下冊總復(fù)習(xí)學(xué)習(xí)教案

1、下冊總復(fù)習(xí)下冊總復(fù)習(xí)(fx)第一頁，共197頁。kD()AyiNkyy()xikxx氣相（對流）傳質(zhì)(chun zh)系數(shù)液相（對流）傳質(zhì)(chun zh)系數(shù)理論方法經(jīng)驗關(guān)聯(lián)對流傳質(zhì)系數(shù)有效膜理論溶質(zhì)滲透理論表面更新理論0.5kD0.5kD第1頁/共197頁第二頁，共197頁。( , , , ,)kfu d D (Re,)ShfSc流體密度流體(lit)粘度流速(li s)特征尺寸擴(kuò)散系數(shù)()AyiNkyy()xikxx液相（對流）傳質(zhì)系數(shù)對流傳質(zhì)系數(shù)氣相（對流）傳質(zhì)系數(shù)理論方法經(jīng)驗關(guān)聯(lián)0.67kD降膜式吸收器湍動第2頁/共197頁第三頁，共197頁。HDjj其中(qzhng)，傳熱因子傳質(zhì)

2、因子HDjj且，3/1ReScShjD3/1PrReNujH第3頁/共197頁第四頁，共197頁。擴(kuò)散(kusn)傳質(zhì)(chun zh)基本方程推動力系數(shù)AAABdcJDdz ANk c 現(xiàn)象濃度梯度濃度差物質(zhì)的一種傳遞性物質(zhì)的一種傳遞性質(zhì)質(zhì)，受到溫度、壓力、和混合物組分含量以及擴(kuò)散介質(zhì)的影響。是流動狀況、設(shè)備特征以及物質(zhì)體系的函數(shù)。第4頁/共197頁第五頁，共197頁。y1x1y2x2Hhh+dhyxy+dyx+dxGL1）物料(w lio)衡算 對dh控制體內(nèi)的液相和氣相分別進(jìn)行物料(w lio)衡算，然后對全塔進(jìn)行積分，獲得全塔物料(w lio)衡算AGdyN adh對氣相衡(xin h

3、n)算：對液相衡算：ALdxN adh對兩相衡算：GdyLdx1212()()G yyL xx第5頁/共197頁第六頁，共197頁。y1x1y2x2Hhh+dhyxy+dyx+dxGL2）相際傳質(zhì)速率方程 將相際傳質(zhì)速率方程帶入dh控制體物料衡算方程，沿塔高進(jìn)行積分；獲得全塔速率方程。該方程就是(jish)計算塔高的基本方程()AyeNKyy()AxeNKxxAGdyN adhALdxN adh第6頁/共197頁第七頁，共197頁。傳質(zhì)(chun zh)單元高度傳質(zhì)(chun zh)單元數(shù)塔高計算式OLOLHHNOGOGHHNGGHH NLLHH NOGyGHK a12yOGeydyNyyOL

4、xLHK aGyGHk aLxLHk a12xOGexdxNxx12yGiydyNyy12xGixdxNxx反映了分離任務(wù)的難易反映了吸收設(shè)備的效能第十章第7頁/共197頁第八頁，共197頁。吸收過程的數(shù)學(xué)描述吸收過程的數(shù)學(xué)描述(mio sh)和計算和計算物料衡算熱量衡算傳質(zhì)速率方程相平衡方程)( )( )( )(xxKyyKxxkyykNexeyixiyA)(xfye1122yxyexeyxGdyLdyHK ayyK axx)(22xxGLyy)Re,(dDfk 單相傳質(zhì)(chun zh)系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)是物質(zhì)的傳遞性質(zhì)，受溫度、壓力、混合物組成和擴(kuò)散介質(zhì)的影響。亨利定律Expe第8頁/共197

5、頁第九頁，共197頁。吸收過程的數(shù)學(xué)吸收過程的數(shù)學(xué)(shxu)描述和計算描述和計算物料衡算熱量衡算傳質(zhì)速率方程相平衡方程)( )( )( )(xxKyyKxxkyykNexeyixiyA)(xfye1122yxyexeyxGdyLdyHK ayyK axx)(22xxGLyy)Re,(dDfk 單相(dn xin)傳質(zhì)系數(shù)亨利定律Expe測定和估算方法第9頁/共197頁第十頁，共197頁。吸收過程吸收過程(guchng)的數(shù)學(xué)描述和計算的數(shù)學(xué)描述和計算物料衡算熱量衡算傳質(zhì)速率方程相平衡方程)( )( )( )(xxKyyKxxkyykNexeyixiyA)(xfye1122yxyexeyxGd

6、yLdyHK ayyK axx)(22xxGLyy亨利(hngl)定律Expe相際傳質(zhì)系數(shù)xyxkmkK111xyykmkK11第10頁/共197頁第十一頁，共197頁。蒸餾蒸餾(zhngli)過程的數(shù)學(xué)描述和計算過程的數(shù)學(xué)描述和計算物料衡算熱量衡算傳質(zhì)速率方程相平衡方程“理論(lln)塔板”xxy) 1(1全塔衡算單塊塔板和加料板衡算塔釜和再沸器衡算第11頁/共197頁第十二頁，共197頁。液體(yt)均有揮發(fā)成為蒸氣的能力，但各種液體(yt)的揮發(fā)性不同。因此，液體(yt)混合物部分氣化所生成的氣相組成與液相組成將有差別，即BABAxxyy式中：兩組分的摩爾分?jǐn)?shù)、液相中兩組分的摩爾分?jǐn)?shù)、氣

7、相中BA,BA,BABAxxyy習(xí)慣(xgun)上：易揮發(fā)組分叫輕組分，難揮發(fā)組分叫重組分。AAxy 且第12頁/共197頁第十三頁，共197頁。F2NFN其中，“2”是由于假定外界條件只有溫度和壓力可以影響(yngxing)體系的平衡狀態(tài)而來的。第13頁/共197頁第十四頁，共197頁。2NF對于(duy)雙組份溶液而言：在蒸餾或精餾設(shè)備中，近似的認(rèn)為氣液處于平衡(pnghng)狀態(tài)。根據(jù)相率：22N即：2F第14頁/共197頁第十五頁，共197頁。在蒸餾或精餾(jn li)設(shè)備的雙組份體系中：2F平衡物系涉及的參數(shù)為：溫度、壓強(qiáng)(yqing)與氣液兩相組成。即：BABAyyxxPT,且，)

