化工原理学习归纳

一1、掌握蒸馏的特点、分类及原理（在双组分溶液的气液相平衡图上进行分析）。蒸馏概念：是利用液体混合物中各组分挥发性的差异，以热能为媒介使其部分气化，从而在气相富集轻组分，液相富集重组分，使液体混合物得以分离的单元操作。分离特点（1）蒸馏处理的对象为液体混合物，分离流程简单,可以直接获得所需要的组分.（2）应用广泛、历史悠久；不仅可以分离液体混合物,且可加压分离气体混合物及减压分离固体混合物.（3）以热能为推动力,热能消耗大。蒸馏分类:(1)按蒸馏方式分简单蒸馏或平衡蒸馏：混合物各组分挥发性相差大，对组分分离程度要求不高。精馏：在混合物组分分离纯度要求很高时采用。特殊精馏：混合物中各组分挥发性相差很小，或形成恒沸液（azeotrope），不能用普通精馏，借助某些特殊手段进行精馏。（2）按操作流程分:间歇精馏：多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。连续精馏：多用于大批量工业生产中。（3）按操作压力分常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。减压蒸馏：常压下物系沸点较高热或具热敏性，高温加热介质不经济。减压可降低操作温度。加压蒸馏：对常压沸点很低的物系，蒸气相的冷凝不能采用常温水和空气等廉价冷却剂，或对常温常压下为气体的物系（如空气）进行精馏分离，可采用加压以提高混合物的沸点。（4）按混合物组分:多组分精馏：例如原油。双组分精馏：例如乙纯-水体系。双组分溶液的气液相平衡图上进行分析：将组成为Xf、温度低于泡点的混合液加热到泡点以上，其部分汽化，将气、液相分开，得组成为Y1的气相，X1的液相，继续将Y1汽相部分冷凝，得Y2的气相，X2的液相，将Y2气相沿箭头方向冷凝，得浓度更高的气相。相反将X1的液相部分汽化，则得X2ˊ和组成为Y2ˊ的气相，依图中泡点线方向，则会得到浓度更高的液相。最终达到气、液两相的纯化分离。一3、掌握恒沸点，恒沸混合液，相平衡常数、挥发度，相对挥发度的概念。恒沸点:t—x—y图上液相线与汽相线在某点重合,两相组成相等,常压下该点的组成为恒沸组成.相应的温度即为恒沸点.有最低恒沸点和最高恒沸点两种.恒沸液:t—x—y图上液相线与汽相线在某点重合,两相组成相等,常压下该点的组成为恒沸组成,该点溶液称为恒沸液,恒沸组成随压强而变,理论可改变压强来分离,但实际不可行.相平衡常数K:表示气液平衡时气相组成与液相组成之间的关系与平衡温度之间的关系的常数K,Ki并非常数，当p一定时，Ki随温度而变化。Ki值越大，组分在气、液两相中的摩尔分数相差越大，分离也越容易。对于易挥发组分，Ki1，即yixi。yi和xi分别表示i组分在互为平衡的气、液两相中的摩尔分数。挥发度VA：组分在气相中的平衡蒸气压（分压）与在液相中的摩尔分数的比值。溶液中各组分的挥发性由挥发度来量衡.对纯组分液体，其挥发度就等于该温度下液体的饱和蒸气压。相对挥发度::溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度.是相平衡时两个组分在气相中的摩尔分数比与液相中摩尔分数比的比值，由其大小可以判断该混合液能否用蒸馏方法加以分离以及分离的难易程度。1，表示组分A较B易挥发；值越大，两个组分在两相中相对含量的差别越大，越容易用蒸馏方法将两组分分离；若=1，此时不能用普通蒸馏方法分离该混合物。一5、掌握精馏操作流程、精馏段，提馏段的概念及作用。原料液预热器加热到指定温度后,送入精馏塔的进料板,在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合,逐板溢流,最后流入塔底再沸器中.在每层板上,回流液体与上升蒸气互相接触,进行热和质的传递过程.操作时连续地从再沸器取出部分液体作为塔底(釜残液),部分液体汽化,产生上升蒸气,依次通过各层塔板.塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝,并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体,其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品(馏出液).