第四章 4.1 传质过程机理.ppt
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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 物质在两相间从一相转移到另一相的传递过程要经 过三个步骤: (1)扩散物质从一相的主体扩散到两相界面; (2)在界面上的扩散物质从一相进入另一相; (3)进入另一相的扩散物质从界面向该相的主体扩散。 比如:用水吸收空气与氨混合气中的氨。氨从气相主体扩散到气、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)。 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; 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。 (1)分子扩散速率与费克定律 (2)对流扩散速率 (3)相间传质机理——双膜理论 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: 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。 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%。 返回 四、气液传质设备——填料塔 (1)塔结构 2、板式塔 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。 四、气液传质设备——板式塔 (2)塔板功能区(俯视图) 溢流堰 开孔区 降液区 受液区 安定区 边缘固定区 开孔区:提供主要汽液传质区域 降液区:液体自上一层塔板流至其下一层塔板的通道 安定区:此区域不开孔 边缘固定区:用于塔板固定 四、气液传质设备——板式塔 塔板上的气液两相流动方式有错、逆流之分,如图所示。 板式塔通常采用错流塔板,气液两相在塔内总体上呈逆流流动,每块塔板上呈均匀错流流动。 (3)塔板上的气液流动 四、气液传质设备——板式塔 (4)塔板的结构型式及特点 优 点 缺 点 适用范围 塔板类型 泡罩塔板 较成熟,操 作范围宽 结构复杂,阻力大,生产能力低 某些要求弹性好 的特殊塔 浮阀塔板 效率高,操 作范围宽 采用不锈钢,浮阀易脱落 分离要求高,负荷变化大;原油常压分馏塔 筛孔塔板 效率较高, 成本低 安装要求水平,易堵,操作范围窄 分离要求高,塔板较多;化工中丙烯塔 舌形塔板 结构简单,生产能力大 操作范围窄,效率较低 分离要求较低的闪蒸塔 三、气液传质设备——板式塔 (5)板式塔上流体力学状况 ① 气液两相接触状态 塔板上的气液接触状态与气体经过板孔的速度有关。 鼓泡接触状态 液体(连续相)气体(分散相) 泡沫接触状态 喷射接触状态 液体(分散相)气体(连续相) 液体(连续相)气体(分散相) 三、气液传质设备——板式塔 (5)板式塔上流体力学状况 ② 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%。 ③ 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)。 三、气液传质设备——板式塔 ④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。 返回 三、气液传质设备——板式塔 *漳州师范学院化学与环境工程教研室 * 反应器 压滤机 冷凝器 精馏塔 离心泵 吸收塔 原料预处理 化学反应 产物的分离提纯 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。 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 4.1 传质过程机理 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。比如吸收、精馏、膜分离等。 传质过程广泛运用于混合物的分离操作;它常与化学反应共存,影响着化学反应过程,甚至成为化学反应的控制因素。掌握传质过程的规律,了解传质分离的工业实施方法,具有十分重要的意义。 一、传质过程概述 返回 依据物理化学原理的不同,传质分离可分为平衡分离(在两相间进行,如精馏)和速率分离(在单相中
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