化工原理(下)复习.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,化工原理复习,蒸馏,蒸馏：是分离,液体混合物,的典型单元操作。将液体部分汽化，利用各组分,挥发度,的不同从而使混合物达到一定的分离,易挥发组分,：,沸点低的组分，又称为轻组分,难挥发组分,：,沸点高的组分，又称为重组分,相对挥发度（,Relative Volatility,）,是指溶液中两组分挥发度之比，常以易挥发组分的挥发度为分子。,对于理想溶液：,理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两,纯组分的饱和蒸汽压之比。,相对挥发度的意义,其值的大小可用于判断某混合溶液能否用蒸馏方法加以分离以及分离的难易程度。,当,1,时，表示组分,A,较,B,容易挥发，,愈大，挥发度差异愈大，分离愈容易。,当,=1,时，气相组成与液相组成相同，不能用普通精馏方法加以分离。,=1,，相平衡关系为对角线；,越大，偏离对角线越远，,同一液相组分,x,对应的,y,值越,大，可以得到浓度较高的轻,组分，分离越容易；,上曲线：平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线（,露点曲线,）；,下曲线：平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线（,泡点曲线,）。,两曲线将图分成三个区域：液相区、过热蒸汽区、汽液共存区。,T-X(Y),x,1,(y,1,),t,4,B,H,J,A,t-x,t-,y,T,t,3,t,2,t,1,4,气液平衡图,(Graph of GL Equilibrium),4.1,温度,组成图（,t x y,图）,液相组成,x,气相组成,y,1,1,0,X Y,图,平衡线位于对角线的上方；,平衡线离对角线越远，表示该溶液越易分离。,注意：,总压对,t,-,y,-,x,关系比对,y,-,x,关系的影响大；,当总压变化不大时,总压对,y,-,x,关系的影响可以忽略不计,蒸馏中使用,y,-,x,图较,t,-,y,-,x,图更为方便。,4.2,汽液相平衡图,（,X Y,图）,x-y,图的分析,1.,当总压,P,变化时，因,t,随,P,变化大，,t-x-y,图形状变化较大。但,x,，,y,随总压,P,变化不大，所以,x-y,图使用较为方便；,2.,平衡时，一般汽相中,A,组分（易挥发组分）分率总是大于液相中,A,组分分率，所以,x-y,图向上突出，且平衡线越突出，表示汽相中,A,组分越多，分离效果越好；,3.,对角线作为参考，表示汽液相中,A,组分含量相等，两个端点中，,x=0,（,y=0,）,表示只有组分,B,，,x=1,（,y=1,）,表示只有组分,A,。,物料衡算,总物料,易挥发组分,联立解得,令：,，则有,液化分率,气化分率,精馏是多级分离过程，同时进行多次部分汽化和部分冷凝,混合液达到几乎完全的分离,精馏分离的依据和前提：混合液中组分间的,挥发度差异,精馏原理和流程,理论板是指离开该塔板的蒸汽和液体呈平衡状态的塔板。,理论板不存在的原因：气液间接触面积和接触时间是有限的，难以达到平衡状态。,理论板可作为衡量实际板分离效率的依据和标准。,二、理论塔板的概念,(Ideal plate or tray),在理论板上，,两相温度相等，组成互成平衡,。,上式即为,精馏段操作线方程,。它描述了任一板,(,第,n,层板,),的液体组成与自相邻的下一塔板,(,第,n+1,层,),上升的蒸汽组成之间的关系，为一线性关系，其中，斜率为,R/(R+1),，,截距为,x,D,/(R+1),。,第一相线,q,1,冷液体进料；,垂直线,q,=1,泡点进料；,第二相线,0,q,1,汽液混合物进料；,水平线,q,=0,饱和蒸汽进料；,第三相线,q,1,q=1,0 q 1,q=0,q,或,吸收）,解吸（,解吸）,相平衡状态即为传质过程的极限；,饱和状态即为传质过程的极限；,相平衡吸收过程的关系,计算过程的推动力,推动力 或,注意推动力,双膜理论,吸收过程机理,气相主体,液相主体,p,A,p,Ai,c,A,c,Ai,界面,气膜,液膜,传质方向,双膜理论,惠特曼（,W.G.Whitman,）在,19,世纪,20,年代提出的。,假设：,1.,相互接触的气液两相流体间存在稳定的相界面，界面两侧各有一层停滞的膜，吸收质以分子扩散的方式通过此两层膜，由气相主体进入液相主体。,2.,在相界面，气液两相达相平衡。,3.,在停滞膜以外的气液两相主体中，流体充分湍动，无扩散阻力，故浓度均匀；传质阻力集中在停滞膜内。,气膜控制和液膜控制,最小液气比的计算,传质单元高度与传质单元数,即：在高度等于传质单元高度的填料层内，吸收的平均推动力,与气相组成的变化相等。,传质单元高度的物理意义：,传质单元数的求法,传质单元数的求法,吸收例题,某吸收塔中,物系的平衡线方程为,Y=2.0X,，操作线方程为,y=3.5x+0.001,，当,y,1,=0.06,y,2,=0.0015,时,x,1,=_,x,2,=_,(L/,V),min,=_,气相传质单元数,N,OG,=_.,根据双膜理论，吸收速度取决于,，因此，要提高气液,两流体相对运动速率，可以,来增大吸收速率。