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1、第 1 章 蒸馏符号：1.英文字母：D 塔顶产品（馏出液）流量，kmol/hL塔内下降的液体流量，kmol/hV上升蒸气的流量， kmol/h2.上标：纯态* 平衡状态提馏段一、 概述1. 易挥发组分（轻组分）：沸点低的组分难挥发组分（重组分）：沸点高的组分2. 传质过程（分离操作）：物质在相间的转移过程。3. 蒸馏：将液体混合物部分气化利用各组分挥发度不同的特性达到分离的目的。分类：（1）操作流程：间歇蒸馏连续蒸馏（2）蒸馏方式：简单蒸馏平衡蒸馏（闪蒸）精馏：（有回流）较难分离特殊精馏：很难分离（3）操作压力：常压蒸馏减压蒸馏：、沸点较高、热敏性混合物加压蒸馏：常压下的气态混合物（4）组分的
2、数目：两组分精馏多组分精馏：工业生产中最为常见二、 两组分溶液的气液平衡（一）两组分理想物系的气液平衡1. 相律（1） 平衡物系中的自由度数、相数及独立组分数间的关系。（2） F=C-+2（2 ：外界只有温度& 压力 2 个条件可影响物系的平衡状态）2. 两组分理想物系的气液平衡函数关系（气液相组成与平衡温度间的关系）理想物系：液相为理想溶液。气相为理想气体。（1） 用饱和蒸气压&相平衡常数表示的气液平衡关系1） 拉乌尔定律理想溶液上方的平衡分压：p A=pAxApB=pBxB=pB（1-x A）溶液沸腾时：p=p A+pB联立：x A= 泡点方程：气液平衡下液相组成与平衡温度间的关系p-pB
3、pA-pBxB=1-xA 较易分离或分离要求不高 原理、计算无本质区别2） 道尔顿分压定律（外压不太高时，平衡的气相可视为理想气体）yA=pApyA= xA露点方程：气液平衡时气相组成与平衡温度间的关系pApyB=1-yA（2） 用相对挥发度表示的气液平衡关系1） 挥发度 （与温度有关）： A=pAxA B=pBxB理想溶液： A=pA； B=pB2） 相对挥发度 （溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比）：= = A B若操作压力不高，气相遵循道尔顿分压定律：= = = y A=yAxByBxAyA（ 1-xA）xA（ 1-yA） xA1+（ -1） xA理想溶液：=pApB3）
4、y= x1+（ -1） x若 1， 愈大，挥发度差异愈大，分离愈易。若 =1 y=x，不能用普通的精馏方法。y= =x，yx，气相组成液相组成 x1+（ -1） x x1+（ -1） y，相对挥发度越大，3. 两组分理想溶液的气液平衡相图泡点温度：混合液加热，温度升高，溶液开始沸腾，产生第一个气泡，相应的温度。（二）两组分非理想物系的气液平衡正偏差溶液：两组分分压以及总压均大于拉乌尔定律的计算值，图中有最高点。负偏差溶液：两组分分压以及总压均小于拉乌尔定律的计算值，图中有最低点。恒沸组成（与压强有关）三、 平衡蒸馏&简单蒸馏（一）平衡蒸馏平衡蒸馏（闪蒸）：一种单级蒸馏操作。1. 物料衡算总物料
5、：F=D+W易挥发组分：Fx F=Dy+Wx令 =q，y= x - （= xF - x）液化分率WF qq-1 xFq-1 11-q q1-qy= xF - x = xF - xFF-W WF-W2. 热量衡算对加热器作热量衡算，热损失忽略：Q=Fc p（T-t F）原料液节流减压后进入分离器，此时物料放出的显热等于部分汽化所需的潜热：Fcp（T-t e）=（1-q ）Fr原料液离开加热器的温度：T=t e+（1-q）rcp3. 气液平衡关系y= x1+（ -1） xte=f（ x）（二）简单蒸馏简单蒸馏（微分蒸馏）：一种单级蒸馏操作，常以间歇方式进行。非稳态过程（不稳定过程）：瞬间形成的蒸气
