化學(xué)工程基礎(chǔ)第3章

1、中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系第三章 傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程概述非均相物系分離：沉降，過(guò)濾，固體的干燥等均相物系分離：氣-液相：吸收和蒸餾液-液相：萃取液-固相：結(jié)晶中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程概述物質(zhì)以擴(kuò)散的方式遷移叫做物質(zhì)傳遞過(guò)程或稱(chēng)傳質(zhì)過(guò)程所有均相物系分離過(guò)程和部分非均相物系分離都涉及到相間傳質(zhì)，因此又稱(chēng)為傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備3. 1. 1 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理（一）單相中物質(zhì)的傳遞物質(zhì)在單相中的擴(kuò)散有分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散兩種1. 分子擴(kuò)散靜止流體中的擴(kuò)散層流流體中垂直于流動(dòng)方向的擴(kuò)散固體中的擴(kuò)散 (半導(dǎo)體摻雜，滲碳，滲鋁)

2、中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)主體內(nèi)某一界面的物質(zhì)的量-1-12-3-32-1Fickddmol s , kmol sm:mol m , kmol m:m/:msNcDAnNAcnNAD 分分分費(fèi)克()定律：分子擴(kuò)散速率正比于傳質(zhì)面積和濃度在擴(kuò)散方向上的梯度:分子擴(kuò)散速率，:傳質(zhì)面積，擴(kuò)散組分的濃度，擴(kuò)散方向上的坐標(biāo)，擴(kuò)散通量擴(kuò)散系數(shù)，3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系dddd()d()dddd()d()ddddpppNcDAnuuuyyyc Tc TQTqaSncnn 分傳遞通量正比與各自的濃度梯度依靠分子熱運(yùn)動(dòng)傳遞3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備費(fèi)克定律：費(fèi)克定

3、律：牛頓粘性定律：牛頓粘性定律：傅里葉定律：傅里葉定律：中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系分子擴(kuò)散系數(shù)D是物質(zhì)的特性常數(shù)，表示物質(zhì)在介質(zhì)中的擴(kuò)散能力。 擴(kuò)散組分的性質(zhì) 組分所在的介質(zhì) 溫度 壓力3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系053/21/31/33/2001/31/304.36 1011()7.7 10-15()ABABTDp vvMMpTDDpTTDvv液=擴(kuò)散組分A在氣體B中的擴(kuò)散系數(shù)3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系2. 對(duì)流擴(kuò)散分子擴(kuò)散：在濃度差推動(dòng)力的作用下，由于分子、原子等的熱運(yùn)動(dòng)所引起的物質(zhì)在空間的

4、遷移現(xiàn)象對(duì)流擴(kuò)散：依靠流體微團(tuán)攜帶物質(zhì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的擴(kuò)散對(duì)流傳質(zhì)：流體中的組分向固體壁或相界面擴(kuò)散及其相反過(guò)程（1） 對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系2. 對(duì)流擴(kuò)散有濃度梯度的區(qū)域稱(chēng)為傳質(zhì)邊界層或流體膜。對(duì)流體膜可以進(jìn)行合理簡(jiǎn)化：假設(shè)全部擴(kuò)散阻力集中在一層虛擬厚度的膜內(nèi)，流體主體與界面之間的對(duì)流傳質(zhì)等效于虛擬膜內(nèi)的分子擴(kuò)散，因此常把流體的對(duì)流傳質(zhì)稱(chēng)為膜傳質(zhì)膜傳質(zhì)（1） 對(duì)流傳質(zhì)機(jī)理3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系12ee12-1-1e-3-312-1Fick:mol s , kmol s:m:mol m , kmol m:m sDNA ccD

