化工原理下册复习市公开课一等奖省赛课微课金奖课件.pptx

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,*,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,任课教师：杨雪峰,Prof.Dr.Yang Xuefeng,Principles of Chemical Engineering,1/54,复 习,Review,2/54,第九章 气 体 吸 收,Gas Absorption,3/54,亨利定律（,Henrys law）,当总压不太高时，一定温度下稀溶液溶解度曲线近似为直线，即溶质在液相中溶解度与其在气相中分压成正比。,式中：,p,*,溶质在气相中平衡分压，,kPa；,x,溶质在液相中摩尔分数；,E,亨利系数，,kPa。,亨利定律,4/54,比摩尔分数,在低浓度气体吸收计算中，通常采取基准不变比摩尔分数,Y,（,或,X,）,表示组成。,5/54,气相传质速率方程,k,g,气相传质系数，,kmol/(s,m,2,kPa)；,k,y,气相传质系数，,kmol/(s,m,2,)；,k,Y,气相传质系数，,kmol/(s,m,2,)；,p、y、Y,溶质,A,在气相主体分压(,kPa)、,摩尔分数和比摩尔分数；,p,i,、,y,i,、Y,i,溶质,A,在界面气相侧分压(,kPa)、,摩尔分数和比摩尔分数。,6/54,液相传质速率方程,k,c,液相传质系数，,m/s；,k,x,液相传质系数，,kmol/(s,m,2,)；,k,X,液相传质系数，,kmol/(s,m,2,)；,c、x、X,溶质,A,在液相主体摩尔浓度、摩尔分数和比摩尔分数；,c,i,、x,i,、X,i,溶质,A,在界面液相侧摩尔浓度、摩尔分数和比摩尔分数。,7/54,总传质速率方程,传递过程阻力含有加和性。,依据双膜理论(相界面无阻力),传质总阻力,气相传质阻力,液相传质阻力,8/54,相平衡关系为直线,对稀溶液，相平衡关系服从亨利定律,y,*,=mx,9/54,总传质速率方程,对易溶气体，平衡常数,m,值小，平衡线很平：,传质阻力主要集中在气相，这类传质过程称为,气相阻力控制,过程或称,气膜控制,过程。,优点：,可避开难以确定相界面组成,x,i,和,y,i,。,10/54,总传质速率方程,对难溶气体，平衡常数,m,值大，平衡线很陡：,传质阻力主要集中在液相，这类过程称为,液相阻力控制,过程，或,液膜控制,过程。,分析气、液两相中传质阻力所占百分比，对于强化传质过程，提升传质速率有主要指导意义。,例：以气相阻力为主吸收操作，增加气体流速，可减薄界面处气膜层厚度，从而降低气相传质阻力，有效地提升吸收速率；而增加液体流速吸速率则不会有显著改变。,11/54,吸收塔计算,化工单元设备计算，按给定条件、任务和要求不一样，普通可分为设计型计算和操作型（校核型）计算两大类。,设计型计算：,按给定生产任务和工艺条件来设计满足任务要求单元设备。,操作型计算：,依据已知设备参数和工艺条件来求算所能完成任务。,12/54,以逆流操作填料塔为例：,对稳定过程，单位时间内气相在塔内释放出溶质,A,必等于液相吸收量。,物料衡算与吸收操作线方程,物料衡算,目标：计算给定吸收任务下所需吸收剂用量,L,或吸收剂出口浓度,X,1,。