8、()(11BBAABABAxgyxfyyyxx因此， 確定后，體系的狀態(tài)就唯一的確定了。yxPT/,第15頁/共197頁第十六頁，共197頁。雙組份氣液平衡(pnghng)體系中： 確定(qudng)后，體系的狀態(tài)就唯一的確定(qudng)了。yxPT/,蒸餾或精餾過程中為恒壓操作，存在如下對應(yīng)關(guān)系：)()( );()( 2)( )( );( )( 1BABABABABABABABAxxyyyyxxyyTTyyxxTTxx）且且）重要結(jié)論：第16頁/共197頁第十七頁，共197頁。2NF根據(jù)(gnj)相率：對于純組分在氣液平衡時，21N因此：1F故：)(tfpoAntoine方程op第17頁/

9、共197頁第十八頁，共197頁。op第18頁/共197頁第十九頁，共197頁?；衔?，泡點也就是在某壓力下的沸點。第19頁/共197頁第二十頁，共197頁。第20頁/共197頁第二十一頁，共197頁。第21頁/共197頁第二十二頁，共197頁。BoBBAoAAxppxpp., , , 的飽和蒸汽壓下純組分在溶液溫度兩組份的摩爾分?jǐn)?shù)；液相中兩組份的蒸汽壓；液相上方式中BAtppBAxxBAppoBoABABA第22頁/共197頁第二十三頁，共197頁?？俻ppBA第23頁/共197頁第二十四頁，共197頁。外pppBA且總pppBABoBBAoAAxppxpp于是(ysh)，)()()(tftf

10、tfpppppxBABoBoAoBA)(tfpo其中，第24頁/共197頁第二十五頁，共197頁。外pppBA且總pppBABoBBAoAAxppxpp于是(ysh)，)()()(1tftfptfppppxxBAAoBoAoAAB)(tfpo其中，第25頁/共197頁第二十六頁，共197頁。BoBBAoAAxppxpp總pppBA拉烏爾（Raoult）定律(dngl)：道爾頓分壓定律(dngl)：那么，pxpppyAoAAA總或AAKxy 其中，ppKoA顯然，)(thppKoA第26頁/共197頁第二十七頁，共197頁。液相組成(z chn)關(guān)系式：)()()(tftftfpppppxBAB

11、oBoAoBA兩相平衡組成(z chn)間的關(guān)系式：pxpppyAoAAA總那么，)()()()(tftftfpptfppppppyBABAoBoAoBoAA第27頁/共197頁第二十八頁，共197頁。對于理想(lxing)溶液來說，二者是等價的。AoAAxppy ExpeBoBBAoAAxppxpp拉烏爾（Raoult）定律(dngl)：亨利定律：mxye第28頁/共197頁第二十九頁，共197頁。液相組成(z chn)與溫度關(guān)系式：)()()(tftftfpxBABA)()()()(tftftfpptfyBABAA液相組成(z chn)與溫度關(guān)系式：兩相平衡組成(z chn)間的關(guān)系式：A

12、AAxptfy)(圖xt 圖yt 圖xy 第29頁/共197頁第三十頁，共197頁。tCy1x10DEGFBx(或或y)A Ayxt x線線t y線線1.0總壓恒定(hngdng)第30頁/共197頁第三十一頁，共197頁。tx(y)txty過熱過熱(u r)蒸汽區(qū)蒸汽區(qū)液相區(qū)液相區(qū)汽液汽液 平衡平衡(pnghng)區(qū)區(qū)tAtB總壓恒定(hngdng)第31頁/共197頁第三十二頁，共197頁。BBBAAAxpxp溶液中各組分的揮發(fā)(huf)性用揮發(fā)(huf)度，各自平衡分壓與其液相摩爾分?jǐn)?shù)的比值，來表示：混合液中兩組份揮發(fā)(huf)度之比為相對揮發(fā)(huf)度：BBAABAxpxp/第32頁

13、/共197頁第三十三頁，共197頁。根據(jù)(gnj)道爾頓分壓原理，得：BABABBAABAxxyyxpxp/雙組份物系，則xxy) 1(1相平衡方程(fngchng)第33頁/共197頁第三十四頁，共197頁。對于(duy)理想體系來說，00/BABBAAppxpxpBABABBAABAxxyyxpxp/第34頁/共197頁第三十五頁，共197頁?？倝汉愣?hngdng)TBAx1T1Oy1T2y2xAO*x1*蒸餾釜冷凝器產(chǎn)品(chnpn)受液槽溫度控制第35頁/共197頁第三十六頁，共197頁。TBAxAOx總壓恒定(hngdng)y3T3x3T2y2x2y1T1x1T4x4y4T5x5y

14、5冷凝器再沸器塔頂產(chǎn)品塔底產(chǎn)品ggll第36頁/共197頁第三十七頁，共197頁。實際生產(chǎn)所遇到(y do)的大多數(shù)物系為非理想物系。對非理想物系，當(dāng)氣液兩相達(dá)到相平衡時，任一組分i在氣相中的逸度與液相中的活度必然相等，即：iiLiiixfpyexpRTppVpfoiLiioiLi非理想物系分為：1）液相屬非理想溶液(rngy)2）氣相屬非理想其他（本章略）第37頁/共197頁第三十八頁，共197頁。非理想溶液，在系統(tǒng)(xtng)壓力不太高時，AAoAAxppBBoBBxpp此時(c sh)，BoBAoAppxxy) 1(1而相平衡方程依然成立：第38頁/共197頁第三十九頁，共197頁。原料

