化工原理-總復(fù)習(xí)2016-12-20

1、化工原理總復(fù)習(xí)總復(fù)習(xí)內(nèi)容分布內(nèi)容分布緒論1.流體流動（上冊）2.流體輸送機(jī)械（上冊）3.傳熱（上冊）4.蒸餾（下冊）5.吸收（下冊）6.蒸餾和吸收塔設(shè)備（下冊） 關(guān)于考試關(guān)于考試題型及分值：1、單選題 10（20分分）2、填空題 10 （20分分）3、計(jì)算題 3 （60分分）章節(jié)及分布：1、流體流動流體流動、流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械、 傳熱傳熱等內(nèi)容60%左右2、蒸餾蒸餾30%左右3、其他其他10%左右學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 緒論緒論 掌握單元操作的含義，特點(diǎn)。掌握單元操作的含義，特點(diǎn)。 1 1 流體流動流體流動 1 1、熟悉流體的概念和分類方法；掌握流體靜力學(xué)基本方程及應(yīng)用；熟、熟悉流體的概念和分

2、類方法；掌握流體靜力學(xué)基本方程及應(yīng)用；熟悉壓強(qiáng)的表示方法，掌握絕對壓強(qiáng)、表壓、真空度之間的關(guān)系，會絕悉壓強(qiáng)的表示方法，掌握絕對壓強(qiáng)、表壓、真空度之間的關(guān)系，會絕對壓強(qiáng)相對壓強(qiáng)計(jì)算及不同壓強(qiáng)單位換算，掌握等壓面的條件。對壓強(qiáng)相對壓強(qiáng)計(jì)算及不同壓強(qiáng)單位換算，掌握等壓面的條件。 2 2、熟悉流量和流速的換算，掌握流體連續(xù)性方程和伯努利方程及其應(yīng)、熟悉流量和流速的換算，掌握流體連續(xù)性方程和伯努利方程及其應(yīng)用，理解穩(wěn)態(tài)流動。用，理解穩(wěn)態(tài)流動。 3 3、掌握兩種流動類型及其判別、掌握兩種流動類型及其判別 ，熟悉牛頓粘性定律及其物理意義，熟悉牛頓粘性定律及其物理意義 ，了解流體在圓形管內(nèi)流動的速度分布情況。

3、了解流體在圓形管內(nèi)流動的速度分布情況。 4 4、掌握流體在管路中流動時(shí)流動阻力損失組成及直管阻力損失計(jì)算公、掌握流體在管路中流動時(shí)流動阻力損失組成及直管阻力損失計(jì)算公式、局部阻力損失計(jì)算方法；熟悉摩擦系數(shù)的影響因素式、局部阻力損失計(jì)算方法；熟悉摩擦系數(shù)的影響因素 ，掌握水利半，掌握水利半徑和當(dāng)量直徑的定義。徑和當(dāng)量直徑的定義。 5 5、了解串聯(lián)管路及并聯(lián)管路總阻力損失與各分支路阻力損失之間關(guān)系、了解串聯(lián)管路及并聯(lián)管路總阻力損失與各分支路阻力損失之間關(guān)系。 6 6、了解常用流量測量儀表及特點(diǎn)。、了解常用流量測量儀表及特點(diǎn)。2 2 流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械 1 1、了解離心泵主要部件，掌握離心泵工

4、作原理、主要性、了解離心泵主要部件，掌握離心泵工作原理、主要性能參數(shù)；掌握離心泵的氣縛現(xiàn)象和氣蝕現(xiàn)象；能參數(shù)；掌握離心泵的氣縛現(xiàn)象和氣蝕現(xiàn)象； 2 2、熟悉離心泵特性曲線及離心泵的工作點(diǎn)；、熟悉離心泵特性曲線及離心泵的工作點(diǎn)； 3 3、會有效功率、軸功率、效率的計(jì)算。、會有效功率、軸功率、效率的計(jì)算。3 3 傳熱傳熱 1 1、掌握熱量傳遞的三種基本方式；、掌握熱量傳遞的三種基本方式； 2 2、掌握傅里葉定律表達(dá)式及其各項(xiàng)含義、掌握傅里葉定律表達(dá)式及其各項(xiàng)含義 3 3、掌握低黏度流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)對流給熱、掌握低黏度流體在圓形直管內(nèi)作強(qiáng)制湍流時(shí)對流給熱系數(shù)表達(dá)式；熟悉蒸汽冷凝傳熱的兩種

5、方式；系數(shù)表達(dá)式；熟悉蒸汽冷凝傳熱的兩種方式； 4 4、熟悉傳熱速率方程式并會應(yīng)用，會傳熱面積傳熱平均、熟悉傳熱速率方程式并會應(yīng)用，會傳熱面積傳熱平均溫差等計(jì)算。溫差等計(jì)算。 5 5、了解常用換熱器的分類、了解常用換熱器的分類 ，熟悉常用間壁式換熱器及，熟悉常用間壁式換熱器及其特點(diǎn)。其特點(diǎn)。4 4 蒸餾蒸餾 兩組分理想物系的氣液平衡關(guān)系兩組分理想物系的氣液平衡關(guān)系; ;理解精餾含義及原理解精餾含義及原理理; ; 兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算。兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算。 5 5 吸收吸收氣體在液體中的溶解度。氣體在液體中的溶解度。 亨利定律。亨利定律。 吸收速率方程式：吸收速率方程式：a)a)膜吸收速率方程

6、式；膜吸收速率方程式； c)c)總吸收速率方程式。總吸收速率方程式。 b)b)氣膜控制與液膜控制；氣膜控制與液膜控制；。 1 流體流動流體流動一、流體概述、定義：氣體和液體的統(tǒng)稱。（包括特殊流體）、分類：（1）按狀態(tài)分為氣體、液體等；（2）按可壓縮性分為不可壓縮流體和可壓縮流體；（3）按是否可忽略分子之間作用力分為理想流體與粘性流體（或?qū)嶋H流體）；（4）按流變特性可分為牛頓型和非牛頓型流體； 緒緒 論論化工原理是為學(xué)習(xí)化工單元操作而編寫的教材。各種前處理各種前處理原料原料化學(xué)加工化學(xué)加工各種后處理各種后處理產(chǎn)品產(chǎn)品除去雜質(zhì)，達(dá)到必要的純度、溫度和壓力物理變化過程反應(yīng)生成新的物質(zhì)化學(xué)或生物化學(xué)變

7、化過程精制、分離、干燥等物理變化過程中間產(chǎn)品化學(xué)工業(yè)中使用的各種物理加工過程，按物理過程的目的、原理和相態(tài)等，歸納為很多個(gè)基本操作過程，即單元操作。以“三傳”為物理內(nèi)核的單元操作 流體輸送攪拌過濾與沉降流態(tài)化氣體液化液體汽化蒸發(fā)濃縮加熱冷卻結(jié)晶精餾氣固吸附液液萃取氣液吸收噴霧干燥動量傳遞質(zhì)量傳遞熱量傳遞14 緒緒 論論過程阻力過程推動力過程速率 緒緒 論論現(xiàn)象方程：7 7、管路計(jì)算、管路計(jì)算6 6、流動阻力損失、流動阻力損失4 4、流體動力學(xué)流體動力學(xué)3 3、流體靜力學(xué)流體靜力學(xué)8 8、流量測量流量測量2 2、流體的物理性質(zhì)、流體的物理性質(zhì)流體流動流體流動1 1、概、概 述述5 5、速度分布、