,V,Y,2,V,Y,1,L,X,1,L,X,2,V,Y,L,X,13/54,物料衡算,V,Y,2,V,Y,1,L,X,1,L,X,2,V,Y,L,X,14/54,操作线方程与操作线,V,Y,2,V,Y,1,L,X,1,L,X,2,V,Y,L,X,V,Y,2,V,Y,1,L,X,1,L,X,2,V,Y,L,X,15/54,最小液气比,(,L/V,),min,Y,X,o,Y,*,=f,(,X,),Y,1,X,2,Y,2,B,X,1,max,=X,1,*,(,L/V,),min,C,Y,X,o,Y,*,=f,(,X,),Y,1,X,2,Y,2,B,X,1,*,(,L/V,),min,C,X,1,max,两线在,Y,1,处相交时,，,X,1,max,=X,1,*,；,两线在中间某个浓度处相切时,，,X,1,max,X,1,*,。,16/54,低浓度气体吸收填料层高度计算,特点：,低浓度气体吸收（,y,1,10%,）因吸收量小，由此引发塔内温度和流动情况改变对应也小，吸收过程可视为,等温过程,，,传质系数,k,Y,、k,X,、K,Y,、K,X,沿塔高改变小，可取塔顶和塔底条件下平均值。,17/54,传质单元数与传质单元高度,18/54,对数平均推进力法,N,OG,含意：,低浓度气体吸收是以全塔,Y,m,为度量单位，衡量完成份离任务,（,Y,1,-Y,2,）,所需传质单元高度数目。若分离程度,（,Y,1,-Y,2,）,大或平均推进力,Y,m,小，,N,OG,值就大，所需填料层就高。,19/54,吸收因子法,相对吸收率,r,=(,Y,1,-Y,2,)/(,Y,1,-Y,2,*,),20/54,第十章 蒸 馏,Chapter 10,Distillation,21/54,理想溶液汽液平衡拉乌尔(,Raoult),定律,汽、液两相物系分为理想物系与非理想物系。,理想物系：,理想溶液和理想气体组成物系。,试验表明，理想溶液服从拉乌尔（,Raoult）,定律，理想气体服从理想气体定律或道尔顿分压定律。,两组分物系,p,A,、p,B,液相上方,A、B,两组分蒸汽压，,Pa,；,x,A,、x,B,液相中,A、B,两组分摩尔分数；,p,o,A,、p,o,B,在溶液温度,t,下纯组分,A、B,饱和蒸汽压，为温度函数，,Pa,。,22/54,理想溶液汽液平衡拉乌尔(,Raoult),定律,沸腾时，溶液上方总压应等于各组分分压之和,泡点方程(,bubble-point equation,),p,o,A,、p,o,B,取决于溶液沸腾时（泡点,）,温度，上式实际表示是一定总压下液相组成与溶液泡点温度关系。,23/54,理想溶液汽液平衡拉乌尔(,Raoult),定律,当汽相为理想气体时,露点(,dew-point),方程,一定总压下汽相组成与温度关系式。,对非理想物系不能简单地使用上述定律。,汽液相平衡数据能够经过分子模拟计算，或依靠试验测定。,24/54,相对挥发度（,Relative volatility）,对双组分物系有,y,B,=,1,-y,A,，x,B,=,1,-x,A,，,代入并略去下标,A,可得,相平衡方程,若已知两组分相对挥发度，则可由上式确定平衡时汽液两相组成。,25/54,理论板和板效率（,Ideal plate and plate efficiency）,(1)汽、液两相在板上充分接触混合，塔板上不存在温度差和浓度差；,(2)离开塔板汽、液两相达平衡，即离开理论板两相温度相等，组成互成平衡。,理论板概念（,Concept of ideal plate）,表示理论板上,传递过程特征,温度和汽、液组成可直接由相平衡关系描述，如,t-x,(,y,),相图、泡点方程或露点方程。