5、kNkA ccNcck由定律積分可以得到定態(tài)對(duì)流傳質(zhì)速率方程：令，有對(duì)流傳質(zhì)速率，虛擬膜厚度或擴(kuò)散距離，主體與界面濃度差，膜傳質(zhì)系數(shù)或傳質(zhì)分系數(shù)，3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系等分子反向傳質(zhì)：任一截面處兩個(gè)組分的擴(kuò)散速率大小相等，方向相反。物質(zhì)有宏觀移動(dòng)，一組份擴(kuò)散，另一組份反向等量擴(kuò)散，保證總濃度不變。單向傳質(zhì)：設(shè)A、B組分的氣體混合物與液體接觸，在相界面處，只有組分A可溶于液相，而組分B不溶于液相。A溶于液相，留下空缺，混合氣體向液相表面遞補(bǔ)，A、B分子遞補(bǔ)運(yùn)動(dòng)成為“總體流動(dòng)”。 B稱(chēng)為停滯組分。3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（2） 對(duì)流傳質(zhì)

6、系數(shù)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備（3） 柯?tīng)柋镜膉因子類(lèi)似率中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（二） 相間傳質(zhì)流-固相間傳質(zhì)：?jiǎn)蜗鄠髻|(zhì)-相變-單相傳質(zhì)的過(guò)程氣-液相傳質(zhì)3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系1. 氣-液相傳質(zhì)機(jī)理（1）雙膜理論雙膜理論物質(zhì)擴(kuò)散到氣-液界面后溶于溶劑再擴(kuò)散到液相中氣-液界面分別有存在濃度差的層流有效膜氣-液界面上氣相-液相互相平衡3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系 對(duì)于具有自由相界面的氣-液系統(tǒng)在界面上的湍流不會(huì)減弱，因而界面上沒(méi)有穩(wěn)定的流體膜存在； 在湍流程度很高時(shí)在界面上產(chǎn)生旋渦，傳質(zhì)主要靠旋渦進(jìn)行； 此時(shí)傳質(zhì)系數(shù)主要決

7、定于流體力學(xué)條件，而與流體性質(zhì)的關(guān)系極小。（2）界面動(dòng)力狀態(tài)理論界面動(dòng)力狀態(tài)理論3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（3）溶質(zhì)滲透溶質(zhì)滲透-表面更新理論表面更新理論溶質(zhì)滲透理論：液體在流動(dòng)過(guò)程中每隔一定時(shí)間發(fā)生一次完全的混合,使液體的濃度均勻化,在t時(shí)間內(nèi),液相中發(fā)生的不再是定態(tài)的擴(kuò)散過(guò)程,而是非定態(tài)的擴(kuò)散過(guò)程. 表面更新理論：液體在流動(dòng)過(guò)程中表面不斷更新,即不斷地有液體從主體轉(zhuǎn)為界面而暴露于氣相中,這種界面不斷更新使傳質(zhì)過(guò)程大大強(qiáng)化,其原因在于原來(lái)需要通過(guò)緩慢的擴(kuò)散過(guò)程才能將溶質(zhì)傳至液體深處,現(xiàn)通過(guò)表面更新,深處的液體就有機(jī)會(huì)直接與氣體接觸以接受傳質(zhì).3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的

8、機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系2. 氣-液相傳質(zhì)速率方程iiii*,:*:*:GLGLGLGLNkppkccApckkNKppKccAKKpcpcc根據(jù)雙膜理論，溶質(zhì)依次通過(guò)氣膜和液膜的傳質(zhì)通量：:界面處氣相分壓； :界面處液相濃度；， :氣膜、液膜傳質(zhì)系數(shù)用通式表示：推動(dòng)力傳質(zhì)通量=傳質(zhì)系數(shù) 推動(dòng)力=阻力傳質(zhì)推動(dòng)力可以用氣-液相總推動(dòng)力表示：分別為氣相總傳質(zhì)系數(shù)和液相總傳質(zhì)系數(shù)能與液相(主體)濃度 平衡的氣相分壓，即與 平衡能與氣相(主體*pcp)分壓 平衡的液相濃度，即與 平衡3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系iiiiiii*:*,11111*GLLGLGGLGLLG

