化工原理下册概念复习

1第五章气体吸收气体吸收操作的主要目的是分离气体混合物的组分。气体吸收是气体溶解于液体的过程。解吸操作中溶质气体的转移方向是自液相至气相。吸收↔解吸对一定的气、液体系，温度升高，气体溶解度减小。tp有利于吸收tp有利于解吸五、溶剂的选择p229吸收操作对吸收剂的要求是对欲吸收的溶质气体的溶解度大，选择性好，溶解度随温度改变的变化大，挥发度小，无毒，价廉易得。5.2气液相平衡亨利定律稀溶液p*=Exp*=c/Hy*=mxm=E/P如总压1atm（绝压），20℃的空气与水长期接触，则水中O2的摩尔分数x=5.24×10-6，E=4.01×104atm，空气中O2的摩尔分数y=0.21如含有79％（体积）N2的空气与水接触，温度为25℃，总压为100kPa，查得亨利系数E＝8.76×105kPa,则液相中N2的平衡浓度C*＝5.01×10-4kmol/m3。5.2.2相平衡与吸收过程的关系（y－y*）以气相浓度差表示的吸收推动力；若相平衡常数为m，塔内某截面的气液相含易溶组分的摩尔分数为y及x，当以y-y*表示总推动力，y*=mx。（x*-x）以液相浓度差表示的吸收推动力。对塔内任一气液浓度分别为y,x的截面，相际传质推动力为(x*-x)，x*＝y/m5.3分子扩散费克定律T、P一定的一维定态:dZdCDJAABA对于二元物系，设A为溶质气体，B为惰气，二者摩尔浓度之和为常量，CA＋CB＝恒值，则分子扩散系数DAB与DBA的关系是DAB=DBA，由费克定律算出A与B的分子扩散速率JA与JB。二者关系是AJ=BJ。非电解质稀溶液，液相分子扩散系数DAB与绝对温度的1次方成正比对非电解质稀溶液，液相分子扩散系数D与黏度的1次方成反比。气体分子扩散系数pTDAB/5.15.3.2分子扩散传质速率一、等分子反向扩散等摩尔相向扩散体现在气体解吸操作中二、分子扩散单向传质1主体流动吸收中分子扩散单向传质的物质扩散过程须考虑“主体流动”。在分子扩散的气体吸收过程中，除了有溶质气体A分子与惰气B分子的等摩尔相向扩散外，尚存在着气相的主体流动。漂流因子:气体吸收过程中，由于有主体流动，溶质气体的传质速率须考虑“漂流因子”。“漂流因子”值恒大于1。当气相中溶质气体的浓度愈高则“漂流因子”的值愈大。在分子扩散的气体吸收过程中，按费克定律算得的A的分子扩散速率为JA，实际A的传质速率为NA,二者关系是NAJA25.4.2对流传质理论一、双膜理论双膜论的要点是①在紧邻气液界面的两侧，流体均为层流②可把层流层适当延伸，使湍流、过渡流的传质阻力折合为当量的层流传质阻力，倂入原层流层，形成“有效层流膜”③过程定态双膜论假设气液两相接触且流动时，在界面两侧均存在着层流，这一论点已被实验否定5.4.4总传质系数NA=Ky(y-y*)1/Ky=1/ky+m/kx1/Ky:两膜总阻力1/ky：气膜阻力m/kx：液膜阻力易溶气体气膜控制：Ky≈kyNA=Kx(x*-x)1/Kx=1/mky+1/kx1/Kx:两膜总阻力1/mky：气膜阻力1/kx：液膜阻力难溶气体液膜控制：Kx≈kx必须知道ky、kx及m，才能判断某吸收过程属气相或液相控制。如ky＝0.013kmol/(s.m2)，kx=0.026kmol/(s.m2),相平衡常数m=100,则气相阻力占总阻力的多少?（1/ky）/（1/Ky）=1.96％5.5低浓度气体吸收低浓度气体吸收的特点是全塔L、V不变，等温，yk、xk不变。