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1、第第1章章 流体流动流体流动本章主要内容：本章主要内容：(1)(1)静力学方程及其应用；静力学方程及其应用；(2)柏努力方程及其应用；柏努力方程及其应用； (3)(3)流动阻力及管路的计算；流动阻力及管路的计算；(4)(4)流速及流量的测量。流速及流量的测量。 本章重点：本章重点：流体流动中的连续性方程及柏努力方程。并运用这流体流动中的连续性方程及柏努力方程。并运用这些基本理论去分析和解决流体的输送问题。些基本理论去分析和解决流体的输送问题。1严选课件混合液体的密度：混合液体的密度：公式应用条件：混合前后体积不变，则公式应用条件：混合前后体积不变，则1kg混合液的体积混合液的体积等于各组分单独
2、存在时的体积之和。等于各组分单独存在时的体积之和。（3）气体密度的计算）气体密度的计算气体的密度随温度和压强而变化气体的密度随温度和压强而变化液体混合物中各组分的质量分数液体混合物中各组分的质量分数2严选课件当气体的压强不太高、温度不太低时当气体的压强不太高、温度不太低时，气体密度气体密度可按可按理想气体状态方程理想气体状态方程来计算。来计算。上式中的上式中的0为标准状态下气体的密度为标准状态下气体的密度，T0、p0分别为标准分别为标准状态下气体的绝对温度和绝对压强。状态下气体的绝对温度和绝对压强。混合气体的密度：混合气体的密度：3严选课件（2）流体的粘度）流体的粘度液体的粘度随温度升高而减小
3、，气体的粘度则随温度升液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升高而增大。高而增大。压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。国际单位制中粘度的单位为国际单位制中粘度的单位为Pas物理单位制的粘度单位物理单位制的粘度单位为为P（泊）和（泊）和cP（厘泊），它们的换算关系如下：（厘泊），它们的换算关系如下：1Pas=10P=1000cP（重点）（重点）粘度与密度之比称为运动粘度，以粘度与密度之比称为运动粘度，以表示表示混合气体和液体的黏度用混合气
4、体和液体的黏度用P141-8、1-9计算计算4严选课件（1 1）压力的单位）压力的单位 在在SISI制制中中，压压力力的的单单位位是是N/mN/m2 2，称称为为帕帕斯斯卡卡，以以PaPa表表示示。也也可可用用其其它它单单位位表表示示：atmatm（标标准准大大气气压压）、atat（工程大气压），某流体柱高度或（工程大气压），某流体柱高度或kgf/cmkgf/cm2 2等。等。 （2 2）单位换算）单位换算1at=9.811at=9.8110104 4Pa=1.0kgf/cmPa=1.0kgf/cm2 2=10.0mH=10.0mH2 2O=735.6mmHgO=735.6mmHg1atm=1
5、.0131atm=1.01310105 5Pa=1.033kgf/cmPa=1.033kgf/cm2 2=10.33mH=10.33mH2 2O=760mmHgO=760mmHg（3 3）压力的基准）压力的基准 压力可以有不同的计量基准压力可以有不同的计量基准绝对压力绝对压力: :以绝对真空以绝对真空( (即零大气压）为基准。即零大气压）为基准。表压：以当地大气压为基准表压：以当地大气压为基准。 5严选课件表压绝对压力大气压力表压绝对压力大气压力真空度大气压力绝对压力真空度大气压力绝对压力6严选课件（1 1）U U形压差计形压差计在正在正U U形管中要求指示剂密度大于工作介质密度形管中要求指示
6、剂密度大于工作介质密度一、压强与压强差的测量压强与压强差的测量7严选课件1.3 流体流动的基本方程流体流动的基本方程1.3.1流量与流速流量与流速 ( (一一) ) 流量流量（1）体积流量：）体积流量：单位时间内流体流经管道任一截单位时间内流体流经管道任一截面的流体的体积面的流体的体积，称为体积流量，以，称为体积流量，以表示，其表示，其单位为单位为m3/s或或m3/h。（2）质量流量）质量流量:单位时间内流体流经管道任一截面单位时间内流体流经管道任一截面的流体的质量的流体的质量，称为质量流量，以，称为质量流量，以表示，其单表示，其单位为位为kg/s或或kg/h。体积流量与质量流量之间的关系为体
7、积流量与质量流量之间的关系为8严选课件（二）（二） 流速流速 (1) (1) 平均流速：流速是指单位时间内液体质点在流平均流速：流速是指单位时间内液体质点在流动方向上所流经的距离。动方向上所流经的距离。 流量与流速关系为：流量与流速关系为： u uVs/AVs/A（重点）（重点） (2)(2)质量流速：单位时间内流体流经管道单位截面质量流速：单位时间内流体流经管道单位截面的质量的质量称为质量流速（称为质量流速（mass velocitymass velocity），以），以G G表示，表示，单位为单位为kg/mkg/m2 2s s。 G GWs/A=Au/A=u Ws/A=Au/A=u （重点
