化工原理下復(fù)習(xí)總結(jié).ppt

一、兩組分溶液的汽液平衡,拉烏爾定律定義 理想溶液，揮發(fā)度，相對揮發(fā)度的概念，清楚理想溶液的相對揮發(fā)度為兩組分飽和蒸汽壓的比值，相對揮發(fā)度數(shù)值越遠(yuǎn)離1物系越易分離。 掌握對于理想溶液由相對揮發(fā)度得到平衡關(guān)系。,第1章 蒸餾,相圖表示的氣液平衡關(guān)系(t-x-y, x-y),線和區(qū)的意義，汽液兩相組成變化的關(guān)系。,t/C,x(y),0,1.0,露點(diǎn)線,泡點(diǎn)線,露點(diǎn),泡點(diǎn),xA,yA,xf,氣相區(qū),液相區(qū),兩相區(qū),x,y,1,0,1,D,y1,x1,N,二、蒸餾,了解簡單蒸餾、平衡蒸餾（操作及特征） 三、精餾 1、精餾原理和流程 t-x-y相圖表示的精餾過程 x-y相圖表示的精餾過程,x（y）,xF,y1,x1,y2,y3,1,2,3,x2,精餾是將揮發(fā)度不同組分的混和液，在精餾塔中同時(shí)多次進(jìn)行部分汽化和部分冷凝，使其分離成。,回流和上升的蒸汽是保證精餾過程連續(xù)穩(wěn)定操作兩個(gè)必不可少的條件。（回流比） 如果離開塔板的汽液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)，我們稱這種板為理論板,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、兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算（理論板數(shù)計(jì)算）,1、恒摩爾流假定 2、物料衡算和操作線方程 F=D+W FxF=DxD+WxW 回收率= A、精餾段的操作線方程（意義，形式，特征）,B、提餾段的操作線方程（意義，形式，特征）,L = L + qF V = V（q1）F,xW,xF,xD,5,4,y,1,3,2,3、理論板數(shù)計(jì)算,A、作圖法,xW,xF,xD,y,x,xW,xF,4,3,2,1,y,x,B、逐板計(jì)算法,從 y1=xD 開始，交替使用平衡方程和操作線方程，直到計(jì)算至 xxW 為止。 五、回流比對精餾過程的影響與選擇 從理論上講，R值越大，塔所需的理論塔板數(shù)越少，設(shè)備投資越低。但回流比越大，則操作費(fèi)用增大。減少回流比，操作費(fèi)用降低,但塔的投資增大。所以，對于一定的分離任務(wù)（F、xF、xw、xP一定）而言，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)幕亓鞅?，使操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用最低。,1、全回流和最少理論板數(shù),操作線和平衡線的距離為最遠(yuǎn)。因此，達(dá)到給定分離程度所需的理論板層數(shù)為最少。 2、最小回流比 當(dāng)回流從全回流逐漸減小時(shí)，精餾段操作線的截距隨之逐漸增大，兩操作線的位置將向平衡線靠近，達(dá)到相同分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)逐漸增加。當(dāng)回流比減小到使兩操作線正好落在平衡線時(shí)，所需的理論板層數(shù)便要無限多（推動(dòng)力為0）,六、進(jìn)料狀態(tài)對精餾過程的影響,對于一定的分離任務(wù),(1)冷液進(jìn)料 q1,(2)飽和液體進(jìn)料 q=1,(3)氣液混合進(jìn)料 0q1,(4)飽和蒸氣進(jìn)料 q=0,(5)過熱蒸氣進(jìn)料 q0,一、基本概念,1、原理 利用各組分在同一溶劑中溶解度不同而分離氣體混合物的操作稱為吸收。 由于吸收過程是利用混合氣體中各組分在同一溶劑中有不同溶解度的特點(diǎn)，因而通過選擇適宜的吸收劑對混合氣中的組分進(jìn)行選擇性的吸收，就可以達(dá)到從混合氣體中分離出純組分或使氣體凈制的目的。 