【化工原理 課件】傳質與分離工程復習

1、1,基本概念,氣液相平衡,道爾頓（Dalton）分壓定律 拉烏爾(Raoult)定律,揮發(fā)度 v,相對揮發(fā)度,了解揮發(fā)度、相對揮發(fā)度的定義,精 餾,2,簡單蒸餾和平衡蒸餾,了解兩種蒸餾的特點、物料衡算式等,氣液相平衡方程,3,精餾的流程,思考：由塔頂?shù)剿?，板間氣液相濃度如何變化？溫度、塔內壓強如何變化？,精餾原理,利用各組分揮發(fā)能力的差異，通過氣液相的回流，在熱能驅動和相平衡關系的約束下，使易揮發(fā)組分（輕組分）不斷從液相往氣相中轉移，而難揮發(fā)組分卻由氣相向液相中遷移，使混合物得到分離，稱該過程為精餾。,4,恒沸精餾和萃取精餾,掌握恒沸精餾與萃取精餾主要針對什么物系？,加入第三組分主要目的是什

2、么？,5,兩組分連續(xù)精餾的計算,6,精餾塔物料衡算方程,7,進料熱狀況對操作線的影響,1.進料熱狀況 5種進料熱狀態(tài) 2.進料熱狀況參數(shù),8,q線方程（進料方程） 當q為定值，改變塔操作回流比時，兩操作線交點軌跡即q線。,q值減小，NT如何變化？,9,回流比的影響,R增大時，精餾段操作線斜率R/(R+1)增大，操作線遠離平衡線， 傳質推動力增大，NT減少。 R的增加,塔內氣、液兩相流量增加，從而引起再沸器熱負荷提高。從而使精餾過程能耗增加，塔徑增加。 R，全回流，NT最小。 Rmin（最小回流比）， NT=,10,Rmin的求法,圖解法 （xe,ye)由平衡線和進料方程求得。 解析法 聯(lián)立求解

3、三方程,11,實際塔板數(shù)和塔板效率,全塔效率 ET=NT/NP 單板效率，默弗里（Murphree）效率,精餾塔中第n-1, n, n+1塊實際板板效率小于1。與Yn相平衡的液相濃度Xn*，則Xn* Xn。與X n+1相平衡的汽相濃度Y* n+1，則Y* n+1 Yn+1。,【思考】,12,精餾過程的節(jié)能措施 1. 回流比優(yōu)化 思考：回流比提高，精餾的總費用如何變化？ 2. 適宜進料位置 思考：精餾塔在一定條件下操作,試問將加料口向上移動兩塊塔板,此時塔頂和塔底產品組成將有何變化?為什么? 3. 進料熱狀況 4. 降低熱損失 5. 利用余熱,13,思考題參考答案,由塔頂?shù)剿瑲庖合酀舛戎饾u降

4、低，溫度，壓強升高 小于；大于 回流比增大，則設備費先下降后上升，操作費用提高，總費用先下降后提高。 當加料板從適宜位置向上移兩層板時，精餾段理論板層數(shù)減少，其它條件不變時，分離能力下降，XD，易揮發(fā)組分收率降低，XW。,14,第二章 吸 收,基本概念,吸收基本原理 各組分在溶劑中溶解度的差異 吸收過程中氣液相平衡（用溶解度表示） 了解影響氣體溶解度的因素 溶質的性質、分壓、總壓、溫度等 吸收過程的氣液相平衡方程 亨利定律,15,掌握亨利定律的三種表達形式 掌握幾個系數(shù)E、H、m之間的轉換關系，影響因素 相平衡在吸收中的應用 判斷過程的方向、推動力和過程的極限,16,吸收過程的傳質機理 等分子