15、(yunlio)FxFtFTDyteWxte平衡蒸餾的物料(w lio)與熱量衡算過程計算：xxy) 1(1)(xtepmecrqtT,)1 ( 11qxxqqyF)(,FpmtTFcQ第39頁/共197頁第四十頁，共197頁。ddWW對其中(qzhng)易揮發(fā)組分進(jìn)行衡算：)(dxxdWWydWWx略去(l q)二階無窮小量，上式可寫為，xydxWdW12第40頁/共197頁第四十一頁，共197頁。ddWW對上式積分(jfn)可得：1221lnxxxydxWW12相平衡方程(fngchng)：xxy) 1(1代入上式，積分d第41頁/共197頁第四十二頁，共197頁。ddWW得：)11ln(

16、ln11ln122121xxxxWW12dd第42頁/共197頁第四十三頁，共197頁。ddWW若將全過程的氣相產(chǎn)物冷凝后匯集(huj)在一起，則其平均組成及數(shù)量可由全程物料衡算獲得：221121)(xWxWWWy12故：)(212121xxWWWxydd第43頁/共197頁第四十四頁，共197頁。LFxFWxWDxD精餾塔的物料(w lio)衡算總的物料(w lio)衡算：WDF輕組分物料衡算：WDFWxDxFx聯(lián)立二式得：WDWFxxxxFD餾出液和釜液采出率：FDFW1第44頁/共197頁第四十五頁，共197頁。LFxFWxWDxD精餾塔的物料(w lio)衡算輕組分(zfn)物料衡算：

17、WDFWxDxFx顯然：DFDxFx 回流比：DLR RDx第45頁/共197頁第四十六頁，共197頁。單塊塔板的物料(w lio)衡算：總物料(w lio)衡算：nnnnLVLV11塔板的熱量衡算和物料衡算輕組分物料衡算：nnnnnnnnxLyVxLyV1111第n塊板（非進(jìn)料板）yn+1,In+1,Vn+1yn,In,VnLn-1, in-1,xn-1Ln,in,xn第46頁/共197頁第四十七頁，共197頁。飽和蒸汽的焓 I 為泡點液體焓 i 和汽化(qhu)潛熱 r 之和，即：riI精餾塔內(nèi)精餾和提餾兩段內(nèi)的液體焓 i ，一般可以認(rèn)為：分別(fnbi)相等，即：那么，如果塔內(nèi)兩組份的汽

18、化潛熱 r 相等，即：rrrrnnn11iiiinnn11第47頁/共197頁第四十八頁，共197頁。單塊塔板的熱量(rling)衡算：nnnnnnnniLIViLIV1111塔板的熱量(rling)衡算和物料衡算根據(jù)恒摩爾流假定：進(jìn)出該塔板的飽和蒸汽及泡點液體的熱焓為 I 和 i ：iiiinnn11rrrrnnn11第n塊板（非進(jìn)料板）yn+1,In+1,Vn+1yn,In,VnLn-1, in-1,xn-1Ln,in,xn第48頁/共197頁第四十九頁，共197頁。塔板的熱量(rling)衡算和物料衡算nnLL1也就是說：精餾段內(nèi)各塔板的上升蒸汽量均相等，各塔板的下降液體量也均相等，可以

19、分別用 和 表示。提餾段亦然，分別用 和 表示。由于加料的緣故，兩端之間的流量不一定相等。VLVL第n塊板（非進(jìn)料板）yn+1,In+1,Vn+1yn,In,VnLn-1, in-1,xn-1Ln,in,xn第49頁/共197頁第五十頁，共197頁。1）氣液兩相皆充分混合；2）傳質(zhì)阻力(zl)為零；3）傳熱阻力(zl)為零。因此，不論進(jìn)入理論板的氣液兩相組成如何，離開塔板時的氣液兩相在傳熱和傳質(zhì)兩方面均達(dá)平衡態(tài)：兩相溫度相等，組成互成平衡。故，過程的特征方程簡化為：)(nnxt)(nnxfy 泡點方程(fngchng)：相平衡方程：第50頁/共197頁第五十一頁，共197頁。塔板的熱量(rli

20、ng)衡算和物料衡算)(nnxfy 相平衡方程(fngchng)：物料衡算：nnnnLxVyLxVy11第n塊板（非進(jìn)料板）yn+1,In+1,Vn+1yn,In,VnLn-1, in-1,xn-1Ln,in,xn第51頁/共197頁第五十二頁，共197頁。進(jìn)料板進(jìn)料板的熱量(rling)和物料衡算)(mmxfy 相平衡方程(fngchng)：理論板假設(shè)mmmmFxLVyLxyVFx11ym+1, I,ym, I, VL, i, xm-1 , i, xmVL 加料F，iF，xF物料衡算：第52頁/共197頁第五十三頁，共197頁。進(jìn)料板進(jìn)料板的熱量(rling)和物料衡算聯(lián)立上面(shng m

21、in)二式，可得：精餾段與提餾段兩相流量的關(guān)系LVLVFym+1, I,ym, I, VL, i, xm-1 , i, xmVL 加料F，iF，xF物料和熱量衡算：iLVILiIVFiF第53頁/共197頁第五十四頁，共197頁。進(jìn)料板進(jìn)料板的熱量(rling)和物料衡算iIiIFLLFym+1, I,ym, I, VL, i, xm-1 , i, xmVL 加料(ji lio)F，iF，xF若定義原料的摩爾汽化熱的熱原料變成飽和蒸汽所需kmol1iIiIqF第54頁/共197頁第五十五頁，共197頁。進(jìn)料板進(jìn)料板的熱量(rling)和物料衡算ym+1, I,ym, I, VL, i, xm-

22、1 , i, xmVL 加料(ji lio)F，iF，xF那么，可得：qFLLFqVV)1 ( 可見，離開加料板得物料由兩部分組成。上式中的q成為加料的熱狀態(tài)參數(shù)。第55頁/共197頁第五十六頁，共197頁。進(jìn)料板進(jìn)料板的熱量(rling)和物料衡算ym+1, I,ym, I, VL, i, xm-1 , i, xmVL 加料(ji lio)F，iF，xF原料的摩爾汽化熱的熱原料變成飽和蒸汽所需kmol1iIiIqF0q飽和蒸汽進(jìn)料10 q氣液混合進(jìn)料1q泡點進(jìn)料1q冷液進(jìn)料0q過熱蒸汽進(jìn)料第56頁/共197頁第五十七頁，共197頁。DLR iIiIqF塔板的熱量(rling)衡算和物料衡算第