9、LGLcccHHpppNkppkHpHpHkppAppppkHkKkHkHKHKKkkNK A ppKcc（溶質(zhì)的溶解度常數(shù)）總推動(dòng)力為氣相推動(dòng)力和液相推動(dòng)力之和氣膜和液膜的阻力分別為1/和1/則傳質(zhì)總阻力為：同理可得：，因此有總速率方程可寫(xiě)為：3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 1. 2 氣液相傳質(zhì)設(shè)備傳質(zhì)接觸面，湍流強(qiáng)度、傳質(zhì)推動(dòng)力p連續(xù)接觸式：填料塔，湍球塔p分級(jí)接觸式：板式塔生產(chǎn)能力大分離效率高操作彈性大流體阻力小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、運(yùn)行可靠*GLNK A ppKcc3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備要求要求中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（一）填充塔1. 填料塔特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

10、單，流體阻力小填料選擇：陶瓷、木材、鋼填料要求：較大比表面積，浸潤(rùn)性好，自由空間大，密度小，機(jī)械強(qiáng)度高，價(jià)格便宜3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系2. 湍球塔特點(diǎn)：在上升高速氣流的沖力、液體的浮力和自身重力等各種力的相互作用下，球形填料懸浮起來(lái)形成湍動(dòng)旋轉(zhuǎn)和相互碰撞，引起氣、液的密切接觸，有效地進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱。優(yōu)點(diǎn)：氣速高、處理能力大、氣液分布比較均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且不易被堵塞。缺點(diǎn)：小球較易變形和破裂，只適于傳質(zhì)單元數(shù)（或理論板數(shù)）不多的操作過(guò)程。3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（二

11、）板式塔板塔式：塔內(nèi)裝有一層層的塔板(或稱(chēng)塔盤(pán))，氣體以鼓泡、噴射方式通過(guò)液相時(shí)，形成氣泡、液滴、泡沫等乳濁狀態(tài)，為傳質(zhì)提供了很大的相界面，且表面不斷更新，因此具有很高的傳質(zhì)效率。氣-液的傳質(zhì)、傳熱過(guò)程是在各個(gè)塔板上進(jìn)行的。型式：泡罩塔，篩板塔，浮閥塔和浮舌塔。3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系塔板鉆有許多均勾分布的小孔，形似篩孔，所以稱(chēng)為篩板。液體的溢流及塔板上液面的調(diào)節(jié)借助于溢流管。液體經(jīng)溢流裝置逐級(jí)下降，與通過(guò)篩孔吹入液層的氣體呈錯(cuò)流接觸。鼓泡層、泡沫層、霧沫層霧沫夾帶液泛1. 篩板塔3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系2. 泡罩塔氣體是以鼓泡的方式

12、通過(guò)塔板上的液層進(jìn)行物質(zhì)交換和熱交換的3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 浮閥塔分離效率高、允許變動(dòng)的操作范圍廣、節(jié)約金屬等優(yōu)點(diǎn)生產(chǎn)能力大、塔板壓力降小，能處理較臟、粘的物料等特點(diǎn)。而且構(gòu)造較泡罩塔簡(jiǎn)單、效率比泡罩塔高。3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 浮舌塔在塔板上用浮動(dòng)舌片代替浮閥。氣流主要以噴射方式斜穿液層，氣-液相處于一種近乎乳化的泡沫狀態(tài)，因此傳質(zhì)效率非常高。3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（三）噴射式傳質(zhì)裝置噴射吸收器采用氣-液并流操作，流速不受限制。這樣不僅可提高生產(chǎn)能力，而且高速氣流也易將液滴打碎乳化，造成

13、很大的接觸面和強(qiáng)烈的湍動(dòng)，從而大大提高傳質(zhì)效果。3. 1. 傳質(zhì)過(guò)程的機(jī)理及傳質(zhì)設(shè)備中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2 液體的精餾蒸餾：利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差別，使液體混合物部分汽化并隨之使蒸氣部分冷凝，從而實(shí)現(xiàn)其所含組分的分離間歇蒸餾連續(xù)蒸餾簡(jiǎn)單蒸餾平衡蒸餾精餾特殊精餾常壓加壓減壓中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 1 雙組分溶液的氣-液平衡2,FCtpy xpxytxy平衡體系的自由度溫度:壓強(qiáng):一組分在氣液相的組成:（一）相律和組成相律:平衡體系中組分?jǐn)?shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間關(guān)系3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（二）理想溶液氣-液相平衡關(guān)系的基本算式*;,;,AAABBBABABAAAB

