《天津大学化工传质与分离过程贾绍义柴诚敬化学工业出版社2007讲义教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天津大学化工传质与分离过程贾绍义柴诚敬化学工业出版社2007讲义教案（269页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、天津大学化工传质与分离过程贾绍义柴诚敬化学工业出版社2007讲义Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望第一部分 蒸馏1.1概述混合物的分离混合物的分离均相混合物：均相混合物：气气-气、液气、液-液、固液、固-固三类；均相混合物一般用传质固三类；均相混合物一般用传质过程单元操作解决。过程单元操作解决。净化原料、纯化产物净化原料、纯化产物混合物分离为单一产物混合物分离为单一产物非均相混合物：非均相混合物：气气-液、气液、气-固、液固、液-气、液气、液-液、液液、液-固、固固、固
2、-固等；固等；非均相混合物一般可用沉降、过滤等手段分离。非均相混合物一般可用沉降、过滤等手段分离。第一部分 蒸馏1.1概述传质过程以及单元操传质过程以及单元操作作1.传质过程：传质过程：物质借助物质借助扩散作用扩散作用由由一相一相转移到转移到另一相另一相的过程称为传质过程的过程称为传质过程单元操作单元操作适用体系适用体系传质方向传质方向1吸收吸收气体混合物（氨气体混合物（氨-空气分离体系）空气分离体系）气气液液2解吸解吸液体混合物（吸收逆过程）液体混合物（吸收逆过程）液液气气3蒸馏蒸馏液体混合物（苯液体混合物（苯-甲苯分离体系）甲苯分离体系）气气液液4萃取萃取液体混合物（有机物溶解分离）液体混
3、合物（有机物溶解分离）液液液液5结晶结晶液体混合物（水溶液结晶分离）液体混合物（水溶液结晶分离）液液固固6吸附吸附气体混合物、液体混合物气体混合物、液体混合物气气固固液液固固7浸取浸取固体混合物固体混合物（中药有效成分的分离）（中药有效成分的分离）固固液液8离子交换离子交换液体混合物（水的软化）液体混合物（水的软化）液液固固2.单元操作单元操作:第一部分 蒸馏1.1概述本部分主要内容n蒸馏的基本原理n蒸馏方法、基本理论描述蒸馏过程n精馏塔设计和实际精馏过程的分析诊断n液体（气体）混合物，n挥发度，n易挥发（低沸点、轻组分）组分，n难挥发（高沸点、重组分）组分第一部分 蒸馏1.1概述蒸馏分类n按
4、操作原理n间歇： 小规模 非定态n连续： 大规模 定态n按蒸馏方式n平衡蒸馏和简单蒸馏： 组分挥发度差别大，分离要求低n精馏： 组分挥发度差别不大，分离要求高n特殊精馏：组分挥发度差别很小，或恒沸点（萃取精馏、恒沸精馏）n按混合物重组分数n双组分n多组分双组分连续精馏的原理与计算第一部分 蒸馏1.1概述研究基本方法n相平衡、物料衡算和热量衡算n相平衡关系、操作线方程、热焓方程（q线）n理论塔板数，浓度、温度分布，产量第一部分 蒸馏1.2两组分溶液的气液平衡气液相平衡 体系分类气液平衡的自由度:T、P相数理想体系理想气体理想溶液n动态平衡n气液两相组成关系 相平衡关系为组分数C第一部分 蒸馏1.
5、2.1两组分理想体系的气液平衡1.相平衡常数法3.气液平衡相图 t-x-y图 x-y图2.相对挥发度法第一部分 蒸馏1.2.2 两组分非理想体系的气液平衡非理想溶液理想气体相图第一部分 蒸馏1.2.1 1.相平衡常数法理想气体理想溶液第一部分 蒸馏1.2.1 2.相对挥发度法挥发度相对挥发度理想溶液理想溶液第一部分 蒸馏1.2.1 3.相平衡t-x-y图n两条线：露点（饱和蒸气）线，泡点（饱和液体）线n三个相：液相区，气液共存区，过热蒸气区n平衡的气液相：气相浓度液相浓度（易挥发组分）n同一组成：露点温度泡点温度n压力变化，t-x-y相平衡图变化第一部分 蒸馏1.2.1 3.相平衡x-y图n一
6、定压力下n对角线x=y作参考nx-y在对角线上方（易挥发组分在气相中含量比在液相中大）n平衡线越偏离对角线，体系越易分离第一部分 蒸馏回顾1.相平衡常数法3.气液平衡相图 t-x-y图 x-y图2.相对挥发度法两组分理想体系的气液平衡两组分理想体系的气液平衡第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏流程平衡蒸馏流程减压减压使液体混合物使液体混合物部分部分汽化汽化加热器，节流阀，闪蒸塔加热器，节流阀，闪蒸塔平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理F，xF，t，P1混合物混合物F，xF ，T，P2混合物混合物te，P， D，y，W，x气液两相气液两相加热加热节流节流平衡蒸馏特点平衡蒸馏特点一次平衡，
7、可间歇，可连续一次平衡，可间歇，可连续第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏平衡蒸馏计算v 物料衡算物料衡算v 热量衡算热量衡算v 气液平衡关系气液平衡关系x-yt-x-yq，xFx，ytev 例例1-2第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏简单蒸馏 简单蒸馏流程简单蒸馏流程随蒸馏进行，随蒸馏进行，x下降，下降，y下降，下降，t增加增加 简单蒸馏特点简单蒸馏特点微分蒸馏，非定态，用于初步分离微分蒸馏，非定态，用于初步分离 简单蒸馏计算简单蒸馏计算微分计算：微分计算： 物料平衡物料平衡 气液平衡气液平衡 例例1-3，P13第一部分 蒸馏1.4精馏原理（一）x xW Wy yD Dx xF Ft t3
8、 32 21 11 12 23 3多次部分多次部分汽化和汽化和部分部分冷凝可分别得到较纯的轻重组分冷凝可分别得到较纯的轻重组分F,xF,xF FD,yD,yD DW,xW,xW W重复单级操作重复单级操作，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低第一部分 蒸馏1.4精馏原理（二）多次部分汽化和冷凝联合操作多次部分汽化和冷凝联合操作精馏塔精馏塔x xW Wy yD Dx xF Ft t1 13 31 12 23 3D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W2 2精馏原理D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W第一部分 蒸馏1.4
9、精馏原理（三）n下一层板（下一层板（n+1）上升蒸气：）上升蒸气：Vn+1，yn+1， tn+1n上一层板（上一层板（n-1）下降的液体：）下降的液体：Ln-1,xn-1 ，tn-1v 第第n块板的情况块板的情况 进入物流（准备接触的两相）进入物流（准备接触的两相） 离开物流离开物流n第第n板上升蒸气：板上升蒸气：Vn，yn，tnn第第n板下降液体：板下降液体：Ln，,xn ，tntn+1tn-1：传热：传热xn-1 x*n+1（与（与yn+1呈相平衡）：传质呈相平衡）：传质n Xnyn+1n使使重组分重组分进入进入液相液相，浓度增高，浓度增高n使使轻组分轻组分进入进入气相气相，浓度增加，浓度
10、增加v 传质结果传质结果第一部分 蒸馏1.4精馏原理（四）v 理论板理论板第第n板上升蒸气（板上升蒸气（Vn，yn）与下降液体（与下降液体（ Ln，,xn ）呈）呈相平衡相平衡v 精馏操作必要条件精馏操作必要条件上升蒸气上升蒸气气相回流气相回流再沸器再沸器下降液体下降液体液相回流液相回流冷凝器冷凝器精馏操作的基本流程：精馏操作的基本流程：塔塔、再沸器、冷凝器、再沸器、冷凝器v 几个概念几个概念 进料板进料板 精馏段精馏段 提馏段（含进料板）提馏段（含进料板）作业nP64，4x xW Wy yD Dx xF Ft t1 12 23 31 12 23 3x xW Wy yD Dx xF Ft t3
11、 32 21 11 12 23 3F,xF,xF FD,yD,yD DW,xW,xW WD,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏物料衡算q为液化率为液化率对稳定连续过程，对稳定连续过程，q为定值为定值第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏热量衡算加热器加热器:原料液减压降温，放出显热；原料液减压降温，放出显热；显热用于汽化部分物料产生气相（潜热）显热用于汽化部分物料产生气相（潜热）物料热量衡算物料热量衡算第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏例1-2 P11已知：相平衡图已知：相平衡图x-y和和te-x，xF=0.5，汽化率，汽化率60，求，求x，y，te
12、xyte-xtexFf 令令x=xF，则，则y=xF，对角线上，对角线上e点点 过过e点作斜率为点作斜率为q/(q-1)的直线的直线v 物料平衡线作图：物料平衡线作图：v q=1-气化率气化率v 由由x，te-x曲线求曲线求teef(x,y)即为所求即为所求第一部分 蒸馏1.3.2简单蒸馏简单蒸馏计算 ：L，x +d: +d: L+dL，x+dx，蒸出，蒸出dD、y(与与x平衡）平衡）v d d时间内物料衡算时间内物料衡算积分积分上限：上限：L LF F，x=xx=x1 1下限：下限：L LW W，x=xx=x2 2相平衡关系相平衡关系y=f(x)y=f(x)v 一批操作的物料平衡一批操作的物
13、料平衡塔设备塔设备板式塔、填料塔板式塔、填料塔F,xFD,yDW,xW123457nXn xn-1 ， yn+1 yn Xn x7 x6 x5 x4 x3 x2 x1 yn y7 y6 y5 y4 y3 y2 1.31.4小节回顾小节回顾v 平衡蒸馏平衡蒸馏v 简单蒸馏简单蒸馏v 精馏原理精馏原理原理：多次部分汽化和冷凝，轻组分原理：多次部分汽化和冷凝，轻组分塔顶塔顶 重组分重组分塔底塔底必要条件：气液两相回流必要条件：气液两相回流基本流程：塔，再沸器，冷凝器基本流程：塔，再沸器，冷凝器一次平衡一次平衡微分蒸馏微分蒸馏塔板：提供传质传热场所塔板：提供传质传热场所几个概念：理论板、进料板、精馏段
14、、提馏段几个概念：理论板、进料板、精馏段、提馏段第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算主要内容：主要内容：确定产品流量与组成确定产品流量与组成确定精馏塔的类型（板式塔、填料塔），确定理论板数、填料高度确定精馏塔的类型（板式塔、填料塔），确定理论板数、填料高度确定塔径、塔高确定塔径、塔高板式塔结构尺寸、流体力学验算板式塔结构尺寸、流体力学验算填料类型与尺寸、流体流动阻力填料类型与尺寸、流体流动阻力冷凝器与再沸器负荷、类型、尺寸冷凝器与再沸器负荷、类型、尺寸第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.1理论板概念与恒摩尔假理论板概念与恒摩尔假定定离开板的气液两相呈平衡离开
15、板的气液两相呈平衡板上液相均匀板上液相均匀 板上气液接触时间有限板上气液接触时间有限流动阻力等因素，板上液相组成分布不均流动阻力等因素，板上液相组成分布不均v 理论板是一种理想板理论板是一种理想板v 理论板概念理论板概念v “理论板理论板”意义意义 衡量实际板的分离效率的依据和标准衡量实际板的分离效率的依据和标准 由理论板和板效率，确定实际板数由理论板和板效率，确定实际板数第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.1理论板概念与恒摩尔假理论板概念与恒摩尔假定定v 恒恒摩尔摩尔假定假定恒摩尔汽流恒摩尔汽流恒摩尔液流恒摩尔液流精馏段：精馏段：V1V2.Vn提馏段：提馏段：V1 =V2=.=Vm精馏段：精馏
16、段：L1L2.Ln提馏段：提馏段：L1 =L2=.=Lmv 恒摩尔假定成立条件恒摩尔假定成立条件板上情况是：板上情况是：1 mol蒸气冷凝蒸气冷凝1 mol 液体汽化液体汽化 各组分的摩尔汽化热相等各组分的摩尔汽化热相等 交换的显热可忽略交换的显热可忽略（接触的两相温度不同）（接触的两相温度不同） 忽略热损失忽略热损失v “恒摩尔假定恒摩尔假定”意义意义 简化计算简化计算 有些系统基本满足条件有些系统基本满足条件第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 物料衡算与操作线方程物料衡算与操作线方程v 全塔物料衡算全塔物料衡算v 回收率回收率v 例例1-4，P18，利用回收率概念，利用回收率概念第一部分
17、第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 精馏段操作线方程精馏段操作线方程v精馏段操作线方程推导精馏段操作线方程推导v 精馏段操作线方程特点精馏段操作线方程特点 定态操作下，直线方程，斜率定态操作下，直线方程，斜率R/（R+1）、截踞）、截踞xD/(R+1) 作图：过点（作图：过点（xD,xD)、截踞、截踞xD/(R+1)xD/(R+1)xDv 精馏段操作线意义精馏段操作线意义相邻两板间物料组成关系相邻两板间物料组成关系：第：第n板板下降的液相下降的液相xn、下一层板、下一层板n+1上上升的气相升的气相yn+1第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 提馏段操作线方程提馏段操作线方程v 提馏段操作线方程推导提
18、馏段操作线方程推导v 提馏段操作线方程特点提馏段操作线方程特点v 提馏段操作线意义提馏段操作线意义 定态操作下，直线方程定态操作下，直线方程L与进料状态有关与进料状态有关 作图：过点（作图：过点（xW,xW)、截踞、截踞WxW/(L-W )相邻两板间物料组成关系相邻两板间物料组成关系xW第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.3 进料热状况的影响进料热状况的影响五种热状况五种热状况v温度低于泡点的冷液体温度低于泡点的冷液体abcdetx(y)v饱和液体饱和液体v气液混合液气液混合液v饱和蒸气饱和蒸气v过热蒸气过热蒸气第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.3 进料热状况的影响进料热状况的影响进料热状况参数