23、n塊板（非進(jìn)料板）yn+1,In+1,Vn+1yn,In,VnLn-1, in-1,xn-1Ln,in,xn第57頁/共197頁第五十八頁，共197頁。塔板的熱量(rling)衡算和物料衡算RDL 精餾(jn li)段DRDLV) 1(提餾段qFLLFqVV)1 ( 全凝器，泡點回流時：第n塊板（非進(jìn)料板）yn+1,In+1,Vn+1yn,In,VnLn-1, in-1,xn-1Ln,in,xn第58頁/共197頁第五十九頁，共197頁。塔板的熱量(rling)衡算和物料衡算ccVrQ 塔頂蒸汽全部冷凝為泡點液體(yt)時，冷凝器的熱負(fù)荷為：塔釜熱負(fù)荷為：bBrVQ 全凝器，泡點回流時：的混合

24、液的平均汽化熱組成為Dcxr的混合液的平均汽化熱組成為Wbxr第n塊板（非進(jìn)料板）yn+1,In+1,Vn+1yn,In,VnLn-1, in-1,xn-1Ln,in,xn第59頁/共197頁第六十頁，共197頁。ggll回流量(liling)L加料(ji lio)流率FxF釜液流率WxW餾出液流率DxD第60頁/共197頁第六十一頁，共197頁。塔釜的物料(w lio)衡算VyN,1,NxLWxW,第 N 板WNNWxyVxL1釜內(nèi)液體在蒸餾釜內(nèi)部分(b fen)汽化，離開塔釜的氣液兩相組成可以認(rèn)為互成平衡故，塔釜可視作一塊理論板。那么，物料衡算為：第61頁/共197頁第六十二頁，共197頁

25、。冷凝器的物料(w lio)衡算LDxDx0y1VDDxLxVy01物料(w lio)衡算為：若冷凝器為全凝器，則：Dxxy01第62頁/共197頁第六十三頁，共197頁。LFxFWxWDxD精餾(jn li)段的物料衡算物料(w lio)衡算：DnnDxLxVy1整理得：設(shè)塔頂為泡點回流，RDL 則，上式為：DnnxVDxVLy1DRV) 1(DnnxRxRRy1111n1nyVnxL第63頁/共197頁第六十四頁，共197頁。LFxFWxWDxD精餾(jn li)段的物料衡算物料(w lio)衡算：FDnnFxDxxLyV1qFRDL則，上式為：FqDRV)1 () 1(WnnxFqDRD

26、FxFqDRqFRDy)1 () 1()1 () 1(1n1nyVnxL因為，WDFWxDxFxWDF第64頁/共197頁第六十五頁，共197頁。DnnxRxRRy1111WnnxFqDRDFxFqDRqFRDy)1 () 1()1 () 1(1精餾(jn li)段：提餾段：第65頁/共197頁第六十六頁，共197頁。x y 0 1.0 1.0 xD abxW cde1RxDWxFqDRDF)1 () 1(DnnxRxRRy1111WnnxFqDRDFxFqDRqFRDy)1 () 1()1 () 1(1相平衡線d 的坐標(biāo)(zubio)為：qRxqxRxDFq) 1() 1(qRqxRxyDF

27、q第66頁/共197頁第六十七頁，共197頁。相平衡線ABC1nxnynx1nyn1n1nAACCBB1nxnxny1nyxy110第67頁/共197頁第六十八頁，共197頁。第68頁/共197頁第六十九頁，共197頁。LFxFWxWDxD1y1xDxy 1)(11xy2y1112RxxRRyD2x1N1NxNWNxx 第69頁/共197頁第七十頁，共197頁。yxaDxDxy 1)(11xy1112RxxRRyDWNxx 1y11x2y22x345677xWxqx第70頁/共197頁第七十一頁，共197頁。yxDxWxacfFx1RxDbq（1）進(jìn)料熱狀態(tài)(zhungti) q（2）回流比

28、R第71頁/共197頁第七十二頁，共197頁。xD1y1x2y2x1N1NxNxWWy相平衡方程(fngchng)：BABAxxyy/操作(cozu)線方程：nnxy1全回流，塔頂氣液兩相中輕、重組分關(guān)系：DBABAxxyy1第72頁/共197頁第七十三頁，共197頁。xD1y1x2y2x1N1NxNxWWy當(dāng)：此時(c sh)，塔板數(shù)N即為全回流是最小理論板數(shù)Nmin最終(zu zhn)可得，第N塊板得液相組成：DBANNBAxxxx211WBANBAxxxx第73頁/共197頁第七十四頁，共197頁。xD1y1x2y2x1N1NxNxWWy代替(dit)各板上的相對揮發(fā)度則可以得到Fens

29、ke方程：對于(duy)雙組份體系：若取平均相對揮發(fā)度：底頂NN21lglgminWBADBAxxxxNlg11lgminWWWDDDxxxxN第74頁/共197頁第七十五頁，共197頁。yxDxWxacqfFx1RxDbdqxqy11qxxqqyFqqiIiIqFiIiIFLLF0q飽和(boh)蒸汽進(jìn)料第75頁/共197頁第七十六頁，共197頁。yxDxWxacqfFx1RxDbeexey0q飽和(boh)蒸汽進(jìn)料eDeDxxyxRR1minmin第76頁/共197頁第七十七頁，共197頁。理論(lln)板數(shù)NNminRmin回流(hu li)比R費用總費用回流比RRopt設(shè)備費操作費第7

30、7頁/共197頁第七十八頁，共197頁。17. 01minRRR17. 019 . 01lgminminRRRNNN當(dāng)時，吉利(jl)蘭關(guān)聯(lián)可表示為：第78頁/共197頁第七十九頁，共197頁。DDxFFxWWxSVLVL加熱(ji r)蒸汽通入量分離(fnl)對象：輕組分與水的混合物優(yōu)點：可以省去一個再沸器提餾段操作線方程：WnnxSWxSWy1第79頁/共197頁第八十頁，共197頁。yDxWx1RxDx在 相同時，同間接蒸汽加熱相比： 1）直接蒸汽加熱的輕組分的回收率較低；因加熱蒸汽的凝液會帶走少量輕組分，故加熱蒸汽要盡量不含液態(tài)水 2）若保持收率相當(dāng)，則 較間接加熱要低。因此，理論板數(shù)