14、BBAABBABABABppxppxpppppypp yypp ypppxpxyypppp拉烏爾定律：道爾頓定律：對(duì)理想溶液：3. 2. 1 雙組分溶液的氣-液平衡3. 2 液體的精餾苯-甲苯甲醇-乙醇烴類(lèi)同系物中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（三）氣-液平衡相圖3. 2. 1 雙組分溶液的氣-液平衡3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系非理想溶液: 恒沸點(diǎn)和恒沸組成（三）氣-液平衡相圖3. 2. 1 雙組分溶液的氣-液平衡3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（四）相對(duì)揮發(fā)度和氣-液平衡關(guān)系()(),( )( )( )()ln;( )()ln()ln()ln()()lngliiTTABABABgli Ti

15、 Tggllii TiTi TiTigliiTiTigliiTiTiuuiRTiippxxuupuuRTuuRTxppuRTuRTxppuup xRTpp ex 揮發(fā)度：某組分在兩相中的化學(xué)勢(shì)相等：3. 2. 1 雙組分溶液的氣-液平衡3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（四）相對(duì)揮發(fā)度和氣-液平衡關(guān)系 */1,11/ 111AAABBBAAAABBBBAAAAABBBBBAABABAAAAAApxpxpxppxppxyxpxyxyxxxyyxyxyx 相對(duì)揮發(fā)度：對(duì)理想溶液：若平衡氣體為理想氣體：由于，所以（氣-液平衡方程）3. 2. 1 雙組分溶液的氣-液平衡3. 2 液體的精餾中國(guó)人民

16、大學(xué)化學(xué)系（五）理想二組分溶液相平衡數(shù)據(jù)的估算3. 2. 1 雙組分溶液的氣-液平衡3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（五）理想二組分溶液相平衡數(shù)據(jù)的估算1. 由正常沸點(diǎn)估算任意溫度時(shí)純組分的飽和蒸氣壓VbVV2*1*212*12125*2288dln1,lnd8811ln8811lglg2.3038811lg(1.013 10 )lg2.303bbbbHTHHPPCTRTRTTppRTTTppR TTTpR TT 特魯頓規(guī)則：克拉修斯克拉貝龍公式：3. 2. 1 雙組分溶液的氣-液平衡3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系2. 相對(duì)揮發(fā)度的估算0*0*00*888811ln1888811

17、ln188lnlnln88ln88lg2.303bbbAAAAbAbbbBBBBbBbbAABBABbbABbbABTTTppRTTRTTTTppRTTRTTTppppppRTTTTRTTTRT （五）理想二組分溶液相平衡數(shù)據(jù)的估算3. 2. 1 雙組分溶液的氣-液平衡3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系21.1699.17888ln288 2ln21.169lg9.17810bbbbABABbbbbABABbbABbbABbbbbABABbbbbABABbbABbbABTTTTTTTTTTRTTTTTTTTRTTTTTTTTe ?。ㄎ澹├硐攵M分溶液相平衡數(shù)據(jù)的估算3. 2. 1 雙組分溶

18、液的氣-液平衡3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（六）非理想二組分溶液氣-液相平衡數(shù)據(jù)的估算*22*,ABlgA2(B-A)lgB2(A-B)A,B/AAAABBBBABABABAAAAAAAAAAABBBBBBBBBppxppxxxxxpxpxxppxpxxp 拉烏爾定律修正：,：組分 、 的活度系數(shù)馬古利斯公式：為端值常數(shù)非理想溶液的相對(duì)揮發(fā)度:3. 2. 1 雙組分溶液的氣-液平衡3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系簡(jiǎn)單蒸餾3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 2 精餾原理和流程裝置（一）精餾原理3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 2 精餾原理和流程裝置（