19、进料热状况参数v 进料热状况参数进料热状况参数q的计算的计算LILLILVIVVIVFIFv 进料热状况参数进料热状况参数q的意义的意义v 进料热状况参数进料热状况参数q的应用的应用提馏段操作线方程表达提馏段操作线方程表达v 例例1-5，P22提馏段操作线方程的截踞很小提馏段操作线方程的截踞很小作业nP64 5，6第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 精馏段操作线方程推精馏段操作线方程推导导第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 提馏段操作线方程推导提馏段操作线方程推导第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.3 进料热状况的影响进料热状况的影响 进料热状况参数进料热状况参数q计算计算LILLILVIV
20、VIVFIF 进料板物料衡算进料板物料衡算 进料板热量衡算进料板热量衡算化工传质与分离过程第一部分 蒸馏回顾1.相平衡常数法3.气液平衡相图 t-x-y图 x-y图2.相对挥发度法两组分理想体系的气液平衡两组分理想体系的气液平衡第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏流程平衡蒸馏流程减压减压使液体混合物使液体混合物部分部分汽化汽化加热器，节流阀，闪蒸塔加热器，节流阀，闪蒸塔平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理F，xF，t，P1混合物混合物F，xF ，T，P2混合物混合物te，P， D，y，W，x气液两相气液两相加热加热节流节流平衡蒸馏特点平衡蒸馏特点一次平衡，可间歇，可连续一次平衡，可间歇
21、，可连续第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏平衡蒸馏计算v 物料衡算物料衡算v 热量衡算热量衡算v 气液平衡关系气液平衡关系x-yt-x-yq，xFx，ytev 例例1-2第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏简单蒸馏 简单蒸馏流程简单蒸馏流程随蒸馏进行，随蒸馏进行，x下降，下降，y下降，下降，t增加增加 简单蒸馏特点简单蒸馏特点微分蒸馏，非定态，用于初步分离微分蒸馏，非定态，用于初步分离 简单蒸馏计算简单蒸馏计算微分计算：微分计算： 物料平衡物料平衡 气液平衡气液平衡 例例1-3，P13第一部分 蒸馏1.4精馏原理（一）x xW Wy yD Dx xF Ft t3 32 21 11 12 23
22、 3多次部分多次部分汽化和汽化和部分部分冷凝可分别得到较纯的轻重组分冷凝可分别得到较纯的轻重组分F,xF,xF FD,yD,yD DW,xW,xW W重复单级操作重复单级操作，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低第一部分 蒸馏1.4精馏原理（二）多次部分汽化和冷凝联合操作多次部分汽化和冷凝联合操作精馏塔精馏塔x xW Wy yD Dx xF Ft t1 13 31 12 23 3D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W2 2精馏原理D,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W第一部分 蒸馏1.4精馏原理（三）n下一层板（下一
23、层板（n+1）上升蒸气：）上升蒸气：Vn+1，yn+1， tn+1n上一层板（上一层板（n-1）下降的液体：）下降的液体：Ln-1,xn-1 ，tn-1v 第第n块板的情况块板的情况 进入物流（准备接触的两相）进入物流（准备接触的两相） 离开物流离开物流n第第n板上升蒸气：板上升蒸气：Vn，yn，tnn第第n板下降液体：板下降液体：Ln，,xn ，tntn+1tn-1：传热：传热xn-1 x*n+1（与（与yn+1呈相平衡）：传质呈相平衡）：传质n Xnyn+1n使使重组分重组分进入进入液相液相，浓度增高，浓度增高n使使轻组分轻组分进入进入气相气相，浓度增加，浓度增加v 传质结果传质结果第一部
24、分 蒸馏1.4精馏原理（四）v 理论板理论板第第n板上升蒸气（板上升蒸气（Vn，yn）与下降液体（与下降液体（ Ln，,xn ）呈）呈相平衡相平衡v 精馏操作必要条件精馏操作必要条件上升蒸气上升蒸气气相回流气相回流再沸器再沸器下降液体下降液体液相回流液相回流冷凝器冷凝器精馏操作的基本流程：精馏操作的基本流程：塔塔、再沸器、冷凝器、再沸器、冷凝器v 几个概念几个概念 进料板进料板 精馏段精馏段 提馏段（含进料板）提馏段（含进料板）作业nP64，4x xW Wy yD Dx xF Ft t1 12 23 31 12 23 3x xW Wy yD Dx xF Ft t3 32 21 11 12 23
25、 3F,xF,xF FD,yD,yD DW,xW,xW WD,yD,yD DF,xF,xF FW,xW,xW W第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏物料衡算q为液化率为液化率对稳定连续过程，对稳定连续过程，q为定值为定值第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏热量衡算加热器加热器:原料液减压降温，放出显热；原料液减压降温，放出显热；显热用于汽化部分物料产生气相（潜热）显热用于汽化部分物料产生气相（潜热）物料热量衡算物料热量衡算第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏例1-2 P11已知：相平衡图已知：相平衡图x-y和和te-x，xF=0.5，汽化率，汽化率60，求，求x，y，texyte-xtexFf 令令x
26、=xF，则，则y=xF，对角线上，对角线上e点点 过过e点作斜率为点作斜率为q/(q-1)的直线的直线v 物料平衡线作图：物料平衡线作图：v q=1-气化率气化率v 由由x，te-x曲线求曲线求teef(x,y)即为所求即为所求第一部分 蒸馏1.3.2简单蒸馏简单蒸馏计算 ：L，x +d: +d: L+dL，x+dx，蒸出，蒸出dD、y(与与x平衡）平衡）v d d时间内物料衡算时间内物料衡算积分积分上限：上限：L LF F，x=xx=x1 1下限：下限：L LW W，x=xx=x2 2相平衡关系相平衡关系y=f(x)y=f(x)v 一批操作的物料平衡一批操作的物料平衡塔设备塔设备板式塔、填料
27、塔板式塔、填料塔F,xFD,yDW,xW123457nXn xn-1 ， yn+1 yn Xn x7 x6 x5 x4 x3 x2 x1 yn y7 y6 y5 y4 y3 y2 1.5.11.5.3小节回顾小节回顾n恒恒摩尔摩尔假定假定n 回收率回收率n精馏段操作线方程精馏段操作线方程n提馏段操作线方程特点提馏段操作线方程特点n进料热状况参数进料热状况参数q第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4理论板层数的求法理论板层数的求法q线方线方程程n问题的提出问题的提出nq线方程推导线方程推导nq线方程意义线方程意义提馏段操作线较难作图提馏段操作线较难作图找出精馏段和提馏段操作线的找出精馏段和提馏段操
28、作线的交点交点交点与（交点与（xw,xw)作图作图xW精馏段和提馏段操作线精馏段和提馏段操作线交点的轨迹方程交点的轨迹方程第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4理论板层数的求法理论板层数的求法q线方线方程程nq线方程特点及作图线方程特点及作图n提馏段操作线作图提馏段操作线作图n进料热状况对进料热状况对q线的影响（表线的影响（表1-2，P24）直线：过点直线：过点(xF,xF),斜率斜率q/(q-1)xD/(R+1)xDxFxWabced斜率斜率q/(q-1)第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4理论板层数的求法理论板层数的求法逐板计逐板计算法算法已知：气液平衡关系，操作线方程已知：气液平衡关系，操
29、作线方程Y1=xD(全凝器全凝器)交替使用平衡、操作关系交替使用平衡、操作关系使用一次平衡关系即为一块理论板使用一次平衡关系即为一块理论板再沸器相对于一块理论板再沸器相对于一块理论板在加料处以下（含加料板）用在加料处以下（含加料板）用提馏段操作线方程，在加料处提馏段操作线方程，在加料处以上用精馏段的操作线方程以上用精馏段的操作线方程第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4理论板层数的求法理论板层数的求法图解法图解法分凝器相当于一块理论板分凝器相当于一块理论板再沸器、再沸器、全全凝器：凝器：理论塔板数理论塔板数NT梯级数梯级数-1再沸器、再沸器、分分凝器：凝器：理论塔板数理论塔板数NT梯级数梯级数-
30、2第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4图解法图解法梯级意义梯级意义任一梯级表示该块理论塔板的操作情况任一梯级表示该块理论塔板的操作情况梯级三角形梯级三角形bncbnc的顶点的顶点b b、n n和和c c的坐标分别的坐标分别表示第表示第n n块理论塔板上方，该板和下方，块理论塔板上方，该板和下方，这三对汽、液相的组成。这三对汽、液相的组成。边边ncnc和和bnbn分别表示汽相和液相通过该理论分别表示汽相和液相通过该理论塔板后组成的变化，亦即其增浓度程度或塔板后组成的变化，亦即其增浓度程度或分离能力。分离能力。第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4图解法图解法适宜进料板位适宜进料板位置置跨过交点的阶
31、梯为适宜进料位置跨过交点的阶梯为适宜进料位置此时所需理论板数最少，图此时所需理论板数最少，图1-22，P26例例1-6，P26难点：难点： q的计算：冷进料的计算：冷进料 气液共存进料气液共存进料作业nP64，9第一部分第一部分 蒸馏蒸馏 q线方程推导线方程推导第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4小节回顾小节回顾vq线方程线方程v提馏段操作线作图提馏段操作线作图图解法求图解法求NT交替使用平衡、操作关系交替使用平衡、操作关系逐板计算法求逐板计算法求NTv NT使用一次平衡关系即为一块理论板使用一次平衡关系即为一块理论板NT梯级数梯级数-1NT梯级数梯级数-2v适宜进料位置适宜进料位置第一部分第
32、一部分 蒸馏蒸馏1.5.5几种特殊情况下几种特殊情况下NT求法求法 直接蒸气加热直接蒸气加热v条件条件水溶液，水为难挥发组分水溶液，水为难挥发组分v提馏段操作线提馏段操作线v提馏段操作线特点提馏段操作线特点过（过（xW，0)的直线的直线v特点：特点：直接接触传热，提高传热效率；节省一台再沸器；直接接触传热，提高传热效率；节省一台再沸器； 塔板数增加塔板数增加第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5几种特殊情况下几种特殊情况下NT求法求法侧线侧线出料出料v目的：目的：液相出料液相出料气相出料气相出料获得不同浓度的产品获得不同浓度的产品v出料状态：出料状态：气相或液相（饱和气相或液相（饱和）v操作性方
33、程操作性方程I段同精馏段，段同精馏段，III段同提馏段，段同提馏段，II物料平衡求出物料平衡求出v特点：特点：与无侧线相比，操作线接近与无侧线相比，操作线接近平衡线，塔板数增加平衡线，塔板数增加第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5几种特殊情况下几种特殊情况下NT求法求法侧线侧线进料进料v目的目的组成不同的原料，不同进料位置组成不同的原料，不同进料位置v例例1-7，P29第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.6 R的影响及选择的影响及选择全回流和最少全回流和最少NTv全回流全回流D0， F0，W0v全回流操作线全回流操作线v全回流时，全回流时，NT最少（最少（Nmin）R增加，操作线远离平衡线，增加
34、，操作线远离平衡线，NT减少减少解析法解析法Fenske方程方程vNmin确定确定图解法图解法v全回流应用全回流应用开工阶段，或实验研究开工阶段，或实验研究第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.6 R的影响及选择的影响及选择最小最小Rv恒浓区（夹紧区）恒浓区（夹紧区）R减少，操作线近平衡线，传质推动力减少减少，操作线近平衡线，传质推动力减少Rmin，操作线交点，操作线交点d落在平衡线落在平衡线(即即e)，传质推动力为零，传质推动力为零无穷多无穷多NT，d点前后气液两相组成基本不变点前后气液两相组成基本不变vRmin的意义的意义图解法图解法vRmin确定确定R Rmin ,可精馏操作可精馏操作解析法
35、解析法第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.6 R的影响及选择的影响及选择适宜适宜Rv操作费用与操作费用与R关系关系v设备费用与设备费用与R关系关系v总费用与适宜总费用与适宜R操作费用：冷却器中冷却剂量、再沸器中加热蒸气量操作费用：冷却器中冷却剂量、再沸器中加热蒸气量操作费用与操作费用与R成正比成正比设备费用：塔、再沸器、冷凝器尺寸设备费用：塔、再沸器、冷凝器尺寸RRmin.NT，设备，设备费用费用R略略Rmin, NT有限，有限，设备设备费用有限费用有限R增加增加, NT继续减小，继续减小，设备设备费用继续减小费用继续减小R继续增加继续增加, NT减小幅度小，但减小幅度小，但V和和V增加，塔径、
36、换热设备尺寸增加，增加，塔径、换热设备尺寸增加，设备设备费用反而增加费用反而增加总费用最低总费用最低时的时的R为为适宜适宜R，一般为（，一般为（1.11.2）Rmin作业nP65，12，13第一部分第一部分 蒸馏蒸馏Fenske 方程方程v条件：全回流时条件：全回流时yn+1=xn;全凝器全凝器y1=xD；气液平衡关系气液平衡关系v推导：推导：第一部分第一部分 蒸馏蒸馏图解法确定图解法确定Rminv正常气液平衡曲线正常气液平衡曲线v不正常气液平衡曲线不正常气液平衡曲线操作线与平衡线交点操作线与平衡线交点e(xq.yq)过过(xD,xD)向平衡线作切线，由切线斜率或截踞求向平衡线作切线，由切线斜