8、）（重点）例例1-3 1-3 用内径用内径105mm105mm的钢管输送压力为的钢管输送压力为2atm2atm、温度为、温度为120120的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为630m630m3 3/h/h，试求此空气在管内的流速和质量流速（取，试求此空气在管内的流速和质量流速（取空气的平均分子量为空气的平均分子量为Mm=28.9Mm=28.9）。）。9严选课件1.3.3 连续性方程式连续性方程式根据质量守恒定律，从截面根据质量守恒定律，从截面1-11-1进入的流体质量流量应进入的流体质量流量应等于从截面等于从截面2-22-2流出的流体质量流量，即流出
9、的流体质量流量，即 WsWs1 1WsWs2 2 1 1A A1 1u u1 12 2A A2 2u u2 2 此关系可推广到管道的任一截面，此关系可推广到管道的任一截面，即即 AuAu常数常数 。若液体不可压缩，。若液体不可压缩，常数，则上常数，则上式可简化为式可简化为 AuAu常数常数 。对于圆形管道，可得对于圆形管道，可得 （重点）（重点）10严选课件H称称为为压压头头或或扬扬程程，其其物物理理意意义义为为单单位位重重量量流流体体流流经经泵泵所获得的能量，单位为所获得的能量，单位为m。We为为单单位位质质量量流流体体流流经经泵泵所所获获得得的的能能量量，也也称称为为有有效功，单位为效功，
10、单位为J/kg。（非常重要）（非常重要）实际流体的柏努利方程式（单位质量）实际流体的柏努利方程式（单位质量）有效功率：单位时间输送设备所作的有效功。以有效功率：单位时间输送设备所作的有效功。以Ne表示：表示：11严选课件（重点）（重点）离心泵的轴功率用离心泵的轴功率用N表示：表示：实际流体的柏努利方程式（单位体积）实际流体的柏努利方程式（单位体积）,单位为单位为Pa1.3.5 柏努力方程式的应用柏努力方程式的应用（1）流量、流速；）流量、流速；（2）容器的相对位置；）容器的相对位置；（3）管路中的流体压强；）管路中的流体压强；（4）管路中所需的外加能量。）管路中所需的外加能量。Ws的单位必须是
11、的单位必须是kg/s12严选课件层层流流特特点点：质质点点始始终终沿沿着着与与管管轴轴平平行行的的方方向向作作直直线线运运动动，质质点点之之间间互互不不混混合合。圆圆管管中中的的流流体体就就如如一一层层一一层层的同心圆筒在平行地流动的同心圆筒在平行地流动。（滞流）。（滞流）湍湍流流特特点点：流流体体质质点点除除了了沿沿着着管管道道向向前前流流动动外外，各各质质点还作剧烈的径向脉动。（紊流）点还作剧烈的径向脉动。（紊流）层流与湍流的区别：层流只有轴向运动，而湍流不仅层流与湍流的区别：层流只有轴向运动，而湍流不仅有轴向运动，而且还有径向运动。有轴向运动，而且还有径向运动。Re2000Re2000时
12、，流动类型为层流；时，流动类型为层流；Re4000Re4000时，流动类型为湍流；时，流动类型为湍流；20002000ReRe40004000，过渡区，流动类型不稳定。，过渡区，流动类型不稳定。13严选课件1.4.2 流体在圆管内流动时的速度分布流体在圆管内流动时的速度分布层层流流流流动动时时的的速速度度分分布布为为抛抛物物线线形形状状。管管中中心心的的流流速速最最大大，向向管管壁壁的的方方向向渐渐减减，靠靠管管壁壁的的流流速速为为零。零。平均速度为最大速度的一半。平均速度为最大速度的一半。14严选课件湍流速度分布：类似抛物线，顶部宽阔而平坦，管壁湍流速度分布：类似抛物线，顶部宽阔而平坦，管壁
13、较陡。较陡。ReRe，顶部越平坦，管壁越陡。，顶部越平坦，管壁越陡。 （近似）（近似） u=0.82uu=0.82umax max 层流底层：层流底层：，在靠近管壁的区域，仍有一极薄的流，在靠近管壁的区域，仍有一极薄的流体作层流流动，称为层流内层或层流底层。体作层流流动，称为层流内层或层流底层。流体的湍流体的湍流程度越大，层流底层越薄。层流底层的存在，对传流程度越大，层流底层越薄。层流底层的存在，对传质、传热有重要影响。质、传热有重要影响。 u,u,湍动程度湍动程度， 。15严选课件 1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力流动阻力产生的内因是流体的粘性，外因是流动。流动阻力产生的内因
14、是流体的粘性，外因是流动。流体在管内流动的总阻力流体在管内流动的总阻力= =直管阻力直管阻力+ +局部阻力局部阻力直管阻力：指流体流经直管时，由于流体流动产生的直管阻力：指流体流经直管时，由于流体流动产生的内摩擦力而产生的阻力。内摩擦力而产生的阻力。局部阻力：指流体流经管件、阀门等由于改变方向产局部阻力：指流体流经管件、阀门等由于改变方向产生旋涡而产生的阻力。生旋涡而产生的阻力。 16严选课件1.5.1流体在直管中的流动阻力流体在直管中的流动阻力（1 1）计算圆形直管阻力的通式（范宁公式）计算圆形直管阻力的通式（范宁公式）摩擦系数摩擦系数，与流体流动状况、管路粗糙度有关与流体流动状况、管路粗糙
15、度有关或或（2 2）管壁粗糙度对摩擦系数的影响）管壁粗糙度对摩擦系数的影响化工所用管道分为光滑管和粗糙管。化工所用管道分为光滑管和粗糙管。管径常以管径常以A*B表示，其中表示，其中A指管外径，指管外径，B指管壁厚度指管壁厚度17严选课件（3）层流时的摩擦系数层流时的摩擦系数层流时的哈根层流时的哈根-波谡叶方程波谡叶方程（重点）（重点）（4）湍流时的摩擦系数）湍流时的摩擦系数湍流时摩擦系数是通过因次分析（量纲分析）和实验湍流时摩擦系数是通过因次分析（量纲分析）和实验湍流时摩擦系数是通过因次分析（量纲分析）和实验湍流时摩擦系数是通过因次分析（量纲分析）和实验得到得到得到得到 与与与与ReRe和相对
