化工原理（下册）概念复习.doc

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1、第五章 气体吸收气体吸收操作的主要目的是分离气体混合物的组分。气体吸收是气体溶解于液体的过程。解吸操作中溶质气体的转移方向是自液相至气相。吸收解吸对一定的气、液体系，温度升高，气体溶解度减小。有利于吸收有利于解吸五、溶剂的选择p229吸收操作对吸收剂的要对欲吸收的溶质气体的溶解度大，选择性好，溶解度随温度改变的变化大，挥发度小，无毒，价廉易得。5.2气液相平衡亨利定律稀溶液p*=Exp*=c/Hy*=mxm=E/P如总压1atm（绝压），20的空气与水长期接触，则水中O2的摩尔分数x=5.2410-6，E=4.01104atm，空气中O2的摩尔分数y=0.21如含有79（体积）N2的空气与水接

2、触，温度为25，总压为100kPa，查得亨利系数E8.76105kPa,则液相中N2的平衡浓度C*5.0110-4 kmol/m3。5.2.2 相平衡与吸收过程的关系（yy*）以气相浓度差表示的吸收推动力；若相平衡常数为m，塔某截面的气液相含易溶组分的摩尔分数为y与x，当以y-y*表示总推动力，y*= mx。（x*-x）以液相浓度差表示的吸收推动力。对塔任一气液浓度分别为y,x的截面，相际传质推动力为(x*-x)，x*y/m5.3 分子扩散费克定律T、P一定的一维定态: 对于二元物系，设A为溶质气体，B为惰气，二者摩尔浓度之和为常量，CACB恒值，则分子扩散系数DAB与DBA的关系是DAB=D

3、BA，由费克定律算出A与B 的分子扩散速率JA与。二者关系是= 。 非电解质稀溶液，液相分子扩散系数DAB与绝对温度的1次方成正比对非电解质稀溶液，液相分子扩散系数D与黏度的1次方成反比。气体分子扩散系数5.3.2 分子扩散传质速率一、 等分子反向扩散等摩尔相向扩散体现在气体解吸操作中二、 分子扩散单向传质1主体流动吸收中分子扩散单向传质的物质扩散过程须考虑“主体流动”。在分子扩散的气体吸收过程中，除了有溶质气体A分子与惰气B分子的等摩尔相向扩散外，尚存在着气相的主体流动。漂流因子:气体吸收过程中，由于有主体流动，溶质气体的传质速率须考虑“漂流因子”。“漂流因子”值恒大于1。当气相中溶质气体的

4、浓度愈高则“漂流因子”的值愈大。在分子扩散的气体吸收过程中，按费克定律算得的A的分子扩散速率为JA，实际A的传质速率为NA,二者关系是NAJA5.4.2 对流传质理论一、 双膜理论双膜论的要点是 在紧邻气液界面的两侧，流体均为层流 可把层流层适当延伸，使湍流、过渡流的传质阻力折合为当量的层流传质阻力，倂入原层流层，形成“有效层流膜” 过程定态双膜论假设气液两相接触且流动时，在界面两侧均存在着层流，这一论点已被实验否定5.4.4 总传质系数NA=Ky(y-y*)1/Ky =1/ky+m/kx1/Ky:两膜总阻力1/ky：气膜阻力m/kx：液膜阻力易溶气体气膜控制：KykyNA=Kx (x*-x)

5、1/Kx =1/mky+1/kx1/Kx:两膜总阻力1/mky：气膜阻力1/kx：液膜阻力难溶气体液膜控制：Kxkx必须知道ky、kx与m，才能判断某吸收过程属气相或液相控制。如ky0.013kmol/(s.m2)，kx=0.026 kmol/(s.m2),相平衡常数m=100,则气相阻力占总阻力的多少?（1/ky）/（1/Ky ）=1.965.5低浓度气体吸收低浓度气体吸收的特点是全塔L、V不变，等温，、不变。5.5.3 物料衡算一、 全塔物料衡算G(y1-y2)=L(x1-x2)溶质吸收率：=( y1-y2)/y1二、 操作线方程逆流：G(y-y2)=L(x-x2)y=L/G (x1-x2

6、)+ y2 直线三、 吸收剂用量的确定(L/G)min(y1-y2)/(x1*-x2)5.5.4 填料层高度计算一、 气膜控制体系HOG=G/Kya 气相总传质单元高度，单位mkya的单位是 kmol/(s.m3) 气相总传质单元数，无因此H=HOG*NOG二、 液膜控制体系HOL=L/Kxa 液相总传质单元高度，单位m 液相总传质单元数，无因次H=HOL*NOL5.5.6 传质单元数的计算一、对数平均推动力法p248二、吸收因数法（解析法）1/A=mG/L=m/(L/G)解吸因数A=L/mG=(L/G)/m吸收因数逆流填料解吸塔，AL/(mG)1，当填料层无限增高，其它条件不变，则气液在塔顶