吸收在生產(chǎn)中的目的:回收氣體;凈化氣體; 制備氣體的溶液;廢氣治理.,第2章吸收,2、分類 物理吸收，化學(xué)吸收,3、一般流程，方向和程度 4、溶劑的選擇原則 （溶解度，選擇性，揮發(fā)性，粘度） 二、氣液平衡關(guān)系 亨利定律 p*=Ex p*= c /H X，Y YmX,三、吸收機(jī)理與吸收速率,1、分子擴(kuò)散，費(fèi)克定律 穩(wěn)態(tài)時(shí)： 2、吸收機(jī)理：雙膜理論 （基點(diǎn)，三個(gè)假設(shè)或要點(diǎn)） 3、吸收速率方程 A、膜吸收速率方程,B、總吸收速率方程,氣膜控制 液膜控制：,X,A,X*,Y,X,Y*,四、吸收塔計(jì)算,掌握吸收操作線方程和其與平衡線之間的關(guān)系是描述吸收過程、物料衡算、推動(dòng)力、液氣比等條件的形象分析和吸收計(jì)算的基礎(chǔ)。掌握由最小液氣比的計(jì)算求得操作液氣比，最終求得操作液量。 1、物料衡算（操作線方程） V（Y1-Y2）=L（X1-X2） Y2=Y1(1-A) 通過物料衡算式可求L，X1,Y1,Y2,V,L,X1,X2,1,2,圖表示的吸收過程,吸收劑用量的確定，最小吸收劑用量,Y,B,T,X2,Y2,Y1,X1,X1*,Y*=f(X),2、填料層高度計(jì)算,掌握對低濃度氣體吸收的計(jì)算（填料層高度的計(jì)算），傳質(zhì)單元高度，傳質(zhì)單元數(shù)的概念，重點(diǎn)是以平均推動(dòng)力法和吸收因數(shù)法為主計(jì)算傳質(zhì)單元高度，并引入吸收的操作型問題的解法。了解吸收的塔板數(shù)及解吸操作。 基本公式：,V,Y2,L,X2,dZ,V,Y1,L,X1,Z,L,X,V,Y,X+dX L,Y+dY V,體積吸收系數(shù),傳質(zhì)單元,當(dāng)吸收塔中兩截面間吸收質(zhì)的濃度變化等于這個(gè)范圍內(nèi)吸收的平均推動(dòng)力時(shí)，這樣的區(qū)域就稱為一個(gè)傳質(zhì)單元。那么這段填料層高度就是一個(gè)傳質(zhì)單元高度（如圖以氣相為例）。,Y1,Y2,（Y*-Y）m,Y,Y1,Y2,X2,X1,X,Y=（Y*-Y）m,HOG,HOG= HOG= Z=HOLNOL,Z=HOGNOG,傳質(zhì)單元高度的大小是由過程條件使決定的。,如果dY越大（要求的氣相濃度變化越大）或過程的推動(dòng)力越小，（Y-Y*）越小 ，NOG越大，說明達(dá)到同樣的吸收程度所需的傳質(zhì)單元數(shù)越多。也就是說吸收的難度越大。所以它反映了吸收過程的難易程度。,傳質(zhì)單元數(shù)的求法,式中mV/L= S 稱為脫吸因數(shù)，是平衡線和操作線斜率的比值，無因次。,吸收系數(shù)測定,在定態(tài)操作條件下，測量進(jìn)、出口氣、液兩相流量和濃度后，可根據(jù)物料衡算求出吸收負(fù)荷GA及平均推動(dòng)力Ym ，再根據(jù)具體設(shè)備中的填料層體積VP ，可求得體積總吸收系數(shù)KYa。,第3章 傳質(zhì)設(shè)備,一概述 1、塔設(shè)備的基本功能，2、分類 二、板式塔 1、塔板類型（流動(dòng)方式，4種典型板） 2、流體力學(xué)性能 塔板的壓降、液泛、漏液、液沫夾帶 3、塔板效率 全塔 單板,操作線,平衡線,3、負(fù)荷性能圖,操作極限,1. 漏液線(氣相負(fù)荷下限線),2. 過量液沫夾帶線(氣相負(fù)荷上限線),3. 液相負(fù)荷下限線,4. 液相負(fù)荷上限線,5. 溢流液泛線,0,1,2,3,4,5,正常操作范圍,Ls (m3/h),Vs (m3/h),三、填料塔,1、填料的性能（性能衡量標(biāo)準(zhǔn)） 比表面積，空隙率，填料因子 ， 堆積密度 ，理論板數(shù) 二大類型 2、流體力學(xué)性能 持液量 壓強(qiáng)降 液泛,L0,L2,L1,L3,u,p/Z,當(dāng)噴淋量一定時(shí)，增加氣速，向上流動(dòng)的氣體就會(huì)阻礙液體向下的流動(dòng)，填料層的持液量就會(huì)增加。