8、速度分布 流體流動流體流動 流體流動流體流動一、流體概述、定義：氣體和液體的統(tǒng)稱。（包括特殊流體）、分類：（1）按狀態(tài)分為氣體、液體等；（2）按可壓縮性分為不可壓縮流體和可壓縮流體；（3）按是否可忽略分子之間作用力分為理想流體與粘性流體（或?qū)嶋H流體）；（4）按流變特性可分為牛頓型和非牛頓型流體； 流體流動流體流動一、流體、連續(xù)性假設(shè)：假定流體是由大量質(zhì)點(diǎn)組成、彼此間沒有間隙、完全充滿所占空間，流體的物性及運(yùn)動參數(shù)在空間作連續(xù)分布，從而可以使用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具加以描述。二、流體的物理性質(zhì)二、流體的物理性質(zhì)1 1、密度：、密度：Vm液體混合物：液體混合物：nnBBAAmwww1氣體混合物：氣體混

9、合物：nnBBAAmyyyRTPMmnnBBAAmyMyMyMM kg/m3 2 2、黏度：、黏度：dyduAF：N.s/m2即Pas3 3、壓強(qiáng)：、壓強(qiáng)：絕對壓強(qiáng)與相對壓強(qiáng) 靜壓強(qiáng)（慣稱壓力）定義：流體垂直作用于單位面積上的壓力。APp 直接按壓強(qiáng)定義：N/m2，Pa（帕斯卡）間接按流體柱表示：m H2O柱，mm Hg柱以大氣壓作為計(jì)量單位： 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(atm)，工程大氣壓（at） 壓強(qiáng)壓強(qiáng)（）定義（）定義（）單位（）單位（）壓強(qiáng)單位的換算（）壓強(qiáng)單位的換算u1atm=1.013105Pa=760mmHg=10.33mH2O絕對壓強(qiáng)以絕對真空為基準(zhǔn)測得的壓強(qiáng)；真實(shí)壓強(qiáng)相對壓強(qiáng)以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?/p>

10、基準(zhǔn)測得的壓強(qiáng)：表壓和真空度p當(dāng)?shù)卮髿鈮海?表壓強(qiáng)=絕對壓強(qiáng)-大氣壓強(qiáng)p當(dāng)?shù)卮髿鈮海?真空度=大氣壓強(qiáng)-絕對壓強(qiáng)p1絕對壓強(qiáng)表壓真空度絕對壓強(qiáng)p2當(dāng)?shù)卮髿鈮航^對真空一般為避免混淆，通常對表壓、真空度等加以標(biāo)注，如2000Pa（表壓），10mmHg（真空度）等，還應(yīng)指明當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?。（）壓?qiáng)的表示基準(zhǔn)（）壓強(qiáng)的表示基準(zhǔn)二、流體靜力學(xué)二、流體靜力學(xué)1 1、靜力學(xué)基本方程：、靜力學(xué)基本方程： php0 gh等壓面條件等壓面條件靜止、連通靜止、連通 同一流體同一流體 同一水平面同一水平面應(yīng)用：U型管壓差計(jì) (a)R0(b)a0(c)R10(d)0102p1p2p1p2p1p2p1p2baRbabab2

11、 2、應(yīng)用：、應(yīng)用： 、穩(wěn)態(tài)流動：流體流動過程中任意點(diǎn)上的流速、壓強(qiáng)等物理參數(shù)不隨時(shí)間而改變。、流量與流速：2785. 0dqAquvvAqwmvmqq、流型與雷諾數(shù)：duRe雷諾實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的兩種流型：層流與湍流層流與湍流流型判據(jù) 雷諾準(zhǔn)數(shù)三、流體流動三、流體流動小于2000層流，大于4000湍流常數(shù)uAAuAuqm222111連續(xù)性方程：對不可壓縮流體：2211AuAu212221dduu對圓管：連續(xù)性方程連續(xù)性方程伯努利方程：伯努利方程伯努利方程J/kgfhpugzWepugz2222121122單位質(zhì)量流體的機(jī)械能守恒方程。feHgpguzHgpguz2222121122m單位重量流體的機(jī)

12、械能守恒方程。NqhNWeqNgHqNNmemve不可壓縮流體在圓管內(nèi)流速分布：在圓形直管內(nèi)作層流流動時(shí)：)(4)(2221.rRlppurmax21uu 流速分布流速分布在圓形直管內(nèi)作湍流流動時(shí)：截頭拋物線22udlhfRe64)(Re,df1、直管阻力：層流時(shí)：湍流時(shí)：潤濕周邊長流通截面積 4ed當(dāng)量直徑：阻力系數(shù)與當(dāng)量長度法總阻力：直管阻力+局部阻力管路的阻力損失管路的阻力損失2、局部阻力：（1）層流區(qū)（Re 2000） 與Re為直線關(guān)系 阻力損失與流速的一次方成正比Re64ModdyModdy圖存在四個(gè)不同的區(qū)域：圖存在四個(gè)不同的區(qū)域：（2）過渡區(qū)（2000Re4000) 一般將湍流時(shí)

13、的曲線延伸查取值（3）（一般）湍流區(qū)（Re4000以及虛線以下的區(qū)域） 是Re和/d 的函數(shù)即：)(Re,df232dluhf摩擦系數(shù)曲線圖（Friction factor chart） （4）完全湍流區(qū)（阻力平方區(qū)）（虛線以上的區(qū)域） 與Re無關(guān)，只與/d 有關(guān)。 由 阻力損失與流速的平方成正比。 22udlhf另外，對于光滑管（/d 0），只與Re有關(guān) 。摩擦系數(shù)曲線圖（Friction factor chart） 管系總阻力：管系總阻力：fffhhh 法法 le法法gudllhgudlh22)(2ef2f管路系統(tǒng)中總能量損失管路系統(tǒng)中總能量損失=直管阻力直管阻力+局部祖力局部祖力 對直徑

14、相同的管段：對直徑相同的管段：管路系統(tǒng)中的能量損失管路系統(tǒng)中的能量損失補(bǔ)充：阻力對管內(nèi)流動的影響補(bǔ)充：阻力對管內(nèi)流動的影響 1、簡單管路內(nèi)阻力對管內(nèi)流動的影響、簡單管路內(nèi)阻力對管內(nèi)流動的影響閥門由全開轉(zhuǎn)為半開，試討論各流動參數(shù)的變化閥門由全開轉(zhuǎn)為半開，試討論各流動參數(shù)的變化 1）閥門的阻力系數(shù)增大，）閥門的阻力系數(shù)增大，hf,A-B增大，由于高位槽液而維增大，由于高位槽液而維持不變，故流道內(nèi)流體的流速應(yīng)減小。持不變，故流道內(nèi)流體的流速應(yīng)減小。212udlgZ221udlhAf 2）管路流速變小，截面）管路流速變小，截面1-1至至A處的阻力損失下降。處的阻力損失下降。 AAfphgupgZ120

