化工原理7传质设备课件

传质分离过程(化工原理下册）7.1传质分离过程概述一、分离过程在化工中的应用原料反应产物目的产物副产物分离过程反应过程示例：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：过滤传质分离过程：利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的差异来造成一个两相物系，使其中某一组分或某些组分从一相转移到另一相，达到分离的目的，这一过程称为传质分离过程。在化工生产中以传质分离过程为特征的基本单元操作：气体吸收、液体蒸馏、固体干燥、液-液萃取、结晶、吸附、膜分离……传质分离过程传质设备传质设备：塔设备主要分为填料塔和板式塔。塔设备的基本功能：提供气、液两相充分接触的机会，使传质、传热两种传递过程能够迅速有效地进行，同时还要能使接触之间的气、液两相及时分开，互不夹带。塔设备的基本要求：1、有大的生产能力，即单位塔截面能允许处理的物料量要大；2、有高的传质效率，使达到规定分离要求的塔高较低。3、操作易于稳定，并要求当物流量在相当范围内变化时不致引起传质效率显著的变动。4、对物流(常指气相)的阻力要小，以适合减压操作或节约动力。5、结构简单，易于加工制造，维修方便，节省材料，并能耐腐蚀和不易堵塞等。8.1填料塔★填料塔的结构塔体为圆筒形，里面装有相当高度的填料层，填料的下方有支承板，上方为填料压网及液体分布装置。操作时，液体经塔顶的液体分布器喷洒后沿填料表面呈薄膜向下流动；气体从塔底进入，在压强差的推动下，通过填料间的空隙与液体逆流接触，在填料表面进行传质。气、液两相的组成沿塔高连续地变化。填料★填料的选择与传质效率密切相关，要考虑到以下条件：填料的作用：为气液传质提供较大的接触面积和充分的接触时间。1、单位体积有较大的表面积，并要求填料表面易被溶剂润湿，使之能在传质时形成充分的有效接触面。2、有较大的空隙率，使气体流动时有较小的阻力，即塔中的压降小。3、重量轻而机械强度大，很多场合下要求耐腐蚀。4、价廉易得。★填料★工业上常用的填料有实体填料和网体填料阶梯环金属鞍环网环波纹板填料拉西环鲍尔环弧鞍矩鞍共轭环填料的制作材料有陶瓷、塑料或金属等。填料拉西环的主要缺点是液体分布性能不好，偏集流壁效应较严重。★偏集流壁效应：填料在塔的中心区堆放的密度比塔壁附近大，使中心区的阻力较大，液体流过一段填料后，会向塔壁偏流，使中心区的填料不能被润湿，导致气液接触不良，传质效率降低，这种现象称为偏集流壁效应或塔壁效应。★★★填料的尺寸要根据塔径来选择：拉西环的直径对塔径之比要小于1/8；矩鞍≤1/8；鲍尔环≤1/10；弧鞍≤1/15；小于以上值液体的偏集流壁效应会减轻。填料的堆放要注意均匀，以避免沟流。沟流时气流或液流经填料层阻力较小处短路流过，减少气液间的有效接触。填料的性能16mm填料的传质性能（CO2溶液用空气解吸）几种常用填料的相对效率喷淋器弯管式莲蓬式筛孔盘式液体再分布器作用：将液体引入塔中心，避免偏集流壁效应在塔较高时，每隔塔径2~3倍的高度处安装液体再分布装置。填料塔内的流体力学特征气体通过干床层时，气流的阻力与气速的1.8~2.0次方成比例.填料塔内的流体力学特征★液泛速度：8/14/116.00320)()(75.1lgLGmmLGVqLqbgav★实际气体流速常选液泛速度的50%~85%。塔径的计算vqDV4vDvAqV2049.1板式塔液体气体尾气吸收液重要的气-液传质设备汽、液两相接触方式：全塔：逆流接触塔板上：错流接触两相流动的推动力：液体：重力气体：压力差（塔压降）泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。泡罩塔板筛孔式塔板筛板的优点是结构简单、造价低，板上液面落差小，气体压降低，生产能力大，传质效率高。其缺点是筛孔易堵塞，不宜处理易结焦、粘度大的物料。浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点。浮阀塔板的优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。F1型V-4型T型浮阀塔板舌型塔板的优点是：生产能力大，塔板压降低，传质效率较高；缺点是：操作弹性较小，气体喷射作用易使降液管中的液体夹带气泡流到下层塔板，从而降低塔板效率。舌型塔板浮舌塔板与舌型塔板相比，浮舌塔板的结构特点是其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，具有处理能力大、压降低、操作弹性大等优点，特别适宜于热敏性物系的减压分离过程。浮舌塔板喷射型塔板板式塔的流体力学性能鼓泡状态蜂窝状态泡沫状态喷射状态泡沫接触状态和喷射状态均是优良的塔板接触状态。因喷射接触状态的气速高于泡沫接触状态，故喷射接触状态有较大的生产能力，但喷射状态液沫夹带较多，若控制不好，会破坏传质过程，所以多数塔均控制在泡沫接触状态下工作。塔板上的异常操作现象漏液液泛雾沫夹带塔板的负荷性能图1为漏液线2为液沫夹带线3为液相负荷下限线4为液相负荷上限线5为液泛线由五条线所包围的区域称为塔板的适宜操作区。操作时的气相负荷V与液相负荷L在负荷性能图上的坐标点称为操作点。点效率：2121*yyyyEOG一块理论塔板的提浓一块实际塔板的提浓实际塔板的效率NOTE：EOG的大小取决于塔板上的气液传质速率。