31、會稍有增加。DxFxWxWx第80頁/共197頁第八十一頁，共197頁。IIIDDx1F1FxWWx1q2F2Fx2qIIIyDxWxx1q2qIIIIII2Fx1FxL第81頁/共197頁第八十二頁，共197頁。DDxFFxWWxqLIIIIIID)(DDyxyDxWxxqIIIIIIFxDx第82頁/共197頁第八十三頁，共197頁。DDxFFxWWxqLIIIIIID)(DDyxyDxWxxqIIIIIIFxDy第83頁/共197頁第八十四頁，共197頁。DDxFFxWWxVLyDxWxxqFx第84頁/共197頁第八十五頁，共197頁。DDxFFxWWxVLymax,DxWxxqFx第

32、85頁/共197頁第八十六頁，共197頁。DDxFFxWWxVLyDxWxxqFx第86頁/共197頁第八十七頁，共197頁。DDxFFxWWxqLyDxWxx1xKxy 平衡(pnghng)線操作(cozu)線1y2yNx1NyVL第87頁/共197頁第八十八頁，共197頁。操作線方程(fngchng)的推導(dǎo)：精餾(jn li)段衡算為：DnnxVDxVLy1即：)(11nnnnxVLyxVLyDDxFFxWWxqLVL也就是：)(1nnxVLyxVLy第88頁/共197頁第八十九頁，共197頁。令：那么，交替(jiot)使用上述兩個式子就可以求出相應(yīng)的理論板數(shù)。即：DDxFFxWWxqLV

33、L)(1nnxVLyxVLyabbaxynn1又平衡(pnghng)線方程為：mmKxy 第89頁/共197頁第九十頁，共197頁。將結(jié)果(ji gu)整理，將a，b代入得：DDxFFxWWxqLVLAKyxKyxAANNNN110)1 (ln1ln1注：該結(jié)果主要用于高純度分離(fnl)過程理論版的計算。第90頁/共197頁第九十一頁，共197頁。yDxWxx1xKxy 平衡(pnghng)線操作(cozu)線1y2yNx1NyDDxFFxWWxqLVL第91頁/共197頁第九十二頁，共197頁。DnnxVDxVLy1VFxDxxVLyFDnn1DDxFFxWWxqL精餾(jn li)段操作

34、線：提餾段操作(cozu)線：DLR iIiIqFFLL 第92頁/共197頁第九十三頁，共197頁。DnnxRxRRy1111WnnxFqDRDFxFqDRqFRDy)1 () 1()1 () 1(1DDxFFxWWxqL精餾(jn li)段操作線：提餾段操作(cozu)線：第93頁/共197頁第九十四頁，共197頁。xDxafFx1RxDbyxDx aFx1RxD b cWxqq第94頁/共197頁第九十五頁，共197頁。yxDxa cfFx1RxDbWxxDxacfFx1RxDbWxqq第95頁/共197頁第九十六頁，共197頁。第96頁/共197頁第九十七頁，共197頁。泡點方程(fn

35、gchng)：)()()(tftftfpppppxBABoBoAoBA即：),(pxgt 第97頁/共197頁第九十八頁，共197頁。精餾塔內(nèi)，各板壓差不大，但組成(z chn)不同影響各板的溫度tCy1x10DEGFBx( 或或y)A Ayxt x線線t y線線1.0總壓恒定(hngdng)第98頁/共197頁第九十九頁，共197頁。yxaDx1y11x2y22x345677xWxqx塔板序號t第99頁/共197頁第一百頁，共197頁。設(shè)計(shj)計算的命題：已知：投料量 ； 料液組成(z chn) ； 恒定的餾出液組成(z chn) ； 規(guī)定的釜液組成(z chn) 或回收率 ；問： （

36、1）選擇回流比 的變化范圍 （2）理論板數(shù)DDxLFFxDxWxRN第100頁/共197頁第一百零一頁，共197頁。DDxLxWxDx1RxD間歇(jin xi)操作精餾塔的操作線第101頁/共197頁第一百零二頁，共197頁。DDxLDxWxConst因此，要以操作(cozu)結(jié)束時釜液組成 為計算基準(zhǔn)塔必須能夠滿足(mnz)過程最大的分離要求。Wx第102頁/共197頁第一百零三頁，共197頁。xWxDx1minRxDWyWWWDxyyxRminminRConstR終間歇(jin xi)操作精餾塔的操作線第103頁/共197頁第一百零四頁，共197頁。xDx1minRxD間歇(jin xi

37、)操作精餾塔的操作線xWxDx1終RxDWyWxWxWyWx 第104頁/共197頁第一百零五頁，共197頁。取一微小(wixio)的時間段 ：d在該時間段內(nèi)，汽化(qhu)量等于塔頂?shù)恼羝?；即：dDdLVdDDxLdDRVd) 1(也就是：第105頁/共197頁第一百零六頁，共197頁。任意時刻(shk)，物料衡算：WDWFxxxxFDDDxLWWDDFdxxxxxFdD2)(那么(n me)：第106頁/共197頁第一百零七頁，共197頁。DDxL根據(jù)(gnj)：dDRVd) 1(可得：WWDDFdxxxxxFRVd2)() 1(WWDDFdxxxxxFdD2)(第107頁/共197頁第

38、一百零八頁，共197頁。DDxL積分(jfn)可得：FWxxWWDDFdxxxRxxVF2)(1)(第108頁/共197頁第一百零九頁，共197頁。xDx1minRxD間歇(jin xi)操作精餾塔的操作線xWxDx1終RxDWyWxWxWyWx 第109頁/共197頁第一百一十頁，共197頁。計算方法：（1）選擇(xunz)基準(zhǔn)態(tài)，求出塔板數(shù)（2）根據(jù)塔板數(shù)，按操作型計算求取未知量計算(j sun)原理：（1）操作線方程（2）相平衡方程DDxL第110頁/共197頁第一百一十一頁，共197頁。設(shè)計(shj)計算的命題：已知：投料量 ； 料液組成 ； 恒定(hngdng)的餾出液組成 ； 規(guī)定