16、粗糙度的关系。并绘在图上，和相对粗糙度的关系。并绘在图上，和相对粗糙度的关系。并绘在图上，和相对粗糙度的关系。并绘在图上，P44，该图可分为四个区域：该图可分为四个区域：该图可分为四个区域：该图可分为四个区域：18严选课件层流区：层流区：Re2000Re2000，与与ReRe为直线关系，而与为直线关系，而与/d/d无无关。关。阻力损失与速度的一次方成正比阻力损失与速度的一次方成正比。可计算，也可可计算，也可以查图。以查图。 =64/Re=64/Re =f(Re) =f(Re)过过渡渡区区：2000Re40002000Re100即可达到湍流；即可达到湍流；（6）需要被冷却物料一般选壳程需要被冷却
17、物料一般选壳程，便于散热。，便于散热。59严选课件4-7-3换热器的传热强化途径换热器的传热强化途径总传热速率方程：总传热速率方程：强化方法：强化方法：（一）增大传热面积（一）增大传热面积S关于传热面积关于传热面积S的改变，不以增加换热器台数，改的改变，不以增加换热器台数，改变换热器的尺寸来加大传热面积变换热器的尺寸来加大传热面积S，而是通过对传热，而是通过对传热面的改造，如开槽及加翅片、以不同异形管代替光滑面的改造，如开槽及加翅片、以不同异形管代替光滑圆管等措施来加大传热面积以强化传热过程。圆管等措施来加大传热面积以强化传热过程。(二）增大传热平均温度差二）增大传热平均温度差（三）增大总传热
18、系数（三）增大总传热系数K（设法减小对（设法减小对K值影响较大值影响较大的热阻）的热阻）减小热阻的主要方法有减小热阻的主要方法有(1)加大流速；（加大流速；（2）防止结垢）防止结垢和及时地清除垢层。和及时地清除垢层。60严选课件5.1湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图 5-1-1湿空气的性质湿空气的性质一、湿度一、湿度又称为湿含量。它以湿空气中所含水蒸气的质量与绝对干空气又称为湿含量。它以湿空气中所含水蒸气的质量与绝对干空气的质量之比表示，的质量之比表示，用符号表示，其单位为用符号表示，其单位为kg水气水气/kg干干空气空气第第5章章干干燥燥61严选课件二、相对湿度百分数二、相对湿度百分
19、数湿空气为饱和空气湿空气为饱和空气湿空气为绝干空气湿空气为绝干空气三、比容三、比容（湿容积）（湿容积）在p总=101.3kPa时重点重点62严选课件六、干球温度和湿球温度六、干球温度和湿球温度对于某一定干球温度的湿对于某一定干球温度的湿空气，其相应的温度越低，空气，其相应的温度越低，湿球温度值越低，并且干球湿球温度值越低，并且干球温度大于湿球温度，温度大于湿球温度，而对于而对于饱和湿空气而言，其湿球温饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。度与干球温度相等。63严选课件八、露点八、露点不饱和的湿空气在湿含量不变的情况下冷却，达到不饱和的湿空气在湿含量不变的情况下冷却，达到饱和状态时的温度，称
20、为该湿空气的露点饱和状态时的温度，称为该湿空气的露点，用符号，用符号表示。表示。露点是湿空气的一个物理性质，当达到露点时，空气的湿度为露点是湿空气的一个物理性质，当达到露点时，空气的湿度为饱和湿度。当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸气便会以饱和湿度。当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸气便会以水的形式凝结出来。水的形式凝结出来。对于不饱和湿空气为对于不饱和湿空气为对于饱和的湿空气则有对于饱和的湿空气则有64严选课件5.2干燥过程的物料衡算与热量衡算（本章重点）干燥过程的物料衡算与热量衡算（本章重点）5-2-1湿物料中含水量的表示方法湿物料中含水量的表示方法一、湿基含水量一、湿基含水量是是以湿
21、物料为计算基准的水分的质量百分数以湿物料为计算基准的水分的质量百分数，即，即二、干基含水量二、干基含水量是以湿物料中绝对干物料为计算基准的水分的质量比，是以湿物料中绝对干物料为计算基准的水分的质量比，即即湿物料中水分质量与绝对干料的质量之比湿物料中水分质量与绝对干料的质量之比。65严选课件 第一章第一章 蒸馏蒸馏本章重点：二组分连续精馏塔的本章重点：二组分连续精馏塔的计算计算 66严选课件2）用相对挥发度表示的气液平衡关系）用相对挥发度表示的气液平衡关系蒸馏的依据是混合液中各组分挥发度的不同。蒸馏的依据是混合液中各组分挥发度的不同。在一定在一定条件下纯组分的挥发度由该组分在给定条件下的饱和条件
22、下纯组分的挥发度由该组分在给定条件下的饱和蒸气压表示。在混合溶液中，其挥发度用它在气相中蒸气压表示。在混合溶液中，其挥发度用它在气相中的分压与其液相中摩尔分率的比表示的分压与其液相中摩尔分率的比表示。习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比称为相对挥发度，以称为相对挥发度，以表示表示。67严选课件用相对挥发度表示的易挥发组分用相对挥发度表示的易挥发组分A的气液相平衡方程式的气液相平衡方程式在一定温度范围内，在一定温度范围内，可近似为常数。可近似为常数。值的大小反映了混合值的大小反映了混合液分离的难易程度。若液分离的难易程度。若=1，则