37、率或截踞求Rmin第一部分第一部分 蒸馏蒸馏解析法确定解析法确定Rmin正常气液平衡关系正常气液平衡关系第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5直接蒸气加热操作线推导直接蒸气加热操作线推导蒸气蒸气V0,y0W,xWV,ym+1L,xmmm+1第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.51.5.6小节回顾小节回顾v直接蒸气加热直接蒸气加热v多侧线塔多侧线塔v全回流与全回流与NTminvRmin与与NT v适宜适宜R一般为（一般为（1.11.2）Rmin第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.7简捷法求简捷法求NTv简捷法特点：简捷法特点：采用经验关联，简便，应用广泛，准确定稍差，初步设计计算采用经验关联，简便，应
38、用广泛，准确定稍差，初步设计计算v简捷法简捷法吉利兰图吉利兰图曲线交点，确定（曲线交点，确定（N-Nmin）/(N+2)由（由（R-Rmin）/(R+1)确定横坐标，交曲线确定横坐标，交曲线全回流全回流，确定，确定N Nminmin确定确定N Nv简捷法应用条件：简捷法应用条件：组分数组分数211，五种进料状况，五种进料状况，Rmin 0.537.0，相对挥发度相对挥发度1.264.05，N 2.443.1v例例1-9，P37第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.8 塔高和塔径的计算塔高和塔径的计算塔塔高高v板效率和实际板数板效率和实际板数塔板平均效率，经验数据塔板平均效率，经验数据单板效率单板效
39、率E EM M（MurphreeMurphree效率）效率） 全塔效率全塔效率E E 实际板数实际板数N NP P v理论板当量高度和填料高度理论板当量高度和填料高度相当于一层理论板所需的填料高度相当于一层理论板所需的填料高度, ,经验数据经验数据理论板当量高度理论板当量高度HETPHETP 填料高度填料高度H HH HHETPNHETPNT Tv塔有效高度塔有效高度HH HN NP PHHT T第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.8 塔高和塔径的计算塔高和塔径的计算塔塔径径v塔径塔径D计算公式计算公式Vs m3/s; 空塔气速空塔气速u m/sv精馏段的精馏段的DV(kmol/h)换算为换算为
40、Vs， 由由Vs计算计算Dv提馏段的提馏段的DV(kmol/h)换算为换算为Vs， 由由Vs计算计算DvD和和D统一和园整统一和园整D和和D相差不大，则统一为一个值，即相差不大，则统一为一个值，即取大者取大者，并园整，并园整第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.9连续精馏装置的热量衡连续精馏装置的热量衡算算v冷凝器（全凝）冷凝器（全凝）v再沸器再沸器v例例1-10，P41第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.7.1恒沸精馏恒沸精馏v原理原理在恒沸溶液中加入第三组分（夹带剂），形成新的恒沸液在恒沸溶液中加入第三组分（夹带剂），形成新的恒沸液v流程流程醇水常压下恒沸点为醇水常压下恒沸点为78.3其恒沸点组成是
41、乙醇其恒沸点组成是乙醇0.894、水、水0.006（摩尔分数，下同）（摩尔分数，下同）在较低温度下，苯与乙醇、水不互溶而分层，可将苯分离出来在较低温度下，苯与乙醇、水不互溶而分层，可将苯分离出来。加入苯，形成更低沸点的三元恒沸物。其组成是：苯加入苯，形成更低沸点的三元恒沸物。其组成是：苯0.544、乙醇、乙醇0.23、水、水0.226，沸点为，沸点为64.6。塔：三元恒沸物从塔顶排出，塔底获得无水乙醇塔：三元恒沸物从塔顶排出，塔底获得无水乙醇三元恒沸物冷凝分层，苯相返回塔顶，水相进入三元恒沸物冷凝分层，苯相返回塔顶，水相进入塔回收残余苯，而苯形成三元恒沸物返回塔塔回收残余苯，而苯形成三元恒沸物
42、返回塔塔釜液送入塔回收废水中的乙醇。乙醇以塔釜液送入塔回收废水中的乙醇。乙醇以二元恒沸物形式返回塔进料，重新分离。二元恒沸物形式返回塔进料，重新分离。v夹带剂选择原则（夹带剂选择原则（P49）第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.7.2萃取精馏萃取精馏v原理原理加入第三组分，增加原组分的加入第三组分，增加原组分的 常压下环乙烷与苯常压下环乙烷与苯接近，加入糠醛，接近，加入糠醛，大大增加（大大增加（P50，表，表1-3）v流程流程在糠醛作用下，环乙烷成为易挥发组分，从塔顶获得环乙烷产品。在糠醛作用下，环乙烷成为易挥发组分，从塔顶获得环乙烷产品。糠醛和苯从塔底排出，进入第二塔，从塔顶分离出糠醛和苯从塔底排
43、出，进入第二塔，从塔顶分离出苯产品，塔底回收萃取剂糠醛，返回前塔循环使用。苯产品，塔底回收萃取剂糠醛，返回前塔循环使用。为避免糠醛进入环乙烷中，在糠醛入塔上方，也必为避免糠醛进入环乙烷中，在糠醛入塔上方，也必须保证适宜塔板数，以脱出蒸气中的糠醛。须保证适宜塔板数，以脱出蒸气中的糠醛。v萃取剂选择原则（萃取剂选择原则（P50）第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.8.1多组分精馏多组分精馏v精馏塔的数目精馏塔的数目n组分，塔数目你组分，塔数目你n-1v流程方案（略流程方案（略P51）第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.8.3一些概念一些概念v关键组分：轻、重关键组分关键组分：轻、重关键组分P57v清晰分割法（
44、清晰分割法（P57）v非清晰分割法（非清晰分割法（P58）作业nP65：15，18第一部分第一部分 蒸馏蒸馏例例1-9v求解求解 v已知条件：已知条件：x xD D,x,xF F,x,xW W,R,R,R,Rminmin, ,塔顶、低、进料条件塔顶、低、进料条件下的纯组分饱和蒸气压，苯下的纯组分饱和蒸气压，苯- -甲苯体系甲苯体系v求求N N、进料位置、进料位置 和平均和平均m m （R-Rmin）/(R+1)、（、（N-Nmin）/(N+2)中，中，确定确定Nmin和精馏段和精馏段NminNmin和和NminN和和NN13（不含再沸器）（不含再沸器）N6.3，第，第7块板为进料板块板为进料板
45、第一部分第一部分 蒸馏蒸馏单板效率单板效率EM 对第对第n n块板，气相组成变化块板，气相组成变化 对第对第n n块板，液相组成变化块板，液相组成变化 单板效率单板效率E EM M特点：特点：同一板上，同一板上，E EMLML和和E EMVMV的值不同，不同板的的值不同，不同板的E EM M不同不同第二部分第二部分 吸收吸收概述概述v吸收处理对象吸收处理对象v吸收基本原理吸收基本原理v吸收分类吸收分类v吸收目的：吸收目的：气体混合物气体混合物各组分各组分溶解度溶解度差异差异物理吸收：物理吸收：化学吸收：化学吸收：气体混合物各组分能否在溶剂中发生化学反应气体混合物各组分能否在溶剂中发生化学反应制
46、取产品及回收有用物质，如用水吸制取产品及回收有用物质，如用水吸HCL气体制取盐酸。气体制取盐酸。净化气体：原料气净化，防止污染。净化气体：原料气净化，防止污染。制备溶液制备溶液物理，化学吸收物理，化学吸收单组分，多组分吸收单组分，多组分吸收等温，非等温吸收等温，非等温吸收第二部分第二部分 吸收吸收概述概述v关于吸收的几个概念关于吸收的几个概念v吸收与精馏的差异吸收与精馏的差异v吸收举例吸收举例：混合气体混合气体（A+B)吸收剂吸收剂S吸收尾气吸收尾气（B少量少量A）吸收液吸收液（AS）吸吸收收塔塔溶质溶质A载体或惰性气体载体或惰性气体Bv吸收过程的方向和限度吸收过程的方向和限度溶质在相平衡中的
47、平衡关系溶质在相平衡中的平衡关系溶质实际分压溶质实际分压平衡分压，从气相到液相，吸收平衡分压，从气相到液相，吸收溶质实际分压溶质实际分压概述概述主要内容主要内容 吸收过程中气液相平衡关系表示方法吸收过程中气液相平衡关系表示方法吸收过程的传质机理吸收过程的传质机理吸收过程传质模型及传质速率表达吸收过程传质模型及传质速率表达吸收操作的物料衡算吸收操作的物料衡算填料层高度的计算方法填料层高度的计算方法解析过程计算解析过程计算传质设备，填料吸收塔设计传质设备，填料吸收塔设计第二部分第二部分 吸收吸收2.1气气-液相平衡液相平衡溶解度溶解度v溶解度溶解度溶质在液相中的饱和浓度溶质在液相中的饱和浓度平衡关
48、系平衡关系v溶解度的影响因素：溶解度的影响因素：同样浓度的溶液：同样浓度的溶液：易溶易溶气体上方的气体上方的分压小分压小，难溶难溶气体上方的气体上方的分压大分压大同样温度、分压下：同样温度、分压下：易溶易溶气体（如氨）在液相（如水）气体（如氨）在液相（如水）溶解度大溶解度大同一溶剂（如水），不同溶质（如氨、同一溶剂（如水），不同溶质（如氨、H2S、氧）溶解度不同、氧）溶解度不同温度影响：同一溶质，温度升高，溶解度减少温度影响：同一溶质，温度升高，溶解度减少v溶解度曲线规律反映：溶解度曲线规律反映：加压和降温加压和降温提高气体溶解度，有利于提高气体溶解度，有利于吸收吸收减压和升温减压和升温提高气
49、体溶解度，有利于提高气体溶解度，有利于解吸解吸第二部分第二部分 吸收吸收2.1气气-液相平衡液相平衡亨利定律亨利定律v亨利定律的条件：总压不太高（如小于亨利定律的条件：总压不太高（如小于0.5MPa）、）、稀稀溶液溶液v亨利定律不同表达形式亨利定律不同表达形式 p*=Ex，理想溶液，则，理想溶液，则p*=p0x，即，即Ep0 表表2-1：难难溶气体的溶气体的E值大值大；温度；温度升高升高，E值值增增大大X 摩尔分率摩尔分率E 亨利系数亨利系数C 体积摩尔浓度体积摩尔浓度H 溶解度系数溶解度系数 p*=c/H H与与E的关系式的关系式 难难溶气体，溶气体，H值值小小；温度升高，；温度升高，H值减
50、小值减小x ,y 摩尔分率摩尔分率m 相平衡常数相平衡常数 y*=mx m与与E的关系式的关系式m=E/P难难溶气体，溶气体，m值值大大；温度升高、总压；温度升高、总压P下降，则下降，则m值增大值增大X ,Y 摩尔比摩尔比p-x关系关系p-c关系关系x-y关系关系X-Y关系关系例例2-1，2-2，P7576第二部分第二部分 吸收吸收2.1气气-液相平衡液相平衡吸收剂选择吸收剂选择v溶解度溶解度溶质溶质A较大溶解度；操作条件改变，溶解度变化大较大溶解度；操作条件改变，溶解度变化大v选择性选择性对溶质对溶质A溶解度大、惰性组分溶解度大、惰性组分B的溶解度小的溶解度小v挥发度挥发度溶剂溶剂S的挥发度
51、小，或基本不挥发的挥发度小，或基本不挥发v粘性粘性溶剂溶剂S的粘性小，有利于流体流动的粘性小，有利于流体流动v其它其它无毒、无腐蚀性、不易燃、不发泡、价廉、化学稳定无毒、无腐蚀性、不易燃、不发泡、价廉、化学稳定作业nP142：1第二部分第二部分 吸收吸收概述概述吸收举例吸收举例第二部分第二部分 吸收吸收概述概述吸收与精馏的差异吸收与精馏的差异v共同点：共同点：分离均相混合物，气分离均相混合物，气-液传质液传质v差异：差异：产生第二个物相产生第二个物相精馏：加热或冷却，混合物体系精馏：加热或冷却，混合物体系内部产生内部产生吸收：吸收：外界引入外界引入另一相（如吸收剂）另一相（如吸收剂）精馏：精馏
52、：直接直接可获得较纯的轻、重组分可获得较纯的轻、重组分吸收：吸收：不能直接不能直接获得较纯的溶质，需再次分离操作获得较纯的溶质，需再次分离操作精馏：精馏：接近接近饱和温度饱和温度下操作，轻、重组分传递方向相反，即下操作，轻、重组分传递方向相反，即双向双向传质传质吸收：吸收：远离远离饱和温度饱和温度下操作，溶剂无显著汽化，溶质进入液相，即下操作，溶剂无显著汽化，溶质进入液相，即单向单向传质传质第二部分第二部分 吸收吸收2.1.2亨利定律亨利定律H与与E的关的关系系若若溶液浓度溶液浓度ckmol(A)/m3、密度、密度kg/m3,溶质溶质A和溶剂和溶剂S分子量分别为分子量分别为MA和和MS则则1m
53、3溶液中，溶液中，A为为ckmol,kg溶液，溶剂溶液，溶剂S为：为：第二部分第二部分 吸收吸收2.1.2亨利定律亨利定律m与与E的关的关系系若若系统总压系统总压P则则溶质分压溶质分压p=Py,即即p*=Py*代入代入p*=Ex得得Py*=Ex与与y*=mx比较，得比较，得m=E/P第二部分第二部分 吸收吸收2.1.2亨利定律亨利定律用用X和和Y表表示示v用用X、Y表示相平衡目的表示相平衡目的吸收时假定惰性组分吸收时假定惰性组分B不进入液相，溶剂不进入液相，溶剂S没有显著挥发没有显著挥发在吸收塔截面上，在吸收塔截面上，B和和S的摩尔流量不变的摩尔流量不变以以B和和S的量作基准表示的量作基准表示
54、A分别在气相、液相中的浓度，可简化吸收计算分别在气相、液相中的浓度，可简化吸收计算vX、Y定义定义v用用X、Y表示相平衡表示相平衡第二部分第二部分 吸收吸收回顾：概述及气回顾：概述及气-液相平衡液相平衡v吸收基本原理：吸收基本原理：各组分各组分溶解度溶解度差异差异物理吸收物理吸收：v吸收基本概念：吸收基本概念：混合气体混合气体（A+B)吸收剂吸收剂S吸收尾气吸收尾气（B少量少量A）吸收液吸收液（AS）吸吸收收塔塔溶质溶质A载体或惰性气体载体或惰性气体B溶质气相分压（浓度）大于平衡值，吸收溶质气相分压（浓度）大于平衡值，吸收溶质气相分压（浓度）小于平衡值，解吸溶质气相分压（浓度）小于平衡值，解吸
55、第二部分第二部分 吸收吸收回顾：概述及气回顾：概述及气-液相平衡液相平衡v气气-液平衡液平衡p*=Exp*=c/H y*=mxm=E/Pv吸收与精馏共异点吸收与精馏共异点共同点共同点：分离均相混合物，气：分离均相混合物，气-液传质液传质差异：差异：精馏精馏吸收吸收第二相产生第二相产生混合物内部混合物内部外界引入外界引入操作稳定操作稳定饱和温度附近饱和温度附近远低于饱和温度远低于饱和温度传质方向传质方向双向传质双向传质单向传质单向传质获得纯组分获得纯组分直接获得轻、重组分直接获得轻、重组分不能直接获得纯溶质不能直接获得纯溶质第二部分第二部分 吸收吸收2.2传质机理与吸收速率传质机理与吸收速率v吸
56、收过程吸收过程v单相内的传质机理单相内的传质机理分子扩散：分子扩散： 分子无规则热运动分子无规则热运动静止或滞流流体静止或滞流流体涡流扩散：涡流扩散： 质点的湍动和漩涡质点的湍动和漩涡湍流流体湍流流体气相主体气相主体-相界面（单向传质）相界面（单向传质）界面溶解界面溶解界面界面-液相主体液相主体单相内的传质是基础单相内的传质是基础第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.1分子扩散与菲克定律分子扩散与菲克定律v分子扩散分子扩散简称扩散简称扩散借助分子微观运动，使组分从浓度高处向浓度低处传递。借助分子微观运动，使组分从浓度高处向浓度低处传递。推动力为浓度差推动力为浓度差v扩散过程的快慢扩散过程的快慢扩
