩 散，DAB＞＞DE，DE≈0；在过渡层，DAB和DE数量级相当。
对 流 扩 散

涡流扩散：因流体的湍动和旋涡产生质点位移，使物质由高 浓度处转移到低浓度处的过程。
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单相中的传质
分子扩散 单相内物质传递的机理 费克定律和斯蒂芬定律 对（涡）流扩散 分子扩散：物质靠分子运动从高浓度处转移到低浓 度处，如物质在静止或滞流流体中的扩散； 涡流扩散：因流体的湍动和旋涡产生质点位移，使 物质由高浓度处转移到低浓度处的过程。
降 液 区
溢流堰
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四、气液传质设备——板式塔
度很均匀，传质的阻力可以忽略不计，传质阻力集中在两
层膜内。
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四、气液传质设备
传质过程有共同的规律，也有通 用的传质设备。比如气体吸收和液体 精馏两种气液传质过程通常在塔设备 内进行。塔设备可提供气、液两相充 分接触的机会，从而使传质、传热能 迅速有效地进行。 根据塔内气液接触部件的结构型 式，分为填料塔与板式塔两类。评价 它们的性能指标包括：分离效率、生 产能力、压力降和操作弹性等。
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液泛区
泛点
载点
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气速增大至某值时，液体流动受到两相流体间摩擦力的阻
碍，填料层的持液量随气速的增加而增加，此现象称拦液现象。 将开始拦液的转折点称载点，载点对应的空塔气速称载点 气速。
超过载点气速后，两相湍动程度加剧，塔内持液量不断增
多，液体充满整个塔空间，导致压降急剧升高。气体由连续相变 为分散相，以鼓泡状通过液层,把液体带出塔顶，塔操作不稳定， 此现象称液泛。开始发生液泛的转折点为泛点，相应的空塔气速 称泛点气速，为填料塔正常操作气速的上限。
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机械分离：简单分离，不发生相间的物质传递 如：过滤（悬浮液分离）、沉降（沉降池内生活 污水的澄清分离）、离心分离（海盐提纯实验） 、旋风分离、电除尘
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4.1 传质过程机理
一、传质过程概述
二、传质过程分类
三、传质过程机理
四、传质设备
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一、传质过程概述
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）将由高浓度
区向低浓度区移动，该移动过程称为传质过程。比如
四、气液传质设备——填料塔
（2）填料的主要特性 ① 比表面积
单位体积填料层的填料表面积，以σ 表示 ；单位:m2/m3。
② 空隙率 单位体积填料层的空隙体积，以ε表示；单位: m3/m3。 一般要求比表面积和空隙率要大，填料的润湿性能好，单
位体积填料的质量轻，造价低，并有足够的机械强度。
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二、传质过程分类——两相
（7）其它液固传质过程
结晶：海水制取食盐 固体浸取：用温水从甜菜中提取食糖；用溶剂从花生、大豆
中提取食油；天然产物提取
液体吸附：除去液体中的微量杂质和毒物，物料脱色、除臭 、回收溶剂；从混合二甲苯中分离出邻、间、对二甲苯
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二、传质过程分类——两相
传质过程可以在一相中进行，也可以在两相中
进行，两相间的传质是分离过程的基础，具体分类
如下： （1）液体的蒸馏
利用液体混合物中各组分挥发性的差异来进行分离的， 在操作时加热混合液使之部分汽化，同时产生的蒸汽部分冷 凝变成液体，通过蒸汽和液体的充分接触，使气、液两相进 行物质交换而达到分离混合物的目的。
乙醇水溶液的蒸馏分离

利用乙醇和水沸点的差异分离乙醇水溶液过程如下：
低浓度的乙醇水溶液 均相（液) → 加热蒸发 → 将蒸气冷凝 高浓度乙醇 非均相（气、液）
气相 乙醇 （乙醇 - 水） 水
液相（乙醇
- 水）
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吸收合成氨原料气中的CO2

合成氨的原料气为 混合气体，是N2， H2，CO，CO2的混合 物，要去除CO2，可 用水作吸收剂。
水为吸收剂
吸收液排出
用水吸收CO2
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四、气液传质设备——填料塔
1、填料塔 （1）塔结构 塔体、填料、支 承板、填料压板 （网）、液体分 布器、液体再分 布器等。 填料塔的操作是 一个气、液两相 在多孔床层中逆 向流动的复杂过 程。
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四、气液传质设备——板式塔
2、板式塔 （1）塔结构 塔体、塔盘（板）、进料管、 回流管等。 板式塔的操作是一个气、液两 相在塔板上充分接触，进行传质 和传热的过程。
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四、气液传质设备——板式塔
（2）塔板功能区（俯视图） 边缘固定区 开孔区
开孔区：提供主要汽液传质 安定区 区域 降液区：液体自上一层塔板 流至其下一层塔板的通道 受 安定区：此区域不开孔 液 区 边缘固定区：用于塔板固定
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四、气液传质设备——填料塔


实验表明，当空塔气速在载点和泛点之间时，气 体和液体的湍动加剧，气液接触良好，传质效果 提高，填料塔的适宜操作气速通常由泛点气速来 选定。 实际操作气速常取泛点气速的50％～85％。
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扩散到气、液两相界面（在气相中传质）；氨在界面处
溶解进入液相（在气、液两相中传质）；液相中的氨扩 散到水中（在液相中传质）。
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单相物系内的物质传递是依靠物质的扩散作用来实现的，
常见的扩散方式有分子扩散和对（涡）流扩散两种。

分子扩散：物质靠分子运动从高浓度处转移到低浓度处，如 物质在静止或滞流流体中的扩散；
第四章 传质过程机理与传质设备
漳州师范学院 化学与环境工程教研室 吴文炳
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冷 凝 器 精 馏 塔 吸 收 塔
压滤机
反 应 器
离心泵
原料预处理 化学反应
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分离操作在 化工生产中 占有重要比 例。 分为机械分 离和传质分 离两类。本 章主要介绍 传质分离过 程。
产物的分离提纯
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