19、一）精餾原理3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 3 精餾過(guò)程的物料衡算和操作線(xiàn)方程（一）全塔物料衡算,n Fn Dn Wn Ffn Ddn Wwn Dddn Ffn Dn Fqqqqxqxqxqxqxqq總物料：某組分：易揮發(fā)組分回收率：塔頂采出率：3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（ 二）操作線(xiàn)方程假若把精餾塔內(nèi)某一橫截面以上或以下作為物料衡算的區(qū)域，并對(duì)該區(qū)域內(nèi)的組分進(jìn)行物料衡算，就可得到經(jīng)過(guò)該截面的上升蒸氣和回

20、流液濃度與各操作條件之間的關(guān)系，這種關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式就是精餾塔的操作線(xiàn)方程。3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系 1. 恒摩爾流假定：在精溜塔內(nèi)，無(wú)中間加料或出料的情況下，各層塔板的上升蒸氣摩爾流相等(恒摩爾氣流)，下降液體的摩爾流量相等(恒摩爾液流)?；旌弦褐懈鹘M分的摩爾氣化熱相等塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾在精榴塔塔板上氣-液兩相接觸時(shí)，假若有l(wèi) kmol/h蒸氣冷凝，同時(shí)相應(yīng)有l(wèi) kmol/h的液體氣化,V,1,V,2,V,3,V,L,1,L,2,L,3,L,V,1,V,2,V,3,V,L,1,L

21、,2,L,3,Lnnnnnnnnnnnnnnnnqqqqqqqqqqqqqqqq精餾段：常數(shù)常數(shù)提餾段：常數(shù)常數(shù)中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系2. 精餾段操作線(xiàn)方程,V,L,D,V1,L,D,L,D1,L,D,L,D,L,D1111nnnnnnnndnnnndnnnnnnnndqqqqyqxqxqqyxxqqqqqRqRyxxRR總物料：易揮發(fā)組分：令：（精餾段操作線(xiàn)方程）3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 提餾段操作線(xiàn)方程,L,V,W,L,V1,W,L,W1,L,W,L,Wnnnnmnmnwnnmmwnnnnqqqqxqyqxqqyxxqqqq總物（提餾料：易揮

22、發(fā)組段操作分：線(xiàn)方程）3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（1）料液的預(yù)熱情況冷液進(jìn)料冷液進(jìn)料：料液溫度低于泡點(diǎn)的冷液體：飽和液體進(jìn)料飽和液體進(jìn)料：料液溫度為泡點(diǎn)的飽和液體，又稱(chēng)泡點(diǎn)進(jìn)料；氣氣- -液混合物進(jìn)料液混合物進(jìn)料：原料溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的氣-液混合物飽和蒸氣進(jìn)料飽和蒸氣進(jìn)料：原料溫度為露點(diǎn)的飽和蒸氣，又稱(chēng)露點(diǎn)進(jìn)料；過(guò)熱蒸氣進(jìn)料過(guò)熱蒸氣進(jìn)料：原料溫度高于露點(diǎn)的過(guò)熱蒸氣。原料的五種熱狀態(tài)4. 加料處的操作線(xiàn)方程3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系V1molqH氣化料液所需熱量料液摩爾氣化焓進(jìn)參數(shù)：變料狀態(tài)3. 2

23、. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（2）加入料液情況對(duì)上升蒸氣量和回流液量的影響,n Ln Ln Fn Vn Vqqqqq,n Ln Ln Fn Vn Vqqqqq,n Ln Ln Ln Fn Vn Vqqqqqq3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系,n Ln Ln Vn Vn Fqqqqq,n Ln Ln Vn Vn Fqqqqq（2）加入料液情況對(duì)上升蒸氣量和回流液量的影響3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系（3）加料板處的物料衡算、熱量衡算及加料處的操作線(xiàn)方程,F,V,L,V,L,FF,

24、VV,LL,VV,LLVVLL,L,LVF,FVL,L,L,F,V,V,F,1nnnnnnnnnnnnnnnnnnnqqqqqqHqHqHqHqHHHHHqqHHqqHHqqqqqqq q物料衡算：熱量衡算：假設(shè)：得：上式代入物料衡算方程：()3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾V1molqH氣化料液所需熱量料液摩爾氣化焓變中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系,Ff,V,L,V,L,L,L,F,V,V,Ff,1111nnnnnnnnnnnyy xxqxqyqxqyqqxqqqqqqq qqyxxqq對(duì)易揮發(fā)組分作物料衡算：由于通過(guò)該區(qū)域的氣-液組成的改變無(wú)限小即：則有：(加料處的操作線(xiàn)方將和(