5、反向擴散、單向擴散、渦流擴散及速率方程 吸收過程傳質模型及傳質速率表達 掌握有效膜模型要點，總傳質速率方程 掌握總傳質系數(shù)與膜傳質系數(shù)的關系,17,總傳質系數(shù)與膜傳質系數(shù)的關系,18,氣膜阻力控制、液膜阻力控制 思考：易溶性、難溶性氣體分別受什么阻力控制，強化手段有哪些？ 當系統(tǒng)為氣膜控制時，提高吸收劑用量時，Kya值有何變化？系統(tǒng)為液膜控制時，Kya值有何變化？ 吸收過程的強化措施 提高傳質系數(shù)、推動力、傳質面積，具體措施？,19,操作線方程（物料恒算） 最小液氣比的計算,吸收塔的計算,溶劑用量的確定,重點是出塔濃度、溶劑用量、填料層高度的計算,20,傳質單元高度的確定,填料層高度的計算,2

6、1,傳質單元數(shù)的確定,（1）平均推動力法：,（確定塔頂、塔底的推動力）,22,（2）脫吸因數(shù)法：,在低濃度難溶氣體的逆流吸收塔中，若其他條件不變，而入口液體量增加，則此塔的液相傳質單元數(shù)NOL將 ，氣體出口濃度 。,23,常壓填料逆流吸收塔，用清水吸收混合氣中的氨，混合氣入塔流量V為84kmol/h，入塔氣體濃度y1為8，吸收率不低于98。在操作條件下的平衡關系為y=1.5x，總傳質系數(shù)Ky=0.45kmol/m2.h.y。 （1）若吸收劑用量為最小用量的1.2倍，求溶液出塔濃度x1。 （2）若塔徑為1.2m，填料有效比表面積為200m2/m3，求所需填料層高度。 （3）若V，y1, 及x1不

7、變，而吸收劑改為含氨0.1%的水溶液時，填料層高度有何變化？定量計算分析。（Ky可視為不變，以上濃度均為mol%）,24,解：由已知條件：y2=0.02y1, x2=0 由全塔物料恒算： L（x1-x2）=V（y1-y2） 所以：x1=0.044 （2）,25,26,（3）HOG不變，只需計算NOG,27,某廠使用填料塔，以清水逆流吸收某混合氣體中的有害組分A。已知塔層高度為8m。操作中測得進塔混合氣組成為0.06(組分A的摩爾分率,以下同)，出塔尾氣中組成為0.008，出塔水溶液組成為0.02。操作條件下的平衡關系為y=2.5x。試求：（1）該塔的氣相總傳質單元高度；（2）該廠為降低最終的尾

8、氣排放濃度，準備另加一個塔徑與原塔相同的填料塔。若兩塔串聯(lián)操作，氣液流量和初始組成均不變，要求最終的尾氣排放濃度降到0.005，求新加塔的填料層高度。,28,解:（1）由已知條件：y1=0.06；y2=0.008；x1=0.02；x2=0,29,（2）氣液流量、初始組成和塔徑均不變，可認為HOG不變。只需計算NOG。 出塔液相濃度x1可由物料恒算求得，y2 =0.005： L（x1-x2）=V（y1-y2） x1=（V/L）（ y1-y2 ）+x2= 0.055（V/L） 而L（x1-x2）=V（y1-y2） 推出： V/L=0.02/0.052=0.385 x1=0.0212,30,有一吸收

9、塔，填料層高度為3m，在常壓、20用清水來吸收氨和空氣混合氣體中的氨。吸收率為99%，進口氣體中含氨6%（體積%），進口氣體速率為580，進口清水速率為770，假設在等溫條件下逆流吸收操作，平衡關系，且與氣體質量流速的0.8次方成正比，分別計算改變下列操作條件后，達到相同分離程度所需填料層高度。 （1） 將操作壓強增加一倍（P=202.6kPa），其他條件不變。 （2） 將進口清水量增加一倍，其他條件不變。 （3）將進口氣體流量增加一倍，其他條件不變。,31,首先通過已知Z=3m，以及未改變條件時的數(shù)據(jù)，和Z的計算公式，求出KG，然后通過改變條件，對Z計算式各種參數(shù)的影響，分別計算新的Z。 從