5.5.3物料衡算一、全塔物料衡算G(y1-y2)=L(x1-x2)溶质吸收率：η=(y1-y2)/y1二、操作线方程逆流：G(y-y2)=L(x-x2)y=L/G(x1-x2)+y2直线三、吸收剂用量的确定(L/G)min＝(y1-y2)/(x1*-x2)5.5.4填料层高度计算一、气膜控制体系12*yyyyydyaKGHHOG=G/Kya气相总传质单元高度，单位mkya的单位是kmol/(s.m3)12*yyOGyydyN气相总传质单元数，无因此H=HOG*NOG二、液膜控制体系12*xxxxxdxaKLHHOL=L/Kxa液相总传质单元高度，单位m12*xxOLxxdxN液相总传质单元数，无因次H=HOL*NOL5.5.6传质单元数的计算3一、对数平均推动力法p248mOGyyyN21*22*11*22*112121ln)()(lnyyyyyyyyyyyyym二、吸收因数法（解析法）1/A=mG/L=m/(L/G)解吸因数A=L/mG=(L/G)/m吸收因数∴逆流填料解吸塔，A＝L/(mG)1，当填料层无限增高，其它条件不变，则气液在塔顶平衡气液逆流解吸塔，A＝L/(mG)1,若填料层无限高，其它操作条件不变，则气液在塔底平衡5.5.7吸收塔的设计型计算三、吸收塔的操作及调节1）某逆流吸收塔气液流量及进口浓度均不变，操作温度下降，则出塔气体浓度y2将下降。2）逆流吸收塔，气相控制，当液、气摩尔流量L、G按原来比例同时增大，气液进塔浓度不变，其它操作条件不变，则出塔气体浓度y2升高3)气液逆流填料塔吸收，液相控制，液、气摩尔流量不变，只有进塔气体浓度y1增加，其它操作条件不变，则出塔气相浓度y2增大第六章液体蒸馏蒸馏分离的依据是不同组分的挥发能力有差异。6.1.1蒸馏概述相对挥发度αABαAB=νA/νB汽相为理想气体αAB=(yA/yB)/(xA/xB)相对挥发度AB＝)]1/([)]1/([xxyy。yA=αxA/[1+(α-1)xA]相平衡方程6.2双组分溶液的汽液相平衡拉乌尔定律pA=p0AxAxA=(P-p0B)/(p0A-p0B)泡点方程：描述平衡时温度与汽相组成的关系yA=pA/P=p0AxA/P=(p0A/P)[(P-p0B)/(p0A-p0B)]露点方程：描述平衡时温度与液相组成的关系6.4精馏6.4.1、精馏过程一．精馏流程和原理2全塔物料衡算连续定态过程总物料：F=D+W轻组分：Fzf=DxD+WxW用连续精馏塔处理含苯30％(均为摩尔百分数，下同)的混合液。要求馏出液含苯95％，残液含苯1.5％且馏出液流量为10kmol/h残液流量W=22.81kmol/h42操作线方程对板式塔精馏操作，操作线表示任一塔板同一侧的汽、液组成（摩尔分数）y与x的数量关系。（1）精馏段操作线方程精馏段操作线是对包括冷凝器在内的任意精馏塔段作易挥发组分的物料衡算导出的。DnnXVDXVLy)/()/(1回流比R=L/DL=RDV=(R+1)D（2）提馏段操作线方程y’n=(L’/V’)x’n-1–(W/V’)xW4加料板过程分析(1)加料的热状态冷进料：tt泡点q1泡点进料：t＝t泡点q=1汽液混合进料：t泡点tt露点0q1饱和蒸汽进料：t＝t露点q=0过热蒸汽进料：tt露点q0q＝(I-if)/(I-i)L’=L+qF=RD+qFV’=V+(q-1)F饱和蒸汽加料，以L、L’分别表示精馏段与提馏段的液相摩尔流量，则L’=Lq线方程：两条操作线交点的轨迹p282y=qx/(q-1)-zf/(q-1)二元物系精馏操作，当全塔只分精馏段与提馏段两段，进料的q线的几何意义当Zf,q已定，任取一组（XD,Xw）值，在改变回流比时，两操作线交点的轨迹就是进料的q线。q线的斜率q/(q-1)5理论板和板效率(1)理论板精馏操作的理论板概念的应用范围是不论是否加料、出料的板均可用在精馏操作中，蒸馏釜（再沸器）相当于1块理论板(2)板效率p3471)总板效率E=NT/N2)默弗里单板效率定义：汽相单板效率对第n块塔板气相默弗里效率Em,V=(1nnyy)/(ny-1ny)，其中ny是与xn平衡的气相浓度液相单板效率液相默弗里效率Em,L=(xn-1-xn)/(xn-1-xn*).式中nx是与yn平衡的液相浓度。6塔高板式塔：有效高度Z＝(N-1)HTHT:板间距填料塔：有效高度ZZ＝理论板数×等板高度等板高度HETP：相当于一层理论板的填料层高度p3246.4.2基本型精馏塔的设计型计算p2841）全回流与最少理论板数全回流特点D=0,W=0,F=0，L=V。