15、2A點(diǎn)的靜壓強(qiáng)上升點(diǎn)的靜壓強(qiáng)上升 3）同理，由于管路流速小，導(dǎo)致）同理，由于管路流速小，導(dǎo)致B處到截面處到截面2-2的阻力的阻力損失下降，而截面損失下降，而截面2-2處的機(jī)械能不變，處的機(jī)械能不變，BAfBhpuup,02222B點(diǎn)的靜壓強(qiáng)將下降。點(diǎn)的靜壓強(qiáng)將下降。一般性結(jié)論一般性結(jié)論 ：1）任何局部阻力的增大將使管內(nèi)各處的流速下降）任何局部阻力的增大將使管內(nèi)各處的流速下降 。2）下游的阻力增大將導(dǎo)致上游的靜壓強(qiáng)的上升。）下游的阻力增大將導(dǎo)致上游的靜壓強(qiáng)的上升。 3）上游的阻力增大將使下游的靜壓強(qiáng)下降。）上游的阻力增大將使下游的靜壓強(qiáng)下降。 2、 分支管路中阻力對管內(nèi)流動的影響分支管路中阻力對

16、管內(nèi)流動的影響某一支路閥門由全開轉(zhuǎn)為半開，試討論各流動參數(shù)的變化某一支路閥門由全開轉(zhuǎn)為半開，試討論各流動參數(shù)的變化 2) O點(diǎn)處靜壓強(qiáng)的上升將使總流速點(diǎn)處靜壓強(qiáng)的上升將使總流速u0下降下降01 ,0fhpgZ22010 ,udllhef1）閥門）閥門A關(guān)小，阻力系數(shù)關(guān)小，阻力系數(shù)A增大，支管中的流速增大，支管中的流速u2將出現(xiàn)將出現(xiàn)下下降趨勢，降趨勢，O點(diǎn)處的靜壓強(qiáng)將上升。點(diǎn)處的靜壓強(qiáng)將上升。3）O點(diǎn)處靜壓強(qiáng)的上升使另一支管流速點(diǎn)處靜壓強(qiáng)的上升使另一支管流速u3出現(xiàn)上升趨勢出現(xiàn)上升趨勢 223330udllppe忽略動壓頭忽略動壓頭總之，總之，分支管路中的閥門關(guān)小，其結(jié)果是閥門所在支管的流分支

17、管路中的閥門關(guān)小，其結(jié)果是閥門所在支管的流量減小，另一支管的流量增大，而總流量則呈現(xiàn)下降趨勢量減小，另一支管的流量增大，而總流量則呈現(xiàn)下降趨勢注意兩種極端情況：注意兩種極端情況：1.總管阻力可以忽略，支管阻力為主總管阻力可以忽略，支管阻力為主任一支管情況的改變不致影響其他支管的流量任一支管情況的改變不致影響其他支管的流量如：城市供水、煤氣管線如：城市供水、煤氣管線2.總管阻力為主，支管阻力可以忽略總管阻力為主，支管阻力可以忽略總管中的流量不因支管情況而變，支管的啟閉僅改變各支管總管中的流量不因支管情況而變，支管的啟閉僅改變各支管間的流量的分配間的流量的分配3、 匯合管路中阻力對管內(nèi)流動的影響匯

18、合管路中阻力對管內(nèi)流動的影響閥門由全開轉(zhuǎn)為半開，試討論各流動參數(shù)的變化閥門由全開轉(zhuǎn)為半開，試討論各流動參數(shù)的變化閥門關(guān)小閥門關(guān)小總管流量下降總管流量下降O點(diǎn)靜壓強(qiáng)升高點(diǎn)靜壓強(qiáng)升高u1、u2降低降低1、根據(jù)輸送介質(zhì)性質(zhì)（1）液體:泵 （2）氣體:通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵2、根據(jù)工作原理（1）動力式(葉輪式)：借助于高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使流體獲得能量。包括離心式、軸流式輸送機(jī)械（2）容積式(正位移式)：利用活塞或轉(zhuǎn)子的擠壓使流體升壓以獲得能量。包括往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式輸送機(jī)械（3）流體動力作用式：依靠能量轉(zhuǎn)換原理以實(shí)現(xiàn)輸送流體任務(wù)。如噴射泵。第二章第二章 流體輸送機(jī)械流體輸送機(jī)械1.離心泵的主要部件和工

19、作原理離心泵的主要部件和工作原理主要部件 葉輪 (Impeller，是離心泵的心臟部件):作用是將原動機(jī)的機(jī)械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動能(主要增加靜壓能) 。（開式、半開式、閉式） 泵殼：泵體的外殼，包圍葉輪的截面積逐漸擴(kuò)大的蝸牛殼形通道。作用不僅匯集由葉輪甩出的液體，同時(shí)又是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。葉輪被泵軸帶動旋轉(zhuǎn)，對位于葉片間的流體做功，流體受離心力的作用，由葉輪中心被拋向外圍。當(dāng)流體到達(dá)葉輪外周時(shí)，流速很大,動能很高。泵殼匯集從各葉片間被拋出的液體，這些液體在殼內(nèi)順著蝸殼形通道逐漸擴(kuò)大的方向流動，使流體的動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。所以泵殼的作用不僅在于匯集液體，它更是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。

20、1.離心泵的主要部件和工作原理離心泵的主要部件和工作原理(2) 工作原理液體自吸原理：葉輪高速旋轉(zhuǎn)迫使葉輪中心的液體以很高的速度被拋開（加速減壓），從而在葉輪中心形成低壓（真空），低位槽中的液體因此被源源不斷地吸上。 為防止氣縛，離心泵啟動前要用液體將泵殼內(nèi)空間灌滿，這一操作稱為灌泵。為防止灌入泵殼內(nèi)的液體因重力流入低位槽內(nèi)，在泵吸入管路的入口處裝有止逆閥（底閥）；如果泵的位置低于槽內(nèi)液面，則啟動時(shí)無需灌泵。 氣縛現(xiàn)象：如果離心泵在啟動前殼內(nèi)充滿的是氣體，因氣體密度比液體的小得多而產(chǎn)生較小的離心力，則啟動后葉輪中心氣體被拋時(shí)不能在該處形成足夠大的真空度，這樣貯槽液面上方與泵吸入口處之壓力差不足

21、以將貯槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)，即離心泵無自吸能力，使泵不能輸送液體，這一現(xiàn)象稱為氣縛。1.離心泵的主要部件和工作原理離心泵的主要部件和工作原理(3)氣縛現(xiàn)象 解決方法：可采用設(shè)置底閥、啟動前灌泵、使泵的安裝位置低于吸入液面等措施。1）(葉輪)轉(zhuǎn)速n（r/min,rpm）:10003000,常見29002）流量qv(m3/s， m3/h):單位時(shí)間內(nèi)泵輸送的液體體積 3）(揚(yáng)程)壓頭H（J/N, m）：泵對單位重量（1N）流體做的功。5）軸功率N（J/s，w） ：單位時(shí)間原動機(jī)輸入泵軸的能量。4）有效功率Ne（J/s，w）：單位時(shí)間內(nèi)液體從泵獲得的能量。6）效率：= Ne/N（o ，影響，影響K的主要