10、上式看出： （1） 總壓P對m有影響，對Z有影響。 （2） 液體流量L，對Z有明顯影響。 （3）氣體流量V，對Z有影響。,解題思路,32,解題過程：一、求現(xiàn)有條件下的 KG,33,二分別計算： (1) P=2026kPa, 由于亨利定律E與P無關 E=mP=mP,34,35,此題復習了以下幾點內容： 1、總壓對相平衡常數(shù)的影響，P增加，m減小，平衡線遠離操作線，推動力增大，Z減小，由3m減少至1.184m 2、液體流量增大，斜率增大，推動力增大，Z減小 3、氣體流量增大，斜率L/V減小，推動力減少，NOG增大 氣體流量增大，總傳質系數(shù)KGa也增大20.8, HOG增大 20.2,36,塔設備,

11、塔板的零部件 填料的類別 塔板上氣液相流程 溢流堰、降液管的作用 塔板上不正常的操作現(xiàn)象以及影響 塔板負荷性能圖以及意義,37,干燥過程的分類及特點 濕空氣性質 濕度、焓、濕比熱、濕比容的定義和計算； 干球溫度、濕球溫度、露點溫度和絕熱飽和溫度的定義 以及之間的關系。,第四章 干 燥,干燥的基本原理,38,I-H圖的使用 I-H圖中各條線的含義； 確定空氣的狀態(tài)參數(shù)、狀態(tài)點、狀態(tài)變化過程。 物料中的水分 濕基含水量、干基含水量的表達式； 平衡水分和自由水分之間的關系； 結合水分和非結合水分之間的關系 恒定干燥條件下的干燥曲線和干燥速度曲線 了解恒速段、降速段的特點；臨界含水量的影響因素,思考：

12、如何提高干燥速率？（恒速段、降速段）,39,提高熱效率的途徑 降低空氣出口的溫度；余熱利用；減少各種熱損失等。,40,基本干燥過程計算,干燥過程的物料衡算 干燥產品量G2；水分蒸發(fā)量W；新鮮空氣的消耗量 熱量衡算 預熱器的熱量恒算Qp： QpL（I1I0） 干燥器的熱量恒算QD：,重點是絕熱干燥過程的熱量恒算： I1=I2,41,干燥時間的計算 恒速段干燥時間的計算；降速段干燥時間的計算,42,有一連續(xù)干燥器在常壓下操作，生產能力為1000kgh-1（以干燥產品計）物料水分由12%降為3%（均為濕基）物料溫度則由15至28，絕干物料的比熱為1.3KJkg-1絕干料，空氣的初溫為25，濕度為0.

13、01kgkg-1絕干空氣，經預熱器后升溫至70，干燥器出口廢氣為45，設空氣在干燥器進出口處焓值相等，干燥系統(tǒng)熱損失可忽略不計，試求： 在H-I圖上（或t-H圖上）示意畫出濕空氣在整個過程中所經歷的狀態(tài)點； 空氣用量（m3h-1）（初始狀態(tài)下）； 為保持干燥器進出口空氣的焓值不變，是否需要另外向干燥器補充或移走熱量？其值為多少？,43,qmG2=1000, w1=12%, w2=3%, 1=15, 2=28, Cs=1.3, t0=25, H0=0.01, t1=70, t2=45, I1=I2 qmGc=1000(1-0.03)=970, x1=12/88=0.136, x2=3/97=0.0309 qmw=970(0.136-0.0309)=97.5 I1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0=(1.01+1.880.01)70+24900.0196.9 I2=(1.01+1.88H2)45+2490H2=45.5+2574.6H2=96.9 H2=(96.9-45.5)/2574.6=0.02 qmL=9750(1+0.01)=9343,解：,44,qmLI1+QD+qmGcI1=qmLI2+qmGcI2 qmL(I1-I