浙江工业大学化工原理考研复习PPT 下

摩尔分率nnyxAAA)(或质量分率mmaAA摩尔比BAAAnnYX）或(质量比BAAmma摩尔浓度VnCAA，kmol/m3质量浓度VmAA，kg/m3混合物总摩尔浓度VnC混合物总质量浓度Vm对气体，还可以用Ap表示浓度一、相组成的表示方法dzdCDJAABzA,相界面气相液相传质方向扩散通量，kmol/m2s表示扩散方向与浓度梯度方向相反A在B中的扩散系数m2/s二、费克定律费克定律的其它表达形式：dzdpRTDdzRTpdDdzdxCDJAABAABAABzA,说明：（1）JA,z是相对扩散通量（绝对扩散通量用NA,z表示）（2）DA,B是物性之一),,(,xTPfDBADA,B（气）10-5m2/sDA,B（液）10-9m2/sDA,B（固）10-10m2/s常数特点：BANN常数BAJJdzdCDdzdCDBBAAABdzdCdzdCBADDDBAABNBBNAA相界面等摩尔相互扩散1．等摩尔相互扩散(精馏)所谓单向扩散是指组分A通过停滞（或不扩散）组分B的分子扩散，NB=0NAA相界面单向扩散常数BAJJBAABDD2．单向扩散（吸收）特点：NANB=oNB=0NAA相界面单向扩散对照：等摩尔相互扩散2112,AAzACCzzDNNBBNAA相界面等摩尔相互扩散2112,AABzACCCCzzDNm漂流因数（1）代表总体流动的影响引入截面1、2上CB的对数平均值1212lnBBBBBCCCCCm，得：一．概念吸收推动力（总的、气相侧、液相侧）、吸收阻力（气相侧、液相侧、总的）影响吸收阻力的因素、传质单元、传质单元高度、传质单元数、影响HTU的因素、回收率二．相平衡关系亨利定律的三种形式AAAAAAmxyExpHpCmPmTmETEHTH，；，相平衡常数，，亨利系数，，溶解度系数，说明：（1）不同气体的溶解度差异很大AApHC溶解度系数，kmol/(m3Pa)（2）对于稀溶液，有亨利定律是物性，通常由实验测定。可从有关手册中查得。H越大，表明溶解度越大，越易溶H随温度变化而变化，一般地，T，HCCHCpAAAEx亨利系数，PaAAAxPEPpyAmx相平衡常数，无因次亨利定律的其他形式：E越大，表明溶解度越小；E随温度变化而变化，T，E，m越大，表明溶解度越小；m随温度、总压变化而变化，T，m，P，mAApHC气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成GiGiGGAGkppppkN1LLiLiLALkCCCCkN1速率方程LLiGiGAkCCkppN11xiyiAkxxkyyN11类似地：------分吸收速率方程分传质阻力分推动力NAGNALNAG=NAL假设气液相平衡关系满足亨利定律，则LLHpC又根据膜模型的假定，可知iiHpCLLiGiGAkCCkppN11LLiHkpp1LGLGHkkpp11GLGKpp1----以分压差为推动力的气相总吸收速率方程气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成总传质阻力总推动力LGGHkkK111Lp类似地，LGLGAkkHCCN1LLGKCC1xyAkmkyyN1xyAkmkxxN11yKyy1xKxx1气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成------以摩尔浓度差为推动力的气相总吸收速率方程-----以摩尔分率差为推动力的气相总吸收速率方程GGHpCmxymyx吸收速率方程的分析:1．关于传质推动力PEpGPOCLC传质推动力的图示操作点操作点P离平衡线越近，则总推动力就越小速率方程ipic液相总传质推动力气相总传质推动力气相分传质推动力液相分传质推动力LpGcLLiGiGAkCCkppN11GLGKpp1LLGKCC1气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成2．关于传质阻力气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成xyykmkK11mkkKyxx111LGGHkkK111LGLkkHK11xykmk1LGHkk11气膜控制（易溶体系）：故GGkK11yykK11气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLLGz距离双膜模型组成yxmkk11GLkHk1液膜控制（难溶体系）：故LLkK11xxkK11xyykmkK11mkkKyxx111LGGHkkK111LGLkkHK11双膜控制：气膜阻力和液膜阻力均不可忽略，称其为双膜控制。气膜液膜pGpi传质方向Ci气相主体液相主体CLGLz距离双膜模型组成xyykmkK11mkkKyxx111LGGHkkK111LGLkkHK11三．吸收塔计算（低浓时）全塔物料衡算式：aabbyxxGLybababyyyyy1操作线方程：aayxxGLymin).~.(GLGL0221ababxxyyGLmin填料层高度计算式：OLOLOGOGNHNHHaKGHyOGmabOGyyyNSyyyySSNaaabOG1ln11LmGSOGOLSNN解吸升温、减压有利于解吸其它类型吸收多组分吸收化学吸收非等温吸收传质理论双模论1923年Whitman溶质渗透理论1935年Higbie表面更新理论1951年Danckwerts一．