39、的釜液組成 。問： （1）選擇回流比 的變化范圍 （2）理論板數(shù)DDxLFFxDxWxRN第111頁/共197頁第一百一十二頁，共197頁。DDxLxixD1minRxDiFxFy第112頁/共197頁第一百一十三頁，共197頁。DDxL取一微小(wixio)的時間段 ：d總體物料(w lio)衡算可知，F(xiàn)WxxDxxdxWFlnDWxFxxWFD物料衡算可知，第113頁/共197頁第一百一十四頁，共197頁。xixD1RxDiFxFy1RxDttxDWx第114頁/共197頁第一百一十五頁，共197頁。選擇依據(jù)：能高效、低成本、快速的完成傳質(zhì)任務(wù)(rn wu)：(1)處理能力強(qiáng)，塔板效率高(

40、2)操作彈性大(3)制造成本低，塔板壓降低理論(lln)板數(shù)實際板數(shù)效率換算選擇塔型從理論到實踐點效率板效率全塔效率塔設(shè)計：(1)選擇板間距和塔徑(2)具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(3)流體力學(xué)校核，并調(diào)整參數(shù)第115頁/共197頁第一百一十六頁，共197頁。(1)塔的類型：泡罩塔板、浮閥塔板、篩孔塔板、舌形塔板、網(wǎng)孔塔板、垂直篩板、多漿液管塔板、林德塔板、無溢流塔板和篩板(2)塔的結(jié)構(gòu)形式，塔內(nèi)兩相流動狀況(zhungkung)，塔的操作特性理論(lln)板數(shù)實際板數(shù)效率換算選擇塔型從理論到實踐點效率板效率全塔效率塔設(shè)計：(1)選擇板間距和塔徑(2)具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(3)流體力學(xué)校核，并調(diào)整參數(shù)第116頁/

41、共197頁第一百一十七頁，共197頁。液體氣體液體氣體因此，在實際設(shè)計中，要努力使得：(1)實際塔板盡可能的逼近“理論(lln)板”；(2)塔內(nèi)盡可能提供最大的傳質(zhì)推動力前面的理論研究中，我們已知：(1)理論板上處于(chy)相平衡狀態(tài)；(2)板間則為操作線方程；(3)兩者之間的差值就是推動力。總體逆流，板上錯流第117頁/共197頁第一百一十八頁，共197頁。理論板數(shù)實際板數(shù)效率換算選擇塔型塔設(shè)計第118頁/共197頁第一百一十九頁，共197頁。兩相流動的理想(lxing)狀態(tài)：第119頁/共197頁第一百二十頁，共197頁。0dxd0dxd液膜的穩(wěn)定性分析(fnx)重組分摩爾濃度表面張力x

42、第120頁/共197頁第一百二十一頁，共197頁。0dxd0dxd液滴的穩(wěn)定性分析(fnx)重組分摩爾濃度表面張力x第121頁/共197頁第一百二十二頁，共197頁。0dxd0dxd泡沫(pom)接觸狀態(tài)噴射(pnsh)接觸狀態(tài)重組分表面張力相對較大輕組分表面張力相對較大第122頁/共197頁第一百二十三頁，共197頁。兩相流動的非理想(lxing)情況：夾帶和沿塔板的不均勻流動液沫夾帶(jidi)氣沫夾帶液體沿塔板的不均勻流動氣體沿塔板的不均勻流動第123頁/共197頁第一百二十四頁，共197頁。液泛：塔內(nèi)液體不能順暢逐板流下，持液量增多，氣相空間變小，大量液體隨氣體從塔頂溢出。夾帶液泛：板

43、間距過小，操作液量過大，上升氣速過高時，過量液沫夾帶量使板間充滿(chngmn)氣、液混合物而引發(fā)的液泛。溢流液泛：液體在降液管內(nèi)受阻不能及時往下流動而在板上積累所致。漏液(lu y)：部分液體不是橫向流過塔板后經(jīng)降液管流下，而是從閥孔直接漏下。第124頁/共197頁第一百二十五頁，共197頁。0L (m3/h) Vm3/h1 過量(guling)液沫夾帶線2 漏液(lu y)線3 溢流液泛線4 液相流量下限線5為液流量上限線第125頁/共197頁第一百二十六頁，共197頁。點效率(xio l)莫弗里板效率(xio l)濕板效率全塔效率點效率特征G一定時，取決于兩相接觸狀態(tài)，液層越厚，氣泡越分

44、散，湍動程度越高，它越高考慮了點效率，也考慮了正常操作時的返混（努力避免）和不均勻流動（通常避免）在莫弗里板效率基礎(chǔ)上，考慮了不正常操作時的夾帶和漏液等改變操作線考慮到了特定物系和塔板結(jié)構(gòu)下，依然存在的塔上部和下部塔板效率的不同第126頁/共197頁第一百二十七頁，共197頁。熱氣體的直接水冷；熱水的直接空氣冷卻第127頁/共197頁第一百二十八頁，共197頁。傳熱：高溫(gown)向低溫傳質(zhì)(chun zh)：高分壓相向低分壓相氣體中水汽分壓的最大值為同溫度下的飽和蒸汽壓，此時的空氣成為飽和濕空氣。只要空氣中含水汽未達(dá)到飽和，那么空氣與同溫度的水接觸其傳質(zhì)方向必由水到氣。第128頁/共197

45、頁第一百二十九頁，共197頁。冷水熱氣體進(jìn)塔之前(zhqin)：熱氣體具有一定(ydng)的含水量和溫度冷水有一定(ydng)溫度和相應(yīng)的的蒸汽壓進(jìn)塔之后：冷水和熱氣體混合，隨之我們的觀察對象成為一個整體，考慮液相及其分壓當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，塔內(nèi)沿塔高兩相各自形成穩(wěn)定的溫度分布，氣相形成穩(wěn)定分壓分布第129頁/共197頁第一百三十頁，共197頁。冷水熱氣體塔高冷水(lngshu)溫度熱氣(r q)溫度溫度水汽分壓氣相中水汽分壓P水汽平衡分壓Pe第130頁/共197頁第一百三十一頁，共197頁。熱水空氣塔高水溫氣溫(qwn)t溫度(wnd)水汽分壓氣相中水汽分壓P水汽平衡分壓Pe第131頁/共197頁