23、表明这种混合液不能用普通方，则表明这种混合液不能用普通方法分离。法分离。越大越大,分离越容易。分离越容易。3两组分理想溶液的气液平衡相图两组分理想溶液的气液平衡相图蒸蒸馏馏中中常常用用的的相相图图有有恒恒压压下下的的温温度度-组组成成图图和和气气液液平平衡衡相相图图。1）温度）温度-组成图（组成图（t-x-y图）图）蒸蒸馏馏通通常常在在一一定定外外压压下下进进行行，溶溶液液的的温温度度随随组组成成而而变变，故故恒恒压压下下的的温温度度组组成成图图（t-x-y图图）对对蒸蒸馏馏过过程程的的分分析析具具有有重重要要意意义义。重点重点68严选课件1.4 精馏原理和流程精馏原理和流程 1.4.1精馏过
24、程原理和条件精馏过程原理和条件精精馏馏：利利用用混混合合物物中中各各组组分分挥挥发发能能力力的的差差异异，通通过过液液相相和和气气相相的的回回流流，使使气气、液液两两相相逆逆向向多多级级接接触触，在在热热能能驱驱动动和和相相平平衡衡关关系系的的约约束束下下，使使得得易易挥挥发发组组分分不不断断从从液液相相往往气气相相中中转转移移，而而难难挥挥发发组组分分却却由由气气相相向向液液相相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。精馏的原理精馏的原理:多次部分汽化、多次的部分冷凝。多次部分汽化、多次的部分冷凝。精馏过程既传热又传质，属传质过程控制。精馏
25、过程既传热又传质，属传质过程控制。69严选课件1.5 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算计计算算内内容容：馏馏出出液液及及釜釜液液的的流流量量、塔塔板板数数或或填填料料高高度度、进料口的位置、塔高、塔径等。进料口的位置、塔高、塔径等。1.5.1理论板的概念及恒摩尔流假定理论板的概念及恒摩尔流假定1、理论板的概念、理论板的概念理理论论板板指指离离开开该该板板的的气气相相组组成成与与离离开开该该板板的的液液相相组组成之间互成平衡的理想化塔板。成之间互成平衡的理想化塔板。2、恒摩尔流假定恒摩尔流假定（1）恒摩尔气流）恒摩尔气流精馏段：精馏段：V1=V2=Vn=V70严选课件提提馏馏段段：V1=
26、V2=Vn=V（除除饱饱和和液液体体进进料料外外,其余其余VV）（2）恒摩尔液流）恒摩尔液流精馏段精馏段：L1=L2=Ln=L提馏段：提馏段：恒摩尔流假定成立的条件恒摩尔流假定成立的条件：(1)各组分的摩尔汽化潜热相等；（主要条件）各组分的摩尔汽化潜热相等；（主要条件）(2)气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；(3)塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。71严选课件1.5.2物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程1、全塔物料衡算全塔物料衡算（重点）（重点）塔顶易挥发组分的回收率塔顶易挥发组分的回收率塔底难挥发组
27、分的回收率塔底难挥发组分的回收率72严选课件2、精馏段操作线方程、精馏段操作线方程（重点）（重点）例例用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯烯0.88（摩尔分数，下同），流量为（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。今要求馏出液。今要求馏出液中乙烯的回收率为中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。求所得馏出液、釜液的流量和组成。73严选课件3、提馏段操作线方程提馏段操作线方程1.5.3进料热状况的影响进料热状况的影响（1）过冷液体（温度低于泡点）
28、；）过冷液体（温度低于泡点）；q1（2）饱和液体（温度等于泡点）；）饱和液体（温度等于泡点）；q=1（3）气液混合物（温度在泡点和露点之间）；）气液混合物（温度在泡点和露点之间）；0q1（4）饱和蒸气（温度等于露点）；）饱和蒸气（温度等于露点）；q=0（5）过热蒸气（温度高于露点）。）过热蒸气（温度高于露点）。q1q=1q=01q=0q0过冷液体进料过冷液体进料饱和液体进料饱和液体进料气液混合物进料气液混合物进料饱和蒸气进料饱和蒸气进料 过热蒸气进料过热蒸气进料75严选课件1.5.4理论板层数的求法理论板层数的求法相平衡关系相平衡关系精馏操作方程精馏操作方程提馏段操作线方程提馏段操作线方程1、
29、逐板计算法逐板计算法逐板计算法是利用相平衡方程和操作线方程，根据塔顶馏出液逐板计算法是利用相平衡方程和操作线方程，根据塔顶馏出液或塔釜液的组成，从塔顶或塔底开始向塔的进料板方向计算。或塔釜液的组成，从塔顶或塔底开始向塔的进料板方向计算。计算精馏段理论板数，利用精馏段操作线方程和相平计算精馏段理论板数，利用精馏段操作线方程和相平衡方程；计算提馏段理论板数，利用提馏段操作线方衡方程；计算提馏段理论板数，利用提馏段操作线方程和相平衡方程。程和相平衡方程。精馏段理论板数与提馏段理论板数之和，精馏段理论板数与提馏段理论板数之和，即为全塔理论板数。即为全塔理论板数。76严选课件2、q线方程线方程在进料板上