25、)代入上式：程或 線(xiàn)方程)3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(三) 操作線(xiàn)方程在y-x相圖上的表示1f,L,W1,L,W,L,111111nndnnmmwnnnn WRyxxRRqyxxqqqqyxxqqqq3. 2. 2 精餾原理和流程裝置3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(四) 回流比對(duì)操作線(xiàn)的影響及選擇1. 回流比與傳質(zhì)過(guò)程推動(dòng)力的關(guān)系yyyy與經(jīng)過(guò)塔內(nèi)任一截面回流液成平衡的氣相濃度:經(jīng)過(guò)同一截面上升蒸氣濃度:傳質(zhì)推動(dòng)力：3. 2. 3 精餾過(guò)程的物料衡算和操作線(xiàn)方程3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(四) 回流比對(duì)操作線(xiàn)的影響及選擇2. 最

26、大回流比全回流：qn,D = 0qn,F = 0qn,L = 0n,Lmaxn,D qRq 最大回流比：11111nndnnRyxxyxRR3. 2. 3 精餾過(guò)程的物料衡算和操作線(xiàn)方程3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(四) 回流比對(duì)操作線(xiàn)的影響及選擇3. 最小回流比minmin0min1dqdqdqqqxyRahRd hxxxyRyx3. 2. 3 精餾過(guò)程的物料衡算和操作線(xiàn)方程3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(四) 回流比對(duì)操作線(xiàn)的影響及選擇當(dāng)采用飽和液體進(jìn)料時(shí)*min*1 (1)qffqffdfffxxxyyxxyRyx3. 2. 3 精餾過(guò)程的物料衡算和操作線(xiàn)方程3. 2

27、液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(四) 回流比對(duì)操作線(xiàn)的影響及選擇4. 適宜回流比3. 2. 3 精餾過(guò)程的物料衡算和操作線(xiàn)方程3. 2 液體的精餾,V,D,V,V,F(1)(1)nnnnnqRqqqqqmin(1.1 2)RR適宜回流比中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 4 理論塔板和理論塔板數(shù)理論塔板：在其上氣-液兩相都充分混合，且傳熱及傳質(zhì)過(guò)程阻力均為零的理想化塔板。離開(kāi)該板時(shí)氣-液兩相達(dá)到平衡狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一個(gè)理論板達(dá)到平衡的氣-液兩相，再分別和上一板的液相及下一板的氣相接觸，會(huì)形成新的平衡。對(duì)于給定的分離要求，這種由不平衡到平衡的過(guò)程，往往要經(jīng)過(guò)若干次，最終才能達(dá)到所要求的塔頂、

28、塔底組成。這種由不平衡到平衡的次數(shù)，稱(chēng)為理論塔板數(shù)。(一) 理論塔板的概念3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 4 理論塔板和理論塔板數(shù)3. 2 液體的精餾(一) 理論塔板的概念實(shí)際塔板上氣液兩相難以達(dá)到平衡，理論板是不存在的，僅用做衡量實(shí)際板分離效率的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。 原料液組成 進(jìn)料熱狀態(tài) 操作回流比 要求分離程度p 氣氣-液相平衡關(guān)系液相平衡關(guān)系p操作線(xiàn)方程操作線(xiàn)方程逐板計(jì)算法，圖解法，芬斯克公式-吉利蘭圖中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(二) 逐板計(jì)算法求理論塔板數(shù)111111121222(1),1 (1)(1)1(2)11(1)(3)()()1(4),12ddnfnqmwxyyxyxxyR

