化工原理下复习总结.ppt

一、两组分溶液的汽液平衡,拉乌尔定律定义理想溶液，挥发度，相对挥发度的概念，清楚理想溶液的相对挥发度为两组分饱和蒸汽压的比值，相对挥发度数值越远离1物系越易分离。掌握对于理想溶液由相对挥发度得到平衡关系。,第1章蒸馏,相图表示的气液平衡关系(t-x-y,x-y),线和区的意义，汽液两相组成变化的关系。,t/C,x(y),0,1.0,露点线,泡点线,露点,泡点,xA,yA,xf,气相区,液相区,两相区,x,y,1,0,1,D,y1,x1,N,二、蒸馏,了解简单蒸馏、平衡蒸馏（操作及特征）三、精馏1、精馏原理和流程t-x-y相图表示的精馏过程x-y相图表示的精馏过程,x（y）,xF,y1,x1,y2,y3,1,2,3,x2,精馏是将挥发度不同组分的混和液，在精馏塔中同时多次进行部分汽化和部分冷凝，使其分离成。,回流和上升的蒸汽是保证精馏过程连续稳定操作两个必不可少的条件。（回流比）如果离开塔板的汽液两相达到平衡状态，我们称这种板为理论板,x（y）,yn+1,n,n+1,n-1,tn,tn+1,tn1,yn,xn-1,xn,yn-1,xn-1,tn1，xn-1,tn，xn,tn1,yn+1,yn,四、两组分连续精馏的计算（理论板数计算）,1、恒摩尔流假定2、物料衡算和操作线方程F=D+WFxF=DxD+WxW回收率=A、精馏段的操作线方程（意义，形式，特征）,B、提馏段的操作线方程（意义，形式，特征）,L=L+qFV=V（q1）F,xW,xF,xD,5,4,y,1,3,2,3、理论板数计算,A、作图法,xW,xF,xD,y,x,xW,xF,4,3,2,1,y,x,B、逐板计算法,从y1=xD开始，交替使用平衡方程和操作线方程，直到计算至xxW为止。五、回流比对精馏过程的影响与选择从理论上讲，R值越大，塔所需的理论塔板数越少，设备投资越低。但回流比越大，则操作费用增大。减少回流比，操作费用降低,但塔的投资增大。所以，对于一定的分离任务（F、xF、xw、xP一定）而言，应选择适当的回流比，使操作费用和设备费用最低。,1、全回流和最少理论板数,操作线和平衡线的距离为最远。因此，达到给定分离程度所需的理论板层数为最少。2、最小回流比当回流从全回流逐渐减小时，精馏段操作线的截距随之逐渐增大，两操作线的位置将向平衡线靠近，达到相同分离任务所需的理论塔板数逐渐增加。当回流比减小到使两操作线正好落在平衡线时，所需的理论板层数便要无限多（推动力为0）,六、进料状态对精馏过程的影响,对于一定的分离任务,(1)冷液进料q1,(2)饱和液体进料q=1,(3)气液混合进料0q1,(4)饱和蒸气进料q=0,(5)过热蒸气进料q0,一、基本概念,1、原理利用各组分在同一溶剂中溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。由于吸收过程是利用混合气体中各组分在同一溶剂中有不同溶解度的特点，因而通过选择适宜的吸收剂对混合气中的组分进行选择性的吸收，就可以达到从混合气体中分离出纯组分或使气体净制的目的。吸收在生产中的目的:回收气体;净化气体;制备气体的溶液;废气治理.,第2章吸收,2、分类物理吸收，化学吸收,3、一般流程，方向和程度4、溶剂的选择原则（溶解度，选择性，挥发性，粘度）二、气液平衡关系亨利定律p*=Exp*=c/HX，YYmX,三、吸收机理与吸收速率,1、分子扩散，费克定律稳态时：2、吸收机理：双膜理论（基点，三个假设或要点）3、吸收速率方程A、膜吸收速率方程,B、总吸收速率方程,气膜控制液膜控制：,X,A,X*,Y,X,Y*,四、吸收塔计算,掌握吸收操作线方程和其与平衡线之间的关系是描述吸收过程、物料衡算、推动力、液气比等条件的形象分析和吸收计算的基础。掌握由最小液气比的计算求得操作液气比，最终求得操作液量。1、物料衡算（操作线方程）V（Y1-Y2）=L（X1-X2）Y2=Y1(1-A)通过物料衡算式可求L，X1,Y1,Y2,V,L,X1,X2,1,2,图表示的吸收过程,吸收剂用量的确定，最小吸收剂用量,Y,B,T,X2,Y2,Y1,X1,X1*,Y*=f(X),2、填料层高度计算,掌握对低浓度气体吸收的计算（填料层高度的计算），传质单元高度，传质单元数的概念，重点是以平均推动力法和吸收因数法为主计算传质单元高度，并引入吸收的操作型问题的解法。了解吸收的塔板数及解吸操作。基本公式：,V,Y2,L,X2,dZ,V,Y1,L,X1,Z,L,X,V,Y,X+dXL,Y+dYV,体积吸收系数,传质单元,当吸收塔中两截面间吸收质的浓度变化等于这个范围内吸收的平均推动力时，这样的区域就称为一个传质单元。那么这段填料层高度就是一个传质单元高度（如图以气相为例）。,Y1,Y2,（Y*-Y）m,Y,Y1,Y2,X2,X1,X,Y=（Y*-Y）m,HOG,HOG=HOG=Z=HOLNOL,Z=HOGNOG,传质单元高度的大小是由过程条件使决定的。,如果dY越大（要求的气相浓度变化越大）或过程的推动力越小，（Y-Y*）越小，NOG越大，说明达到同样的吸收程度所需的传质单元数越多。