22、因素是的主要因素是o oK11l當(dāng)當(dāng)oi ，影響，影響K的主要因素是的主要因素是i iK11oiK1112）當(dāng)兩個(gè)對流傳熱系數(shù)相差不大時(shí)，欲提高）當(dāng)兩個(gè)對流傳熱系數(shù)相差不大時(shí)，欲提高K，必須同時(shí)提高必須同時(shí)提高兩側(cè)的兩側(cè)的為提高K，必須減小起決定作用的熱阻3）若污垢熱阻為控制因素，欲提高）若污垢熱阻為控制因素，欲提高K，則必須，則必須設(shè)法減慢污垢形成速率或及時(shí)清除污垢。設(shè)法減慢污垢形成速率或及時(shí)清除污垢。1）當(dāng)兩個(gè)對流傳熱系數(shù)相差較大時(shí)，欲提高）當(dāng)兩個(gè)對流傳熱系數(shù)相差較大時(shí)，欲提高K，關(guān)鍵在于提高對流傳熱關(guān)鍵在于提高對流傳熱系數(shù)較小一側(cè)的系數(shù)較小一側(cè)的（3 3）提高總傳熱系數(shù)的途徑提高總傳熱系

23、數(shù)的途徑1、冷凝傳熱 蒸汽是工業(yè)上最常用的熱源。蒸汽在飽和溫度下冷凝時(shí)，放出汽化潛熱。 蒸汽具有一定的壓力，飽和蒸汽的壓力和溫度具有一定的關(guān)系。（1）膜狀冷凝：附著力表面張力時(shí)，冷凝液體能潤濕壁面，在壁面上鋪展成膜。特點(diǎn)：蒸汽放出的潛熱必須穿過液膜才能傳遞到壁面，液膜層為壁面與蒸汽間傳熱的主要熱阻。因冷凝在整個(gè)壁面上發(fā)生，若凝液籍重力沿壁下流，則液膜越往下越厚，給熱系數(shù)隨之越小，如果壁面足夠高，壁下部液膜中會出現(xiàn)凝液的湍流流動，使給熱系數(shù)復(fù)又增加。流體有相變時(shí)的對流傳熱流體有相變時(shí)的對流傳熱 1）冷凝方式 （2）滴狀冷凝：凝液不能完全潤濕壁面，在壁面上形成小液滴，且不斷成長變大，在下滾過程中合

24、并成更大的液滴，使壁重新暴露在蒸汽中。特點(diǎn)：滴狀冷凝時(shí)沒有完整液膜的阻礙，熱阻很小，給熱系數(shù)約為膜狀冷凝的 510 倍甚至更高。實(shí)現(xiàn)滴狀冷凝的方法：實(shí)現(xiàn)滴狀冷凝的方法：在壁面上涂一層油類物質(zhì)；在蒸汽中混入油類或脂類物質(zhì)；對管表面進(jìn)行改性處理。滴狀冷凝難于控制，因此工業(yè)上冷凝器的設(shè)計(jì)大多是按膜狀冷凝考慮。滴狀冷凝難于控制，因此工業(yè)上冷凝器的設(shè)計(jì)大多是按膜狀冷凝考慮。流體有相變時(shí)的對流傳熱 按傳熱特征分：間壁式：冷、熱流體由固體間壁隔開，傳熱面積固定，熱量傳遞為-導(dǎo)熱-對流的串聯(lián)過程?；旌鲜剑和ㄟ^冷、熱兩流體的直接混合來進(jìn)行熱量交換。蓄熱式 (蓄熱器)：由熱容量較大的蓄熱室構(gòu)成，使冷、熱流體交替通

25、過換熱器的同一蓄熱室。按用途分：加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。按結(jié)構(gòu)分：夾套式、浸沒式、噴淋式、套管式和管殼式等。換熱器換熱器1、夾套式換熱器 結(jié)構(gòu)：夾套裝在容器外部，在夾套和容器壁之間形成密閉空間，成為一種流體的通道。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。缺點(diǎn)：傳熱面積A小，傳熱效率低。用途：廣泛用于反應(yīng)器的加熱和冷卻。為了提高傳熱效果，可在釜內(nèi)加攪拌器或蛇管和外循環(huán)。2、沉浸式蛇管換熱器 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：蛇管一般由金屬管子彎繞而制成，適應(yīng)容器所需要的形狀，沉浸在容器內(nèi)，冷熱流體在管內(nèi)外進(jìn)行換熱。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐，能承受高壓。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：傳熱面積不大，蛇管外對流傳熱系數(shù)小 。為了強(qiáng)

26、化傳熱，容器內(nèi)加攪拌。圖7.29 蛇管的形狀 3、噴淋式換熱器 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋下來，沿管表面流下來，被冷卻的流體從最上面的管子流入，從最下面的管子流出，與外面的冷卻水進(jìn)行換熱。在下流過程中，冷卻水可收集再進(jìn)行重新分配。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)便宜，耐高壓，便于檢修、清洗，傳熱效果好。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外。用途：用途：用于冷卻或冷凝管內(nèi)液體。圖7.30 噴淋式換熱器 4、套管式換熱器結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：直徑不同的金屬管裝配成的同心套管?？筛鶕?jù)換熱要求串聯(lián)使用。程數(shù)可依傳熱面積的大小而增減，并可數(shù)排并列。冷、熱流體一般呈逆流流動，平

27、均傳熱溫差大，并可達(dá)到較高的流速，形成湍流，具有較高的傳熱系數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，能承受較高壓力，應(yīng)用靈活；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不緊湊，耗材多，占地面積大，難以構(gòu)成很大的傳熱面積；用途：用途：廣泛用于超高壓生產(chǎn)過程，可用于流量不大，所需傳熱面積不多的場合。 螺旋套管換熱器工業(yè)上使用最廣泛的一種換熱設(shè)備。工業(yè)上使用最廣泛的一種換熱設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：單位體積的傳熱面積、處理能力和操作彈性大，適應(yīng)能力強(qiáng)，尤其在高溫、高壓和大型裝置中采用更為普遍。5、列管式換熱器 是利用液體混合物中各組分是利用液體混合物中各組分揮發(fā)性的差揮發(fā)性的差異異（表現(xiàn)為（表現(xiàn)為沸點(diǎn)沸點(diǎn)的差異），通過的差異），通過加熱加熱使其部

28、使其部分汽化，從而在汽相中富集輕組分（易揮發(fā)、分汽化，從而在汽相中富集輕組分（易揮發(fā)、沸點(diǎn)低），液相中富集重組分（難揮發(fā)、沸沸點(diǎn)低），液相中富集重組分（難揮發(fā)、沸點(diǎn)高），使液體混合物中各組分得以相對點(diǎn)高），使液體混合物中各組分得以相對分分離離的一種化工的一種化工單元操作單元操作。 蒸餾操作的原理：4 蒸餾必有：必有：yAxA,yBxB即：即：BABAxxyy依據(jù)：依據(jù)：蒸餾是利用混合物中各組分揮發(fā)性的差蒸餾是利用混合物中各組分揮發(fā)性的差異。異。概述工業(yè)上連續(xù)精餾過程工業(yè)上連續(xù)精餾過程板式塔板式塔)1 (000ABBBBAAAxpxppxppp pA A， p pB B 平衡汽相中平衡汽相中A

29、A、B B組分的分壓，組分的分壓，PaPa；p pA A0 0 ，p pB B0 0 溶液溫度下純?nèi)芤簻囟认录兘M分的飽和蒸汽壓，組分的飽和蒸汽壓，PaPa；x xA A ， x xB B 平衡液相中平衡液相中A A、B B組分的摩爾分率。組分的摩爾分率。 （x xA Ax xB B1 1）拉烏爾定律：拉烏爾定律：（一定溫度下一定溫度下A AB B兩組分溶液汽液平衡時(shí)）兩組分溶液汽液平衡時(shí)）拉烏爾定律：拉烏爾定律：在一定溫度下，汽相中任一組分的分在一定溫度下，汽相中任一組分的分壓等于此純組分在該溫度下的蒸汽壓乘以壓等于此純組分在該溫度下的蒸汽壓乘以 它在溶液中的摩爾分率。它在溶液中的摩爾分率。揮