29、yxxRRyxyxxxxnxxmnm塔頂采用全凝器計(jì)算至飽和液體進(jìn)料 或其他進(jìn)料狀態(tài)精餾段理論塔板數(shù)：使用提留段操作線(xiàn)方程和氣液相平衡方程計(jì)算至提留段理論塔板數(shù)：精餾塔所需總理論塔板數(shù)為:3. 2. 4 理論塔板和理論塔板數(shù)3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(三) 圖解法求理論塔板數(shù)3. 2. 4 理論塔板和理論塔板數(shù)3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(四) 用芬斯克公式和吉利蘭圖計(jì)算理論塔板數(shù)0/lg/1lgABdABwxxxxn3. 2. 4 理論塔板和理論塔板數(shù)3. 2 液體的精餾全回流條件下的理論塔板數(shù)(芬斯克公式)中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 5 板效率和實(shí)際塔板數(shù)塔板效率：

30、實(shí)際板上的傳質(zhì)傳熱一般不能達(dá)到平衡1. 單板效率1*1nnMGnnyyEyy3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 5 板效率和實(shí)際塔板數(shù)2. 全塔板效率100%TTTTNENNNE實(shí)際塔板數(shù)：3. 2 液體的精餾流體的物理性質(zhì)（密度、粘度、表面張力、擴(kuò)散系數(shù)）流體的流動(dòng)情況踏板尺寸和結(jié)構(gòu)中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 6 塔高、塔徑和塔板壓力降的計(jì)算(一) 塔高的計(jì)算減少霧沫夾帶，小于10%溢流管中液面控制，防止淹塔3. 2 液體的精餾HNh塔高中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(二) 塔徑的計(jì)算244VVqd uqdu減少霧沫夾帶防止液泛現(xiàn)象3. 2. 6 塔高、塔徑和塔板壓力降的計(jì)算3. 2 液

31、體的精餾空塔線(xiàn)速度 u中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(三) 塔板的壓力降1220()1,22dLdLWpphhguhhhg3. 2. 6 塔高、塔徑和塔板壓力降的計(jì)算3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 7 間歇蒸餾特點(diǎn)：只有精餾段而無(wú)提餾段非定態(tài)操作裝置簡(jiǎn)單，操作靈活分類(lèi)： 回流比恒定，餾出液組成逐漸下降1. 餾出液組成恒定，回流比不斷增大3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 8 其他精餾簡(jiǎn)介多組分精餾共沸精餾萃取精餾反應(yīng)精餾3. 2 液體的精餾中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 8 其他精餾簡(jiǎn)介多組分精餾3. 2 液體的精餾分離三個(gè)或三個(gè)以上組分混合物的精餾重關(guān)鍵組分輕關(guān)鍵組分中國(guó)人

32、民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 8 其他精餾簡(jiǎn)介共沸精餾3. 2 液體的精餾對(duì)于具有共沸點(diǎn)的非理想溶液，在液相濃度達(dá)到共沸組成以后，就不能一般的精餾方法將其分離。若加入第二組分可以和原溶液中某一組分形成沸點(diǎn)更低的共沸物，使組分間相對(duì)揮發(fā)度增大，則在精餾過(guò)程中該組分就和第三組分（夾帶劑）以共沸物的形式由塔頂蒸出。這種特殊精餾方法稱(chēng)為共沸精餾或恒沸精餾。中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 8 其他精餾簡(jiǎn)介萃取精餾3. 2 液體的精餾在相對(duì)揮發(fā)度接近于1的溶液中加入第三組分后，若第三組分與原溶液中某一組分有較強(qiáng)的作用力，則可以提高原溶液組分間的相對(duì)揮發(fā)度，從而使原溶液得到分離的方法稱(chēng)為萃取精餾。加入的第三組分稱(chēng)為

33、萃取劑。中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 2. 8 其他精餾簡(jiǎn)介反應(yīng)精餾3. 2 液體的精餾化學(xué)反應(yīng)與分離操作同時(shí)進(jìn)行的精餾可逆平衡反應(yīng)異構(gòu)體混合物分離中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程 3. 3 吸收 吸收：利用適當(dāng)液體溶解氣體混合物中的有關(guān)組分(有時(shí)還伴有化學(xué)反應(yīng))，以分離氣體混合物的一種操作 吸收劑 吸收質(zhì)（吸收組分） 惰性組分v物理吸收 (傳質(zhì)速率)v化學(xué)吸收 (傳質(zhì)速率、反應(yīng)速率)水吸收氯化氫生產(chǎn)鹽酸水除去合成氨原料氣中二氧化碳洗油回收焦?fàn)t氣中的芳烴水除去工廠廢氣中二氧化硫丙酮吸收乙烯/乙炔中的乙炔中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 3 吸收第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系解吸：又稱(chēng)脫吸，是吸收