11*nnnnOGyyyyE冒夫里板效率：11*nnnnMGyyyyE1ny1nynxnx*nyny实际塔板的效率理论上，EMG是EOG的统计平均值。全塔板效率：实理nnE0影响板式塔效率的因素影响EOG的因素：气泡的比表面积F/V，气泡在液层中的停留时间和气-液总传质系数Ky。F/V、和Ky越大，EOG越接近于1，即点效率越高。影响EMG的因素：除了上述外，还与板上液体的流动情况有关。当塔板上液体极充分混合时，EMG=EOG。影响E0的因素：首先是决定于单板的效率EMG，但也与板间的雾沫夹带有关。雾沫夹带会降低一块实际塔板的效率。塔高的计算板式塔塔高H是由实际塔板数n和板间距h来确定的，即：hnH实填料层高度=传质单元高度传质单元数板间距的确定板间距，即相邻两块实际塔板之间的距离，取决于两个因素：一个是上升蒸气“雾沫夹带”的程度，另一个是降液管中液面的高度。要求：1、进入上一块塔板的蒸气中被夹带液量小于10%。2、降液管中液面的高度hd与上升蒸气经过塔板的压力降（p1-p2）有关，板间距h一般取hd的二倍。若板间距过小，则上一块塔板的液体就不能及时流走而积存在塔板上，出现“淹塔”。要保证在规定的操作条件下不发生淹塔现象。（一）、板式塔适用于：1、塔径较大；2、所需传质单元数或理论板数较多；3、热量需从塔内移除；4、适于较小液量；5、适于处理有悬浮物的液体；6、板式塔便于侧线采出。（二）、填料塔适用于：1、处理有腐蚀性的物料；2、填料塔压力降较小，适用于真空蒸馏；3、适用于间歇蒸馏或热敏性物料的蒸馏；4、适用于处理易发泡的液体。板式塔与填料塔比较物理吸收的平衡取决于当时条件下吸收质在吸收剂中的_________，化学吸收的平衡主要取决于当时条件下吸收反应的____________。8、气体通过干填料层流动时，在不高的气速下，气流的阻力与气速的__________次方成正比。亨利系数随温度的升高而升高；亨利系数越大，表明气体在液体中的溶解度越大。…………………()11、当气体在溶剂中的溶解度很小时，吸收过程为液膜控制。…………………()12、操作线与平衡线间的距离越大，传质的推动力越大。操作线方程推导的根据是什么？说明操作线的物理意义。4、什么是传质单元？表示气液间平衡关系的亨利定律的表达式为____________，亨利定律只适用于______溶液，压强较高时，亨利定律中的分压应以_________来代替。亨利系数随温度的升高而________，亨利系数越大，表明气体组分在液体中的溶解度越_______。6、操作线方程的依据是吸收塔中的____________，操作线上的任一点，表示相应于_____________________________的关系。吸收的推动力是什么？有哪些表示方法？提高吸收速率可采用哪些方法？拉西环主要的缺点是液体分布性能不好，液体有__________效应，安装__________装置可消除该效应。传质过程常用的设备是__________，主要分为___________和__________。操作线方程推导的依据是______________。增加体系的压力，对吸收_________，提高体系的温度，对吸收_________。（填有利或不利）用纯溶剂吸收混合气中的苯,已知混合气的流量为8mol.S-1,混合气中苯的初始浓度为4%(体积),离开吸收塔的液相浓度为0.02%mol苯/mol溶剂,苯的吸收率为80%,平衡线方程为Y=0.126X,求塔顶和塔底的吸收推动力(Y1-Y1*)和(Y2-Y2*),以及吸收剂的用量.用清水在常压下吸收混合气中的甲醇（其它组分均为惰性组分），处理气量为1m3·s-1（标准状态），气体含甲醇2.5g·m3，要求甲醇的吸收率为90%。实际液气比为最小液气比的130%，气液平衡关系为：Y=1.15X。求所得吸收液的比摩尔分率和吸收所需的气相传质单元数。精馏塔中，每层塔板上都发生_________和__________，向上蒸气越来越富集_________组分，向下溶液越来越富集_________组分。10、精馏塔进料口以上的区域称为_________段，进料口以下的区域称为________段，只有_________段的精馏塔只能将进料分割成粗的馏出液和纯的难挥发组分。一般来说，压强降低，体系的相对挥发度降低。…………………()14、简单蒸馏，馏出液的平均组成与原始溶液和馏残液间存在直接的相平衡关系。为什么精馏时必须有回流？说明回流比对精馏的影响。描述理想溶液的拉乌尔定律为___________。对拉乌尔定律有正偏差的真实溶液，在特殊条件下出现______________；有负偏差的体系，在特殊条件下有______________。苯—甲苯混合液中含苯50%（mol），在常压下进行连续精馏，体系的相对挥发度为2.45，要求馏出液中含苯不小于95（mol）%，馏残液中含苯不大于5（mol）%，选用的回流比为4，泡点进料，进料量为200mol·h-1，若实际塔板效率为理论板的80%。（1）用逐板法求精馏所需的塔板数；（2）确定进料口的位置，以及精馏段和提馏段所需的塔板数；（2）求苯的收率；（3）求塔顶产品的流量D(mol/L)和塔底产品的流量W(mol/L)。正庚烷_甲苯体系接近为理想体系，平均相对挥发度为1.43。用连续精馏分离其混合液，混合液含正庚烷50(mol)%，馏出液含正庚烷95(mol)%，馏残液含正庚烷5(mol)%，采用的回流比为5，求第4块理论板上的液相组成X4。