,气体的亨利系数,E,值越大，表明气体（,b,）。,A.,越易溶解；,B.,越难溶解；,C.,溶解度适中,一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质,A,，,入塔气体 中含,A 1%,（摩尔分数），经吸收后溶质,A,被回收了,80%,，,此时水的用量为最小用量的,1.5,倍，平衡线为,y*=x,气相总传质,单元高度为,1m,试求填料层所需高度。,萃取,组成在三角形相图上的表示方法,方法,1,：过,M,点分别做三条边的平行线,A,的组分：线段,BE,或,SD,；,B,的组分：线段,AH,或,SG,；,S,的组分：线段,AK,或,BF,；,组成在三角形相图上的表示方法,方法,2,：过,M,点分别做三条边的垂线,A,的组分：线段,MF,；,B,的组分：线段,MJ,；,S,的组分：线段,ME,；,三角形相图上的溶解度曲线和联接线,注意点：,1,、若组分,B,与,S,完全不互溶，则点,L,和,J,分别与三角形的点,B,和,S,重合；,2,、溶解度曲线将三角形分为两个区域，曲线以内的区域称为,两相区,，曲线以外的区域称为,均相区,；,3,、两相区内混合液分为两个液相，当达到平衡时，两个液层,称为,共轭相,，连接共轭液相组成坐标的连线称为,联接线,。,溶解度曲线是在一定的温度下测得的，温度变化，溶解度曲线,随之发生变化。问：如何变化？,萃取操作只能在两相区内进行,辅助曲线和临界混溶点,一定温度下，测定体系的溶解度曲线,时，实验测出的联结线的条数（即共,轭相的对数）总是有限的，此时为了,得到任何已知平衡液相的共轭相的数,据，常借助辅助曲线（亦称共轭曲线）。,辅助曲线,分配系数和分配曲线,（,1,）分配系数,一定温度下，某组分在互相平衡的,E,相与,R,相中的组成之比,称为该组分的分配系数，以 表示，即 溶质,A,、,萃取相,E,中组分,A,、,B,的质量分数；,、,萃余相,R,中组分,A,、,B,的质量分数。,式中,分配系数,k,A,表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系。,显然，,k,A,值愈大，萃取分离的效果愈好。,F,M,R,E,杠杆规则,混合物,M,和两液相,E,、,R,之间的关系可用,杠杆规则表示；,1,：代表混合液总组成的,M,与代表两液相,总组成的,E,、,R,位于同一天直线上；,2,：,E,相与,M,相的量的关系为：,E,和,R,：,E,相与,R,相的质量；,：分别为线段的长度；,萃取剂的选择,1,、萃取剂的选择性系数,萃取剂的选择性可用选择性系数 表示，其定义式为,=,A,在萃取相中的质量分数,B,在萃取相中的质量分数,A,在萃余相中的质量分数,B,在萃余相中的质量分数,值越大，越有利于组分的分离；,值等于,1,，萃取剂无分离效果；,值趋向于无穷大时，表明,B,、,S,组分完全不互溶；,对流干燥过程原理,干燥是热、质同时传递的过程,只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥即可进行，与气体的温度无关。,绝对湿度,(,湿度,),H,相对湿度,对于空气,-,水系统：,干球温度,t,：,湿空气的真实温度，简称温度,(,或,K),。,将温度计直接插在湿空气中即可测量,。,湿球温度的定义,:,当热、质传递达平衡时，气体对液体的供热速率恰等于液体汽化的需热速率,湿球温度的测定,对于空气,-,水系统，,t,w,t,as,（或,t,w,）,t,d,；,饱和空气,t=,t,as,=t,d,绝热饱和冷却温度：不饱和的湿空气等焓降温到饱和状态时的温度。,露点,：,不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度，以,t,d,表示；,气体湿度图,空气湿焓图的用法,加入干燥系统的热量,Q,用于以下方面：,1,、将空气加热，所需热量为,L,(1.01+1.88,H,0,)(t,2,-t,0,);,2,、原湿物料被加热，所需热量为,G,c,m2,(,2,-,1,);,水分从液态加热到气态，所需热量为,W(2490+1.88t,2,-4.187,1,),3,、干燥系统损失的热量；,平衡状态,：当湿含量为,X,的湿物料与湿份分压为,p,的不饱和湿气体接触时，物料将失去自身的湿份或吸收气体中的湿份，直到湿份在物料表面的蒸汽压等于气体中的湿份分压。,平衡含水量,(,X,*),：平衡状态下物料的含水量。不仅取决于气体的状态，还与物料的种类有很大的关系。,自由水分：,物料中超过,X,*,的那部分水分；,结合水分与非结合水分,将平衡含水量与相对湿度关系,曲线延长至 ，此时相,应的平衡含水量为,X,*,B,当物料中的含水量大于,X,*,B,时，,多余的水称为非结合水；,小于,X,*,B,的水称为结合水；,恒速干燥段,降速干燥段,临界含水量,X,C,值越大，物料较早的进入降速,干燥阶段，在相同的干燥任务下,所需时间越长，效率越低,