化工原理下册复习资料(仅供参考)

第1章蒸馏1、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）。蒸馏的分离特点（1）蒸馏处理的对象—液体混合物，分离流程简单；（2）应用广泛、历史悠久；（3）以热能为推动力—热能消耗大分类：（1）按蒸馏方式分：①简单蒸馏或平衡蒸馏：一般用在混合物各组分挥发性相差大，对组分分离程度要求又不高的情况下。○2精馏：在混合物组分分离纯度要求很高时采用。○3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），难以或不能用普通精馏加以分离时，借助某些特殊手段进行的精馏。（2）按操作流程分○1间歇精馏：多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。○2连续精馏：多用于大批量工业生产中。（3）按操作压力分：○1常压蒸馏：蒸馏在常压下进行。○2减压蒸馏：用于常压下物系沸点较高，使用高温加热介质不经济或热敏性物质不能承受的情况。减压可降低操作温度。○3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：○1多组分精馏：例如原油的分离。○2双组分精馏：例如乙纯-水体系的分离。2、画出简单的蒸馏操作流程，原理及产品浓度特点。简单蒸馏也称微分蒸馏，为持续加热，逐渐蒸馏的过程，是间歇非稳态操作。加入蒸馏釜的原料液持续吸热沸腾气化，产生的蒸气由釜顶连续引入冷凝器得馏出液产品。特点：釜内任一时刻的气、液两相组成互成平衡。蒸馏过程中系统的温度和气、液相组成均随时间改变。任一时刻，易挥发组分在蒸气中的含量y始终大于剩余在釜内的液相中的含量x，釜内组分含量x由原料的初始组成xF沿泡点线不断下降直至终止蒸馏时组成xE，釜内溶液的沸点温度不断升高，蒸气相组成y也随之沿露点线不断降低。3、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：乙醇-水溶液物系的泡点线和露点线在M点重合，该点溶液的泡点比两纯组分的沸点都低，这是因为该溶液为具有较大正偏差的溶液，组成在M点时两组分的蒸气压之和出现最大值。M点称为恒沸点，此溶液称为恒沸液。相平衡常数：精馏计算中，通常用Ki表示i组分的相平衡常数，其定义为,式中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。对于易挥发组分，Ki1，即yixi。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。挥发度：溶液中各组份的挥发性由挥发度来衡量，其定义为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。对双组分物系A、B——溶液中A、B两组分的挥发度。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。xA，xB——溶液中A、B组分的摩尔分数。相对挥发度：溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比，称为相对挥发度。用表示。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。4、精馏操作流程、精馏段，提馏段的概念及作用。精馏操作流程：原料液经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后，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产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。塔顶蒸气浸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）。塔顶回流和塔底再沸器产生上升蒸汽是精馏得以连续稳定操作的两个必要条件。精馏段：加料板以上的塔段称为精馏段。其作用为：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（包括加料板）成为提馏段。其作用为：下降液体（包括回流液和料液中液体部分）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。5、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：用R表示，R=回流量/塔顶产品量=L/D，回流比是精馏过程计算不可缺的重要参数，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。回流比对理论板数的影响：全回流时操作线和平衡线的距离为最远，达到相同的分离程度所需的理论板数最少。R↓，达到指定分离程度所需理论板数将增多。回流比的选择：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。根据实验和生产数据统计。Ropt=（1.2-2）Rmin第2章吸收1、吸收的概念、基本原理、推动力，吸收的用途。吸收概念：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，于是原混合气体的组分得以分离。这种利用各组组分溶解度不同而分离气体pKpoiiiiixyKBBBAAAxpxpBBAABAxpxpBABABABBAAKKxxyyxPyxPy混合物的操作称为吸收。吸收的基本原理：当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，即吸收。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。吸收的推动力: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。吸收操作的用途：(1)制取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，水吸收甲醛制福尔马林液，碳化氨水吸收CO2制碳酸氢氨等。(2)分离混合气体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，从乙醇催化裂解气中分离丁二烯等。(3)气体净化一类是原料气的净化，即除去混合气体中的杂质，如合成氨原料气脱H2S、脱CO2等；另一类是尾气处理和废气净化以保护环境，如燃煤锅炉烟气，冶炼废气等脱除SO2，硝酸尾气脱除NO2等。2、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。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，即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过程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、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、用稀硫酸吸收氨等过程。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。第3章蒸馏设备1、液泛、漏液、液沫夹带及汽泡夹带的概念、原因及后果。（1）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。（塔内若气、液两相中之一的流量增大，使降液管内液体不能顺利下流，管内液体必然积累，当管内液体增高到越过溢流堰顶部，于是两板间液体相连，该层塔板产生积液，并依次上升，这种现象称为液泛，亦称淹塔。）原因：○1气速一定，液体流量时，、how、hf及h，Hd，即塔板具有自动调节功能.○2上层塔板溢流堰上缘为Hd极限。若再加大液体流量，Hd与板上液面同时升高，降液管调节功能消失，板上累积液量增加，最终引起溢流液泛。○3若气速过高，液体中的气泡夹带加重，降液管内的泡沫层随之增高，也易造成溢流液泛。○4板压降hf过大必导致Hd大，易发生液泛。如降液管设计过小或发生部分堵塞，h急剧增大，也会导致溢流液泛。○5夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响。过量液沫夹带阻塞气体通道，板阻急增，降液管中泡沫层堆积，从而引发溢流液泛。而溢流液泛发生时，塔板上鼓泡层增高，分离空间降低，夹带液泛也将随之发生。后果：塔板压降上升，全塔操作被破坏。液泛使整个塔不能正常操作，甚至发生严重的设备事故，要特别注意防范。（2）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。（3）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。原因：影响的主要因素有空塔速度和板间距。空塔气速增高，液沫夹带量增大；塔板间距增大，可使液沫夹带量减少。后果：液沫的生成固然可增大气、液两相的传质面积，但过量的液沫夹带造成液相在塔板间的返混，严重时会造成液沫夹带液泛，从而导致塔板效率严重下降。（4）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。2、填料特性参数(比表面、空隙率、填料因子)的定义比表面积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。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。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。第4章液——液萃取1、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）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。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。2、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。萃取相E：萃取分离后，含萃取剂多的一相，主要由A+S组成。萃余相R：萃取分离后，含稀释剂多的一相，主要由B+A组成。萃取液E´：从萃取相E中回收S后得到的液体，主要由A组成萃余液R´：从萃余相R中回收S后得到的液体，主要由B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，联结共轭液相组成坐标的直线称为联结线。分配系数：一定温度下，A组分在互成平衡的两液相中的浓度比。一般kA不为常数，而随温度、溶质A的浓度变化。在A浓度变化不大和恒温条件下，kA可视为常数（平衡常数m），其值由实验测得。选择性系数：两相平衡时，萃取相E中A、B组成之比与萃余相R中A、B组组成之比的比值。表示S对A、B组分溶解能力差别，即A、B的分离程度。3、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。操作流程：混合；沉降分离；脱除溶剂4、超临界流体的概念、定义、超临界流体的有关性质。概念：一纯物质的临界温度TC是指该物质处于无论多高压力下均不能被液化时的最高温度，该温度对应的压力称临界压力PC，状态在临界温度与临界压力以上的流体称超临界流体。常用的超临界流体：二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨、正戊烷、甲苯等。超临界流体萃取定义：流体（溶剂）在临界点附近某一区域（超过临界区）内，它与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