,26/54,板效率（,Plate efficiency）,n-,1,t,n-,1,n,t,n,n+,1,t,n+,1,y,n+,2,y,n+,1,y,n,y,n-,1,x,n-,2,x,n-,1,x,n,x,n+,1,27/54,物料衡算与操作线方程,全塔物料衡算（,Overall material balance）,总物料衡算,易挥发组分物料衡算,28/54,操作线方程（,Operating line）,对控制体作物料衡算：,1,2,3,n,n+,1,V,y,1,D,x,D,L,x,D,V,y,n+,1,L,x,n,精馏段操作线方程,回流比：,R=L/D,泡点回流：,V=L+D=,(,R+,1),D,29/54,提馏段操作线方程,操作线方程（,Operating line）,对控制体作物料衡算：,V,y,W,W,x,W,L,x,W,n,n+,1,L,x,n,V,y,n+,1,30/54,加料热状态对操作线交点影响,提馏段操作线与加料热状态相关，两操作线交点坐标也与加料热状态（,q,值）相关。,应用两操作线方程可导出以,q,值为参变量交点轨迹方程。,31/54,q,线作法,e,a,c,b,d,q,0,q,=0,0,q,1,0,1.0,x,W,x,y,1.0,x,D,z,F,不一样加料热状态下,q,线,32/54,最小回流比(,Minimum reflux ratio),最小回流比(,R,min,)：,R,，两操作线交点,d,落在平衡线上，所需理论板数为无穷多。,d,点称为,挟点,，其附近称为,恒浓区,或,挟紧区,。,q,a,d,y,d,x,W,x,d,x,F,x,D,1.0,0,1.0,33/54,理论板数求法,逐板计算法,y,1,y,1,x,1,x,2,y,2,1,2,y,N,-2,x,N,-2,x,N,-1,y,N,N,-1,N,m,N,-2,W,x,W,F,z,F,D,x,D,Q,34/54,图解法,y,1,y,1,x,1,x,2,y,2,1,2,y,N,-2,x,N,-2,x,N,-1,y,N,N,-1,N,m,N,-2,W,x,W,F,z,F,D,x,D,Q,y,y,1,x,W,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,a,x,q,线,d,e,0,1.0,1.0,y,2,y,3,y,6,y,q,x,q,z,F,x,2,x,1,x,D,35/54,第十二章 干 燥,Drying,36/54,绝对湿度(湿度),H,（Humidity）,对于空气-水系统：,M,w,=18.02，,M,g,=28.96,湿气体中湿份蒸汽质量与绝干气体质量之比。若湿份蒸汽和绝干气体摩尔数(,n,w,n,g,),和摩尔质量(,M,w,M,g,),总压一定时，气体湿度只与湿份蒸汽分压相关。,kg,湿份蒸汽/,kg,绝干气体,37/54,相对湿度,（,Relative humidity）,一定系统总压和温度下，气体中湿份蒸汽分压,p,与系统温度下湿份饱和蒸汽压,p,s,之比。,值越低，气体越偏离饱和，吸湿潜力越大；,=100%,时p=p,s,，气体被湿份蒸汽所饱和，不能再吸湿。,对于空气-水系统：,38/54,湿比容,H,或干基湿比容(,m,3,/kg,绝干气体),1,kg,绝干气体及所含湿份蒸汽所含有体积,常压下(,P,=1013.25kN/m,2,),：,湿气体密度,39/54,湿比热,c,H,或干基湿比热,J/(kg,绝干气体,),1,kg,绝干气体及所含湿份蒸汽温度升高1所需要热量,式中：,c,g,绝干气体比热，,J/(kg,绝干气体)；,c,v,湿份蒸汽比热，,J/(kg,湿份蒸汽)。,对于空气-水系统：,c,g,=,1.005 kJ/(kg)，,c,v,=,1.884 kJ/(kg),40/54,湿焓,i,H,(,Total enthalpy),或干基湿焓(,kJ/kg,绝干气体),1,kg,绝干气体及所含湿份蒸汽所含有焓总和,焓是相对值，计算时须要求基准状态和基准温度，若取0下绝干气体和液态湿份焓为零,对于空气-水系统：,显热项,汽化潜热项,41/54,露点温度,干燥系统中气体极限温度,对于空气-水系统,当气体,P、H,不变，则湿分分压,p,不变。