57、散通量（扩散通量（kmol/m2.s)v菲克定律菲克定律负号：扩散是沿物质负号：扩散是沿物质A浓度降低的方向浓度降低的方向 尽管分子运动向各方向是无规则的，但是在尽管分子运动向各方向是无规则的，但是在浓度高浓度高处的分子向处的分子向浓度浓度低方向扩散低方向扩散表现为表现为数量大数量大，效率高，反之，效率高，反之，浓度低浓度低处的分子处的分子向浓度高方向扩散向浓度高方向扩散的的数量少数量少，频率低，两处比较，则，频率低，两处比较，则浓度高处向浓度高处向浓度低处扩散的量大。浓度低处扩散的量大。 分子扩散：由于分子的无规则的随机热运动而产生的物质传质现象。分子扩散：由于分子的无规则的随机热运动而产生
58、的物质传质现象。 从而表现出沿浓度降低方向上质量的传递。从而表现出沿浓度降低方向上质量的传递。菲克定律菲克定律第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.1分子扩散与菲克定律分子扩散与菲克定律v双组分等分子反方向扩散双组分等分子反方向扩散物质有宏观移动，一组份扩散，另一组份反向物质有宏观移动，一组份扩散，另一组份反向等量等量扩散，保证总浓度不变扩散，保证总浓度不变A和和B混合，混合，A和和B总量摩尔浓度不随位置而变总量摩尔浓度不随位置而变ABc=cA+cB=常数常数即即JA-JB第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.2气态中的定态分子扩散气态中的定态分子扩散 等分子反向扩散等分子反向扩散若维持各点的温度
59、，压力，总浓度恒定的条件下若维持各点的温度，压力，总浓度恒定的条件下则就会发生则就会发生A、B两组分的等分子方向扩散，两组分的等分子方向扩散，以保持各点压力（总浓度）不变以保持各点压力（总浓度）不变即即JA-JB物质物质A的传质速率的传质速率NA（单位时间、单位截面上传递的（单位时间、单位截面上传递的A量）量）若为定态过程，则若为定态过程，则NA为常量为常量边界条件：边界条件：z1=0，pApA1；z2=z，pApA2则传质速率为：则传质速率为：第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.2气态中的定态分子扩散气态中的定态分子扩散 一组分通过另一停滞组分的扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散（1）设设A
60、、B组分的气体混合物与液体接触，组分的气体混合物与液体接触，在相界面处，只有组分在相界面处，只有组分A可溶于液相可溶于液相，而组分而组分B不溶于液相不溶于液相A溶于液相，留下溶于液相，留下空缺空缺，混合气体向液，混合气体向液相表面相表面递补递补，A、B分子递补运动成为分子递补运动成为“总体流动总体流动”N为总体流动的通量，为总体流动的通量，c为为A和和B总浓度，则，总浓度，则，N(cA/c)代表代表A在总体流动中所占份额，在总体流动中所占份额，N(cB/c)代表代表B在总体流动中所占份额在总体流动中所占份额在扩散运动和总体运动作用下：在扩散运动和总体运动作用下：NAJA+N(cA/c)NBJB
61、+N(cB/c)第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.2气态中的定态分子扩散气态中的定态分子扩散 一组分通过另一停滞组分的扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散（2）由于气相中由于气相中B在传质方向上的静通量在传质方向上的静通量NB0即：即：NBJB+N(cB/c)0-JBN(cB/c)第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.2气态中的定态分子扩散气态中的定态分子扩散 一组分通过另一停滞组分的扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散（3）第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.2气态中的定态分子扩散气态中的定态分子扩散讨论讨论v等分子反方向扩散等分子反方向扩散v一组分通过另一停滞组分的扩散一组分通过另一停滞组分的
62、扩散则传质速率为：则传质速率为：总体流动使总体流动使A传递速率增加传递速率增加适合描述理想的精馏过程，传递速率等于扩散通量适合描述理想的精馏过程，传递速率等于扩散通量适合描述理想的吸收或解吸过程，适合描述理想的吸收或解吸过程，B不进入液相，不进入液相，S不进入气相不进入气相第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.3 液相中的定态分子扩散液相中的定态分子扩散v液相中分子扩散特点液相中分子扩散特点D(液相扩散系数）液相扩散系数）气相的浓度梯度气相的浓度梯度v液相中分子常为：一组分通过另一停滞组分的扩散液相中分子常为：一组分通过另一停滞组分的扩散v一组分通过另一停滞组分的扩散（液相）的传质速率一组分通过
63、另一停滞组分的扩散（液相）的传质速率第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.4 扩散系数扩散系数v分子扩散系数分子扩散系数扩散系数扩散系数物性常数物性常数v扩散系数的影响因素扩散系数的影响因素介质种类介质种类、T、P(对液相扩散影响小）对液相扩散影响小）、浓度浓度(对气相扩散影响小）对气相扩散影响小）v扩散系数来源扩散系数来源实验测定实验测定有关资料有关资料由基础物性及状态参数估算由基础物性及状态参数估算v扩散系数的估算：扩散系数的估算：P8586，例，例2-6（P89）v扩散系数的测定：例扩散系数的测定：例2-5，P87作业nP142：4第二部分第二部分 吸收吸收回顾：分子扩散与菲克定律回顾：分
64、子扩散与菲克定律等分子反方向扩散：等分子反方向扩散：v分子扩散概念：分子扩散概念：分子无规则热运动分子无规则热运动静止或滞流流体静止或滞流流体v菲克定律：菲克定律：一组分通过另一停滞组分的扩散：一组分通过另一停滞组分的扩散：v定态分子的扩散：定态分子的扩散：总体流动：总体流动：A、B分子递补运动分子递补运动漂流因子：漂流因子：第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.5 对流传质（对流传质（1）v涡流扩散机理涡流扩散机理流体质点的湍动和漩涡流体质点的湍动和漩涡v涡流扩散通量涡流扩散通量DE不是不是物性常数，与物性、湍动程度有关，随位置而变物性常数，与物性、湍动程度有关，随位置而变v对流扩散对流扩散概
65、念概念流体（湍流主体）与相界面之间的传质，流体（湍流主体）与相界面之间的传质，分子扩散、涡流扩散两种传质作用的总和分子扩散、涡流扩散两种传质作用的总和表达式表达式第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.5 对流传质（对流传质（2）v对流扩散对流扩散流体流动与扩散流体流动与扩散滞流内层：分子扩散滞流内层：分子扩散湍流主体：涡流扩散湍流主体：涡流扩散过渡区：分子扩散和涡流扩散过渡区：分子扩散和涡流扩散pAZ相相界界面面滞流内层厚度滞流内层厚度气相有效膜厚度气相有效膜厚度ZG浓度分布浓度分布有效滞流膜层的传质推动力即为气相主体与相界面的分压之差有效滞流膜层的传质推动力即为气相主体与相界面的分压之差传质阻
66、力主要在有效膜层内传质阻力主要在有效膜层内有效膜层内以分子扩散形式传递有效膜层内以分子扩散形式传递第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.6 吸收过程的机理吸收过程的机理双膜理双膜理论论双膜理论双膜理论停滞膜模型停滞膜模型模型要点模型要点:气膜气膜液膜液膜界面界面传质方向传质方向气相主体气相主体液相主体液相主体ZGZLppicci*相界面处存在一层虚拟的相界面处存在一层虚拟的停滞膜停滞膜;*膜外为流体流动的湍流区膜外为流体流动的湍流区,*停滞膜非常薄停滞膜非常薄,膜内无物质累积膜内无物质累积,为稳态分子扩散为稳态分子扩散.*对流传质阻力全部集中于停滞膜内对流传质阻力全部集中于停滞膜内.传质速率方程
67、传质速率方程局限局限对于多数传质设备，不具备固定界面，停滞膜的设想不能反映实际情况对于多数传质设备，不具备固定界面，停滞膜的设想不能反映实际情况第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.6 吸收过程的机吸收过程的机理理溶质渗透理论（溶质渗透理论（1）液面由无数微小的流体单元构成；每个微元与液面由无数微小的流体单元构成；每个微元与气相的接触时间相同，接触后，被来自液相主气相的接触时间相同，接触后，被来自液相主体的新单元取代，而其自身返回液相主体体的新单元取代，而其自身返回液相主体接触时间接触时间0 0 z z O( O(液面、液体内部）液面、液体内部）, ,保持液相主体浓度保持液相主体浓度c c0 0
68、接触时间接触时间00 z=0( z=0(液面或相界面）处，立即达到与气相呈平衡的浓度液面或相界面）处，立即达到与气相呈平衡的浓度c ci i z0( z0(液体内部）液体内部）,cc,c 2.2.6 吸收过程的机理吸收过程的机理溶质渗透理论（溶质渗透理论（2）ccic0Z接触时间接触时间增大的方向增大的方向=0=0=液相中浓度分布与接触时间关系液相中浓度分布与接触时间关系模型要点模型要点:相界面上，液、气组成达到平衡相界面上，液、气组成达到平衡,即使传即使传质推动力为零。质推动力为零。溶质向界面液膜纵深溶质向界面液膜纵深z向渗透向渗透，膜内渗，膜内渗透过程非稳态分子扩散过程。透过程非稳态分子扩
69、散过程。液膜之外为稳态扩散液膜之外为稳态扩散传质速率方程传质速率方程:特点特点:描述湍流下的传质机理提供了更合理的解释描述湍流下的传质机理提供了更合理的解释液体微元的接触时间相同液体微元的接触时间相同（实际上不同）（实际上不同）第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.6 吸收过程的机理吸收过程的机理表面更新理论表面更新理论模型要点模型要点:液体表面始终处于不断为液体表面始终处于不断为液体微团更新过程液体微团更新过程之中。之中。界面上气液成平衡状态。界面上气液成平衡状态。溶质组分以溶质组分以非稳态分子扩散方式非稳态分子扩散方式传递到液体微团中。传递到液体微团中。相界面上各液体微团相界面上各液体微团暴
70、露于气相的时间不同暴露于气相的时间不同，符合随机的，符合随机的“寿命寿命”分布规律。分布规律。传质速率传质速率传质理论仍不断发展，具有一定的启发和指导意义传质理论仍不断发展，具有一定的启发和指导意义第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式过程速率与推动力过程速率与推动力v过程的速率推动力过程的速率推动力/阻力系数阻力系数推动力推动力v定态过程，相界面两侧的气、液膜层中的传质速率相等定态过程，相界面两侧的气、液膜层中的传质速率相等第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式气膜和液膜吸收速率方程式气膜和液膜吸收速率方程式阻力阻力1/kGv气膜吸
71、收速率方程式气膜吸收速率方程式推动力推动力(p-pi)推动力推动力(y-yi)阻力阻力1/kxv液膜吸收速率方程式液膜吸收速率方程式推动力推动力(ci-c)推动力推动力(xi-x)阻力阻力1/kL阻力阻力1/kxky=PkGkx=CkLC总浓度总浓度推动力与阻力（或系数）的表达要一一对应推动力与阻力（或系数）的表达要一一对应第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式界面浓度界面浓度v界面处气液浓度符合平衡关系界面处气液浓度符合平衡关系v定态操作，气相、液相传质速度相等定态操作，气相、液相传质速度相等Pi=ci/H直线方程直线方程（pi,ci）是平衡方程和上述直线方程的
72、交点）是平衡方程和上述直线方程的交点ppiccic*p*AB斜率斜率=-(kL/kG)第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式总吸收系数和总吸收速率方程总吸收系数和总吸收速率方程(1)v提出问题：提出问题：v解决方法：解决方法：传质推动力：两相主体浓度未达相平衡，传质推动力：两相主体浓度未达相平衡，主体浓度与其平衡浓度差额主体浓度与其平衡浓度差额以两相主体浓度的某种差值代表总推动力以两相主体浓度的某种差值代表总推动力界面浓度难测定界面浓度难测定v以以(p-p*)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程v以以(c*-c)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程
73、第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式总吸收系数和总吸收速率方程总吸收系数和总吸收速率方程(2)v总系数系数总系数系数KG的讨论的讨论即：总阻力液膜阻力即：总阻力液膜阻力+气膜阻力气膜阻力易溶气体，易溶气体，H很大很大气膜控制气膜控制难溶气体，难溶气体，H很小很小液膜控制液膜控制Pi=ci/Hppiccip*AIppiccip*c*AI第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式总吸收系数和总吸收速率方程总吸收系数和总吸收速率方程(3)v以以(Y-Y*)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程v以以(X*-X)表示总推动力的速率方程表示
74、总推动力的速率方程第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式小节小节v气、液膜系数表示的速率方程式气、液膜系数表示的速率方程式v总系数系数表示的速率方程式总系数系数表示的速率方程式ky=PkGkx=CkLC总浓度总浓度推动力与阻力（或系数）的表达要一一对应推动力与阻力（或系数）的表达要一一对应作业nP142：7，8思考题1.分子分子扩扩散与散与涡涡流流扩扩散散过过程有何不同？程有何不同？2.总总体流体流动对传质过动对传质过程有何影响？程有何影响？3.相相际传质过际传质过程的双膜模型的要点是什么程的双膜模型的要点是什么4.怎怎样样判断吸收判断吸收过过程是气膜控制程是气膜