30、，同时满足精馏段和提馏段的物料衡在进料板上，同时满足精馏段和提馏段的物料衡算，故两操作线的交点落在进料板上。当算，故两操作线的交点落在进料板上。当q为定值，为定值，改变塔操作的回流比时，两操作线交点轨迹即改变塔操作的回流比时，两操作线交点轨迹即q线。线。当一定操作回流比条件当一定操作回流比条件下，不同热状态对提馏下，不同热状态对提馏段存在显著的影响段存在显著的影响（重点）（重点）77严选课件3图解法图解法（1）在直角坐标系中绘出）在直角坐标系中绘出物系的相平衡曲线和对角线物系的相平衡曲线和对角线。（2）绘出精馏段操作线）绘出精馏段操作线（精馏段操作线通过（精馏段操作线通过D、C两点）。两点）。
31、（3）绘出）绘出q线线（q线与精线与精馏段操作线相交于馏段操作线相交于Q点点）（4）连接）连接W点与点与q线与精馏线与精馏段操作线的交点段操作线的交点Q，得到提馏，得到提馏段操作线。段操作线。（5）在平衡线与精馏段操作线之间作梯级）在平衡线与精馏段操作线之间作梯级，当梯级跨过两操作，当梯级跨过两操作线的交点时，应改在提馏段操作线与平衡线之间作梯级，直至梯线的交点时，应改在提馏段操作线与平衡线之间作梯级，直至梯级达到或跨过点级达到或跨过点w为止。此时，为止。此时，梯级数梯级数N（含再沸器）（含再沸器）为所求的为所求的理论塔板数理论塔板数N，跨过两操作线交点的板为进料板。跨过两操作线交点的板为进料
32、板。78严选课件（重点）（重点）3、适宜回流比适宜回流比以获得精馏总成本最低的回流以获得精馏总成本最低的回流比为最优回流比。总成本为投资费比为最优回流比。总成本为投资费用和操作费用之和。用和操作费用之和。操作费用和投资费用之和最操作费用和投资费用之和最小的回流比为最适宜的回流比小的回流比为最适宜的回流比。这一回流比这一回流比R通常选最小回流比通常选最小回流比倍数经验范围：大多数文献建议倍数经验范围：大多数文献建议R=（1.12.0）Rmin79严选课件1.7 1.7 恒沸精馏和萃取精馏恒沸精馏和萃取精馏恒沸精馏和萃取精馏方法的应用条件：恒沸精馏和萃取精馏方法的应用条件：（1）一些具有恒沸点的非
33、理想溶液；）一些具有恒沸点的非理想溶液；（2）有些相对挥发度接近）有些相对挥发度接近1的体系。的体系。1.7.1恒沸精馏恒沸精馏在双组分混合液中加入第三组分（称为夹带剂），该组分在双组分混合液中加入第三组分（称为夹带剂），该组分能与原溶液中的一个或两个组分形成一新的最低恒沸物，恒沸能与原溶液中的一个或两个组分形成一新的最低恒沸物，恒沸物从塔顶蒸出，塔底引出较纯产品，这种精馏称之为恒沸精馏物从塔顶蒸出，塔底引出较纯产品，这种精馏称之为恒沸精馏。乙乙醇醇-水水常常压压下下恒恒沸沸点点为为78.15，其其恒恒沸沸点点组组成成是是，乙乙醇醇0.894，水水0.006（摩摩尔尔分分数数）。当当加加入入夹
34、夹带带剂剂苯苯时时，即即可可形形成成更更低低沸沸点点的的三三元元恒恒沸沸物物。其其组组成成是是：苯苯0.544，乙乙醇醇0.23，水水0.226，沸沸点点为为64.6。在在较较低低温温度度下下，苯苯与与乙乙醇醇、水水不不互互溶溶而而分分层层，从从而苯被分离出来。而苯被分离出来。80严选课件对夹带剂的要求是：对夹带剂的要求是：夹夹带带剂剂应应能能与与被被分分离离组组分分形形成成新新的的恒恒沸沸物物，且且该该恒恒沸沸物物易易于于和和塔底组分分离；塔底组分分离； 新恒沸物中夹带剂的含量要少新恒沸物中夹带剂的含量要少；新恒沸物最好为非均相混合物新恒沸物最好为非均相混合物；价格低廉、安全可靠。价格低廉、
35、安全可靠。1.7.2萃取精馏萃取精馏萃萃取取精精馏馏是是向向原原料料液液中中加加入入第第三三组组分分（称称为为萃萃取取剂剂或或溶溶剂剂），以以改改变变原原组组分分间间的的相相对对挥挥发发度度而而达达到到分分离离要要求求的的特特殊殊精精馏馏方方法法。萃萃取取剂剂本本身身挥挥发发性性很很小小，不不与与混混合合物物形形成成共共沸沸物物，却却能能显显著著地地增增大大原原混混合合物物组组分分间间的的相相对对挥挥发发度度，以以便便采采用用精精馏馏方方法法加加以以分分离离。常常压压下下环环己己烷烷与与苯苯相相对对挥挥发发度度接接近近，若若以以糠糠醛醛作作为为萃萃取取剂剂，则则苯苯由由易易挥挥发发组组分分变变
36、为为难难挥挥发发组组分分，且且相相对对挥挥发发度度发发生生显显著著改改变变。苯苯的沸点的沸点80.1，环己烷的沸点环己烷的沸点80.7381严选课件选择萃取剂的原则：选择萃取剂的原则：萃取剂应使原组分间相对挥发度发生显著的变化；萃取剂应使原组分间相对挥发度发生显著的变化；萃取剂本身的挥发性小，且不与原组分形成恒沸物；萃取剂本身的挥发性小，且不与原组分形成恒沸物；无毒、无腐蚀性，热稳定性高无毒、无腐蚀性，热稳定性高；来源方便，来源方便，价格低廉。价格低廉。 与与恒恒沸沸精精馏馏相相比比，萃萃取取精精馏馏具具有有以以下下特特点点：可可以以作作为为萃萃取取剂剂的的物物质质较较多多，故故萃萃取取剂剂比