,p,s,=p,t,s,=t,d,42/54,各温度间关系,不饱和空气：,t t,as,(,t,w,),t,d,饱和空气：,t=t,as,(,t,w,),=t,d,43/54,物料湿分表示方法,湿物料是绝干固体与液态湿分混合物。,湿基湿含量,w,干基湿含量,X,：,换算关系：,44/54,结合水分：,与物料存在某种形式结合，汽化能力比独立存在水低，蒸汽压或汽化能力与水分和物料结协力强弱相关。,结合水分与非结合水分,非结合水分：,与物料没有任何形式结合，含有和独立存在水相同蒸汽压和汽化能力。,湿含量,X,X,h,相对湿度,非结合水分,结合水分,0,1.0,0.5,结合水分按结合方式可分为：,吸附水分、毛细管水分、溶涨水分(物料细胞壁内水分)和化学结合水分(结晶水)。,45/54,平衡水分和自由水分,平衡水分：,低于平衡湿含量,X*,水分。是不可除水分。,自由水分：,高于平衡湿含量,X*,水分。是可除水分,。,湿含量,X,X,h,相对湿度,非结合水分,结合水分,自由水分,平衡水分,X,*,0,1.0,0.5,46/54,干燥速率定义,干燥速率,：,干燥器单位时间内在物料单位表面积上汽化湿分量（,kg,湿分/(,m,2,s)）。,微分形式为,式中：,N,干燥器干燥速度，,kg/(m,2,s)；,A,物料表面积，即干燥面积，,m,2,。,47/54,以临界湿含量,X,c,为界，干燥过程分为恒速干燥和降速干燥段。,干燥速率曲线：,干燥速率,U,或干燥速度,N,与湿含量,X,关系曲线。干燥过程特征在干燥速率曲线上更为直观。,干燥速率曲线,A,B,C,D,干燥速率,U,或,N,A,B,C,D,物料温度,t,w,X,c,X,*,湿含量X,I,II,C,48/54,物料衡算（,Mass balance）,G,1,湿物料进口质量流率，,kg/s；,G,2,产品出口质量流率，,kg/s；,G,c,绝干物料质量流率，,kg/s；,w,1,物料初始湿含量；,w,2,产品湿含量；,L,绝干气体质量流率，,kg/s；,H,1,气体进干燥器时湿度；,H,2,气体离开干燥器时湿度；,W,单位时间内汽化水分量，,kg/s。,湿物料,G,1,w,1,干燥产品,G,2,w,2,热空气,L,H,1,湿废气体,L,H,2,绝干气体消耗量,绝干气体比消耗,49/54,热量衡算（,Heat balance）,Q,p,预热器向气体提供热量，,kW；,Q,d,向干燥器补充热量，,kW；,Q,l,干燥器散热损失，,kW。,湿物料,G,1,w,1,1,c,m1,干燥产品,G,2,w,2,2,c,m2,热气体,L,H,1,t,1,i,1,湿废气体,L,H,2,t,2,i,2,湿气体,L,H,0,t,0,i,0,Q,p,Q,d,Q,l,预热器,干,燥,器,50/54,整个干燥系统热量衡算,干燥器,51/54,干燥器热量衡算,热气体在干燥器中冷却而放出热量：,物理意义：,气体在干燥器中放出热量和补充加热热量用于汽化湿分、加热产品和赔偿设备散热损失。,52/54,干燥器热量衡算,理想干燥过程：,气体放出显热全部用于湿分汽化,。,理想干燥过程热量衡算式为,理想干燥过程可近似为等焓过程，对空气-水系统：,53/54,干燥系统热效率和干燥效率,热效率定义：,用于汽化湿分和加热物料热量与外界向干燥系统提供总热量之比，即,Q,l,Q,l,，,h,。气体用量,，,Q,l,，干燥任务一定，,气体用量，,Q,d,，能够提升干燥系统热效率。,干燥系统热量衡算式,若,Q,l,=,Q,d,=0,54/54,