75、控制过过程程还还是是液膜控制液膜控制过过程程5.各种以不同各种以不同传质传质推推动动力表示的力表示的传质传质速率速率方程之方程之间间有什么有什么联联系？系？第二部分第二部分 吸收吸收以以(p-p*)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程p*为与液相主体浓度为与液相主体浓度c平衡的气相主体分压平衡的气相主体分压第二部分第二部分 吸收吸收以以(c*-c)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程c*为与气相主体分压为与气相主体分压p平衡的液相主体浓度平衡的液相主体浓度第二部分第二部分 吸收吸收以以(Y-Y*)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程Y*为与液相主体浓度为与液相主体浓度X
76、平衡的气相主体浓度（摩尔比）平衡的气相主体浓度（摩尔比）第二部分第二部分 吸收吸收以以(X*-X)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程X*为与气相主体浓度为与气相主体浓度Y平衡的液相主体浓度（摩尔比）平衡的液相主体浓度（摩尔比）第二部分第二部分 吸收吸收回顾：分子扩散与菲克定律回顾：分子扩散与菲克定律等分子反方向扩散：等分子反方向扩散：v分子扩散概念：分子扩散概念：分子无规则热运动分子无规则热运动静止或滞流流体静止或滞流流体v菲克定律：菲克定律：一组分通过另一停滞组分的扩散：一组分通过另一停滞组分的扩散：v定态分子的扩散：定态分子的扩散：总体流动：总体流动：A、B分子递补运动分子递补运
77、动漂流因子：漂流因子：第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.5 对流传质（对流传质（1）v涡流扩散机理涡流扩散机理流体质点的湍动和漩涡流体质点的湍动和漩涡v涡流扩散通量涡流扩散通量DE不是不是物性常数，与物性、湍动程度有关，随位置而变物性常数，与物性、湍动程度有关，随位置而变v对流扩散对流扩散概念概念流体（湍流主体）与相界面之间的传质，流体（湍流主体）与相界面之间的传质，分子扩散、涡流扩散两种传质作用的总和分子扩散、涡流扩散两种传质作用的总和表达式表达式第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.5 对流传质（对流传质（2）v对流扩散对流扩散流体流动与扩散流体流动与扩散滞流内层：分子扩散滞流内层：分子扩
78、散湍流主体：涡流扩散湍流主体：涡流扩散过渡区：分子扩散和涡流扩散过渡区：分子扩散和涡流扩散pAZ相相界界面面滞流内层厚度滞流内层厚度气相有效膜厚度气相有效膜厚度ZG浓度分布浓度分布有效滞流膜层的传质推动力即为气相主体与相界面的分压之差有效滞流膜层的传质推动力即为气相主体与相界面的分压之差传质阻力主要在有效膜层内传质阻力主要在有效膜层内有效膜层内以分子扩散形式传递有效膜层内以分子扩散形式传递第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.6 吸收过程的机理吸收过程的机理双膜理双膜理论论双膜理论双膜理论停滞膜模型停滞膜模型模型要点模型要点:气膜气膜液膜液膜界面界面传质方向传质方向气相主体气相主体液相主体液相主
79、体ZGZLppicci*相界面处存在一层虚拟的相界面处存在一层虚拟的停滞膜停滞膜;*膜外为流体流动的湍流区膜外为流体流动的湍流区,*停滞膜非常薄停滞膜非常薄,膜内无物质累积膜内无物质累积,为稳态分子扩散为稳态分子扩散.*对流传质阻力全部集中于停滞膜内对流传质阻力全部集中于停滞膜内.传质速率方程传质速率方程局限局限对于多数传质设备，不具备固定界面，停滞膜的设想不能反映实际情况对于多数传质设备，不具备固定界面，停滞膜的设想不能反映实际情况第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.6 吸收过程的机吸收过程的机理理溶质渗透理论（溶质渗透理论（1）液面由无数微小的流体单元构成；每个微元与液面由无数微小的流体单
80、元构成；每个微元与气相的接触时间相同，接触后，被来自液相主气相的接触时间相同，接触后，被来自液相主体的新单元取代，而其自身返回液相主体体的新单元取代，而其自身返回液相主体接触时间接触时间0 0 z z O( O(液面、液体内部）液面、液体内部）, ,保持液相主体浓度保持液相主体浓度c c0 0接触时间接触时间00 z=0( z=0(液面或相界面）处，立即达到与气相呈平衡的浓度液面或相界面）处，立即达到与气相呈平衡的浓度c ci i z0( z0(液体内部）液体内部）,cc,c 2.2.6 吸收过程的机理吸收过程的机理溶质渗透理论（溶质渗透理论（2）ccic0Z接触时间接触时间增大的方向增大的方
81、向=0=0=液相中浓度分布与接触时间关系液相中浓度分布与接触时间关系模型要点模型要点:相界面上，液、气组成达到平衡相界面上，液、气组成达到平衡,即使传即使传质推动力为零。质推动力为零。溶质向界面液膜纵深溶质向界面液膜纵深z向渗透向渗透，膜内渗，膜内渗透过程非稳态分子扩散过程。透过程非稳态分子扩散过程。液膜之外为稳态扩散液膜之外为稳态扩散传质速率方程传质速率方程:特点特点:描述湍流下的传质机理提供了更合理的解释描述湍流下的传质机理提供了更合理的解释液体微元的接触时间相同液体微元的接触时间相同（实际上不同）（实际上不同）第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.6 吸收过程的机理吸收过程的机理表面更新理
82、论表面更新理论模型要点模型要点:液体表面始终处于不断为液体表面始终处于不断为液体微团更新过程液体微团更新过程之中。之中。界面上气液成平衡状态。界面上气液成平衡状态。溶质组分以溶质组分以非稳态分子扩散方式非稳态分子扩散方式传递到液体微团中。传递到液体微团中。相界面上各液体微团相界面上各液体微团暴露于气相的时间不同暴露于气相的时间不同，符合随机的，符合随机的“寿命寿命”分布规律。分布规律。传质速率传质速率传质理论仍不断发展，具有一定的启发和指导意义传质理论仍不断发展，具有一定的启发和指导意义第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式过程速率与推动力过程速率与推动力v过程的
83、速率推动力过程的速率推动力/阻力系数阻力系数推动力推动力v定态过程，相界面两侧的气、液膜层中的传质速率相等定态过程，相界面两侧的气、液膜层中的传质速率相等第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式气膜和液膜吸收速率方程式气膜和液膜吸收速率方程式阻力阻力1/kGv气膜吸收速率方程式气膜吸收速率方程式推动力推动力(p-pi)推动力推动力(y-yi)阻力阻力1/kxv液膜吸收速率方程式液膜吸收速率方程式推动力推动力(ci-c)推动力推动力(xi-x)阻力阻力1/kL阻力阻力1/kxky=PkGkx=CkLC总浓度总浓度推动力与阻力（或系数）的表达要一一对应推动力与阻力（或系
84、数）的表达要一一对应第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式界面浓度界面浓度v界面处气液浓度符合平衡关系界面处气液浓度符合平衡关系v定态操作，气相、液相传质速度相等定态操作，气相、液相传质速度相等Pi=ci/H直线方程直线方程（pi,ci）是平衡方程和上述直线方程的交点）是平衡方程和上述直线方程的交点ppiccic*p*AB斜率斜率=-(kL/kG)第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式总吸收系数和总吸收速率方程总吸收系数和总吸收速率方程(1)v提出问题：提出问题：v解决方法：解决方法：传质推动力：两相主体浓度未达相平衡，传质推动力：两
85、相主体浓度未达相平衡，主体浓度与其平衡浓度差额主体浓度与其平衡浓度差额以两相主体浓度的某种差值代表总推动力以两相主体浓度的某种差值代表总推动力界面浓度难测定界面浓度难测定v以以(p-p*)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程v以以(c*-c)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式总吸收系数和总吸收速率方程总吸收系数和总吸收速率方程(2)v总系数系数总系数系数KG的讨论的讨论即：总阻力液膜阻力即：总阻力液膜阻力+气膜阻力气膜阻力易溶气体，易溶气体，H很大很大气膜控制气膜控制难溶气体，难溶气体，H很小很小液膜控制液膜
86、控制Pi=ci/Hppiccip*AIppiccip*c*AI第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式总吸收系数和总吸收速率方程总吸收系数和总吸收速率方程(3)v以以(Y-Y*)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程v以以(X*-X)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程第二部分第二部分 吸收吸收 2.2.7 吸收速率方程式吸收速率方程式小节小节v气、液膜系数表示的速率方程式气、液膜系数表示的速率方程式v总系数系数表示的速率方程式总系数系数表示的速率方程式ky=PkGkx=CkLC总浓度总浓度推动力与阻力（或系数）的表达要一一对应推动力与阻力（或系数）的
87、表达要一一对应作业nP142：7，8思考题1.分子分子扩扩散与散与涡涡流流扩扩散散过过程有何不同？程有何不同？2.总总体流体流动对传质过动对传质过程有何影响？程有何影响？3.相相际传质过际传质过程的双膜模型的要点是什么程的双膜模型的要点是什么4.怎怎样样判断吸收判断吸收过过程是气膜控制程是气膜控制过过程程还还是是液膜控制液膜控制过过程程5.各种以不同各种以不同传质传质推推动动力表示的力表示的传质传质速率速率方程之方程之间间有什么有什么联联系？系？第二部分第二部分 吸收吸收以以(p-p*)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程p*为与液相主体浓度为与液相主体浓度c平衡的气相主体分压平衡的气
88、相主体分压第二部分第二部分 吸收吸收以以(c*-c)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程c*为与气相主体分压为与气相主体分压p平衡的液相主体浓度平衡的液相主体浓度第二部分第二部分 吸收吸收以以(Y-Y*)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程Y*为与液相主体浓度为与液相主体浓度X平衡的气相主体浓度（摩尔比）平衡的气相主体浓度（摩尔比）第二部分第二部分 吸收吸收以以(X*-X)表示总推动力的速率方程表示总推动力的速率方程X*为与气相主体浓度为与气相主体浓度Y平衡的液相主体浓度（摩尔比）平衡的液相主体浓度（摩尔比）第二部分第二部分 吸收吸收回顾回顾v吸收过程的机理：吸收过程的机理：双
89、膜理论双膜理论v吸收速率方程式：吸收速率方程式：气膜气膜液膜液膜界面界面传质方向传质方向气相主体气相主体液相主体液相主体ZGZLppicci气、液膜系数表示的速率方程式气、液膜系数表示的速率方程式ky=PkGkx=CkLC总浓度总浓度总系数系数表示的速率方程式总系数系数表示的速率方程式推动力与阻力（或系数）的表达要一一对应推动力与阻力（或系数）的表达要一一对应第二部分第二部分 吸收吸收 2.3 吸收塔的计算吸收塔的计算v吸收塔工艺计算吸收塔工艺计算已知混合气体进、出塔的浓度，吸收剂进塔浓度，已知混合气体进、出塔的浓度，吸收剂进塔浓度，确定吸收剂用量确定吸收剂用量v吸收塔工艺尺寸吸收塔工艺尺寸塔
90、径、塔有效段高度塔径、塔有效段高度理论板数理论板数v吸收流程吸收流程逆流逆流浓端：浓端：“1”，塔底，塔底稀端：稀端：“2”，塔顶，塔顶L,X2L,X1mnV,Y2V,Y1YX浓度：摩尔比表示，流量用惰性气体或溶质流量表示浓度：摩尔比表示，流量用惰性气体或溶质流量表示即即V，L为常数为常数溶质回收率溶质回收率:第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线吸收塔的物料衡算与操作线方程方程v全塔物料衡算全塔物料衡算已知已知X2、Y1和和Y2（由回收率确定），求（由回收率确定），求X1L,X2L,X1mnV,Y2V,Y1YXv操作线方程操作线方程v操作线操作线直线，过直线，过B（
91、X1，Y1）和）和T（X2，Y2）Y1Y2YX2X1XY*=f(X)BT吸收：操作线位于平衡线上方吸收：操作线位于平衡线上方第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.2 吸收剂用量吸收剂用量v一般由生产任务可知：一般由生产任务可知：V，Y1，Y2，X2vL由设计者确定由设计者确定Y1Y2X2X1X1*BTB*Y1Y2X2X1X1BTBL减少，减少，L/V减少，减少，X1增大，当增大，当X1X1*，推动力为零，推动力为零L减少，减少，当操作线与平衡线相切，推动力为零减少，减少，当操作线与平衡线相切，推动力为零推动力为零时，推动力为零时，(L/V)min，Lmin最小最小Lmin适宜适宜L：经济衡量：经
92、济衡量L（1.12.0）Lminv例例2-8，P104，注意单位换算，注意单位换算第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.4 填料层高度的计算填料层高度的计算(1)v填料层高度的基本计算填料层高度的基本计算a a 有效比表面有效比表面： 被流动的液体膜层覆盖的填料表面。被流动的液体膜层覆盖的填料表面。 与与填料填料形状、尺寸填充情况有关；形状、尺寸填充情况有关；流体流体流动情况有关流动情况有关 难测定难测定KYa气相气相总总体积吸收系数体积吸收系数(Kmol.m-3.s-1)Kxa液相液相总总体积吸收系数体积吸收系数第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.4 填料层高度的计算填料层高度的计算(2)v传