當(dāng)氣速增加到一定值時(shí)，就會(huì)使填料層中充滿液體，這時(shí)液體成為連續(xù)相，氣體成為分散相，氣體必須以鼓泡的方式經(jīng)過填料層，填料層的壓降也直線上升。這種現(xiàn)象稱為液泛。 影響液泛速度的因素 填料的特性，流體的物理性質(zhì)，液氣比 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、液液相平衡的表達(dá)（三角相圖，意義） 線：溶解度曲線，聯(lián)結(jié)線，輔助曲線，臨界混溶點(diǎn)， 區(qū)：單相區(qū)，雙相區(qū) 溫度的影響,R1,E1,P,R2,E2,E3,E4,R3,R4,三、萃取過程在相圖上的表示,x,y,0,分配曲線,P,R,E,M,E,R,F,Emax,Emax,1、分配系數(shù)，分配曲線,萃取劑的選擇性及選擇系數(shù)， B，S互溶度越小有利于分離,四、萃取過程計(jì)算,1、萃取操作類型及特點(diǎn) 單級萃取 多級逆流萃?。?連續(xù)操作，平均推動(dòng)力大，分離效率高，溶劑用量少。 多級錯(cuò)流萃取 每級加入新鮮溶劑，傳質(zhì)推動(dòng)力大，級數(shù)足夠多時(shí)可達(dá)到希望的萃取率，溶劑用量大。 微分接觸逆流萃取 連續(xù)操作，平均推動(dòng)力大，分離效率高，溶劑用量少，操作要求高。,2、萃取操作的工藝計(jì)算,主要是計(jì)算達(dá)到分離要求的理論級（完全不互溶） 1）單級萃取 2）三級錯(cuò)流萃取 3）三級逆流萃取 （P220頁 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 氣體以對流方式向固體物料傳熱，使?jié)穹萜辉诜謮翰畹淖饔孟?，濕份由物料表面向氣流主體擴(kuò)散，并被氣流帶走。 干燥是熱、質(zhì)同時(shí)傳遞的過程 干燥操作的必要條件 2、干燥操作及一般流程 3、干燥操作分類,二、濕空氣的性質(zhì) 及濕度圖,1、性質(zhì)參數(shù) 絕對濕度，相對濕度，濕比容H，濕比熱，濕焓干球溫度和濕球溫度，露點(diǎn)溫度 2、濕空氣的濕焓圖 （H-I圖） 當(dāng)總壓固定時(shí)，f=2，只用兩個(gè)獨(dú)立參量就可以描述濕空氣的狀態(tài)。G（x）=（x1，x2）這兩個(gè)參數(shù)應(yīng)是不同類型的。如果一個(gè)是濕度參數(shù)，另一個(gè)則必定是溫度參數(shù)。 五種線群：等濕線，等焓線，等干球溫度線，等線（相對濕度），蒸氣分壓線,某一狀態(tài)點(diǎn)A各參數(shù)的求法,已知濕空氣的t-tw，t-td，t- ，確定狀態(tài)點(diǎn)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點(diǎn)越高、越靠左越好，干燥能力越強(qiáng)。,三、干燥系統(tǒng)的物料衡算,除去的水分量決定于物料的初始含水量X1和干燥程度X2。當(dāng)X2一定時(shí)，X1越大，W越大，需要L越大，操作費(fèi)用越高，應(yīng)盡量避免。,四、熱量衡算,（1）、空氣升溫所帶走的熱量Q1； （2）、蒸發(fā)水分的熱量Q2； （3）、物料溫升帶走的熱量Q3； （4）、熱量損失QL； 理想干燥過程：氣體放出的顯熱全部用于濕（水汽化。,空氣預(yù)熱器傳給氣體的熱量為,五、固體物料在干燥過程中的平衡關(guān)系 與速率關(guān)系,平衡狀態(tài)：平衡濕含量 非結(jié)合水分：結(jié)合水分： 平衡水分：低于平衡濕含量 X* 的水分。是不可除水分。 自由水分：高于平衡濕含量 X* 的水分。是可除水分。 對一定干燥任務(wù)，干燥器尺寸取決于干燥時(shí)間和干燥速率干燥曲線：物料濕含量 X 與干燥時(shí)間 的關(guān)系曲線。 干燥速度 (干燥通量) N：干燥器單位時(shí)間內(nèi)在物料單位表面積上汽化的濕分量（kg濕分/(m2s)）。微分形式為 干燥速率U：干燥器單位時(shí)間內(nèi)汽化的濕分量 (kg濕分/s)。,干燥時(shí)間的計(jì)算,恒速階段,降速階段當(dāng)降速段的U X 呈