30、發(fā)度與相對揮發(fā)度揮發(fā)度與相對揮發(fā)度BBBAAAxpvxpv ,揮發(fā)度揮發(fā)度v v ：表示物質(zhì)揮發(fā)難易程度：表示物質(zhì)揮發(fā)難易程度 （1 1）純組分的揮發(fā)度）純組分的揮發(fā)度: :一般指其飽和蒸汽壓一般指其飽和蒸汽壓 （2 2）溶液中各組分揮發(fā)度）溶液中各組分揮發(fā)度: :oAAAoAApxxp對理想溶液：對理想溶液：oBBp2.2.相對揮發(fā)度相對揮發(fā)度（Relative volatilityRelative volatility） 指溶液中易揮發(fā)組分與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比：指溶液中易揮發(fā)組分與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比：BBAABApxxp 理想溶液：理想溶液：00BApp標(biāo)志著分離的難易程度，標(biāo)志著

31、分離的難易程度，11： 愈大于愈大于1, 1, 物系愈易分離；愈接近于物系愈易分離；愈接近于1, 1, 愈不易分愈不易分離；離； =1, y1, yx x，即汽液相組成相同（兩組分形成，即汽液相組成相同（兩組分形成恒沸恒沸物物），此時(shí)無法用普通蒸餾方法分離。如乙醇水溶），此時(shí)無法用普通蒸餾方法分離。如乙醇水溶液恒沸點(diǎn)在液恒沸點(diǎn)在x=0.894x=0.894（質(zhì)量分率為（質(zhì)量分率為0.9560.956）。）。1. 1. 溫度組成圖（溫度組成圖（t t x x y y圖圖) ) 總壓總壓P P一定的條件下，平衡時(shí)液相組成一定的條件下，平衡時(shí)液相組成x x、汽相組成、汽相組成y y與溫度與溫度t t

32、的關(guān)系（根據(jù)相律，此時(shí)只有一個(gè)獨(dú)立變量）。的關(guān)系（根據(jù)相律，此時(shí)只有一個(gè)獨(dú)立變量）。兩條曲線：兩條曲線：飽和蒸汽線（露點(diǎn)線）飽和蒸汽線（露點(diǎn)線） y yA A t t 關(guān)系曲線關(guān)系曲線飽和液體線（泡點(diǎn)線）飽和液體線（泡點(diǎn)線）x xA A t t 關(guān)系曲線關(guān)系曲線三個(gè)區(qū)域：三個(gè)區(qū)域：液相區(qū)（冷液體區(qū)）液相區(qū)（冷液體區(qū)）氣液共存區(qū)（兩相區(qū)）氣液共存區(qū)（兩相區(qū)）氣相區(qū)（過熱蒸汽區(qū)）氣相區(qū)（過熱蒸汽區(qū)）二、兩組分溶液的汽液平衡相圖二、兩組分溶液的汽液平衡相圖2. x2. x y y圖（汽液平衡線圖）：圖（汽液平衡線圖）：可由可由t t x x y y圖得到圖得到對角線（對角線（y=xy=x）為輔助）為

33、輔助線；線；對于大多數(shù)溶液，兩對于大多數(shù)溶液，兩相平衡時(shí)，相平衡時(shí)，y y總是大于總是大于x x，故平衡線位于對角線上故平衡線位于對角線上方；方； x x y y曲線上各點(diǎn)具有不曲線上各點(diǎn)具有不同的溫度（同的溫度（t t1 1t t2 2） ；平衡線離對角線越遠(yuǎn)，平衡線離對角線越遠(yuǎn)，揮發(fā)性差異越大，揮發(fā)性差異越大，越越大于大于1 1，物系越易分離。，物系越易分離。 壓力對壓力對x x y y圖的影響：壓力增加，平衡線靠近對角線，圖的影響：壓力增加，平衡線靠近對角線，分離難度增大。所以對于一些難分離物系采用真空蒸餾。分離難度增大。所以對于一些難分離物系采用真空蒸餾。123123ppp壓力增加壓力

34、增加精餾段：精餾段：進(jìn)料板以上的進(jìn)料板以上的塔段塔段進(jìn)料板：進(jìn)料板：原料液進(jìn)入的原料液進(jìn)入的那層塔板那層塔板提餾段：提餾段：進(jìn)料板以下進(jìn)料板以下（包括進(jìn)料板）的塔段（包括進(jìn)料板）的塔段4 4、工業(yè)連續(xù)精餾裝置：、工業(yè)連續(xù)精餾裝置： 板式塔板式塔塔板回流：回流：提供不平衡的氣提供不平衡的氣液兩相，液兩相，包括塔頂回流包括塔頂回流液、塔底回流汽液、塔底回流汽，是精，是精餾操作的基本條件。餾操作的基本條件。901）板式塔有效高度的計(jì)算全塔效率ETNT、NP:不包括塔釜全塔效率反映全塔傳質(zhì)性能的優(yōu)劣，是各層塔板的平均效率。影響全塔效率的因素很多，且非常復(fù)雜，因此目前不能用理論公式計(jì)算。ET的獲得：選用

35、經(jīng)驗(yàn)值；利用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。如P189奧康奈爾(Oconnell)關(guān)聯(lián)式。實(shí)際板數(shù)理論板數(shù)pTTNNETTpENN 9111nnMVnnyyEyy 11nnMLnnxxExx 單板效率(默弗里板效率)EM 以汽相(或液相)經(jīng)過實(shí)際板的組成變化值與經(jīng)過理論板的組成變化值之比。yn(yn)yn1xn(xn)xn-1n單板效率反映單獨(dú)一塊板上傳質(zhì)的優(yōu)劣。EM通過實(shí)驗(yàn)測定獲得。一般來說，每塊板上的單板效率并不相等，用汽相和液相表示的單板效率也不相等。92點(diǎn)效率EOv塔板上某點(diǎn)的局部效率。11nOVnyyEyy11nOLnxxExx y與流經(jīng)塔板某點(diǎn)的液相濃度x相接觸后而離開的氣相濃度；y與流經(jīng)塔板某點(diǎn)的

36、液相濃度x成平衡的氣相濃度； ny(y)yn1x (x)xn-1精餾與簡單蒸餾的區(qū)別：汽相和液相的部分回流。也是精餾操作的基本條件。提餾段：下降液體（包括回流液和料液中的液體部分）中的輕組分向汽相（回流）傳遞，而汽相中的重組分向液相傳遞，從而完成下降液體重組分的提濃。精餾原理 精餾段：汽相中的重組分向液相（回流液）傳遞，而液相中的輕組分向汽相傳遞，從而完成上升蒸氣的精制。料液, xF Feed塔頂產(chǎn)品, xDO v e r h e a d product塔底產(chǎn)品, xWB o t t o m s product液相回流Liquid reflux汽相回流Vapor reflux精餾段Rectif