46、第一百三十二頁，共197頁。熱水空氣值得注意的是：熱水終溫可以(ky)低于入口處空氣的溫度。tt原因在于：傳熱過程伴隨的傳質(zhì)(chun zh)，即水的汽化。那么(n me)，能低多少呢？第132頁/共197頁第一百三十三頁，共197頁。熱、質(zhì)同時傳遞時，各自的速率相互(xingh)獨立。傳熱(chun r)速率：|tqi因可以認(rèn)為：i那么，|tq其中，)/(,2smkJq傳熱速率)/(,2CsmkJo氣相對流給熱速率第133頁/共197頁第一百三十四頁，共197頁。熱、質(zhì)同時傳遞(chund)時，各自的速率相互獨立。傳質(zhì)(chun zh)速率：)(水汽ppkNsgA其中，)/(,2smkmol

47、NA傳質(zhì)速率kPapkPaps,汽壓液相主體溫度下飽和蒸氣相中水汽分壓水汽)/(,2kPasmkmolkg氣相傳質(zhì)系數(shù)第134頁/共197頁第一百三十五頁，共197頁。)(HHkNsHA其中(qzhng)，)/(,2smkgNA傳質(zhì)速率干氣水汽飽和濕度干氣水汽氣體濕度kgkgHkgkgHs/,/,)/(,2smkmolkH系數(shù)濕度差推動的氣相傳質(zhì)第135頁/共197頁第一百三十六頁，共197頁。)(HHkNsHA其中(qzhng)，水汽水汽氣水pppMMH干氣水汽飽和濕度干氣水汽氣體濕度kgkgHkgkgHs/,/,對應(yīng)空氣(kngq)-水系統(tǒng)，則：水汽水汽pppH622. 0第136頁/共1

48、97頁第一百三十七頁，共197頁。熱水空氣wt達(dá)穩(wěn)態(tài)時，涼水塔底溫度恒定即，氣相向液相傳熱的速率等于(dngy)液相向氣相傳質(zhì)（汽化）時帶走潛熱的速率相等：wwHwrHHktt)()(twwHwrHHktt)(wwHwrHHktt)(第137頁/共197頁第一百三十八頁，共197頁。熱水空氣wttwwHwrHHktt)(由此可知，液相極限(jxin)溫度取決于：（1）物系性質(zhì)（2）氣相狀態(tài)(zhungti)（3）流動條件第138頁/共197頁第一百三十九頁，共197頁。熱水空氣wttwwHwrHHktt)(33. 083. 0Re023. 0ScShkC因，4 . 03 . 08 . 0PrR

49、e023. 0 Nu故，4 . 03 . 033. 0PrSckC即，對指定物系，極限溫度(wnd)在相當(dāng)大范圍內(nèi)可以認(rèn)為與流動狀態(tài)無關(guān)第139頁/共197頁第一百四十頁，共197頁。熱水空氣wttwwHwrHHktt)(因，HCkk故，4 . 03 . 033. 0PrSckH即，對指定物系，極限溫度在相當(dāng)大范圍內(nèi)可以(ky)認(rèn)為與流動狀態(tài)無關(guān)第140頁/共197頁第一百四十一頁，共197頁。熱水空氣wttwwHwrHHktt)(3/13/1RePrReScShNu根據(jù)(gnj)j因子關(guān)聯(lián)：即，此為計算(j sun)濕球溫度的路易斯規(guī)則3/23/2PrLeScCkPH第141頁/共197頁第

50、一百四十二頁，共197頁?？諝饬鱰wtwwHwrHHktt)()(空氣(kngq)傳給水的顯熱水汽化(qhu)帶走的潛熱干球溫度濕球溫度第142頁/共197頁第一百四十三頁，共197頁。dzHtI ,zL,dHHdttdIIdLLd11,HtV111,IL222,HtI222,IL涼水塔熱水(r shu)空氣(kngq)空氣經(jīng)涼水塔后，氣相中水分的增加應(yīng)等于水相中的水分蒸發(fā)。1212)(LLHHV112212)(plplcLcLIIV熱量衡算：一般情況下，LLL12即，)()(1212plLcIIV第143頁/共197頁第一百四十四頁，共197頁。dzHtI ,zL,dHHdttdIIdLLd

51、11,HtV111,IL222,HtI222,IL涼水塔熱水(r shu)空氣(kngq)微元體內(nèi)，氣相中水分的增加應(yīng)等于水相中的水分蒸發(fā)。dLVdH adzNVdHA且，此傳遞量為：因為，即，dzHHakVdHsH)()(HHkNsHA第144頁/共197頁第一百四十五頁，共197頁。dzHtI ,zL,dHHdttdIIdLLd11,HtV111,IL222,HtI222,IL涼水塔熱水(r shu)空氣(kngq)微元體內(nèi)，氣相中水分的增加應(yīng)等于水相中的水分蒸發(fā)。)()(dLLdcLdcVdIplpldLLd且，因過程汽化量很小，則，又，過程傳熱量為：qadzVdI LdcVdIpl則，

52、dztaVdI)( 第145頁/共197頁第一百四十六頁，共197頁。dzHtI ,zL,dHHdttdIIdLLd11,HtV111,IL222,HtI222,IL涼水塔熱水(r shu)空氣(kngq)濕空氣的熱焓定義為：1 kg干氣體的焓及其所帶H kg水分的焓的和，基準(zhǔn)為0。即，HrHtctcIpvpg0HtHI2500)88. 101. 1 (對于空氣-水系統(tǒng)，令，則，HrtcIpH0HcccpvpgpH那么，dHrdtcdIpH0第146頁/共197頁第一百四十七頁，共197頁。dzHtI ,zL,dHHdttdIIdLLd11,HtV111,IL222,HtI222,IL涼水塔熱

