化工原理第二版下册复习资料(天大).pdf

西华传质与分离传质与分离3 3、、双膜理论的原理双膜理论的原理（（1 1））相互接触的气，液流体间存在着定态的相界面，界面两侧分别存在气膜和液膜，吸收质以分子扩散方式通过此两膜层2 2））在相界面处，气液两相处于平衡3 3））膜内流体呈滞流流动，膜外流体呈湍流流动，全部组成变化集中在两个有效膜层内4 4、、传质设备的性能要求，主要种类传质设备的性能要求，主要种类性能要求性能要求：： （（1 1））单位体积中，两相的接触面积应尽可能大2 2））两相分布均匀，避免或抑制沟流、短路及返混等现象发生3 3））流体的通量大，单位设备体积的处理量大4 4））流动阻力小，运转时动力消耗低 5 5））操作弹性大，对物料的适应性强6 6））结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行安全可靠 主要种类主要种类：： （（1 1））所处理物系相态分类：气液、液液、气固、液固传质设备2 2））按两相的接触方式分类：逐级、微分接触式设备3 3））按促使两相混合与接触动力分类：有、无外加能量式设备吸收吸收1 1、、 吸收的概念、基本原理、推动力，吸收的用途吸收的概念、基本原理、推动力，吸收的用途吸收概念吸收概念：： 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混合物的操作称为吸收吸收的基本原理吸收的基本原理：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：吸收操作的用途：(1)(1) 制取产品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西华制碳酸氢氨等 (2)(2) 分离混合气体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 2、、 吸收剂、吸收液、解吸（脱吸吸收剂、吸收液、解吸（脱吸）） 、物理吸收、化学吸收的概念、物理吸收、化学吸收的概念。

吸收剂：吸收剂：吸收操作中所用的溶剂，以 S 表示吸收液（溶液吸收液（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2 2、、 填料特性参数填料特性参数( (比表面、空隙率、填料因子比表面、空隙率、填料因子) )的定义的定义比表面积比表面积a 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空隙率ε ε ε ε：：单位体积填料层所具有的空隙体积(m3/m3)代表的是气液两相流动的通道，ε 越大，气、液通过的能力大，气体流动的阻力小。

ε= 0.45~0.95填料因子填料因子φ φ φ φ：：填料比表面积与空隙率三次方的比值(1/m)，a/ε3，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蒸馏蒸馏3 3、、挥发度，相对挥发度的概念挥发度，相对挥发度的概念挥发度挥发度：：溶液中各组分的挥发性由挥发度来量衡，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相对挥发度：相对挥发度：溶液中两组分挥发度之比，用α表示，BBAABA xpxp==ννα西华4 4、、精馏操作连续进行的必要条件精馏操作连续进行的必要条件必要条件：必要条件：塔顶液相回流和塔底再沸器产生上升蒸气7 7、、 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）Rmin8 8、、理论塔板的概念、及其效率的概念理论塔板的概念、及其效率的概念理论塔板理论塔板：： 是指其上气液两相充分混合， 组分均匀， 塔板上不存在传质传热阻力理论塔板效率理论塔板效率：： 实际塔板的分离效果接近理论板的程度 单板效率与全塔板效率是常用的两种表示方法1111、、板式蒸馏塔负荷性能图的组成曲线及其作用板式蒸馏塔负荷性能图的组成曲线及其作用(1)(1)漏液线—气相负荷下限线漏液量 ≤ 10％液流量漏液气速minu(2)(2)雾沫夹带线—气相负荷上限线 雾沫夹带量≤0.1kg 液/kg 气 夹带气速maxu(3)(3)液相负荷下限线液流量过低，板上液层不均匀，气体停留时间短，传质效率低 堰上液层高度≥ 0.006 m最小液流量minL西华(4)(4)液相负荷上限线液流量过高，液体通过降液管内的停留时间较短，气泡来不及与液体分离—气泡夹带液体在降液管停留时间 ≥5s 最大液流量maxL(5)(5)液泛线 为防止液泛，降液管内的液层高度应不超过某一数值。