6、与液体可视为互相平衡，全部蒸气并不与剩余的液体相平衡。*操作范围内，x-y 平衡关系为直线，y=mx+b ：ln = lnFW 1m-1 （ m-1） xF+b（ m-1） x2+bln = FW dxy-x馏出液的平均组成 （或 xD，m ）：总物料：D=F-W易挥发组分：D =FxF-Wx2y汽化率相同（D j=Dp=D，W j=Wp=W yjyp，x j1饱和液体（泡点）进料：q=1气液混合物进料：01（ ppBm）ppBmpBm（kPa）：物质 B 分压的对数平均值（三） 液相中的稳态分子扩散NA = （c A1-cA2） 经验式，仿照气相D czcSm（四） 扩散系数（1） 分子扩散
7、系数（扩散系数）：物质的特性常数之一有关：介质的种类、温度、压力、浓度（组成）（2） 马克斯韦尔-吉利兰公式：已知：温度 T0、压力 p0 下的扩散系数 D0推算：温度 T、压力 p 时的扩散系数 D（五） 对流传质1. 涡流扩散此时扩散通量：J A= -（D+D E）dcAdz涡流扩散系数 DE（m 2/s）：不是物性常数，与湍动程度有关2. 对流传质过程分析（1） 对流传质：发生在运动着的流体与相界面之间的传质过程。 z0 pA2pA1（2） 对流传质速率关系式：气相一侧：N A= （p A-pAi）=k G（p-p i）DRTzGppBm液相一侧：N A= （c Ai-cA）=k L（c
8、 i-c）DzLccSmzG（m）：气相有效层流膜层厚度zL（m）：液相有效层流膜层厚度（六） 吸收过程的机理1. 双膜理论（1） 惠特曼，20 世纪 20 年代，提出（2） 基本假设：1） 相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体。2） 在相界面处，气、液两相达到平衡。3） 在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分湍动，物质组成均匀。 无扩散阻力，故浓度均匀。 传质阻力停留在滞流层内。2. 溶质渗透理论3. 表面更新理论（七） 吸收速率方程式1. 气膜吸收速率方程式NA= （p A-pAi）DR
9、TzGppBmNA=kG（ p-pi）= ，k G= DRTzG ppBm气膜吸收系数 kG：kmol/（m 2skPa）气相的组成以摩尔分数表示：N A=ky（y A-yAi）气相总压不很高时，根据分压定律：k y=pkG气膜吸收系数 ky：kmol/（m 2s）2. 液膜吸收速率方程式NA= （c Ai-cA）D czLcSm令 kL= ，N A=kL（c Ai-cA）D czLcSm液膜吸收系数 kL：kmol/（m 2skmol/m3）或 m/s液相的组成以摩尔分数表示：N A=kx（x Ai-xA） kx=ckL液膜吸收系数 kx：kmol/（m 2s）4. 总吸收系数& 相应的吸收
10、速率方程式（1）以 pA-pA*表示总推动力的吸收速率方程式1）总系数 KG 的倒数为两膜总阻力，由气膜阻力 与液膜阻力 两部分组成：1kG 1HkL= + 1KG 1kG 1HkLc=Hp*，c i=HpiNA=kG（ p-pi）=k L（c i-c）=k L（Hp i-Hp*）= =KG（p-p*）2）气相总吸收系数 KG：kmol/ （m 2skPa）3）气膜阻力占总阻力百分数： =HkLHkL+kG4）对于易溶气体，H 值很大。kG 与 kL 数量级相同或接近： ts（或 tw） td饱和空气：t=t s（或 tw）= td（二）湿空气的 H-I 图1. 湿空气的 H-I 图（1） 等
