化工原理下册复习概要

吸收复习1、吸收定义：①回收或捕获有用物质；②除去气体中有害成分，净化气体。2、吸收目的：依据：混合物各组分在某种溶剂中溶解度的不同分离气体混合物的一种单元操作。溶剂的选择（1）溶质有较大的溶解度。（２）较高的选择性。（３）溶质溶解度应对温度的变化比较敏感。（４）溶剂的蒸气压要低。（５）应有较好的化学稳定性。（６）较低的粘度。（7）价廉、易得、无毒、不易燃烧等。亨利定律xexpepExpeHcpemxyeE､H､m数值越小，溶解度越大，溶解能力越大。PEmMHcEssMMcssMHE升压利于吸收降温利于吸收溶解度E、H、m判别过程的方向eexxyy＜或＞eexxyy＞或＜解吸过程：吸收过程平衡：exxyye或指明过程的极限x1max=x1e=y1/m22in2mxyyem计算过程的推动力物质传递的机理：分子扩散对流传质单相扩散主体流动等分子反相扩散组分在气体中的扩散系数ppTTDD081.100组分在液体中的扩散系数000TTDD对流传质速率一、气相传质速率式)(iGAppkN)(iyAyykNGyPkk二、液相传质速率式)(cckNiLA)(xxkNixALxkkMc相际传质速率方程xykmkKy11令)(eyAyyKN)(xxKNexAxyxkmkK111xyKmKKyxK以气相摩尔分数差（y-ye）为推动力的总传质系数，kmol/(s•m2)。以液相摩尔分数差（xe-x）为推动力的总传质系数，kmol/(s•m2)。xyykmkK11气相传质阻力控制与液相传质阻力控制当1／kym/kx时，Ky≈ky此时传质阻力主要集中于气相，过程称为气相传质阻力控制过程。当1/mky1／kx时，Kx≈kx此时传质阻力主要集中于液相，过程称为液相传质阻力控制过程。中等溶解度必须同时考虑液膜和气膜阻力，均不可忽略。阻力推动力速率)(eyAyyKN易溶气体：NH3、HCl难溶气体：O2、CO2传质系数的无因次关联式33.083.0Re023.0ScSh对流传质理论有效膜理论溶质渗透理论表面更新理论1、气、液两流体间有稳定相界面，两侧各有一薄有效滞留膜层。阻力集中在两层膜中2、相界面处达气液平衡。3、膜中传质是定态的分子扩散kRTPkyckkMkssx低含量气体吸收低含量气体吸收的特点12yyeyyydyaKGH12xxexxxdxaKLH传质速率积分式aKLHxLO12yyeGOyydyNaKGHyGOOGOGNHH12xxeLOxxdxNOLOLNHH①G、L为常量。②等温吸收。③传质系数是常量。平衡线为直线时的对数平均推动力法2121lnxxxxxmmLOxxxN21传质单元数的计算方法对数平均推动力法吸收因数法数值积分法mOGyyyN212121lnyyyyym吸收因数法LmGAs1平衡线为过原点的一条直线])1ln[(111121AmxymxyAANOL——解吸因数，A——吸收因数。]1)11ln[(1112221AmxymxyAANOG吸收塔的设计型和操作型计算应用公式LxGyLxGy22）（xfye12yyeyOGOGyydyaKGNHH12xxexOLOLxxdxaKLNHH全塔物料衡算相平衡方程吸收过程基本方程式或最小液气比21212121minmyxyyxxyyGLemin2~1.1GLGL）（设计的液气比OGNy1y2x2x18.5.4吸收塔的操作型计算aKaKxxyyLGTPHxy、、、、、、、、、、2121涉及到的参数操作条件控制指标传质速率设备相互影响不变预测12,xy1,xL操作型题目定性分析方法OLOGHH、已知OLOLOLOGOGOGNNHHNNHH11121,,xmxymxyANOLLymxymxyANoG、22221,1,吸收塔的操作和调节吸收塔的气体入口条件是由前一工序决定的，不能随意改变。因此，吸收塔在操作时的调节手段只能是改变吸收剂的入口条件，包括：流量、温度、含量三大因素。12xyNGLLA再生塔的生产能力122yxyxm再生效果12yxymTm再生后的冷却三大要素1、蒸馏分离的依据2、工业蒸馏过程3、蒸馏的操作费用4、理想物系的汽液相平衡各组分挥发性的差异2、按操作流程：间歇精馏和连续精馏；1、按蒸馏方式：平衡蒸馏、简单蒸馏、精馏和特殊精馏；3、按操作压强：常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏；4、按分离组分：双组份蒸馏、多组份蒸馏。蒸馏是通过部分气化和部分冷凝达到提纯目的。因此蒸馏过程的主要操作费用由冷凝费用和加热费用组成。液相为理想溶液；气相为理想气体。服从拉乌尔定律pA=pA0xA服从道尔顿分压定律yA=PA/P泡点与液相组成的关系：安托因方程：露点与气相组成的关系：5、相律：相律是研究平衡的基本规律。