37、ying section提餾段Stripping section再沸器Reboiler冷凝器condenser2294一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算 以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，對連續(xù)精餾塔作全塔物料衡算：FDWFDWFxDxWx總物料易揮發(fā)組分 F, xFD, xDW, xW式中：F、D、W原料液、塔頂餾出液、塔底釜?dú)堃旱牧髁?，kmol/hxF、xD、xW原料液、塔頂餾出液、塔底釜?dú)堃旱慕M成，摩爾分率95通常F、xF已知，xD、xW由分離要求確定。物料衡算式中各物理量單位要對應(yīng)。 流量 組成 kmol/h 摩爾分率 kg/h 質(zhì)量分率FFBFAFMFF);x(MxMMh/kmol,Fh/kg, F1

38、若將說明說明96 在精餾計(jì)算中，對易揮發(fā)組分或難揮發(fā)組分，有時(shí)還用回收率來表示，即：100%DDFDxFx(1)100%(1)WWFWxFx塔頂易揮發(fā)組分回收率塔底難揮發(fā)組分回收率97餾出液采出率WDWFxxxxFD釜?dú)堃翰沙雎蔉DFW1p進(jìn)料流率 F 和組成xF 以及釜液組成 xW 一定，餾出液中輕組分含量 xD值越大，餾出液流率 D 值就越小。p釜液流率和組成間存在類似關(guān)系。提高產(chǎn)品品質(zhì)是以降低產(chǎn)品產(chǎn)率為代價(jià)的。分離程度的表示：981nnDVLDVyLxDx總物料：輕組分如圖紅色范圍進(jìn)行算：物料衡DnDnnxDLDxDLLxVDxVLy1111RxxRRyDnn令 回流比 DLR 精餾段操

39、作線方程精餾段操作線方程二、精餾段操作線方程二、精餾段操作線方程 99斜率:VL1RR截距:說明說明描述了n與n+1層板間的操作關(guān)系，適用于精餾段內(nèi)任意兩板。當(dāng)R, D, xD為一定值時(shí),該操作線為一直線.1DRx過點(diǎn)a(xD, xD),b(0, )，xy圖上聯(lián)a、b點(diǎn)得精餾段操作線。1RxDyxxDab本方程只適用于符合恒摩爾流假定的物系100三、提餾段操作線方程 1mmWLVWLxV yWx總物料：輕組如圖紅色范圍內(nèi)作物：料衡算：分WmWmmxWLWxWLLxVWxVLy1 提餾段操作線方程提餾段操作線方程101 1WmmWxLyxLWLW說明說明描述提餾段內(nèi)相鄰兩板間的操作關(guān)系。L、W、

40、xm、xW一定時(shí)，為一直線，過點(diǎn)c (xW, xW)。L與L、F及進(jìn)料熱狀況q有關(guān)，所以不能直接在xy圖上作出提餾段操作線。本方程只適用于符合恒摩爾流假定的物系。102進(jìn)料熱狀況的影響進(jìn)料熱狀況的影響 原料液可能有五種熱狀況（見圖）：溫度低于泡點(diǎn)的冷液體（A）泡點(diǎn)下的飽和液體（B）溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的氣液混合物（C）露點(diǎn)下的飽和蒸氣（D）溫度高于露點(diǎn)的過熱蒸氣（E）一、進(jìn)料熱狀況103由于不同進(jìn)料熱狀況的影響，使進(jìn)料板處上升的蒸氣量和下降的液體量都發(fā)生變化，即精餾段上升蒸量與下降液量和提餾段有所區(qū)別（見圖）。 104 1. 冷液體原料溫度低于泡點(diǎn)進(jìn)料。原料全部進(jìn)入提餾段。L由三部分組成：L

41、F提餾段上升蒸汽冷凝液流量FLVLVFLLVV 105 2. 飽和液體（泡點(diǎn)進(jìn)料）原料溫度等于泡點(diǎn)。原料全部進(jìn)入提餾段。FLLVVFLVLV3. 氣液混合物 原料溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間。進(jìn)料中液相部分成為L的一部分，汽相部分成為V的一部分。FqF(1-q)FLVLVVV LL 106 4. 飽和蒸汽（露點(diǎn)進(jìn)料）原料溫度等于露點(diǎn)。原料全部進(jìn)入精餾段。FLVLVVVFLL FLVLVLL FVV5.過熱蒸汽原料全部進(jìn)入精餾段。V由三部分組成：VF精餾段回流液體部分汽化的蒸汽流量107二、加料板的物料及熱量衡算二、加料板的物料及熱量衡算1、進(jìn)料板進(jìn)行物料衡算和熱量衡算得FVLVLFVLVLFIV I

42、LIVIL I加料板F, IFL,ILV,IVL,ILV,IV則設(shè)LLVVIIII,VFVLIILLIIF108q,qLLqFVV(q-1)FVFVLIILLIIF令稱為進(jìn)料熱狀況參數(shù)則1VFVLIIqIIkmol將進(jìn)料變?yōu)轱柡驼魵馑璧臒崃吭弦旱那柶瘽摕?. q值的意義q的大小與進(jìn)料焓值 IF 直接相關(guān)。 1093.q值的計(jì)算 FSpmpAAFpBBFFSpApBmAAFBBFSAB1ttq1ccM xc M (1-x )ttc,c()2rr M xM (1-x )tr ,r()pmSFmmcttrrr 查查冷液體進(jìn)料泡點(diǎn)式中：比熱汽化潛熱110 FSS2tttq0pmFmctrLL

43、qF過熱蒸汽進(jìn)料露點(diǎn)提餾段中液體流量較精餾段中液體流動增大值原料流量或：以1kmol/h進(jìn)料為基準(zhǔn)時(shí)，提餾段中液體流量較精餾段中的增大的kmol/h數(shù)。111 對于飽和液體、汽液混和物及飽和蒸汽三種進(jìn)料狀況而言，q值就等于進(jìn)料中的液相分率（液化率）。l飽和液體：IF=IL q=1 L=L+F V=Vl飽和蒸汽： IF=IV q=0 V=V-F L-L=0；l汽液混合物：lILIFIV 0q1 LLL+F V-FVV 112三、加料熱狀態(tài)對操作線交點(diǎn)的影響 WqFLWLVqFLLVWxxVLyWnn1WqFLWxxWqFLqFLyWnn1提餾段操作線方程加料板處于精餾段和提餾段的結(jié)合處，因而進(jìn)料

44、的操作關(guān)系應(yīng)同時(shí)滿足精餾段和提餾段操作同時(shí)滿足精餾段和提餾段操作方程式，應(yīng)用兩操作線方程可導(dǎo)出以 q 值為參變量的交點(diǎn)軌跡方程。113由兩操作線方程WDWxxLyVDxLxVy相減 DWDxWxxLLyVV1FqFyqFxFx11Fxqyxqq q線方程或進(jìn)料方程線方程或進(jìn)料方程 q線方程是精餾段操作線和提餾段操作線交點(diǎn)的軌跡方程。加料熱狀態(tài)一定時(shí)，q 線方程式為一直線方程在xy圖上是過點(diǎn)e(xF,xF)，斜率為q/(q-1)的直線114四、進(jìn)料熱狀況對精餾操作過程的影響 隨進(jìn)料焓值增加，q 值減小， 則 q 線與精餾操作線的交點(diǎn)沿著精餾操作線朝 x、y 減小的方向移動。這意味著加料板位置下移