概念理想溶液理想物系挥发度iiixpv相对挥发度BAvvBBAAxpxpBBAAxyxy平衡级理论板恒摩尔流假定精馏原理梯级的物理含义最佳位置进料易挥发组分回收率%1001FDFxDx难挥发组分回收率%100)1()1(2FWxFxW五种进料状态回流比DLR单板效率11*)(nnnnmVyyyynE*)(11nnnnmLxxxxnE、全塔效率eNNE0等板高度有分凝器的流程直接蒸汽加热流程多股进料流程水蒸汽蒸馏间歇精馏特殊精馏二．公式1．理想物系的相平衡关系拉乌尔定律BBBAAAxppxpp00xxy)1(1t~x~y相图、y~x相图2．流程、特点、计算平衡蒸馏简单蒸馏3．精馏计算全塔：WDFWxDxFxWDF精：111RxxRRyDnn，DRVRDL)1(min)2~1.1(RReeeDxyyxRminq：11qxxqqyFLVFVhhhhq01qqq饱和蒸汽时：液相分率饱和液、汽混合物时：饱和液体时：提：'''1VWxxVLyWmm，FqVVqFLL)1(''理论板数N：图解法逐板法精馏塔的逐板计算yN-1D,xDy1y2L,xDx1xnyn+1VL12nx2ynV,y1xN-1xm+1L,xN-1V,yWymVLxm-1W,xWm+1mym+1N-1NxmF,xFN1+1N1xN1xxy)1(1WDFWxDxFxWDF111RxxRRyDnn'''1VWxxVLyWmm11qxxqqyFDRVRDL)1(FqVVqFLL)1(''R=L/DeeeDxyyxRminDLR11nnnnyyyyEmv%1000eNNE实际板数理论板数h=N·heN的计算逐板法图解法捷算法其它蒸馏方式水蒸汽蒸馏间歇精馏特殊蒸馏（恒沸精馏、萃取精馏）反应精馏多元精馏1．严重漏液2．过量的液沫夹带不良后果：降低板效，严重时使板上不能积液，是塔不良的操作现象之一。产生的原因：气速过小，或气体分布严重不均、液体分布严重不均。不良后果：（1）降低板效、（2）将不挥发性物质逐板送至塔顶造成产品污染，（3）严重时造成液泛。产生的原因：气体输送夹带飞溅夹带夹带量通常eG0.1kg液体/kg干气体有溢流塔板有溢流塔板（淹塔）不良后果：塔压力降急剧增大、板效急剧减小、是不正常操作现象之一产生原因：(1)气体流量过大，产生了过量的液沫夹带，(2)液体负荷过大，降液管的截面积不够，3.液泛4、塔板上的液面落差产生原因：液体在塔板上横向流动时要克服流动阻力（摩擦阻力、形体阻力）。不良后果：液面落差会导致气流分布不均减少返混对传质是有利的有溢流塔板-------单板压降产生原因：lcphhh液层压降干板压降（加和模型）不良后果：（1）单板压降大，气体流动阻力大，对输送要求较高。（2）过高的单板压降会使塔顶与塔底的压差较大，从而影响体系的相平衡关系以及气液流动情况，这对真空操作尤为重要。一般，常压塔：单板压降40~65mmH2O减压塔：单板压降10~35mmH2O5、板上液体的返混6、气体通过塔板的压降7．液体在降液管内的停留时间3~5s塔板的负荷性能图VGVL54321O液相下限线——液相上限线漏液线过量液沫夹带线液泛线正常操作区操作弹性=气量上限/气量下限操作弹性要求大于2～3四、塔板负荷性能图五、塔板设计要点设计内容：板型：筛板、浮阀等板上液流型式：单流、双流等板间距HT塔径D板上结构：开孔情况、溢流装置结构设计方法：根据经验选定一些结构参数设计其他参数校核各项流体力学性能画负荷性能图若流体力学性能不好，则调整相应结构参数安定区受液盘单流型一、填料塔结构及填料1．填料塔结构塔体填料支承板填料液体再分布器进气管液体分布器液体收集器2、填料填料特性填料因子空隙率比表面积在选择填料时，一般要求：比表面积及空隙率要大，填料的润湿性要好，气体通过能力大，阻力小，液体滞留量小，单位体积填料的重量轻，造价低，并有足够的机械强度。个体填料规整填料类型：金属波纹填料主要有：金属刺孔波纹填料、金属板网波纹填料、金属孔板波纹填料、金属丝网波纹填料等规整填料：以整砌的方式装填在塔内规整填料已有很多，如波纹填料（金属、陶瓷）、栅格类填料。从环形填料、鞍形填料到鞍环形填料，从个体填料、到规整填料，人们千方百计地改进填料结构，目的是增加填料比表面积以提高传质效率，增加填料的空隙率以降低流动阻力、加大流体通量，改善填料堆积性能以防止填料的嵌套叠合，从而有利于液体的均布、降低壁效应。与散装填料相比，规整填料具有以下优点：传质效率高、压降低、处理量大、持液量小、放大效应不明显、操作弹性大等一系列优点。同时使大塔径的填料塔工业化成为可能。三角形相图ABS①顶点代表纯组分②每条边代表二元溶液③相图中的点代表三元溶液一、三角形相图及其应用A%+B%+S%=100%1、查取浓度；2、表示混合、分离等过程；3、定量计算----杠杆原理ABS杠杆原理：FMMSSFRMMEER和点差点差点杠杆三角形相图的应用：原料液F萃取剂SSA+B萃取液E萃取相EA(大量),B(少量)S+A+BS萃余相RB+A+S萃余液RB(大量),A(少量)REREFMABSB、S部分互溶时P临界混溶点（褶点）两相区均相区AR(B层)E(S层)B多S少S多B少+A+A1、B与S部分互溶时溶解度曲线（1）溶解度曲线、辅助线、共轭线二、萃取过程中的相平衡关系MRE辅助线共轭线（联结线）平衡共存的两相中，分配系数分配系数越大，越有利于分离分配系数xyRAEAkA中的组成在萃余相溶质中的组成在萃取相溶质)()(AAAxykBBBxykBBAABAxyxykk0000000011AAAABBAAxyxyxyxy要