精馏段—加料板以上的塔段:气相中的重组分向液相（回流液）传递，而液相中的轻组分向气相传递，从而完成上升蒸气的精制。提馏段—加料板以下的塔段:下降液体（包括回流液和料液中的液体部分）中的轻组分向气相（回流）传递，而气相中的重组分向液相传递，从而完成下降液体重组分的提浓。一7、掌握回流比的概念、对精馏塔理论板数的影响及适宜回流比的选择方法。回流比R：精馏段中下降液体的摩尔流量L与塔顶产品（馏出液）流量的比值R。塔所需的理论板数，塔顶冷凝器和塔釜再沸器的热负荷均与回流比有关。精馏过程的投资费用和操作费用都取决于回流比的值。pKpoiiiiixyKBBBAAAxpxp设备费用影响：R=Rmin时，需无穷多块塔板数，故设备费用为无穷大。只要R稍大于Rmin，所需理论板数急剧减少，设备费用随之剧减。随R的增大，理论板数减小的趋势渐缓。R进一步增大，上升蒸气V’和V增大，塔径、塔板面积、再沸器及冷凝器换热面积增大，设备费用又开始上升。最适宜的回流比：精馏过程总费用（操作费用与设备费用之和）最低时的回流比。二1、掌握吸收的概念、基本原理、推动力，吸收的用途。吸收的概念：使混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分便溶解于液体内而形成溶液，原混合气体的组分就得到分离。这种利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。基本原理：气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由气相向液相转移，即发生吸收过程。利用混合气体中各组分在液体中溶解度差异，使某些易溶组分进入液相形成溶液，不溶或难溶组分仍留在气相，从而实现混合气体的分离。推动力：气体吸收是混合气体中某些组分在气液相界面上溶解、在气相和液相内由浓度差推动的传质过程。实际组成偏离平衡组成的程度越大，推动力就越大。(pA-pA*)吸收的用途：(1)制备产品。用吸收剂吸收气体中某些组分而获得产品。如硫酸吸收SO3制浓硫酸。(2)分离混合气体以回收所需的组分。吸收剂选择性地吸收气体中某些组分以达到分离目的。如从焦炉气或城市煤气中分离苯。(3)除去有害组分以净化气体如原料气的净化，合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；（4）工业尾气处理和废气净化以保护环境，如冶炼废气等脱除SO2。二2、掌握吸收剂、吸收液、解吸（脱吸）、物理吸收、化学吸收的概念。吸收剂：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。对溶质有较大的溶解度。良好的选择性，其余组分溶解度度小；稳定不易挥发；(4)粘度低，利于气液接触与分散；(5)无毒、腐蚀性小、不易燃、价廉等。吸收液（溶液）：吸收操作后得到的溶液，主要成分为溶剂S和溶质A。解吸或脱吸：与吸收相反的过程，气相中溶质的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质从液相中分离而转移到气相的过程。物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应，可视为单纯的气体溶解于液相的物理过程。如用水吸收二氧化碳、用洗油吸收芳烃等。化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。如用氢氧化钠或碳酸钠溶液吸收二氧化碳过程。化学反应能大大提高单位体积液体所能吸收的气体量并加快吸收速率。但溶液解吸再生较难。三3、掌握液泛、漏液、液沫夹带及汽泡夹带的概念、原因及后果。漏液：部分液体不是横向流过塔板后经降液管流下，而是从阀孔直接漏下。原因：气速较小时，气体通过阀孔的速度压头小，不足以抵消塔板上液层的重力；气体在塔板上的不均匀分布也是造成漏液的重要原因。后果：严重的漏液使塔板上不能形成液层，气液无法进行传热、传质，塔板将失去其基本功能。液泛：塔内液体不能顺畅逐板流下，持液量增多，气相空间变小，大量液体随气体从塔顶溢出。夹带液泛：板间距过小，操作液量过大，上升气速过高时，过量液沫夹带量使板间充满气、液混合物而引发的液泛。溢流液泛：液体在降液管内受阻不能及时往下流动而在板上积累所致。