93、质单元高度与传质单元数传质单元高度与传质单元数单位单位无因次无因次,即即气相总气相总传质单元数传质单元数单位单位m,即即气相总气相总传质单元高度传质单元高度液相总液相总传质单元高度传质单元高度液相总液相总传质单元数传质单元数填料高度传质单元高度填料高度传质单元高度传质单元数传质单元数第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.4 填料层高度的计算填料层高度的计算(3)v传质单元高度物理意义传质单元高度物理意义设填料高度恰等于一个传质单元高度设填料高度恰等于一个传质单元高度若通过一段若通过一段填料高度填料高度前后浓度变前后浓度变化（化（Y1-Y2）恰好等于此段填料内）恰好等于此段填料内的总推动力的平均值
94、的总推动力的平均值(Y-Y*)mY2Y1HOGY2Y1X2X2(Y-Y*)m第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.4 填料层高度的计算填料层高度的计算(4)v传质单元高度的影响因素传质单元高度的影响因素与（与（V/)、KYa（反映传质阻力、填料性能、润湿情况等）有关（反映传质阻力、填料性能、润湿情况等）有关对每种填料而言，传质单元高度变化不大，对每种填料而言，传质单元高度变化不大，查有关资料或经验公式计算查有关资料或经验公式计算v传质单元数的影响因素传质单元数的影响因素反应吸收过程的难易程度：任务所要求的气体浓度变化（反应吸收过程的难易程度：任务所要求的气体浓度变化（Y1-Y2）过程的推动力（过
95、程的推动力（Y-Y*)作业nP142：9第二部分第二部分 吸收吸收填料层高度的基本计算填料层高度的基本计算L,X2L,X1V,Y2V,Y1YY+dYXX+dXdZ对微元对微元作物料衡算作物料衡算，单位时间内传质的量，单位时间内传质的量dGAdGA=VdY=LdX(Kmol/s)微元内，认为微元内，认为NA(Kmol.m-2.s-1)不变（沿塔高，浓度不变（沿塔高，浓度变化，变化，NA变化），由变化），由传质速率传质速率计算计算dGAdGA=NAdA =NA(adZ)截截面面积积其中其中NAKY（Y-Y*）KX（X*-X)dGA=KY（Y-Y*）(adZ)dGA=KX（X*-X）(adZ)dGA
96、=VdYKY（Y-Y*）(adZ)第二部分第二部分 吸收吸收回顾回顾L,X2L,X1mnV,Y2V,Y1YXv吸收流程吸收流程逆流逆流摩尔比表示，流量用惰性气体或摩尔比表示，流量用惰性气体或溶质流量表示溶质流量表示,即即V，L为常数为常数v操作线方程操作线方程vL由设计者确定由设计者确定L（1.12.0）LminY1Y2X2X1X1*BTB*Y1Y2X2X1X1BTBv填料层高度的基本计算填料层高度的基本计算v传质单元高度物理意义传质单元高度物理意义Y2Y1HOGY2Y1X2X2(Y-Y*)m第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.4 (5)传质单元数的求法传质单元数的求法（1） 图解积分法和数值
97、积分法图解积分法和数值积分法图解积分：利用积分的几何意义，适宜用于图解积分：利用积分的几何意义，适宜用于各种平衡关系各种平衡关系Y1Y2YY*X2X1XTBA*YXYY2Y1例例2-9，P110第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.4 (5)传质单元数的求法传质单元数的求法（2） 解析法解析法脱吸因数式：脱吸因数式： 平衡线可用直线方程表示平衡线可用直线方程表示Y*mX+b脱吸因数式分析脱吸因数式分析：NOL第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.4 (5)传质单元数的求法传质单元数的求法（3） 对数平均推动力式对数平均推动力式对数平均推动力确定对数平均推动力确定NOG对数平均推动力确定对数平均推动
98、力确定NOL例例2-10，P114Y1Y2X2X1BTY2*Y1*第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.4 (5)传质单元数的求法传质单元数的求法（4） 梯级图解法梯级图解法条件：条件：原理：原理：平衡线为直线，或弯曲程度不大平衡线为直线，或弯曲程度不大传质单元的概念传质单元的概念,即：即：(Y1-Y2)=(Y-Y*)mY2Y1HOGY2Y1X2X2(Y-Y*)m作图求作图求NOG：AHY1Y2X2X1TTBBNMFFHA作推动力（作推动力（Y-Y*）的中线）的中线NM过过T作水平线，使作水平线，使TFFF过过F作垂直线，交操作线为作垂直线，交操作线为A每作每作一个梯级一个梯级TFA，代表为，代
99、表为一个一个气相总气相总传质单元传质单元例例2-11，P117第二部分第二部分 吸收吸收 2.3.4 (5)传质单元数的求法传质单元数的求法（5） 小节小节v 解析法：解析法：平衡线为直线平衡线为直线 脱吸因数式：脱吸因数式： 对数平均推动力对数平均推动力v 梯级图解法：梯级图解法：平衡线弯曲程度不大平衡线弯曲程度不大v 图解积分法：图解积分法：平衡线为曲线，适合于高浓度吸平衡线为曲线，适合于高浓度吸收、非等温吸收等复杂情况收、非等温吸收等复杂情况AHY1Y2X2X1TTBBNMFFHA经过经过一个一个TFA梯级梯级，相当于，相当于一个一个气相总气相总传质单元传质单元第二部分第二部分 吸收吸收
100、 2.3.5理论板层数的计算理论板层数的计算v 塔高塔高填料塔填料塔：板式塔：板式塔：塔高理论板层数塔高理论板层数等板高度等板高度塔高（理论板层数塔高（理论板层数/全塔效率）全塔效率）板间距板间距v 理论板层数计算理论板层数计算梯级图解法梯级图解法解析法解析法不受任何限制：浓度表示，低、高浓度吸收（或脱吸）不受任何限制：浓度表示，低、高浓度吸收（或脱吸）低浓度吸收，即平衡关系为直线低浓度吸收，即平衡关系为直线v 例例1-12，P121（图解法中，图解法中，NT7.6）作业nP142，15第二部分第二部分 吸收吸收脱吸因数式脱吸因数式L,X2L,X1mnV,Y2V,Y1YX第二部分第二部分 吸收
101、吸收脱吸因数式分析脱吸因数式分析NOG由由S与与(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)确定确定(Y1-Y2*)/(Y2-Y2*)反映溶质吸收率高低：反映溶质吸收率高低：吸收率高，吸收率高，Y2小，小，NOG大大S反映吸收推动力的大小：反映吸收推动力的大小：S（m/(L/V)增大，增大，即即L/V减小，减小，X1增大，推动力减小，增大，推动力减小，NOG增大增大S大小的确定：高吸收率，即大小的确定：高吸收率，即Y2小，要求小，要求L/V大，大，使操作线斜率大于平衡线斜率，使操作线斜率大于平衡线斜率，S1一般一般S0.70.8较经济较经济S0S210100100010203040NOG(Y1-Y2*)
102、/(Y2-Y2*)Y1Y2X2X1X1BTB第二部分第二部分 吸收吸收 对数平均推动力式对数平均推动力式Y1Y2X2X1BTY2*Y1*第二部分第二部分 吸收吸收 图解法理论证明图解法理论证明TFFF，可知，可知HH为梯形为梯形TTAA的中线的中线,即即HH（TT+AA）/2AHY1Y2X2X1TTBBNMFFAHY1TT 和和AA分别代表分别代表T端和端和A端的推动力，端的推动力，HH代表了代表了 T到到A 的的平均推动力平均推动力NM为操作线和平衡线的中线，即为操作线和平衡线的中线，即HFHH/2TFFF ,HF为三角形为三角形AFA的中线，的中线，即即HFAF/2AF= HH, 即通过一
103、段填料后即通过一段填料后溶质浓度变化溶质浓度变化与该段与该段平均推动力平均推动力相等相等AF代表气体通过一段填料后代表气体通过一段填料后溶质浓度变化溶质浓度变化（Y1-Y2)经过经过一个一个TFA梯级梯级，相当于，相当于一个一个气相总气相总传质单元传质单元第二部分第二部分 吸收吸收图解梯级法求理论板层数图解梯级法求理论板层数在操作线与平衡线作梯级，如从在操作线与平衡线作梯级，如从B作梯级，直到作梯级，直到Yt例例2-12Y1Y2X2X11234567第三部分第三部分 塔设备塔设备3.1 板式塔（板式塔（1）v 板式塔功能：板式塔功能：气液接触（传质系数大、接触面积大）气液接触（传质系数大、接触
104、面积大）v 板式塔的设计意图（理想流动状态）板式塔的设计意图（理想流动状态） ：v 板式塔上两相接触状态：板式塔上两相接触状态：鼓泡接触状态：鼓泡接触状态：u 低，清液层，低，清液层，气泡气泡为传质表面，液相为连续相；为传质表面，液相为连续相；泡沫接触状态：泡沫接触状态：u 增加，清液层降低，不断更新的增加，清液层降低，不断更新的液膜液膜为传质表面，液相为连续相；为传质表面，液相为连续相；喷射接触状态：喷射接触状态：u较大，不断更新的较大，不断更新的液滴液滴为传质表面曲线，气相为连续相。为传质表面曲线，气相为连续相。尽量逆流流动（最大的传质推动力）：尽量逆流流动（最大的传质推动力）： 气体在气
105、体在压差压差下由下由下而上下而上，液体在，液体在重力重力下由下由上而下；上而下； 错流塔板：总体上逆流流动，板上错流流动错流塔板：总体上逆流流动，板上错流流动气液充分接触，气液充分接触，总体上逆流流动，板上错流流动总体上逆流流动，板上错流流动第三部分第三部分 塔设备塔设备3.1 板式塔（板式塔（2）v 板式塔上非理想流动板式塔上非理想流动降低传质推动力降低传质推动力液膜夹带液膜夹带气泡夹带气泡夹带反混反混不均匀流动不均匀流动气体不均匀流动（液面落差和水力学梯度）气体不均匀流动（液面落差和水力学梯度）液体不均匀流动液体不均匀流动v 三种不正常现象三种不正常现象夹带液泛夹带液泛溢流液泛溢流液泛严重
106、漏液严重漏液随气速增大，使塔板阻力增大，上层塔板上随气速增大，使塔板阻力增大，上层塔板上液层增厚，塔板液液层增厚，塔板液流不畅，液层迅速积累流不畅，液层迅速积累，以致充满整个空间，即液泛。由此原，以致充满整个空间，即液泛。由此原因诱发的液泛为液沫夹带液泛。开始发生液泛时的气速称之为因诱发的液泛为液沫夹带液泛。开始发生液泛时的气速称之为液泛气速液泛气速当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻力当塔内气、液两相流量较大，导致降液管内阻力及塔板阻力增大时，均会引增大时，均会引起降液管液层升高起降液管液层升高，。当降液管内液层高度，。当降液管内液层高度难以维持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅
107、速上升，以致难以维持塔板上液相畅通时，降液管内液层迅速上升，以致达到上一层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛达到上一层塔板，逐渐充满塔板空间，即发生液泛第三部分第三部分 塔设备塔设备3.1 板式塔（板式塔（3）v板式塔的塔板基本结构板式塔的塔板基本结构液体流动方向液体流动方向1 234561、降液管的受液区、降液管的受液区2、进口安定区、进口安定区3、鼓泡区、鼓泡区4、出口安定区（破沫区）、出口安定区（破沫区）5、降液管的溢流区、降液管的溢流区6、无效区、无效区第三部分第三部分 塔设备塔设备3.1 板式塔（板式塔（4）v接触状态的选择接触状态的选择泡沫接触状态：液膜足够稳定，不易形成大气泡，有
108、利传质泡沫接触状态：液膜足够稳定，不易形成大气泡，有利传质喷射接触状态：液滴不断更新，小液滴（要求液滴不稳定）喷射接触状态：液滴不断更新，小液滴（要求液滴不稳定）物性性质物性性质膜、滴稳定性膜、滴稳定性接触状态选择接触状态选择泡沫泡沫喷射喷射轻轻 重重 稳定稳定 轻轻 3.1 板式塔（板式塔（5）v塔板负荷性能图塔板负荷性能图1、雾沫夹带线、雾沫夹带线2、液相负荷下限线、液相负荷下限线（液体分布均匀限制）（液体分布均匀限制）3、漏液线、漏液线（气相负荷下限线）（气相负荷下限线）4、液相负荷上限线、液相负荷上限线（停留时间，气泡夹带）（停留时间，气泡夹带）5、液泛线、液泛线操作弹性定义操作弹性定
109、义（a）单流型）单流型（b）双流型）双流型（c）四程流型）四程流型(d）阶梯流型）阶梯流型（e）U型流型型流型第三部分第三部分 塔设备塔设备塔板溢流类型塔板溢流类型液体在板上流经长，气液接触时间长，有利于提高传质效率；液体在板上流经长，气液接触时间长，有利于提高传质效率；但液面落差大，气流分布不均但液面落差大，气流分布不均U型流：小塔，或液体流量小型流：小塔，或液体流量小单溢流：广泛应用于单溢流：广泛应用于D2.2m设计点设计点P1靠近液沫夹带线，说明靠近液沫夹带线，说明A、HT太小，可通过减小降液管面积太小，可通过减小降液管面积Ad或或lW,提高提高HT。设计点设计点P2靠近降液管液泛线，说
110、明降液管液体通能力小，塔板阻力大。为靠近降液管液泛线，说明降液管液体通能力小，塔板阻力大。为此可扩大降液管，提高开孔率，即提高此可扩大降液管，提高开孔率，即提高HT或或lW，增加筛孔数。，增加筛孔数。设计点设计点P3靠近塔板漏液线，说明塔板开孔率太高，可适当减少孔数靠近塔板漏液线，说明塔板开孔率太高，可适当减少孔数n设计点设计点P4靠近液相下限线及气相下限，说明溢流堰靠近液相下限线及气相下限，说明溢流堰lW过长或降液管面积过长或降液管面积Ad过大，开孔面积过大，开孔面积A0过大，故可减小堰长过大，故可减小堰长lW。此类情况应减小塔径。此类情况应减小塔径D。设计点设计点P5靠近降液管上限线，说明
111、降液管空间裕量较小，可提高靠近降液管上限线，说明降液管空间裕量较小，可提高HT或或lW均。若经过调整仍不适宜，显然就需要重新设计均。若经过调整仍不适宜，显然就需要重新设计D。第三部分第三部分 塔设备塔设备负荷性能图的应负荷性能图的应用用a.塔板间距塔板间距HT提高塔板间距提高塔板间距HT，既增加了塔板间距空间高度，又增加了降液管体积。，既增加了塔板间距空间高度，又增加了降液管体积。则有利于减少液沫夹带，增强降液管液体的通过能力（推动力增大），使液体停则有利于减少液沫夹带，增强降液管液体的通过能力（推动力增大），使液体停留时间增加。所以，留时间增加。所以，1、4、5条线向外移条线向外移第三部分第
112、三部分 塔设备塔设备HT对对负荷性能图的影响负荷性能图的影响降液管面积降液管面积Ad或堰长或堰长lW若增大堰长若增大堰长则引起则引起Ad增大，塔截面的气相通道面积增大，塔截面的气相通道面积A及开孔区及开孔区Aa减减小。因小。因lW增大，则溢流强度降低，故使其液相下限提高，增大，则溢流强度降低，故使其液相下限提高，A减小使减小使u增大，增大，使液沫夹带量增大，而降液管使液沫夹带量增大，而降液管Ad增大，使液体停留时间增长。增大，使液体停留时间增长。Aa减小，减小，若其开孔率不变，孔数若其开孔率不变，孔数n减少，使孔流速减少，使孔流速u0提高，使塔板漏液点提高，使塔板漏液点u0下降，下降，所以气相