也就是说吸收的难度越大。所以它反映了吸收过程的难易程度。,传质单元数的求法,式中mV/L=S称为脱吸因数，是平衡线和操作线斜率的比值，无因次。,吸收系数测定,在定态操作条件下，测量进、出口气、液两相流量和浓度后，可根据物料衡算求出吸收负荷GA及平均推动力Ym，再根据具体设备中的填料层体积VP，可求得体积总吸收系数KYa。,第3章传质设备,一概述1、塔设备的基本功能，2、分类二、板式塔1、塔板类型（流动方式，4种典型板）2、流体力学性能塔板的压降、液泛、漏液、液沫夹带3、塔板效率全塔单板,操作线,平衡线,3、负荷性能图,操作极限,1.漏液线(气相负荷下限线),2.过量液沫夹带线(气相负荷上限线),3.液相负荷下限线,4.液相负荷上限线,5.溢流液泛线,0,1,2,3,4,5,正常操作范围,Ls(m3/h),Vs(m3/h),三、填料塔,1、填料的性能（性能衡量标准）比表面积，空隙率，填料因子，堆积密度，理论板数二大类型2、流体力学性能持液量压强降液泛,L0,L2,L1,L3,u,p/Z,当喷淋量一定时，增加气速，向上流动的气体就会阻碍液体向下的流动，填料层的持液量就会增加。当气速增加到一定值时，就会使填料层中充满液体，这时液体成为连续相，气体成为分散相，气体必须以鼓泡的方式经过填料层，填料层的压降也直线上升。这种现象称为液泛。影响液泛速度的因素填料的特性，流体的物理性质，液气比等板高度,第4章萃取,一、基本概念1、萃取的原理及目的2、萃取操作及一般流程二、液液相平衡1、液液相平衡的表达（三角相图，意义）线：溶解度曲线，联结线，辅助曲线，临界混溶点，区：单相区，双相区温度的影响,R1,E1,P,R2,E2,E3,E4,R3,R4,三、萃取过程在相图上的表示,x,y,0,分配曲线,P,R,E,M,E,R,F,Emax,Emax,1、分配系数，分配曲线,萃取剂的选择性及选择系数，B，S互溶度越小有利于分离,四、萃取过程计算,1、萃取操作类型及特点单级萃取多级逆流萃取：连续操作，平均推动力大，分离效率高，溶剂用量少。多级错流萃取每级加入新鲜溶剂，传质推动力大，级数足够多时可达到希望的萃取率，溶剂用量大。微分接触逆流萃取连续操作，平均推动力大，分离效率高，溶剂用量少，操作要求高。,2、萃取操作的工艺计算,主要是计算达到分离要求的理论级（完全不互溶）1）单级萃取2）三级错流萃取3）三级逆流萃取（P220页例4-8，P222例4-9）,第5章干燥,一、基本概念1、干燥的原理及目的气体以对流方式向固体物料传热，使湿份汽化；在分压差的作用下，湿份由物料表面向气流主体扩散，并被气流带走。干燥是热、质同时传递的过程干燥操作的必要条件2、干燥操作及一般流程3、干燥操作分类,二、湿空气的性质及湿度图,1、性质参数绝对湿度，相对湿度，湿比容H，湿比热，湿焓干球温度和湿球温度，露点温度2、湿空气的湿焓图（H-I图）当总压固定时，f=2，只用两个独立参量就可以描述湿空气的状态。G（x）=（x1，x2）这两个参数应是不同类型的。如果一个是湿度参数，另一个则必定是温度参数。五种线群：等湿线，等焓线，等干球温度线，等线（相对湿度），蒸气分压线,某一状态点A各参数的求法,已知湿空气的t-tw，t-td，t-，确定状态点A方法如下：,A,=100%,tW,t,3,H,1,2,A,=100%,td,t,3,H,1,2,A,=100%,td,tW,t,2,H,1,%,A点越高、越靠左越好，干燥能力越强。,三、干燥系统的物料衡算,除去的水分量决定于物料的初始含水量X1和干燥程度X2。当X2一定时，X1越大，W越大，需要L越大，操作费用越高，应尽量避免。,四、热量衡算,（1）、空气升温所带走的热量Q1；（2）、蒸发水分的热量Q2；（3）、物料温升带走的热量Q3；（4）、热量损失QL；理想干燥过程：气体放出的显热全部用于湿（水汽化。,空气预热器传给气体的热量为,五、固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系,平衡状态：平衡湿含量非结合水分：结合水分：平衡水分：低于平衡湿含量X*的水分。是不可除水分。自由水分：高于平衡湿含量X*的水分。是可除水分。对一定干燥任务，干燥器尺寸取决于干燥时间和干燥速率干燥曲线：物料湿含量X与干燥时间的关系曲线。干燥速度(干燥通量)N：干燥器单位时间内在物料单位表面积上汽化的湿分量（kg湿分/(m2s)）。微分形式为干燥速率U：干燥器单位时间内汽化的湿分量(kg湿分/s)。,干燥时间的计算,恒速阶段,降速阶段当降速段的UX呈线性变化时，可采用解析法。假设X*=0，则有,例:,湿物料经过七小时的干燥，含水量由28.6降至7.4%。若在同样操作条件下，由28.6干燥至4.8需要多少时间?（以上均为湿基）。已知物料的临界含水量（干基），平衡含水量（干基），设降速阶段中的干燥速度为（即：该段干燥速率曲线为直线。）解:,所以干燥分恒速与降速两阶段,恒速段所需时间,二种情况降速阶段所需时间各为、,所以需要9.96小时才能由28.6干燥至4.8,