37、比夹夹带带剂剂易易于于选选择择；萃萃取取剂剂以以液液态态从从塔塔顶顶加加入入，从从塔塔底底流流出出，不不像像夹夹带带剂剂以以气气态态形形式式夹夹带带组组分分从从塔塔顶顶流流出出，故故萃萃取取精精馏馏的的能能耗耗较较少少；萃萃取取剂剂的的加加入入量量可可以以在在较较大大范范围围内内变变动动，而而适适宜宜夹夹带带剂剂的的量量多多为为一一定定，故故萃萃取取精精馏馏的的操操作作方方式式灵灵活活，易易控控制制；萃萃取取精精馏馏不不宜宜采采用用间歇操作，而恒沸精馏则可采用间歇操作方式。间歇操作，而恒沸精馏则可采用间歇操作方式。82严选课件本章重点：填料吸收塔的工本章重点：填料吸收塔的工艺计算艺计算第第2章
38、章吸收吸收83严选课件2-1-1 气体的溶解度气体的溶解度在一定温度和压力下，气液两相接触时将发生溶质气体向液在一定温度和压力下，气液两相接触时将发生溶质气体向液相转移，使其在液相中的浓度增加，当长期充分接触后，液相相转移，使其在液相中的浓度增加，当长期充分接触后，液相中溶质浓度不再增加达到饱和，这时两相达到相平衡。此时，中溶质浓度不再增加达到饱和，这时两相达到相平衡。此时，溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度。简称为溶解度。溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度。简称为溶解度。溶溶解解度度随随温温度度和和溶溶质质气气体体的的分分压压不不同同而而不不同同，平平衡衡时时溶溶质质在在气气相相中中的的分分压压
39、称称为为平平衡衡分分压压。溶溶质质组组分分在在两两相相中中的的组组成成服服从相平衡关系。从相平衡关系。加压和降温有利于吸收操作，反之，升温和减压对解加压和降温有利于吸收操作，反之，升温和减压对解吸有利吸有利。但加压、减压费用太高一般不采用但加压、减压费用太高一般不采用。2.1 气体吸收的相平衡关系气体吸收的相平衡关系84严选课件2-1-2 亨利定律亨利定律 （适用于稀溶液）（适用于稀溶液） 当当总总压压不不高高（一一般般小小于于500KPa500KPa）时时，在在一一定定温温度度下下，稀稀溶溶液液上上方方气气相相中中溶溶质质的的平平衡衡分分压压与与其其在在液液相相中中的的浓浓度度之之间间存存在
40、在着着如下的关系：如下的关系： 式中式中: Pi* -: Pi* -溶质溶质A A在气相中的平衡分压在气相中的平衡分压, kPa , kPa xi- xi-溶质在液相中的摩尔分率溶质在液相中的摩尔分率 , E, E亨亨利系数，利系数， kPakPa说明：同一溶剂中，易溶气体的说明：同一溶剂中，易溶气体的E值很小，难溶的很大。值很小，难溶的很大。亨利定律其它几种表达形式亨利定律其它几种表达形式: : 85严选课件亨利定律各系数之间的关系亨利定律各系数之间的关系:（重点）（重点）H值随温度升高而减小，易溶气体值随温度升高而减小，易溶气体H值大，难溶则小值大，难溶则小86严选课件2.1.3吸收剂的选
41、择：吸收剂的选择：P48（）对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有）对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有较好的选择性。较好的选择性。（）要有较低的蒸气压，（）要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中溶以减少吸收过程中溶剂的挥发损失剂的挥发损失。（）（）要有较好的化学稳定性要有较好的化学稳定性，以免使用过程中，以免使用过程中变质。变质。（）（）腐蚀性要小腐蚀性要小,以减小设备费用和维修费。以减小设备费用和维修费。（5）吸收后的溶剂应易于再生。吸收后的溶剂应易于再生。87严选课件2.1.4相平衡关系在吸收过程中的应用相平衡关系在吸收过程中的应用P53P531 1判断传质进行的方向判断传质进行的方向 不平衡
42、的气液两相接触后所发生的传质过程是吸不平衡的气液两相接触后所发生的传质过程是吸收还是解吸，取决于相平衡关系。收还是解吸，取决于相平衡关系。吸收过程吸收过程平衡过程平衡过程解吸过程解吸过程88严选课件2确定传质的推动力确定传质的推动力在吸收过程中，通常在吸收过程中，通常以以实际的气、液相组成与实际的气、液相组成与其平衡组成的偏离程度其平衡组成的偏离程度来表示吸收过程推动力。来表示吸收过程推动力。实际组成偏离平衡组成实际组成偏离平衡组成越远，过程推动力越大，越远，过程推动力越大，过程速率也越快。过程速率也越快。以气相表示的吸收过程推动力以气相表示的吸收过程推动力以液相表示的吸收过程推动力以液相表示
43、的吸收过程推动力89严选课件2.3 吸收塔的计算（本章重点）吸收塔的计算（本章重点）已知：已知：V-惰性气体的摩尔流量惰性气体的摩尔流量,kmol/hY1-进塔气体中溶质摩尔比进塔气体中溶质摩尔比Y2-离离塔气体中溶质摩尔比塔气体中溶质摩尔比X2-进塔吸收液中溶质的摩尔比进塔吸收液中溶质的摩尔比求：求：(1)完成分离任务所需吸收剂的用量完成分离任务所需吸收剂的用量L(2)出塔液体中溶质的摩尔比出塔液体中溶质的摩尔比X1(3)所需的填料层高度所需的填料层高度Z(4)填料塔塔径填料塔塔径D90严选课件2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程吸收塔的物料衡算与操作线方程 出塔气体摩尔比出塔气体摩尔比