7、平衡气液逆流解吸塔，AL/(mG)1,若填料层无限高，其它操作条件不变，则气液在塔底平衡5.5.7 吸收塔的设计型计算三、吸收塔的操作与调节1）某逆流吸收塔气液流量与进口浓度均不变，操作温度下降，则出塔气体浓度y2将下降。2）逆流吸收塔，气相控制，当液、气摩尔流量L、G按原来比例同时增大，气液进塔浓度不变，其它操作条件不变，则出塔气体浓度y2升高3)气液逆流填料塔吸收，液相控制，液、气摩尔流量不变，只有进塔气体浓度y1增加，其它操作条件不变，则出塔气相浓度y2增大第六章液体蒸馏蒸馏分离的依据是不同组分的挥发能力有差异。6.1.1蒸馏概述相对挥发度ABAB=A/B汽相为理想气体AB =(yA/y

8、B)/ (xA/xB)相对挥发度 。yA=xA/1+(-1)xA相平衡方程6.2双组分溶液的汽液相平衡 拉乌尔定律pA=p0AxAxA=(P-p0B)/(p0A- p0B)泡点方程：描述平衡时温度与汽相组成的关系yA= pA/P= p0AxA/P=(p0A/P)(P-p0B)/(p0A- p0B)露点方程：描述平衡时温度与液相组成的关系6.4 精馏 6.4.1、精馏过程一 精馏流程和原理2 全塔物料衡算连续定态过程总物料：F=D+W轻组分：Fzf=DxD+WxW用连续精馏塔处理含苯30 (均为摩尔百分数，下同)的混合液。要求馏出液含苯95，残液含苯1.5且馏出液流量为10kmol/h残液流量W

9、=22.81kmol/h2 操作线方程对板式塔精馏操作，操作线表示任一塔板同一侧的汽、液组成（摩尔分数）y与x的数量关系。（1） 精馏段操作线方程精馏段操作线是对包括冷凝器在的任意精馏塔段作易挥发组分的物料衡算导出的。回流比R=L/DL=RD V=(R+1)D（2）提馏段操作线方程yn= (L/V)xn-1 (W/V)xW4 加料板过程分析(1)加料的热状态冷进料：t 1泡点进料： tt泡点 q=1汽液混合进料：t泡点tt露点 0qt露点 q1,则精馏段液相流量L为回流的液相流量LR的qR 倍，L与LR的单位都是kmol/s间歇精馏有哪两种典型的操作类型有恒XD与恒R两种。第七章 塔设备一、填

10、料塔结构与作用常用填料 环形 （拉西环、鲍尔环、阶梯环）二、板式塔常见的作为气液传质设备的板式塔类型有筛板塔，浮阀塔。筛板塔筛板塔的液流形式有三种，即单流型，双流型，与U形流型。在筛板塔操作中，液相是靠重力由塔顶流至塔底，气相则是靠压差由塔底流至塔顶。筛板塔的主要结构：P3321. 筛孔：提供气体上升的通道；筛板塔的筛孔直径d038mm。筛板塔上孔心距t与孔径d0之比一般为34。筛板塔的筛板上通常按正三角形规则钻孔。入口安定区：倾向性漏夜（液层厚）。筛板塔在液相离开降液管刚入筛板时，设置有一狭长的不开孔的安全区，目的是防止倾向性漏液。出口安定区：排气。筛板塔在靠近溢流堰处设置狭长的不开孔的安全

11、区，其目的是防止进降液管的液相中含气泡过多固定区：不开孔2. 溢流堰：维持塔板上一定高度的液层，以保证在塔板上气液两相有足够的接触面积；为了使筛板塔的塔板上液流均匀，要求溢流堰顶的液流厚度how6mm。筛板塔的溢流堰长与塔径之比lw/D0.60.8。3. 降液管：作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。当筛板塔操作时液流量超过液流量上限时，会产生如下后果液体在降液管中停留时间不足，气泡分离差。筛板塔正常操作的液流量上限是根据液相在降液管停留时间不足，不足以分离气体，造成轴向混合，降低塔板效率的考虑而确定的。液 泛定义：液体进塔量大于出塔量，结果使塔不断积液，直至塔充满液体，破坏塔正常操作，称为液