53、水(r shu)空氣(kngq)微元體內(nèi)，氣相中水分的增加應(yīng)等于水相中的水分蒸發(fā)。)()(dLLdcLdcVdIplpldLLd且，因過程汽化量很小，則，又，過程傳熱量為：qadzVdI 則，dztaVdI)( 第147頁/共197頁第一百四十八頁，共197頁。dzHtI ,zL,dHHdttdIIdLLd11,HtV111,IL222,HtI222,IL涼水塔熱水(r shu)空氣(kngq)即，dztadtVcpH)( 那么，dztadtVcpH)( HrtcIpH0dzHHakVdHsH)(LdcVdIpl第148頁/共197頁第一百四十九頁，共197頁。ztVcattnpHnn11)(

54、nnnpvpgnHrtHccI0)(LcIIVplnnnn)(11zHHVakHHnsHnn11)(將上述(shngsh)四式子變?yōu)椋簞t可以方便的從底部往上算，直到水溫 和入口(r ku)溫度 相近。n2第149頁/共197頁第一百五十頁，共197頁。對于類似于空氣-水 這樣的物系，可以采用此法。pHHck若 為一常數(shù)，則微分下式pHcHrtcIpH0得：dHrdtcdIpH0那么(n me)，dHVrdtVcVdIpH0又，dztadtVcpH)( dzHHakVdHsH)(dzHHrdztcdIakVspHH)()(0第150頁/共197頁第一百五十一頁，共197頁。dzHHrdztcdI

55、akVspHH)()(0根據(jù)(gnj)焓的定義，則dzIIdzHHrdztcsspH)()()(0其中(qzhng)，sssHrHI0)88. 101. 1 (那么(n me)，dzIIdIakVsH)(第151頁/共197頁第一百五十二頁，共197頁。dzIIdIakVsH)(則，對此式積分(jfn)得，21IIsHIIdIakVz也可以(ky)寫成：OGOGNHz式中，akVHHOG21IIsOGIIdIN第152頁/共197頁第一百五十三頁，共197頁。)()(1212plLcIIV顯然(xinrn)，任一截面上有，)()(11plLcIIV即，)(11plcVLIII2sI2I211I

56、1sI涼水塔的操作(cozu)線第153頁/共197頁第一百五十四頁，共197頁。當(dāng)涼水塔水溫變化(binhu)不大時，將上面的曲線近似看成直線，則21IIsOGIIdINmIII12其中(qzhng)，22112211ln)()(IIIIIIIIIssssm第154頁/共197頁第一百五十五頁，共197頁。對流供熱：本章討論輻射供熱第155頁/共197頁第一百五十六頁，共197頁。傳質(zhì)推動力：濕度差或（濕氣(sh q)）分壓差傳熱推動力：溫度差固相iipt水汽p熱氣體(qt)濕分第156頁/共197頁第一百五十七頁，共197頁。pdt水汽ptH總壓水汽(shu q)的分壓露點(ldin)濕度

57、(shd)相對濕度溫度測定水汽分壓的方法。在總壓不變的條件下，將空氣與不斷將溫度冷壁接觸直到光滑的壁上析出水霧，此時的壁溫即露點，對應(yīng)的飽和蒸汽壓為空氣中水汽的分壓。水汽水汽水汽水汽氣水ppppppMMH622. 0)()(ppppppppsss當(dāng)當(dāng)水汽水汽第157頁/共197頁第一百五十八頁，共197頁。IHvast絕熱飽和(boh)溫度濕空氣的焓濕空氣的比體積wt濕球溫度)(HHrkttwwHw)(HHcrttaspHasasHrHtctcIpvpg0HrtcpH0指1kg干氣及其所帶的 H kg水汽(shu q)所占的體積，m3/kg。)273)(1056. 41083. 2(33tHv

58、H)273(1083. 23t第158頁/共197頁第一百五十九頁，共197頁。水分在濕物料中的存在(cnzi)形式有兩種：1.結(jié)合(jih)水2.非結(jié)合水與物料機(jī)械形式的結(jié)合，附著在物料表面的水，具有和獨立存在的水相同的蒸汽壓和汽化能力。物料中只要有非結(jié)合水存在而不論其數(shù)量多少，其平衡蒸氣壓不會變化，總是純水的飽和蒸氣壓。與物料存在物理或化學(xué)的結(jié)合，其汽化能力比獨立存在的水要低，蒸汽壓或汽化能力與水分和物料結(jié)合力的強(qiáng)弱有關(guān)。第159頁/共197頁第一百六十頁，共197頁。相對濕度(xingdu shd)平衡(pnghng)含水量自由含水量非結(jié)合水含水量結(jié)合水含水量*XmaxXtXA*XXXt

59、0第160頁/共197頁第一百六十一頁，共197頁。濕基含水量：自由(zyu)水分在濕物料中的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。即，%100濕物料的總質(zhì)量自由水分質(zhì)量干基含水量：自由水分與絕干物料(w lio)的質(zhì)量比。即，絕干物料質(zhì)量自由水分質(zhì)量X則，-1X第161頁/共197頁第一百六十二頁，共197頁。A濕含量(hnling)XXctwDCBABtX*物料(w lio)表面溫度干燥時間 恒速段降速段預(yù)熱段CDEE第162頁/共197頁第一百六十三頁，共197頁。A干燥(gnzo)速率XctwDCBABtX*物料(w lio)表面溫度干燥時間 恒速段降速段預(yù)熱段CDEE第163頁/共197頁第一百六十四頁，共1

60、97頁。Add-XGNcA也就是(jish)水分汽化速率，單位時間、單位面積汽化的水量。微分形式為，其中(qzhng)，自由含水量面積，試樣暴露于氣流中的表絕干物料質(zhì)量，XGc2mAkg第164頁/共197頁第一百六十五頁，共197頁。A濕含量(hnling)XXcBX*恒速段降速段預(yù)熱(y r)段CDE時間自由含水量A干燥速率XcBX*恒速段降速段預(yù)熱段CDE)(fX )(XgddX第165頁/共197頁第一百六十六頁，共197頁。干燥(gnzo)速率自由(zyu)含水量ABCDE恒速段預(yù)熱段降速段第166頁/共197頁第一百六十七頁，共197頁。干燥(gnzo)速率自由(zyu)含水量恒速