45、。 因 q 線與精餾段操作線的交點(diǎn)即為兩操作線的交點(diǎn)，僅需將此點(diǎn)與對角線上的 x=xW，y=xW 點(diǎn)聯(lián)結(jié)，即得提餾段操作線。eacbdq0q=00q101.0 xWxy1.0 xDzF不同加料熱狀態(tài)下的 q 線115116q值愈大，即進(jìn)料愈冷，精餾段愈短，操作過程較早地轉(zhuǎn)入提餾段，此時(shí)兩操作線與平衡線距離愈遠(yuǎn)，因而有利于分離；q值不同，不改變精餾段操作線的位置，僅改變了提餾段操作線的位置。 1173. 最小回流比隨著回流比R的減小，兩條操作線向平衡線移動，使得達(dá)到一定分離要求時(shí)，所需理論板數(shù)增多。當(dāng)回流比減少到某一數(shù)值時(shí)，兩操作線的交點(diǎn)d恰好落在平衡曲線上，見圖。因兩操作線交點(diǎn)不可能在平衡曲線

46、上，否則推動力為0，所需理論板數(shù)為無窮大，此時(shí)對應(yīng)的回流比稱為最小回流比，以Rmin表示。最小回流比：對于一定的分離任務(wù)，所需理論板為無窮多時(shí)所對應(yīng)的回流比。118qyqx119Rmin的求解方法：圖解法 正常平衡曲線： 讀取d點(diǎn)坐標(biāo)(xq,yq)qyqxqqqDminqDqDminminxyyxRxxyxRR1精餾段操作線斜率：120qqqDminxyyxR不正常平衡曲線： 過點(diǎn)a或點(diǎn)c作平衡線的切線。過點(diǎn)e作q線，q線與精餾段操作線的交點(diǎn)為d，讀取d點(diǎn)坐標(biāo)(xq,yq)。按下式計(jì)算：cc121解析法解析法以正常平衡曲線為例。qDqDminqqqDminqqqx)x( axxaRxyyxRx

47、 )(xy111111說明說明飽和液體進(jìn)料：q=1時(shí)，xq=xF飽和蒸汽進(jìn)料： q=0，yq=yF汽液混和物進(jìn)料：0qx或或A*Acc*AAppA由氣相向液相傳質(zhì)，吸收過程由氣相向液相傳質(zhì)，吸收過程*AApp 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)*AApp A由液相向氣相傳質(zhì)，解吸過程由液相向氣相傳質(zhì)，解吸過程吸收過程：吸收過程：yPyxABCxy*y*y對對吸收吸收而言：而言：若保持液相濃度若保持液相濃度 x不變，氣相濃度不變，氣相濃度 y最低只能降到與之相平衡最低只能降到與之相平衡的濃度的濃度 y*，即，即 ymin=y*；若保持氣相濃度若保持氣相濃度 y不變，則液相濃度不變，則液相濃度 x最高也只能升高到與

48、氣最高也只能升高到與氣相濃度相濃度 y相平衡的濃度相平衡的濃度 x*，即，即 xmax=x*。yxoy*=f(x)Pyxy*x*2、傳質(zhì)過程的限度 yxoy*=f(x)Qyxy*x*對對解吸解吸而言：而言：若保持液相濃度若保持液相濃度x不變，氣相濃度不變，氣相濃度y最高只能升到與之相平衡最高只能升到與之相平衡的濃度的濃度y*，即，即ymax=y*；若保持氣相濃度若保持氣相濃度y不變，則液相濃度不變，則液相濃度x最高也只能降到與氣相最高也只能降到與氣相濃度濃度y相平衡的濃度相平衡的濃度x*，即，即xmin=x*。（三）（三）確定過程的推動力確定過程的推動力（1）吸收過程推動力的表達(dá)式）吸收過程推

49、動力的表達(dá)式*AAppy-y*或或x*-x或或A*Acc（2）在）在xy圖上圖上APyy*xx*傳質(zhì)推動力的表示方法可以不同，但效果一樣。 (x*-x)：以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動力。 對吸收過程：(y-y*)：以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的傳質(zhì)推動力；未達(dá)平衡的兩相接觸會發(fā)生相際間傳質(zhì)(吸收或解吸)，離平衡濃度越遠(yuǎn)，過程傳質(zhì)推動力越大，傳質(zhì)過程進(jìn)行越快。方法：用氣相或液相濃度遠(yuǎn)離平衡的程度來表征氣液相際傳質(zhì)過程的推動力。yxoy*=f(x)Pyxy*x*（y-y*）（x*-x）3、傳質(zhì)過程的推動力 o平衡線平衡線pcp*c*（1）以）以氣相組成差氣相組成差表表示示分壓差分壓差pp*摩爾分率差摩爾

50、分率差yy*摩爾比差摩爾比差YY*吸收過程總傳質(zhì)推動力可以有吸收過程總傳質(zhì)推動力可以有6種形式種形式：（2）以）以液相組成差液相組成差表表示示摩爾濃度差摩爾濃度差c*c摩爾分率差摩爾分率差x*x摩爾比差摩爾比差X*XzcDJddAABA AA在在z z方向上的濃度梯度（方向上的濃度梯度（kmol/mkmol/m3 3）/m/m；J JA A AA在在z z方向上的分子擴(kuò)散通量，方向上的分子擴(kuò)散通量， kmol/kmol/（mm2 2ss）；）；D DABAB組分組分A A在組分在組分B B中的中的擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)，mm2 2/s/s；負(fù)號負(fù)號表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反。表示擴(kuò)散方向與濃度梯

51、度方向相反。dzdcA菲克（費(fèi)克） Fick 定律（分子擴(kuò)散的基本定律）：A在擴(kuò)散方向上任一 點(diǎn)處的擴(kuò)散通量與該處A的濃度梯度成正比。比較一維穩(wěn)態(tài)比較一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)傅立葉定律傅立葉定律：dxdtQqdAd熱通量導(dǎo)熱系數(shù)溫度梯度（一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散）（一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散）分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律動量傳遞：牛頓粘性定律熱量傳遞：傅立葉定律質(zhì)量傳遞：費(fèi)克定律費(fèi)克定律dZdCDJAABAdydudxdtAQq“三傳”的相似性比較吸收塔內(nèi)氣液相流向：逆流與并流吸收塔內(nèi)氣液相流向：逆流與并流工業(yè)吸收塔一般采用工業(yè)吸收塔一般采用逆流逆流，在氣、液兩，在氣、液兩相進(jìn)、出塔濃度相同的情況下，逆流操相進(jìn)、出

52、塔濃度相同的情況下，逆流操作的平均推動力大于并流，這與間壁式作的平均推動力大于并流，這與間壁式換熱器中并流與逆流的情況是一致的。換熱器中并流與逆流的情況是一致的。但逆流操作時(shí)上升的氣體對借重力往下但逆流操作時(shí)上升的氣體對借重力往下流動的液體產(chǎn)生一曳力，阻礙液體向下流動的液體產(chǎn)生一曳力，阻礙液體向下流動，因而限制了吸收塔所允許的液體流動，因而限制了吸收塔所允許的液體流速和氣體流速。流速和氣體流速。G,YG,XG,YG,X逆流逆流并流并流GG為惰性氣體的摩爾流量為惰性氣體的摩爾流量kmol/skmol/s；L L為吸收劑的摩爾流量為吸收劑的摩爾流量kmol/skmol/s；Y Y、X X為氣、液相