12、泛。筛板塔操作，若液流量小于液流量下限，会发生液泛。筛板塔操作，若液流量在正常操作区而气流量高出正常操作的上限，会发生过量液沫夹带或溢流液泛 溢流液泛即降液管液位升至上层塔板的溢流堰顶，其后果是淹塔。造成溢流液泛的原因，从结构上看降液管截面积太小，其下端堵塞，筛孔孔径小，孔数少，板间距小都是易发生溢流液泛的因素，操作上气、液负荷太大亦是主要的因素。漏液筛板塔操作，对一定的液流量L，若气流量V过小，会发生漏液现象。当气体孔速过小或气体分布不均匀时，使有的筛孔无气体通过，从而造成液体短路，大量液体由筛孔漏下。筛板塔的液沫夹带现象是用每kg干气所夹带的由下一塔板升至上一塔板的液体kg数值定量描述的。

13、过量液沫夹带的下限是=0.1 筛板塔的负荷性能图有液流量下限线 液流量上限线 漏液线 过量液沫夹带线 溢流液泛线5条线。在吸收或精馏操作中，塔器中发生的轴向混合对传质分离是不利因数。第八章 固体干燥8.1概述对流干燥过程的特点：热质同时传递热气对流给热给湿物料，湿物料对流传质给气流。气流干燥器仅适用于对颗粒状湿物料的干燥。8.2湿空气的性质和湿度图8.2.1、湿空气的性质一、湿空气的性质基准：1绝干空气。1 湿度（湿含量、绝对湿度）HH=0.622pw/(P-pw) 水/绝干气湿空气呈饱和状态：HS=0.622ps/(p-ps)已知总压p=101.3kPa，湿空气的露点td=40，40水的饱和

14、蒸汽压ps=7.377kPa，该湿空气的湿度H=0.0489kg/kg干气已知总压p=1atm，湿空气的露点td=40，湿空气的湿度H=0.0489kg/kg干气,40水的饱和蒸汽压ps=7.377kPa2 相对湿度定义=pW/ps(p=1atm,ttw(tas)td 饱和空气t=tw(tas)=td二湿度图1冷却与加热：等H2. 绝热增湿过程：等I湿空气经历过恒温、增湿过程，其相对湿度值必增大。8.3干燥过程的物料衡算和热量衡算8.3.1湿物料中含水量的表示方法湿基含水量，干基含水量XX=w/(1-w) ,w=X/(1+X) 湿物料处理量G1 kg/h蒸发水量W kg/h干燥产品量G2= G

15、1-W kg/h绝干物料量GC=G1(1-w1)= G2(1-w2) kg绝干料/h绝干空气流量L kg绝干气/h8.3.2物料衡算蒸发水量：W=GC(X1-X2)=L(H2-H1) kg/s绝干空气流量:L=W/(H2-H1) kg绝干气/s干燥产品量：G2=G1-W=G1(1-w1)/(1-w2)8.3.3热量衡算预热器的传热速率：QP=L(I1-I0)（忽略预热器热损失）I1=(1.01+1.88H0)t1+2500H0I0=(1.01+1.88H0)t0+2500H08.3.4 空气通过干燥器时的状态变化一等焓干燥过程（绝热干燥过程）理想干燥过程。（理想干燥器）理想干燥过程气体经历了等

16、焓的过程8.4.1物料的平衡湿含量p394平份指在一定热气体状态下，湿物料与之接触所达到的最低含水量。湿物料的平份一定是结合水份。8.4.2物料的干燥速率恒定干燥条件：干燥介质(热风)的温度、湿度、流速、物料的接触方式不变2） 干燥曲线2、干燥速率曲线（1）AB段:物料预热段（2）BC段：恒速干燥阶段恒速干燥阶段的湿物料表面的特点是润湿，温度为湿空气的tw。（3）CDE段：降速干燥阶段湿物料进入降速干燥阶段时，湿物料的特点是表面局部或全部的水分已消失，表面温度高于热风的tw,过程为部水份扩散控制。在恒定干燥条件下，若湿物料经历了恒速干燥与降速干燥两阶段，恒速干燥阶段，湿物料表面润湿，其表面温度为空气的tw，属外面条件控制。降速干燥阶段，物料表面局部或全部无水，表面温度升高，过程属部水份扩散控制。5、临界含水量X0 恒速段和降速段交点称为临界点，与该点对应的物料含水量称为临界含水量X0。即湿物料在干燥过程中的临界含水量X0是由恒速干燥转为降速干燥时湿物料的含水量。在一样的干燥条件下，若仅增加湿物料的堆积厚度，则临界含水量x0增大。以热空气流过湿物料表面对湿物料进行干燥操作。若空气状态一定，流速增大，则湿物料的临界含水量增大；若提高热空气温度，其它操作条件不变，则湿物料的临界含水量增大。8 / 8