11、湿度线（等 H 线）群（2） 等焓线（等 I 线）群（3） 等干球温度线（等 t 线）群（4） 等相对湿度线（等 线）群：H= 0.622psp - ps（5） 蒸汽分压线2. H-I 图的说明&应用二、 干燥过程的物料衡算&热量衡算（一）湿物料的性质（1） 湿基含水量 ：水分在湿物料中的质量百分数= 100%水 分 质 量湿 物 料 的 总 质 量（2） 干基含水量 X：湿物料中的水分与绝干物料的质量比X= 100%湿 物 料 中 水 分 的 质 量湿 物 料 中 绝 干 料 的 质 量= ，X=X1+X 1-（3） 湿物料的比热容 cmcm=cs+Xcwcm湿物料的比热容，kJ/（kg 绝
12、干料）cs绝干物料的比热容，kJ/ （kg 绝干料）cw物料中所含水分的比热容，取为 4.187 kJ/（kg 水）（4） 湿物料的焓 II=c m湿物料的温度，s，t wtwtws，t wrv0s，t ds，t ds，t d（二）干燥系统的物料衡算可算出：从物料中除去水分的数量，即水分蒸发量空气消耗量干燥产品的流量（1） 水分蒸发量 W（kg/s）：单位时间内水分的蒸发量LH1+GX1=LH2+GX2W=L（H 2-H1）=G（X 1-X2） 后求 L（2） 空气消耗量 L（kg 绝干气/s ）：单位时间内消耗的绝干空气量L= = 等焓G（ X1-X2）H2-H1 WH2-H1= =LW 1
13、H2-H1单位空气消耗量 （kg 绝干气/kg 水）：蒸发 1kg 水分消耗的绝干空气质量（3） 干燥产品流量 G2G2（ 1 - 2）=G 1（1 - 1）G2=G1（ 1 - 1）1 - 2 1物料进干燥器时的湿基含水量 2物料离开干燥器时的湿基含水量（三）干燥系统的热量衡算可求得：预热器消耗的热量；向干燥器补充的热量；干燥过程消耗的总热量1. 热量衡算的基本方程（1） 预热器消耗的热量忽略热损失，对预热器列焓衡算：LI 0+Qp=LI1单位时间内预热器消耗的热量：Q p=L（I 1-I0）（2） 向干燥器补充的热量对干燥器列焓衡算：LI 1+GI1+Q D=LI2+GI2+Q L干燥器的
14、热损失速率（kW）：Q L=（kJ/kg ）W单位时间内向干燥器补充的热量：Q D=L（I 2-I1）+G（I 2-I 1）+Q L（3） 干燥系统消耗的总热量1） 干燥系统消耗的总热量（kJ/h，kW）：Q=Q p+QD=L（I 2-I0）+G（I 2-I 1）+Q L2） 假设：新鲜空气中水的焓等于离开干燥器废气中水气的焓，即 I =I湿物料进出干燥器时的比热取平均值 cmQ=Qp+QD=1.01L（t 2-t0）+W （2490+1.88t 2）+Gc （ 2- 1）+Q L3） 向干燥系统中输入的热量用于：加热空气；蒸发水分加热（湿）物料；热损失（损失于周围环境中）2. 干燥系统的热效
15、率定义：= 100%蒸 发 水 分 所 需 的 热 量向 干 燥 系 统 输 入 的 总 热 量蒸发水分所需的热量：Q v=W（2490+1.88t 2）- 4.187 1WkJ/（kg） ，c m=cs+Xcw忽略湿物料中水分带入系统中的焓，简化：Q vW （2490+1.88t 2）v0 v2m2= 100%W（ 2490+1.88t2）QG=G 1（1- 1） ，kg 绝干料 /h新鲜空气消耗量（kg 新鲜空气/h）：L 0=L（1+H 0）（四）空气通过干燥器时的状态变化QD=L（I 2-I1）+G（I 2-I 1）+Q L1. 等焓干燥过程（1） 等焓干燥过程（绝热干燥过程） ，满足条件：不向干燥器中补充热量，即 QD=0忽略干燥器向周围散失的热量，即 QL=0物料进出干燥器的焓相等，即 G（I 2-I 1）=0（2） 由假设可得：I 1=I2，t 2I2，t 2G（I 2-I 1）+Q L（3） 操作线为过点 B 的等温线： I2I1，t 2=t1*循环比=废 气 中 的 绝 干 气 质 量混 合 气 中 的 绝 干 气 质 量三、 固体物料在干燥过程中的平衡关系&速率关系（一）物料中的水分1. 平衡水分&自由水分平衡含水量（平