53、中為氣、液相中A A的摩爾比。的摩爾比。1.1.全塔物料衡算全塔物料衡算：對溶質(zhì)：對溶質(zhì)A A有有下標(biāo)下標(biāo)“1 1”代表填料層下底截面（代表填料層下底截面（濃端濃端），），下標(biāo)下標(biāo)“2 2”代表填料層上頂截面（代表填料層上頂截面（稀端稀端）。）。一、物料衡算與操作線方程一、物料衡算與操作線方程1221LXGYLXGYGG, , Y Y2 2GG, , Y Y1 1L L, , X X1 1L L, , X X2 2GG, , Y YL L, , X X濃端濃端稀端稀端溶質(zhì)的吸收率或回收率為：溶質(zhì)的吸收率或回收率為：121/ )(YYY )1 (12YY若若GGA A 為吸收塔的傳質(zhì)負(fù)荷，即氣體

54、通過填料塔為吸收塔的傳質(zhì)負(fù)荷，即氣體通過填料塔時(shí)單位時(shí)間內(nèi)溶質(zhì)被吸收的量時(shí)單位時(shí)間內(nèi)溶質(zhì)被吸收的量 kmol/skmol/s，則，則 )()(2121XXLYYGGA則則GG為惰性氣體的摩爾流量為惰性氣體的摩爾流量kmol/skmol/s；L L為吸收劑的摩爾流量為吸收劑的摩爾流量kmol/skmol/s；Y Y、X X為氣、液相中為氣、液相中A A的摩爾比。的摩爾比。22XGLYXGLY11XGLYXGLYLXGYLXGY112.2.部分塔段物料衡算與操作線方程部分塔段物料衡算與操作線方程若在任一截面與塔頂端面間作溶質(zhì)若在任一截面與塔頂端面間作溶質(zhì)A A的物料衡算，則有的物料衡算，則有 上兩

55、式均稱為逆流吸收塔的上兩式均稱為逆流吸收塔的操作線方程操作線方程，表明塔內(nèi)任一截面上的氣、，表明塔內(nèi)任一截面上的氣、液相組成液相組成Y Y與與X X之間成直線關(guān)系。之間成直線關(guān)系。（L/GL/G）稱為吸收塔的）稱為吸收塔的液氣比液氣比，也是操作線的斜率。，也是操作線的斜率。取填料層中任一截面與塔底端面之間的塔段進(jìn)行物取填料層中任一截面與塔底端面之間的塔段進(jìn)行物料衡算，則有料衡算，則有GG, , Y Y2 2GG, , Y Y1 1L L, , X X1 1L L, , X X2 2GG, , Y YL L, , X X在填料塔內(nèi)氣液組成沿塔高連續(xù)變化，在塔內(nèi)任在填料塔內(nèi)氣液組成沿塔高連續(xù)變化，

56、在塔內(nèi)任一截面上氣液兩相組成相互制約，滿足一定的關(guān)一截面上氣液兩相組成相互制約，滿足一定的關(guān)系，這個(gè)關(guān)系稱為系，這個(gè)關(guān)系稱為操作關(guān)系操作關(guān)系。二、吸收劑的用量與最小液氣比二、吸收劑的用量與最小液氣比在吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算中，氣體處理量在吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算中，氣體處理量GG，以及進(jìn)、出塔氣相組成，以及進(jìn)、出塔氣相組成Y Y1 1、Y Y2 2 由設(shè)計(jì)任務(wù)給定，吸收劑入塔組成由設(shè)計(jì)任務(wù)給定，吸收劑入塔組成X X2 2 則是由工藝條件決定或設(shè)計(jì)則是由工藝條件決定或設(shè)計(jì)人員選定。人員選定。吸收劑用量吸收劑用量L L 或液氣比或液氣比 L/G L/G 是一個(gè)待確定的重要參數(shù)是一個(gè)待確定的重要參數(shù)。Y YX X

57、o oY Y1 1X X2 2Y Y2 2L /L /GGY-YY-Y* *(L/G)(L/G)minminL/G L/G 對操作線的影響：對操作線的影響：L/G L/G ，操作線向右移動，與，操作線向右移動，與平衡線的距離平衡線的距離 ，塔內(nèi)傳質(zhì)推，塔內(nèi)傳質(zhì)推動動 ，完成一定分離任務(wù)所需，完成一定分離任務(wù)所需塔高塔高 ，設(shè)備費(fèi)用設(shè)備費(fèi)用 ；但循環(huán)再；但循環(huán)再生生操作費(fèi)用操作費(fèi)用 。X X1 1* *減小減小由全塔物料衡算式由全塔物料衡算式 2211XYYLGX可知吸收劑出塔濃度 X1 與吸收劑用量 L 是相互制約的。最小液氣比最小液氣比( (L/GL/G) )minmin當(dāng)當(dāng) L/GL/G下

58、降到某一值時(shí)，操作線將與平衡線相交于下降到某一值時(shí)，操作線將與平衡線相交于Y YY Y1 1上，對應(yīng)上，對應(yīng)的的 L/GL/G稱為最小液氣比稱為最小液氣比(L/G)(L/G)minmin，對應(yīng)的吸收劑用量稱為最小吸，對應(yīng)的吸收劑用量稱為最小吸收劑用量收劑用量L Lminmin 。最小液氣比的求法最小液氣比的求法對規(guī)則的平衡線，若平衡關(guān)系為對規(guī)則的平衡線，若平衡關(guān)系為Y Y* *=mX=mX2*121minXXYYGL2121minXmYYYGLo oY Y1 1X X2 2Y Y2 2Y-YY-Y* *(L/V)(L/V)minminX X1 1* *在在最小液氣比最小液氣比下操作時(shí)，在塔的某

59、截面上（塔底或塔內(nèi)）氣、液兩相達(dá)平衡，下操作時(shí)，在塔的某截面上（塔底或塔內(nèi)）氣、液兩相達(dá)平衡，傳質(zhì)推動力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)任務(wù)所需的傳質(zhì)推動力為零，完成規(guī)定傳質(zhì)任務(wù)所需的塔高為無窮大塔高為無窮大。對一定高度的塔而。對一定高度的塔而言，在最小液氣比下操作則不能達(dá)到分離要求。言，在最小液氣比下操作則不能達(dá)到分離要求。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般取根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般取min0 . 21 . 1GLGL現(xiàn)取高度為現(xiàn)取高度為d dZ Z 的微分填料層作物料衡算，溶質(zhì)的微分填料層作物料衡算，溶質(zhì)A A在單位時(shí)間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的量為在單位時(shí)間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的量為 d dGGA AGG, , Y Y2 2GG, ,

60、 Y Y1 1L L, , X X1 1L L, , X X2 2Y Y X XZ ZY+Y+d dY Yd dZ ZX+X+d dX X 填料塔中填料的作用在于提供氣、液兩相傳質(zhì)面積，設(shè)填料塔中填料的作用在于提供氣、液兩相傳質(zhì)面積，設(shè)塔的截面塔的截面積積為為 （mm2 2），填料），填料層高度層高度為為Z Z（mm），單位體積填料層所提供的有），單位體積填料層所提供的有效氣液接觸面積（效氣液接觸面積（填料層的有效比表面積填料層的有效比表面積）為）為a a（mm2 2/m/m3 3），則該塔），則該塔所能提供的傳質(zhì)面積為所能提供的傳質(zhì)面積為 ZaZa（mm2 2）. .XLYGGAddd填料層