液沫夹带：气体鼓泡通过板上液层时，将部分液体分散成液滴，而部分液滴被上升气流带入上层塔板。影响的主要因素有空塔速度和板间距。气泡夹带：液体在降液管中停留时间太短，大量气泡被液体卷进下层塔板。后果：液沫夹带是液体的返混，气泡夹带是气体的返混，均对传质不利。严重时可诱发液泛，完全破坏塔的正常操作。液沫夹带和气泡夹带是不可避免的，但夹带量必需严格地控制在最大允许值范围内。三6、掌握填料特性参数(比表面、空隙率、填料因子)的定义，了解常见填料形状类型。(1)比表面积a：单位体积填料层所具有的表面积(m2/m3)。被液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。大的a和良好的润湿性能有利于传质速率的提高。对同种填料，填料尺寸越小，a越大，但气体流动的阻力也要增加。(2)空隙率：单位体积填料所具有的空隙体积(m3/m3)。代表的是气液两相流动的通道，大，气、液通过的能力大，气体流动的阻力小。=0.45~0.95。(3)填料因子：填料比表面积与空隙率三次方的比值(1/m)，a/3，表示填料的流体力学性能，值越小，流动阻力越小。液泛速度可以提高.拉西环填料鲍尔环填料阶梯环填料弧鞍形、矩鞍形填料金属英特洛克斯填料网体填料四1、掌握液——液萃取的操作原理、特点（用三角形坐标图及溶解度曲线进行分析说明），对萃取剂的要求。原理:在液体混合物中加入与其不互溶或部分互溶的液体溶剂（萃取剂），形成液-液两相，利用液体混合物中各组分minoptRR22.1在两液相中溶解度的差异而达到分离的目的。也称溶剂萃取，简称萃取。在只含有组分A与B的原料液F中加入一定量的萃取剂S后，得到新的混合液M，由杠杆规则知F、S和M之间的关系为M静置分层得萃取相E和萃余相R，其质量关系为从萃取相E中除去萃取剂S后得萃取液E’；从萃余相R中除去萃取剂S后得萃余液R’；单级萃取中，萃取相能达到的最大A组分含量为Emax点的组成，对应的萃取液组成点为E’max。特点：（1）、萃取过程本身并未完全完成分离任务，而只是将难于分离的混合物转变成易于分离的混合物，要得到纯产品并回收溶剂，必须辅以精馏（或蒸发）等操作。（2）常温操作，适合于热敏物料分离对萃取剂的要求：萃取剂的选择性好，即对溶质应有较大的溶解能力比对稀释剂的溶解能力大；对于稀释剂则不互溶或互溶度很小；溶剂S与原料液中组分的相对挥发度大，易于加收；萃取剂与被分离混合物有较大的密度差，可加速分层，提高生产能力。四2、掌握萃取相、萃余相、萃取剂、萃取液、萃余液、共轭相、联结线、分配系数、选择性系数的概念。萃取相E：萃取分离后，含萃取剂多的一相，主要由溶质和萃取剂组成。萃余相R：萃取分离后，含稀释剂多的一相，主要由稀释剂和溶质组成。萃取剂S：萃取过程中加入的溶剂，以S表示。萃取剂对溶质应有较大的溶解能力，对于稀释剂则不互溶或仅部分互溶。萃取液E´：从萃取相E中回收S后得到的液体，主要由溶质组成萃余液R´：从萃余相R中回收S后得到的液体，主要由稀释剂组成共轭相：溶解度曲线将三角形分为两个区域，曲线以内的区域为两相区，以外的为均相区。两相区内的混合物分为两个液相，当达到平衡时，两个液层称为共轭相。联结线：溶解度曲线将三角形分为两个区域，两相区内的混合物分为两个液相，当达到平衡时，两个液层称为共轭相。联结共轭液相组成坐标的直线称为联结线。联结线一般是倾向的，方向一致，但不相互平行。分配系数kA：在一定温度下，当三元混合液的两个液相达到平衡时，溶质在E相（萃取相）与R相（萃余相）中的组成之比，kA值愈大，萃取分离效果愈好，与联结线的斜率有关。选择性系数：两相平衡时，萃取相E中A（溶质）、B（稀释剂）组成之比与萃余相R中A、B组成之比的比值。表示S(萃取剂)对A、B组分溶解能力差别，即A、B的分离程度。无限大时,分离效果.=1无分离能力.四3、掌握液——液萃取的操作流程，试在三角形坐标图中表示单级萃取的过程及各相的位置。混合：混合点M的组成为原料液F点与S的连线上，适宜的溶剂用量应在SR和SE之间，使混合液组成点M位于两相区内。分层：当F、S充分混合传质后，混合液沉降分层得到平衡的E相和R相。脱溶剂：若从E相和R相脱除全部溶剂，则得到萃取液Eˊ和萃余液Rˊ。延长SE和SR线，分别与AB边交于点Eˊ及Rˊ，为两液体组成的坐标位置。单级萃取的效果取决于Rˊ和Eˊ的位置，由于温度升高使分层区面积缩小，故萃取操作不宜在高温下进行，但温