6、双组份理想物系：相律F=N-Ф+2)()()(BAB0B0A0BAtftftfPPPPPx泡点方程0B0A0B0AA0AAPPPPPPxPPy露点方程CtBAP0lg8、相对挥发度7、挥发度AAKxyppAK0K-----相平衡常数y-x关系式xpAAAxpBBBBABAxpxpBABABAxxyyAApypBBpypxxy)1(19、相图：1、两组份理想溶液的气液平衡相图：2、两组份非理想溶液的气液平衡相图：x01.0EFACt总压一定该图有两条线，三个区，五种状态，两个纯物质点气液共存区液相区过热蒸气区t－y线──露点线（饱和蒸汽线）t－x线──泡点线（饱和液体线）ODBQGy-x图说明1、易挥发组分y﹥x，于是y-x线位于对角线上方；2、y-x线离对角线越远，表示传质推动力越大，越易分离；10、精馏原理：多次部分冷凝，与多次部分气化11、精馏操作得以实现的必要条件：液相回流气相回流回流12、理论板的概念及恒摩尔流假定1、传热与传质过程阻力为零，离开塔板时，汽液两相达到平衡——理论板nnnxαxαy)1(+1=-恒摩尔流假定：上升气体摩尔流率相等nnVV1下降液体摩尔流率相等1nnLLnnVV11nnLL精馏段提馏段13、进料热状况的影响1、q1，冷液加料2、q=1，泡点加料(饱和液体进料）3、0q1，气液混合物加料4、q＝0，饱和蒸汽加料5、q0，过热蒸汽加料原料的摩尔汽化热的热量原料变成饱和蒸汽所需moliIiIqF1rttcqFep)(1rttcqeFp)(全塔的物料衡算14、精馏塔物料衡算方程wDFWxDxFxWDFWDWFxxxxFDFxF,DxD,WxW,LVLVFDFW1-------分别为馏出液、釜液采出率塔顶易挥发组份的回收率：塔釜难挥发组份的回收率：00%x-1Fx-1WFW21）（）（＝00%xFxDFD11＝1++1+=)1+(=+===+=1+1+RxxRRyDRDLVRDLDLRxVDxVLyDnnDnn泡点回流精馏段物料衡算式DLLRΔ+=内冷液回流FxF,DxD,WxW,LVLV1,nyVnxL,rttLcLep)(0提馏段物料衡算式WmmxVWxVLy1FxF,DxD,WxW,LVLV1ny,Vnx,LWnnxFqDRDFxFqDRqFRDy)1()1()1()1(1q线方程11qxxqqyFFqVVqFLL)1(加料板数学描述FxF,VVLL加料板提馏段第一块板精馏段最后一块板WnnxVWxVLy1111RxxRRyDnn15、常规塔的设计性计算FxF,DxD,WxW,LVVL0x1y塔顶全凝器、泡点回流塔底再沸器、间接加热中部一股进料塔顶、塔底各一股出料操作线方程平衡线方程常规塔流程图物料衡算逐板计算法、图解法、捷算法理论板数最小回流比Rmin最小理论板NmineDeDminminxxyxRR1qDqDminminxxyxRR1全回流lgαxxxxlgNWBADBAminlgαxxxxlgWWDD11芬斯克方程底顶m单板效率：默弗里(Murphree)效率：yyyyE1n*n1nnmv气相默弗里效率：xxxxE*n1nn1nmL液相默弗里效率：全塔效率%100TtNNENt理论板层数NT实际板层数常用方程：11qxxqqyFq线方程提馏段操作方程精馏段操作方程1++1+=1+RxxRRyDnnnnnxαxαy)1(+1=-相平衡方程WnnxFqDRDFxFqDRqFRDy)1()1()1()1(1干燥章总结和讨论一、湿空气的性质及焓湿图二、物料中的水分三、干燥速率和干燥时间四、物料衡算与热量衡算一、湿空气的性质及湿度图1、十个参数水分含量湿度H相对湿度φ水汽分压p水汽温度干球温度t湿球温度tw绝热饱和温度tas露点温度td过程参数比热cpH焓I比体积vH%100spp水汽HHPp622.0水汽[kPa]sspPppPpH622.0622.0水汽水汽[kg水/kg绝干气]ssppppp水汽水汽水汽，不饱和湿空气，饱和湿空气，绝干空气10:1:00:t——空气的真实温度tw——大量空气与少量水接触时水温变化的极限，是传质与传热速率平衡的结果tas——湿空气绝热、增湿、冷却过程达到的极限温度，是物料衡算与热量衡算的结果td——空气等湿降温达饱和时的温度)(HHrkttwwHw)(HHcrttaspHasastw≌tas的前提是空气-水系统，09.1HHkact，tas，tw，td的关系饱和湿空气t=tas=tw=td不饱和湿空气ttas=twtdHcpH88.101.1I=（1.01+1.88H）t+2500H[kJ/kg绝干气]）[kJ/(kg绝干气.℃)][m3/kg绝干气]PtHvH510013.1273273244.1772.0cpH=f（H）I=f（t，H）vH=f（t，H，P）1HvHvH12、焓湿图（H-I）图（总压一定）不是所有参数都能确定状态点：(td，H)，(td，p)，(tw，I)，(tas，I)，(p，H)两参数可确定两条独立的直线即可确定状态点二、物料中的水分注意：（1）平衡水分与物料及空气的φ有关（2）结合水与物料有关（3）非结合水一定是自由水分（4）平衡水分一定是结合水分临界自由含水量XC——与前四种水分无关三、干燥速率和干燥时间[kg/(m2.s)]恒定干燥条件：①干燥介质（空气）的温度及湿度一定②干燥介质（空气）的流速一定③干燥介质（空气）与物料的接触方式一定AddXGNcA（1）恒速段物料表面温度等于湿球温度tw（2）干燥达到的极限（3）两段分界点*XcXX*含水量XtAccNXXAG)(11)()(22lnXXAKGcXc21恒速段降速段四、物料衡算和热量衡算w1wX[kg水/kg绝干料]W=Gc（X1-X2）=V（H2-H1）[kg/s]0212HHWHHWV[kg绝干气/s]121HHWVl[kg绝干气/kg水分]1、物料衡算2、热量衡算预热器：Q=V(I1-I0)损补干燥器：QIIGcIIVQ)()(1212补QQQQ21012100ttttQQ时，损补1、双组分气体混合物中，组分A的扩散系数是____。(1)系统的物质属性；(2)组分A的物