5∴R=L/D=∞R/(R+1)=1精馏段操作线、提馏段成直线、对角线三线重合操作线为：yn+1=xnyn=αxn/[1+(α-1)xn]全回流操作α＝3.0，yn=0.40,则yn-1=0.667若已知xn＝0.30，则yn-1=0.7232)最小回流比Rmin定义：p286NT＝∞y=αx/[1+(α-1)x]y=qx/(q-1)-zf/(q-1)→（xe,ye）6.4.3基本型精馏塔的操作型计算精馏塔加料板位置从最佳加料板位置上移上一块，维持D/W不变，XD会减少若降低操作压强，其它操作条件不变，xD会增大若饱和液体加料改为过冷液体加料，则XD增大若回流比R加大，则xD增大6.4.4双组分精馏的其它类型一．塔顶部分冷凝精馏操作中，塔顶全凝器与分凝器二者中，分凝器起一块理论板的作用。因为分凝器：汽液平衡，相当于一块理论板。带分凝器的精馏塔，其精馏段操作线方程是由物料衡算导出的，其控制体包括精馏段上部，分凝器及全凝器二．冷液回流R/R’=L/L0=qR精馏操作中，若塔顶采用全凝器且过冷液回流，回流液qR1,则精馏段液相流量L为回流的液相流量LR的qR倍，L与LR的单位都是kmol/s间歇精馏有哪两种典型的操作类型有恒XD与恒R两种。第七章塔设备一、填料塔结构及作用常用填料环形（拉西环、鲍尔环、阶梯环）二、板式塔常见的作为气液传质设备的板式塔类型有筛板塔，浮阀塔。筛板塔筛板塔的液流形式有三种，即单流型，双流型，与U形流型。在筛板塔操作中，液相是靠重力由塔顶流至塔底，气相则是靠压差由塔底流至塔顶。筛板塔的主要结构：P3321.筛孔：提供气体上升的通道；筛板塔的筛孔直径d0＝3～8mm。筛板塔上孔心距t与孔径d0之比一般为3~4。筛板塔的筛板上通常按正三角形规则钻孔。入口安定区：倾向性漏夜（液层厚）。筛板塔在液相离开降液管刚入筛板时，设置有一狭长的不开孔的安全区，目的是防止倾向性漏液。出口安定区：排气。筛板塔在靠近溢流堰处设置狭长的不开孔的安全区，其目的是防止进降液管的液相中含气泡过多固定区：不开孔2.溢流堰：维持塔板上一定高度的液层，以保证在塔板上气液两相有足够的接触面积；为了使筛板塔的塔板上液流均匀，要求溢流堰顶的液流厚度how6mm。筛板塔的溢流堰长6与塔径之比lw/D＝0.6~0.8。3.降液管：作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。当筛板塔操作时液流量超过液流量上限时，会产生如下后果液体在降液管中停留时间不足，气泡分离差。筛板塔正常操作的液流量上限是根据液相在降液管内停留时间不足，不足以分离气体，造成轴向混合，降低塔板效率的考虑而确定的。液泛定义：液体进塔量大于出塔量，结果使塔内不断积液，直至塔内充满液体，破坏塔内正常操作，称为液泛。筛板塔操作，若液流量小于液流量下限，会发生液泛。筛板塔操作，若液流量在正常操作区而气流量高出正常操作的上限，会发生过量液沫夹带或溢流液泛溢流液泛即降液管内液位升至上层塔板的溢流堰顶，其后果是淹塔。造成溢流液泛的原因，从结构上看降液管截面积太小，其下端堵塞，筛孔孔径小，孔数少，板间距小都是易发生溢流液泛的因素，操作上气、液负荷太大亦是主要的因素。漏液筛板塔操作，对一定的液流量L，若气流量V过小，会发生漏液现象。当气体孔速过小或气体分布不均匀时，使有的筛孔无气体通过，从而造成液体短路，大量液体由筛孔漏下。筛板塔的液沫夹带现象是用每kg干气所夹带的由下一塔板升至上一塔板的液体kg数ve值定量描述的。过量液沫夹带的下限是ve=0.1筛板塔的负荷性能图有①液流量下限线②液流量上限线③漏液线④过量液沫夹带线⑤溢流液泛线5条线。在吸收或精馏操作中，塔器中发生的轴向混合对传质分离是不利因数。第八章固体干燥8.1概述对流干燥过程的特点：热质同时传递热气对流给热给湿物料，湿物料对流传质给气流。气