113、流量下限线或漏液限降低，使得所以气相流量下限线或漏液限降低，使得5条线均发生变化条线均发生变化第三部分第三部分 塔设备塔设备降液管面积对负荷性能图的影降液管面积对负荷性能图的影响响增大塔板的开孔率增大塔板的开孔率若其他尺寸不变仅曾筛孔数若其他尺寸不变仅曾筛孔数n即提高开孔率即提高开孔率，使得孔流气速，使得孔流气速u0下降。使得塔下降。使得塔板阻力下降，易发生漏液，缓解降液管的液泛，故漏液线板阻力下降，易发生漏液，缓解降液管的液泛，故漏液线3及降液管液泛线及降液管液泛线5均上均上移移第三部分第三部分 塔设备塔设备开孔率面积对负荷性能图的影开孔率面积对负荷性能图的影响响第三部分第三部分 塔设备塔设
114、备塔板类型塔板类型泡罩塔板泡罩塔板v结构特点结构特点v优点：不易发生漏液优点：不易发生漏液v缺点：结构复杂，效率不高，操作弹性较小缺点：结构复杂，效率不高，操作弹性较小v应用情况：目前较少应用应用情况：目前较少应用第三部分第三部分 塔设备塔设备塔板类型塔板类型筛板筛板v结构特点结构特点v特点：易发生漏液特点：易发生漏液结构简单，效率不高，生产能力大，操作弹性较小结构简单，效率不高，生产能力大，操作弹性较小v应用情况：日趋应用广泛应用情况：日趋应用广泛F-1型型V-4型型A型型十字架型十字架型方形浮阀方形浮阀v结构特点结构特点v优点：优点：v应用情况：应用广泛应用情况：应用广泛生产能力大生产能力
115、大操作弹性大操作弹性大效率较高效率较高结构较简单结构较简单压力降和液面落差较小压力降和液面落差较小第三部分第三部分 塔设备塔设备塔板类型塔板类型浮阀塔浮阀塔第三部分第三部分 塔设备塔设备塔板类型塔板类型其它塔板其它塔板（1）喷射塔板喷射塔板斜孔塔板斜孔塔板网孔塔板网孔塔板第三部分第三部分 塔设备塔设备塔板类型塔板类型其它塔板其它塔板（2）林德筛板林德筛板垂直筛板垂直筛板多降液管塔板多降液管塔板无溢流栅板和筛板无溢流栅板和筛板第三部分第三部分 塔设备塔设备塔板类型塔板类型其它塔板其它塔板（3）板式塔结构及塔内的流动板式塔结构及塔内的流动液泛液泛漏液漏液（a）泡沫状）泡沫状（b）喷射状）喷射状第三
116、部分第三部分 塔设备塔设备3.2 填料塔填料塔填料塔和填料特填料塔和填料特性性v填料塔结构填料塔结构两相组分沿塔高连续变化，连续接触式气、液传质设备两相组分沿塔高连续变化，连续接触式气、液传质设备填料表面形成液膜填料表面形成液膜润湿填料表面上进行传质润湿填料表面上进行传质v填料性能参数填料性能参数比表面比表面（m m2 2/m/m3 3) ) 空隙率空隙率（m m3 3/m/m3 3) ) 填料因子填料因子/ / 3 3 (1/m),(1/m),湿填料因子湿填料因子 ：值越小，流动阻力小：值越小，流动阻力小v填料选择填料选择比表面和空隙率大，润湿性能好，轻，造价低，机械强度高比表面和空隙率大，
117、润湿性能好，轻，造价低，机械强度高第三部分第三部分 塔设备塔设备3.2 填料塔填料塔填料类型填料类型v乱堆填料乱堆填料v规整填料规整填料环形、鞍形、球形环形、鞍形、球形鲍尔环鲍尔环矩鞍矩鞍波纹波纹栅格栅格减少压强、增大比表面积、增加气、液扰动和改善表面润湿性能减少压强、增大比表面积、增加气、液扰动和改善表面润湿性能第三部分第三部分 塔设备塔设备3.2 填料塔填料塔填料塔附件填料塔附件v填料支撑装置填料支撑装置v液体分布装置液体分布装置v液体再分布装置液体再分布装置v气体分布装置气体分布装置v除沫装置除沫装置第三部分第三部分 塔设备塔设备3.2 填料塔填料塔流体力学性流体力学性能能v气体压降气体
118、压降v液泛（液泛气速）液泛（液泛气速）v润湿性能润湿性能液膜液膜下转折点称为下转折点称为“载点载点”，上转折点成为，上转折点成为泛点泛点载点以下为载点以下为恒持液区恒持液区，载点至泛点间为，载点至泛点间为拦液区拦液区，泛点以上为泛点以上为液泛区液泛区泛点对应的空塔气速为液泛气速泛点对应的空塔气速为液泛气速气体的压降取决于气、液两相的流速和物性、填料类型与尺寸气体的压降取决于气、液两相的流速和物性、填料类型与尺寸埃克特通用关联图埃克特通用关联图积液积液，即开始液泛。此后，即开始液泛。此后，压强降急剧增大压强降急剧增大，塔的操作明显波动，气流呈，塔的操作明显波动，气流呈现脉动，液体发生激烈的现脉动
119、，液体发生激烈的轴向返混轴向返混，致使塔的，致使塔的分离效率严重恶化分离效率严重恶化。最小喷淋密度最小喷淋密度Umin有效传质表面：被有效传质表面：被流动流动的液体的液体润湿润湿的填料表面的填料表面第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取v萃取剂的选择萃取剂的选择v液液萃取简介液液萃取简介 v液液萃取在工业上的应用液液萃取在工业上的应用v液液萃取的基本流程液液萃取的基本流程v组成在三角形相图上的表示方法组成在三角形相图上的表示方法v液液- -液平衡关系在三角形相图上的表示法液平衡关系在三角形相图上的表示法v萃取过程在三角形相图上的表示萃取过程在三角形相图上的表示第四部分第四部分 液液- -液萃
120、取液萃取液液萃取简介液液萃取简介萃取萃取原理原理 在在欲欲分分离离的的液液体体混混合合物物中中加加入入一一种种与与其其不不溶溶或或部部分分互互溶溶的的液液体体溶溶剂剂，经经过过充充分分混混合合，利利用用混混合合液液中中各各组组分分在在溶溶剂剂中中溶解度的差异溶解度的差异而实现分离的一种单元操作而实现分离的一种单元操作。 溶质溶质 A ：混合液中欲分离的组分混合液中欲分离的组分 稀释剂（原溶剂）稀释剂（原溶剂）B： 混合液中的溶剂混合液中的溶剂 萃取剂萃取剂S： 所选用的溶剂所选用的溶剂 第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取液液萃取简介液液萃取简介基本过程基本过程描述描述混合液混合液A+B萃
121、取剂(溶剂S)萃取相(S+A+B)萃余相萃余相(B+A+S)搅拌加料加料混合混合分相分相排除排除纯化和回收纯化和回收第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取液液萃取简介液液萃取简介处理对象和处理对象和特点特点v 分离对象分离对象液液混合物液液混合物 1）相对挥发度等于或者接近）相对挥发度等于或者接近1 (烷烃烷烃/芳烃芳烃) 2）重组分）重组分 含量少，轻组分含量多含量少，轻组分含量多(水水-HAc)(含酚废水处理含酚废水处理) 3）混合液含热敏性物质（药物）混合液含热敏性物质（药物）v萃取操作的特点萃取操作的特点选择适宜的溶剂是一个关键问题选择适宜的溶剂是一个关键问题 两个液相应具有一定的密
122、度差两个液相应具有一定的密度差 溶质与萃取剂的沸点差大有利溶质与萃取剂的沸点差大有利 第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取液液萃取在工业上的液液萃取在工业上的应用应用1、液液萃取在石油化工中的应用、液液萃取在石油化工中的应用分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物分离轻油裂解和铂重整产生的芳烃和非芳烃混合物用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡用酯类溶剂萃取乙酸，用丙烷萃取润滑油中的石蜡以以HF-BF3作萃取剂，从作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同分异构体馏分中分离二甲苯及其同分异构体2、在生物化工和精细化工中的应用、在生物化工和精细化工中的应用 以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素
123、的发酵液以醋酸丁酯为溶剂萃取含青霉素的发酵液香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素香料工业中用正丙醇从亚硫酸纸浆废水中提取香兰素食品工业中食品工业中TBP从发酵液中萃取柠檬酸从发酵液中萃取柠檬酸3、湿法冶金中的应用湿法冶金中的应用用溶剂用溶剂LIX63-65等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜等螯合萃取剂从铜的浸取液中提取铜第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取液液萃取的基本流程液液萃取的基本流程萃取单组分萃取 双组分萃取（回流萃取） 单级萃取或并流接触萃取多级错流萃取 多级逆流萃取 连续逆流萃取 第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取组成在三角形相图上的表示方组成在三角形相图上的表示
124、方法法 三元系统的三种情况三元系统的三种情况三元物系三元物系 溶溶质质A可可溶溶于于稀稀释释剂剂B及及萃萃取取剂剂S中中，但但萃萃取取剂剂S与与稀稀释释剂剂B不互溶不互溶 溶溶质质A可可溶溶于于稀稀释释剂剂B及及萃萃取取剂剂S中中，稀稀释释剂剂B与与萃萃取取剂剂S也可部分互溶也可部分互溶三三元元混混合合液液中中有有两两对对组组分分可可部部分分互互溶溶，即即溶溶质质A与与萃萃取取剂剂S部分互溶，稀释剂部分互溶，稀释剂B与萃取剂与萃取剂S也部分互溶也部分互溶第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取组成在三角形相图上的表示方法组成在三角形相图上的表示方法（1）三个顶点：三个顶点：纯物质 三三条条边边
125、上上的的点点：二元混合物的组成AHMDEGFKH点的组成为： SB第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取组成在三角形相图上的表示方法组成在三角形相图上的表示方法（2）三角形内的任一点：三角形内的任一点：一定组成的三元混合物一定组成的三元混合物M点的组成为：点的组成为：直角三角形相图直角三角形相图M点的横坐标表示萃取剂点的横坐标表示萃取剂S的质量百分数的质量百分数纵坐标表示溶质纵坐标表示溶质A的质量百分数的质量百分数三点共线三点共线M点：合点点：合点D、E：差点：差点DE线段成比例线段成比例第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取组成在三角形相图上的表示方法组成在三角形相图上的表示方法（3）杠
126、杆法则杠杆法则萃取物料衡算的依据萃取物料衡算的依据第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取 液液-液平衡关系在三角形相图上的表示法（液平衡关系在三角形相图上的表示法（1）1、溶解度曲线与联结线（共轭线）、溶解度曲线与联结线（共轭线）1）溶解度曲线）溶解度曲线单相区两相区FMRE共轭相：共轭相：R相和E相联结线（共轭线）：联结线（共轭线）：RE第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取 液液-液平衡关系在三角形相图上的表示法液平衡关系在三角形相图上的表示法（2）2）溶解度曲线的实验方法）溶解度曲线的实验方法R2E2M2R1E1M1R3E3M3J混溶点混溶点2、辅助曲线和临界混溶点、辅助曲线和临界混
127、溶点辅助线的作法辅助线的作法C1C2C3P辅助线辅助线的作用：的作用：求任一平衡液相的共轭相REP点：点：临界混熔点或褶点特征是什么？第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取 液液-液平衡关系在三角形相图上的表示法（液平衡关系在三角形相图上的表示法（3）3、分配系数和分配曲线、分配系数和分配曲线1）分配系数）分配系数分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。kA值与联结线的斜率有关。值与联结线的斜率有关。第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取 液液-液平衡关系在三角形相图上的表示法（液平衡关系在三角形相图上的表示法（4）联结线的斜率0
128、kA1，yAxA联结线的斜率为0kA=1，yA=xA联结线的斜率0kA1， yAxAkA值愈大，萃取分离的效果愈好。第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取 液液-液平衡关系在三角形相图上的表示法液平衡关系在三角形相图上的表示法（5）2）分配曲线）分配曲线分配曲线的数学表达式第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取 液液-液平衡关系在三角形相图上的表示法（液平衡关系在三角形相图上的表示法（6）4、温度对相平衡关系的影响、温度对相平衡关系的影响物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大物系的温度升高，溶质在溶剂中的溶解度加大温度升高，分层区面积缩小温度升高，分层区面积缩小T1T2T3第四部分第四部
129、分 液液- -液萃取液萃取 液液-液平衡关系在三角形相图上的表示法（液平衡关系在三角形相图上的表示法（7）1、萃取剂的选择性和选择性系数、萃取剂的选择性和选择性系数1）萃取剂的选择性）萃取剂的选择性第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取萃取剂的选择萃取剂的选择(1)=1，A、B两组分用萃取分离不适宜；两组分用萃取分离不适宜；1，萃萃取取时时组组分分A可可以以在在萃萃取取相相中中浓浓集集，越越大大，组组分分A与与B萃萃取取分分离离的效果越好。的效果越好。2）选择性系数和分配系数的关系）选择性系数和分配系数的关系kA愈大，kB愈小，选择性系数愈大选择性系数表示萃取剂对组分A，B溶解能力差别的大小
130、2、萃取剂、萃取剂S与稀释剂与稀释剂B的互溶度的互溶度组分B与S的互溶度影响溶解度曲线的形状和分层面积。第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取萃取剂的选择萃取剂的选择(2)B、S互溶度小，分层区面积大，可能得到的萃取液的最高浓度ymax较高。B、S互溶度愈小，愈有利于萃取分离。第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取萃取剂的选择萃取剂的选择(3)3、萃取剂回收的难易、萃取剂回收的难易被分离体系相对挥发度被分离体系相对挥发度大，用蒸馏方法分离；大，用蒸馏方法分离；如果如果接近接近1，可用反萃取，结晶分离等方法。，可用反萃取，结晶分离等方法。4、萃取剂的其它性质、萃取剂的其它性质1）萃取剂的密度