液泛气速Fu1212、、 液泛、漏液的概念、原因及后果液泛、漏液的概念、原因及后果1 1）液泛：）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 ）原因原因：○1 气速一定，液体流量↑时，∆、how、hf及hπ↑，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○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○5 夹带液泛与溢流液泛互为诱因，交互影响后果后果：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 2））漏液漏液：：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。

液液————液萃取液萃取4 4、、三级错流式和逆流式萃取的操作流程图，各自特点三级错流式和逆流式萃取的操作流程图，各自特点三级错流式萃取：三级错流式萃取：每次加入新鲜溶剂，前级的萃余相为后级的原料特点：特点：萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶剂回收处理量大，能耗较大)(WTdhHH+≤φ西华三级逆流式萃取：三级逆流式萃取：连续操作，萃取剂循环使用特点：特点：传质平均推动力大，分离效率高，溶剂用量少，工业上应用广泛2 2、、分配系数，选择性系数概念分配系数，选择性系数概念分配系数：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Ak只反映 S 对 A 的溶解能力，不反映A，B 的分离程度选择性系数选择性系数：：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7 7、、 超临界流体的概念、定义超临界流体的概念、定义概念：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：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行为和传递性能、且它对溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分离的技术物料干燥物料干燥2 2、、 湿空气的湿度，相对湿度，湿比热，水蒸气分压，湿比容，干球温度，湿湿空气的湿度，相对湿度，湿比热，水蒸气分压，湿比容，干球温度，湿球温度，露点，绝热饱和温度球温度，露点，绝热饱和温度的概念及其相互关系，掌握公式：湿度湿度又称湿含量， 为空气中水汽的质量与绝干空气体的质量之比湿度只表示湿空气中所含湿份的绝对数，不能反映气体偏离饱和状态的程度（气体的吸湿潜力） 相对湿度相对湿度：： 一定的系统总压和温度下，气体中湿份蒸汽的分压pV与系统温度下湿份的饱和蒸汽压ps之比ϕ值在 0~1 之间：ϕ值越低，气体偏离饱和ss pPpHϕϕ −=622. 0AA Axyk==组分在萃余相中的浓度组分在萃取相中的浓度 ＡＡBABA // xxyy=βBA kk=β西华的程度越远，吸湿潜力越大；ϕ=100% 时，p=ps，气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿湿比热：湿比热：1kg 绝干气体及所含湿份蒸汽温度升高 1℃所需要的热量水蒸气分压水蒸气分压：：干空气和湿空气占有一定的体积并具有一定压强时， 当水蒸气占有与干空气体积相同时所受压力。

湿比容：湿比容：1kg 绝干气体及所含水蒸汽所具有的体积称为湿比容干球温度：干球温度：空气的真实温度为干球温度，简称温度，以 t 表示湿球温度湿球温度：： 空气传给水分的显热等于水分汽化所需的汽化热时，湿球温度计上的温度维持稳定，这种稳定温度称为该湿空气的湿球温度，以 tw表示露点露点：将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度称露点，用td表示绝热饱和温度绝热饱和温度：若两相有足够长的接触时间，最终空气为水汽所饱和，而温度降到与循环水温相同，这种过程称为湿空气的绝热饱和冷却过程或等焓过程，达到稳定状态下的温度称为初始湿空气的绝热饱和冷却温度，简称绝热饱和温度，以 tas表示相互关系：相互关系：干球温度 t、湿球温度 tw（或 tas） 、露点温度 td 间的关系:不饱和湿空气 ：t> tw（或tas）>td饱和湿空气 ：t= tw（或tas）=td绝热饱和温度 tas和湿球温度 tw是两完全不同的概念，但两者均为空气初始温度和湿度 H 的函数，特别对水蒸气—空气系统，两者在数值上近似相等，这样就可用湿球温度 tw代替绝热饱和温度 tas，简化许多计算4 4、、 物料湿基水分物料湿基水分，，干基水分干基水分，，平衡水分平衡水分（（平衡湿度平衡湿度））的定义的定义, ,物料的平衡水分物料的平衡水分与介质的与介质的 H H，，t t、相对湿度等有何关系。