34、的逆過(guò)程，是使溶解于吸收液中的溶質(zhì)釋放出來(lái)的過(guò)程。 減壓解吸 升溫解吸 升溫-減壓解吸 氣提解吸第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程3. 3 吸收中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 3. 1 吸收的氣-液平衡(一) 氣-液平衡關(guān)系式亨利定律：p*=Ex （稀溶液）p*:氣相中溶質(zhì)的平衡分壓x ：液相中溶質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)E ：亨利常數(shù)E：表示溶解的難易程度，隨溫度變化第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(一) 氣-液平衡關(guān)系式*(1),(2),()(3),1-1-()1 (1)ccpHHEpEEyx ymx mpppxyXYxymXYYmXm X總總總總、液相濃度用物質(zhì)的量表示、氣-液相濃度均用摩爾分?jǐn)?shù)表示、摩爾比表示濃度3

35、. 3. 1 吸收的氣-液平衡第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系(二) 氣-液平衡曲線(xiàn)3. 3. 1 吸收的氣-液平衡第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 3. 2 吸收過(guò)程的物料衡算,2,2,22,12,12ddd()()()()()An Bn Cn Bn Cn Cn Bn Bn CNqYqXqYYqXXqYXXYqqYYqXX第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 3. 3 吸收塔中吸收的計(jì)算（一）吸收劑的用量第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 3. 5 化學(xué)吸收簡(jiǎn)介()()ALAiALAiANk S cck S cc化學(xué)吸收的優(yōu)點(diǎn)：加快吸收速率，提高了設(shè)備容量在吸收

36、過(guò)程中，溶質(zhì)氣體與溶劑中某一個(gè)(或一個(gè)以上)組分可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這種伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收過(guò)程稱(chēng)為化學(xué)吸收化學(xué)吸收傳質(zhì)速率方程：化學(xué)反應(yīng)使物理吸收通量增大的倍數(shù)第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系化學(xué)吸收的特點(diǎn)： 吸收質(zhì)因與溶劑中反應(yīng)組分起化學(xué)反應(yīng)而消耗，使得與此液相成平衡的吸收質(zhì)的分壓降低，從而提高了吸收的推動(dòng)力 如果反應(yīng)進(jìn)行得很快，以至在氣-液界面附近吸收質(zhì)已完全反應(yīng)，則吸收質(zhì)在液膜內(nèi)擴(kuò)散需要克服的阻力便大大降低例如用水吸收二氧化硫的過(guò)程速率原是氣膜與液膜共同控制的，若改用NaOH溶液來(lái)吸收，便變成幾乎完全是氣膜控制(此時(shí)液膜傳質(zhì)系數(shù)相對(duì)極大)。3. 3. 5 化學(xué)吸收簡(jiǎn)介第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大學(xué)化學(xué)系3. 4 膜分離利用固體膜對(duì)流體混合物中各組分的選樣性滲透分離各利用固體膜對(duì)流體混合物中各組分的選樣性滲透分離各組分的方法稱(chēng)為組分的方法稱(chēng)為膜分離膜分離特點(diǎn)： 多數(shù)膜分離過(guò)程中組分不發(fā)生相變化，所以能耗較低； 膜分離在常溫下進(jìn)行，對(duì)食品及生物藥品的加工特別適合； 膜分離過(guò)程不僅可除去病毒、細(xì)菌等微粒，而且也可除去溶液中大分子和無(wú)機(jī)鹽，還可分離共沸物或沸點(diǎn)相近的組分； 由于以壓差及電位差為推動(dòng)力，因此裝置簡(jiǎn)單，操作方便。第3章 傳質(zhì)分離過(guò)程中國(guó)人民大