131、：）萃取剂的密度：萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差萃取剂与被分离混合物应有较大的密度差2）界界面面张张力力：界界面面张张力力较较大大时时，有有利利于于分分层层；界界面面张张力力过过大大，难难以以使使两相混合良好两相混合良好；界面张力较小时，两相难以分离。界面张力较小时，两相难以分离。首要考虑的还是满足分层的要求。首要考虑的还是满足分层的要求。一般不选界面张力过小的萃取剂。一般不选界面张力过小的萃取剂。第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取萃取剂的选择萃取剂的选择(4)3）粘度）粘度粘度小对萃取剂有利粘度小对萃取剂有利5、一般工业要求、一般工业要求化化学学稳稳定定性性、不不易易聚聚合合、分
132、分解解，有有阻阻垢垢的的热热稳稳定定性性，抗抗氧氧化化的的稳稳定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易，价格便宜等定性，对设备的腐蚀性小，无毒，来源容易，价格便宜等第四部分第四部分 液液- -液萃取液萃取萃取剂的选择萃取剂的选择(5)第五部分第五部分 干燥干燥概述概述干燥：干燥：利用利用热能热能使湿物料中使湿物料中湿分汽化湿分汽化干燥分类干燥分类按操作压强按操作压强按操作方式按操作方式按传热方式按传热方式常压常压、真空、真空连续连续、间歇、间歇传导、传导、对流对流、辐射、介电、辐射、介电对流干燥过程对流干燥过程热量传给湿物料，汽化，由表面扩散到气相主体，因此热量传给湿物料，汽化，由表面扩散到气相
133、主体，因此干燥介质干燥介质是是载热体载热体，又，又是是载湿体载湿体，干燥干燥是是传热、传质传热、传质相结合的操作，相结合的操作，干燥速率干燥速率由由传热、传质速率传热、传质速率控制。控制。干燥必要条件：物料表面水气压强干燥必要条件：物料表面水气压强大于大于干燥介质中水气分压干燥介质中水气分压第五部分第五部分 干燥干燥5.1.1 湿空气的性质湿空气的性质(1)在干燥前后，湿空气中绝干空气的质量没有变化在干燥前后，湿空气中绝干空气的质量没有变化湿度（湿含量）湿度（湿含量）H湿空气中水气的质量湿空气中水气的质量/湿空气中绝干空气的质量湿空气中绝干空气的质量nvMv/(ngMg) nv18/(29)0
134、.622nv/ng0.622p/(P-p)饱和湿度饱和湿度Hs 0.622ps/(P-ps)，与温度和总压有关，与温度和总压有关相对湿度百分率相对湿度百分率 p/ps ，总压及温度相同下总压及温度相同下绝干空气：绝干空气：p=0, =0； 饱和空气：饱和空气：p=ps, =1, 不能作干燥介质不能作干燥介质偏离饱和空气的程度，吸湿能力大小，偏离饱和空气的程度，吸湿能力大小，值越小，吸湿能力越大值越小，吸湿能力越大H0.622 ps/(P- ps)Kg水气水气/kg绝干气绝干气第五部分第五部分 干燥干燥5.1.1 湿空气的性质湿空气的性质(2)比容比容vHm3/kg绝干气绝干气第五部分第五部分
135、干燥干燥5.1.1 湿空气的性质湿空气的性质(3)比热容比热容cH焓焓I规定：规定：0 的绝干空气和液态水的焓值为零的绝干空气和液态水的焓值为零第五部分第五部分 干燥干燥5.1.1 湿空气的性质湿空气的性质(4)干球温度干球温度t简称温度，空气真实温度，普通温度计测得简称温度，空气真实温度，普通温度计测得湿球温度湿球温度tW注意：湿球温度不是状态函数。在测量湿球温度时，空气速度一般需大于5m/s，使对流传热起主要作用，相应减少热辐射和传导的影响，使测量较为精确。湿球温度计测得湿球温度计测得不饱和空气与水气之间存在不饱和空气与水气之间存在湿度差湿度差水气向空气中扩散水气向空气中扩散汽化水所需的汽
136、化水所需的潜热潜热由水本身温度降低放出由水本身温度降低放出显热显热提供提供湿空气温度一定时，湿空气温度一定时，H越大，测得的值越高；越大，测得的值越高；当空气湿度为当空气湿度为Hs时，时， tW =ttW是湿空气的温度是湿空气的温度t和湿度和湿度H的函数的函数第五部分第五部分 干燥干燥5.1.1 湿空气的性质湿空气的性质(5)绝热饱和冷却温度绝热饱和冷却温度tas空气空气空气空气tas,Has,I2t1,H1,I1绝热饱和冷却塔绝热饱和冷却塔空气空气(t1,H1,I1)与水接触，与水接触，传质，水汽化，空气湿度增加传质，水汽化，空气湿度增加汽化所需热量，体系汽化所需热量，体系降低温度降低温度，
137、放出，放出显热显热空气状态变为空气状态变为(tas,Has,I2)等焓增湿降温过程等焓增湿降温过程第五部分第五部分 干燥干燥5.1.1 湿空气的性质湿空气的性质(6)露点露点td等湿等湿冷却到冷却到饱和（饱和（Hs,td)时的温度时的温度Hs，td0.622 ps,td/(P- ps,td)ttas(或或tw)td饱和时：饱和时：ttas(或或tw)td例例5-2，P250已知湿空气的任已知湿空气的任两个独立两个独立参数，可计算其它参数参数，可计算其它参数第五部分第五部分 干燥干燥5.1.2 湿空气的湿空气的H-I图（结构）图（结构）H kg水水/kg绝干气绝干气I kJ/kg绝干气绝干气 t
138、 pkPa横坐标横坐标H， 等湿线等湿线（平行于纵坐标）（平行于纵坐标） 纵坐标纵坐标I， 等焓线等焓线（平行于横坐标）（平行于横坐标） 等干球温线等干球温线t等相对湿度线等相对湿度线 等分压线等分压线p总压一定总压一定H0.622 ps/(P- ps)pP H/(0.622 +H)，一般，一般H很小很小第五部分第五部分 干燥干燥5.1.2 湿空气的湿空气的H-I图（应用）图（应用） 100ttastdIHpA由由H和和I 确定确定t，tas或或tw露点露点td关键在于确定状态点关键在于确定状态点At和和tas或或tw确定确定At和和td确定确定At和和确定确定A 100ttasIHp 100
139、ttdHp 100tHpAAA作业：作业：P299，1-2第五部分第五部分 干燥干燥5.2干燥过程的物料衡算与热量干燥过程的物料衡算与热量衡算衡算 5.2.1 湿物料含水量表示湿物料含水量表示湿基含水量湿基含水量w干基含水量干基含水量XX与与w关系关系第五部分第五部分 干燥干燥5.25.2.2 干燥系统的物料衡干燥系统的物料衡算算水分蒸发量水分蒸发量W空气消耗量空气消耗量L干燥产品流量干燥产品流量G2湿空气湿空气L，H1湿空气湿空气L，H2干燥产品干燥产品G, X2 或或G2, w2湿物料湿物料G, X1 或或 G1,w1干燥器干燥器绝干料绝干料G不变不变第五部分第五部分 干燥干燥5.25.2
140、.3 干燥系统的热量衡算干燥系统的热量衡算(1)干燥流程干燥流程LH0,t0,I0预热器预热器干燥器干燥器LH1,t1,I1LH2,t2,I2G1X1,1,I1G2X2,2,I2QpQDQL预热器消耗热量预热器消耗热量Qp干燥器补充热量干燥器补充热量QD干燥系统消耗热量干燥系统消耗热量Q第五部分第五部分 干燥干燥5.25.2.3 干燥系统的热量衡算干燥系统的热量衡算(2)Q另一形式另一形式Q各项物理意义各项物理意义加热空气加热空气蒸发水分蒸发水分加热湿物料加热湿物料热损失热损失干燥系统的热效率干燥系统的热效率例例5-5，P258，详讲，详讲第五部分第五部分 干燥干燥5.2.4 空气通过干燥气时
141、的状态变化空气通过干燥气时的状态变化（1）绝热干燥过程绝热干燥过程不向干燥器补充热量不向干燥器补充热量QD忽略热损失忽略热损失QL物料进出干燥器的焓相等物料进出干燥器的焓相等I1I2绝热干燥过程为绝热干燥过程为等焓等焓过程过程 100t1t2t0BH0H1ACI1I2H2H-I图上的绝热干燥过程图上的绝热干燥过程预热过程：预热过程：等湿等湿过程过程绝热干燥过程为绝热干燥过程为等焓等焓过程过程第五部分第五部分 干燥干燥5.2.4 空气通过干燥气时的状态变化空气通过干燥气时的状态变化(2)非绝热干燥过程非绝热干燥过程1.操作线在等焓线下方操作线在等焓线下方不可不可忽略热损失忽略热损失QL物料进出干
142、燥器的焓物料进出干燥器的焓不不相等相等I1I2不向干燥器补充热量不向干燥器补充热量QDC12.操作线在等焓线上方操作线在等焓线上方I1例例5-6，P261t025 H0=0.005kg/kg绝干气绝干气G11000kg/hW1=50%预热器预热器干燥器干燥器t238 H2=0.034kg/kg绝干气绝干气W1=6%另外，体系无热损，干燥器内为等焓过程另外，体系无热损，干燥器内为等焓过程求：新鲜空气量求：新鲜空气量L0；Qp解：首先由解：首先由杠杆规则杠杆规则确定混合气状态点确定混合气状态点MIHt0H0At2H2BMM为为A和和B的和点，在的和点，在AB直线上直线上tmHmI1=I2Nt1预热
143、过程，等湿预热过程，等湿干燥过程，干燥过程， 等焓等焓确定确定t1=54 第五部分第五部分 干燥干燥例例5-6，P261（续）（续）L0或或Lt025 H0=0.005kg/kg绝干气绝干气G11000kg/hW1=50%预热器预热器干燥器干燥器Lt238 H2=0.034kg/kg绝干气绝干气W1=6%Lmtm HmLm t1 Hm对虚线范围内进行物料衡算对虚线范围内进行物料衡算作业：作业：P300，3，4第五部分第五部分 干燥干燥5.3固体物料在干燥过程中的平衡与速率固体物料在干燥过程中的平衡与速率关系关系 5.3.1 物料中的水分物料中的水分平衡水分和自由水分平衡水分和自由水分一定空气一
144、定空气状态下，湿物料中的水分。此时湿物料的含水量为状态下，湿物料中的水分。此时湿物料的含水量为平衡含水量平衡含水量X*。平衡含水量平衡含水量X*与空气的与空气的相对湿度相对湿度的关系曲线为的关系曲线为平衡曲线平衡曲线。空气状态恒定时，不同物料的平衡含水量不同空气状态恒定时，不同物料的平衡含水量不同同一物料，平衡含水量随空气状态而变不同同一物料，平衡含水量随空气状态而变不同绝干空气接触可得到绝干物料，即绝干空气接触可得到绝干物料，即 0，X*0X*是湿物料在一定空气状态下的干燥极限是湿物料在一定空气状态下的干燥极限平衡水分平衡水分：自由水分自由水分：湿物料中湿物料中超过超过X*的那部分水分的那部
145、分水分自由水分可以用干燥的方法除去自由水分可以用干燥的方法除去第五部分第五部分 干燥干燥5.3 5.3.1 物料中的水分物料中的水分(2)非结合水和结合水非结合水和结合水当当 =p/ps=100时，物料表面的水气分压等于同温度下时，物料表面的水气分压等于同温度下纯水纯水的饱的饱和蒸气压，即等于同温度下饱和空气的水气分压。此时湿物料含水量和蒸气压，即等于同温度下饱和空气的水气分压。此时湿物料含水量X*B，高出高出X*B的水分称为的水分称为非结合水。非结合水。汽化汽化非结合水非结合水与汽化与汽化纯水纯水相同（相同（p=ps)，易除去，易除去物料中的物料中的吸附水和空隙中的水吸附水和空隙中的水（机械
146、结合）（机械结合）属于非结合水属于非结合水非结合水非结合水结合水结合水湿物料中湿物料中小于小于X*B的水分称为的水分称为结合水。结合水。细胞壁和小毛细管中的水分细胞壁和小毛细管中的水分属于非结合水，属于非结合水，(p5.3 5.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算恒定干燥和非恒定干燥恒定干燥和非恒定干燥干燥过程中空气的湿度干燥过程中空气的湿度H和温度和温度t(即空气的状态不变）即空气的状态不变）大量大量空气干燥空气干燥少量少量物料时，可近似看作恒定干燥物料时，可近似看作恒定干燥恒定干燥恒定干燥非恒定干燥非恒定干燥（变动干燥）（变动干燥）实际干燥过程，随着干燥进行，空气温度下降、湿度增加。实际干
147、燥过程，随着干燥进行，空气温度下降、湿度增加。恒定干燥下的干燥实验和干燥时间恒定干燥下的干燥实验和干燥时间干燥实验：干燥实验：干燥时间：干燥时间：获得干燥曲线（湿物料含湿量获得干燥曲线（湿物料含湿量X-干燥时间）干燥时间）计算干燥器的尺寸计算干燥器的尺寸第五部分第五部分 干燥干燥5.3 5.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算 _干燥曲线干燥曲线预热段，热空气部分热量用于加入物料，物预热段，热空气部分热量用于加入物料，物料料X X下降，温度升高到下降，温度升高到t tW WdX/ddX/d基本基本不变不变，空气传给物料的空气传给物料的显热显热等于水等于水分汽化所需的分汽化所需的潜热潜热，物料表
148、面温度恒定与，物料表面温度恒定与t tW WABAB段：段：BCBC段：段：CDECDE段：段：热空气部分热量用于加入物料，部分热量热空气部分热量用于加入物料，部分热量用于汽化水分，物料温度由用于汽化水分，物料温度由t tW W升高到升高到2，dX/ddX/d逐渐下降，直到逐渐下降，直到E点，其含水量点，其含水量X*。ABC DE物料温度物料温度干燥时间干燥时间t tW W21ABC DEX干燥时间干燥时间X1X2第五部分第五部分 干燥干燥5.3 5.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算 _干燥速率曲线（干燥速率曲线（1）干燥速率干燥速率UUdW/Sd kg水水/(m2.s)dW=-GdXU-
149、GdX/Sd干燥速率曲线干燥速率曲线UABCDEUXcX*XUc恒速干燥阶段：恒速干燥阶段：ABC DEX干燥时间干燥时间ABC（AB预热段，时间短，并入预热段，时间短，并入BC一起考虑）一起考虑）相当于湿球温度计的湿纱布表面（相当于湿球温度计的湿纱布表面（充分润湿充分润湿），），=t tW WABC DE物料温度物料温度干燥时间干燥时间t tW W21充分润湿：充分润湿：k1=k2非结合水非结合水表面汽化控制阶段：表面汽化控制阶段：U取决于外部干燥条件取决于外部干燥条件第五部分第五部分 干燥干燥5.3 5.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算 _干燥速率曲线（干燥速率曲线（2）降速干燥阶段降速干燥阶段表面不能充分润湿：表面不能充分润湿：k15.3 5.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算 _恒定干燥条件下干燥时间计算恒定干燥条件下干燥时间计算恒速阶段恒速阶段降速阶段降速阶段U与与X为线性为线性ABCDEUXcX*XUcX2U2第五部分第五部分 干燥干燥5.3 5.3.2 干燥时间的计算干燥时间的计算 例题例题例题例题5-8，5-9，5-10，P271273作业：作业：P301，9干燥系统消耗热量干燥系统消耗热量Q的另一形式推导的另一形式推导I2-I0I2-I1