44、Y Y2 2 的给出形式的给出形式: :（1 1）如果溶质是有害气体，一般直接规定）如果溶质是有害气体，一般直接规定Y Y2 2的值。的值。（2 2）如如果果吸吸收收的的目目的的是是回回收收有有用用物物质质，则则以以回回收收率率的形式给出。的形式给出。（重要）（重要）91严选课件2.3.2吸收剂的用量的决定吸收剂的用量的决定（重要）（重要）若平衡关系可用若平衡关系可用（重点）（重点）92严选课件吸收剂用量的大小从设备费和操作费两方面影响生产吸收剂用量的大小从设备费和操作费两方面影响生产过程的经济效益过程的经济效益，应权衡利弊，选择适宜液气比，使，应权衡利弊，选择适宜液气比，使总费用为最小。一般
45、情况下总费用为最小。一般情况下P74例例2-893严选课件2-3-3塔径的计算塔径的计算Vs-在操作条件下混合气体的体在操作条件下混合气体的体积流量积流量，m3/su-混合气体的空塔速度，混合气体的空塔速度，m/s在吸收过程中，由于溶质不断进入液相，故混合气体在吸收过程中，由于溶质不断进入液相，故混合气体流量由塔底至塔顶逐渐渐小。流量由塔底至塔顶逐渐渐小。在计算塔径时，一般应在计算塔径时，一般应以塔底的气体流量为依据。以塔底的气体流量为依据。94严选课件2.3.4填料层高度的计算填料层高度的计算1、填料层高度的基本计算式、填料层高度的基本计算式95严选课件2）脱吸因数）脱吸因数(S)法（吸收因
46、数法法（吸收因数法A)应用前提是：在吸收过程涉及的浓度范围内平衡关系可应用前提是：在吸收过程涉及的浓度范围内平衡关系可以用线性方程以用线性方程Y*=mX+b(注：注：b可以可以0或或0)表示的情表示的情况况。吸收因数吸收因数脱吸因数脱吸因数96严选课件X=X2+V/L（Y-Y2）（重点）（重点）P11897严选课件3）对数平均推动力法）对数平均推动力法应用前提：在吸收过程涉及应用前提：在吸收过程涉及的浓度范围内平衡关系可以的浓度范围内平衡关系可以用线性方程用线性方程Y*=mX+b(注：注：b可以可以0或或0)表示的情况。表示的情况。（重点）（重点）（重点）（重点）98严选课件气相对数平均推动力
47、。气相对数平均推动力。同理，液相总传质单元数为：同理，液相总传质单元数为：或或可用算术平均值代替对数平均可用算术平均值代替对数平均值。值。液相对数平均推动力液相对数平均推动力99严选课件第第3 3章章 蒸馏和吸收塔设备蒸馏和吸收塔设备3.1 3.1 概述概述 1 1、塔设备基本功能、塔设备基本功能 （1 1）是为混合物的气、液两相提供多级的充分、有）是为混合物的气、液两相提供多级的充分、有效的接触与及时、完全分离的条件；效的接触与及时、完全分离的条件；（2 2）在塔内使气、液两相最大限度接近逆流，以提）在塔内使气、液两相最大限度接近逆流，以提供最大的传质推动力。供最大的传质推动力。2 2、塔、
48、塔设备性能评价指标设备性能评价指标生产能力、分离效率、操作弹性。生产能力、分离效率、操作弹性。3、塔设备的分类、塔设备的分类板式塔和填料塔板式塔和填料塔100严选课件3.2板式塔板式塔板式塔性能要求：板式塔性能要求：生产能力大；生产能力大；塔板效率高；塔板效率高；具有适当的操作弹性；具有适当的操作弹性；塔板阻力小；塔板阻力小；塔结构简单，易于加工制造，维修保养。塔结构简单，易于加工制造，维修保养。液相总流向液相总流向重力，顶重力，顶底，板上横向流过；底，板上横向流过；气相总流向气相总流向压差，底压差，底顶，穿过每层板。顶，穿过每层板。总体上总体上气液两相逆流接触；气液两相逆流接触；塔板上塔板上
49、气液两相错流接触。气液两相错流接触。101严选课件六、负荷性能图六、负荷性能图102严选课件第第4章章液液-液萃取液萃取4.1概述概述液液-液萃取（抽提）：利用液体混合物中各组分对溶剂溶解度的差液萃取（抽提）：利用液体混合物中各组分对溶剂溶解度的差异来异来分离或提纯物质分离或提纯物质的传质过程。的传质过程。目的目的:分离液分离液-液混合物。液混合物。依据依据:利用混合物中各组分在某一溶剂中的利用混合物中各组分在某一溶剂中的溶解度之间的差异溶解度之间的差异。（1）几个基本概念）几个基本概念萃取剂萃取剂(溶剂溶剂)S：所用的溶剂；：所用的溶剂；原料液原料液F：所处理的混合液；所处理的混合液；溶质溶
50、质A：原料液中易溶于溶剂的组分；原料液中易溶于溶剂的组分；原溶剂原溶剂B：原料液中较难溶于溶剂的组分。原料液中较难溶于溶剂的组分。103严选课件两相两相萃取相萃取相E, y溶剂溶剂S相中出现相中出现AB：(S+A+B)萃余相萃余相R, x原溶剂原溶剂B相中出现相中出现S：(B+S+A)萃余相萃余相R脱除溶剂得萃余液脱除溶剂得萃余液R, x脱溶剂后脱溶剂后萃取相萃取相E脱除溶剂得萃取液脱除溶剂得萃取液E, y（3）实现萃取操作的基本要求）实现萃取操作的基本要求选择适宜的溶剂选择适宜的溶剂。溶剂能选择性地溶解各组分：对溶质有显溶剂能选择性地溶解各组分：对溶质有显著的溶解能力，对其他组分和原溶剂完全
51、不溶或部分互溶。著的溶解能力，对其他组分和原溶剂完全不溶或部分互溶。原料液与溶剂充分混合、分相，形成的液原料液与溶剂充分混合、分相，形成的液-液两相较易分层。液两相较易分层。脱溶剂得到溶质，回收溶剂。溶剂易于回收且价格低廉。脱溶剂得到溶质，回收溶剂。溶剂易于回收且价格低廉。104严选课件(4)萃取后组成之间的变化萃取后组成之间的变化萃取后萃取后:使组分使组分A、B得到一定程度的分离。得到一定程度的分离。(5)萃取操作的应用范围萃取操作的应用范围混合物中各组分的相对挥发度接近混合物中各组分的相对挥发度接近1，用精馏办法不经济；用精馏办法不经济；混合物蒸馏时形成恒沸物；混合物蒸馏时形成恒沸物；欲回
52、收的物质为热敏性物料；欲回收的物质为热敏性物料；混合物中含有较多的轻组分，利用精馏的方法能耗较大；混合物中含有较多的轻组分，利用精馏的方法能耗较大；提取稀溶液中有价值的物质。提取稀溶液中有价值的物质。脱除溶剂后脱除溶剂后：105严选课件A点点：xA=1.0K点点：xA=0.6xB=0.4P点点：xA=0.3xB=0.3xS=0.4注意：组成的归一性，即注意：组成的归一性，即1.0S00.20.40.60.80.20.40.60.81.0ABPDCFEHGK三角形坐标三角形坐标106严选课件单相区单相区两相区两相区RnB、S部分互溶物系的三角形相图部分互溶物系的三角形相图En联结线联结线溶解度曲
53、线溶解度曲线SABMKMn107严选课件（2）数据标绘及各区的状态）数据标绘及各区的状态溶解度曲线溶解度曲线:各平衡组成点连成各平衡组成点连成一条曲线；一条曲线；联结线联结线:各对共轭相组成点之间各对共轭相组成点之间的联线；的联线；混溶点混溶点:曲线内为两相区，曲曲线内为两相区，曲线外为单相区，曲线上的点称为线外为单相区，曲线上的点称为混溶点；混溶点；临界混溶点临界混溶点:共轭相的组成相同，共轭相的组成相同，其位置和物系有关；其位置和物系有关；萃取相和萃余相萃取相和萃余相:以原溶剂为以原溶剂为主的相称为萃余相，以溶剂为主主的相称为萃余相，以溶剂为主的相称为萃取相。的相称为萃取相。108严选课件
54、109严选课件3、分配系数和分配曲线、分配系数和分配曲线（1）分配系数分配系数说明：说明：kA和温度有关：温度升高，和温度有关：温度升高，kA下降；下降；kA与浓度有关：溶质浓度升高，与浓度有关：溶质浓度升高，kA下降。下降。但浓度较低时，但浓度较低时，kA可视为常数（恒温、恒压）。可视为常数（恒温、恒压）。即：即：原溶剂的分配系数：原溶剂的分配系数：110严选课件111严选课件4.2.3、杠杆规则、杠杆规则质量分别为质量分别为R和和E的两种三元的两种三元混合物两者混合后形成的新的混合物两者混合后形成的新的混合物混合物MM点称为点称为R、E点的和点。点的和点。R点称为点称为M、E点的差点。点的
55、差点。E点称为点称为M、R点的差点。点的差点。112严选课件注意：图中注意：图中R、E代表液相组成的坐标，而杠杆规则中的代表液相组成的坐标，而杠杆规则中的R、E代表液相的质量或质量流量。代表液相的质量或质量流量。若于若于A、B二元料液二元料液F中加入纯溶剂中加入纯溶剂S，则混合液总组成的坐标，则混合液总组成的坐标点点M点沿点沿SF线而变，具体位置有杠杆规则确定。线而变，具体位置有杠杆规则确定。113严选课件ASFMERER萃取过程在三角相图上的表示萃取过程在三角相图上的表示114严选课件4.2.4萃取剂的选择萃取剂的选择 萃取剂的性质直接影响萃取操作的经济性，因此选择适萃取剂的性质直接影响萃取
56、操作的经济性，因此选择适宜的萃取剂是萃取操作的关键。宜的萃取剂是萃取操作的关键。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萃萃取取操操作作中中要要求求萃萃取取剂剂对对溶溶质质具具有有较较大大的的溶溶解解度度，对对其其它它组组分分具具有有较较小小的的溶溶解解度度。这这种种选选择择性性的的大大小小或或选选择择性性的的优优劣劣通通常用选择性系数常用选择性系数 衡量。衡量。（脱除溶剂后，（脱除溶剂后，A，B组分含量比不变。组分含量比不变。）或或115严选课件选择性系数选择性系数 类似于蒸馏过程的相对挥发度类似于蒸馏过程的相对挥发度 ，反映了，反映了A、B组分溶解于溶剂组分溶解于溶剂S的能
57、力差异。对于萃取操作，的能力差异。对于萃取操作， 越大，越大，分离效果越好，应选择分离效果越好，应选择 远大于远大于1的溶剂。的溶剂。若若 =1或或 即萃取后脱除溶剂的萃取液和萃余液具有相同的组成，即萃取后脱除溶剂的萃取液和萃余液具有相同的组成，且等于原料液的组成，说明原料液经过萃取操作组成未发生且等于原料液的组成，说明原料液经过萃取操作组成未发生变化，因此该萃取过程没有分离效果。变化，因此该萃取过程没有分离效果。所以所以 接近于接近于1 1，萃取，萃取操作的操作的分离能力很差，此类溶剂不宜选择用于萃取操作。分离能力很差，此类溶剂不宜选择用于萃取操作。116严选课件2 2、萃取剂、萃取剂S S与原溶剂与原溶剂B B的互溶度的互溶度萃取剂与原溶剂的互溶度越小，两相区越大，萃萃取剂与原溶剂的互溶度越小，两相区越大，萃取操作的范围越大。取操作的范围越大。117严选课件（3）由由已已知知的的萃萃余余相相组组成成，在在图图上上确确定定出出R点点，再再利利用用辅辅助助线线求求得得与与之之平平衡衡的的E点点，作作R与与E的的连连结结线线，RE线线与与FS线线的的交交点点即即为为混混合合液液的的组成点组成点M。（4）由由物物料料衡衡算算和和杠杠杆杆定定律求出各流股的量律求出各流股的量。（重点）（重点）BKERSREMF118严选课件
