化工原理譚天恩簡答重點(diǎn)(共16頁)

1、均相物系：物系內(nèi)部(nib)各處均勻且無相界面，包括溶液、氣體混合物等。非均相物系：物系內(nèi)部有不同相界面且界面兩側(cè)的物料(w lio)性質(zhì)有差異。包括：氣固系統(tǒng)（空氣中的塵埃）； 液固系統(tǒng)（液體中的固體顆粒）；氣液系統(tǒng)（氣體(qt)中的液滴）；液液系統(tǒng)（乳濁液中的微滴）。非均相物系分離的依據(jù): 連續(xù)相與分散相具有不同的物理性質(zhì)（如密度）。非均相物系分離方法：機(jī)械分離方法按兩相運(yùn)動方式的不同分為沉降和過濾。非均相物系的分離目的：1、回收有用物質(zhì)，如顆粒狀催化劑的回收；2、凈化氣體，如除塵、廢液、廢氣中有害物質(zhì)的清除等。沉降：在重力或離心力作用下，使懸浮在流體中的固體 顆粒沿受力方向與流體發(fā)生相對

2、運(yùn)動，與流體 分離的過程。重力沉降：利用懸浮固體顆粒本身的重力完成分離的操作。分離較大的顆粒離心沉降：利用懸浮的固體顆粒的離心力作用而獲得分離的操作。分離較小的顆粒沉降速度公式的應(yīng)用條件：球形顆粒；自由沉降：顆粒沉降時(shí)彼此相距較遠(yuǎn)，顆粒間互不干擾；忽略容器對顆粒的阻滯作用，前提： D/d100；顆粒不能太小，顆粒不因受流體分子運(yùn)動的影響而使沉降速度變小。離心沉降原理重力沉降速度一般很小，故設(shè)備體積龐大。離心沉降速度大，可分離較小的微粒，且設(shè)備的體積可縮小。離心沉降分離設(shè)備：旋流(旋風(fēng)或旋液)分離器和沉降離心機(jī)。前者的特征:設(shè)備靜止、流體旋轉(zhuǎn);后者:機(jī)器帶動流體一起旋轉(zhuǎn)。 旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)和工作原

3、理：含塵氣體高速切向進(jìn)入分離器，在外筒與排氣管間呈螺旋形旋轉(zhuǎn)向下，到錐底后以相同的旋向折轉(zhuǎn)向上至上部排氣管流出。夾帶的顆粒在螺旋流中均受離心力作用向器壁方向拋出，在重力作用下沿壁面下落到排灰口。評價(jià)旋風(fēng)分離器性能的主要指標(biāo)：分離性能和氣體的壓力降旋風(fēng)分離器的特點(diǎn)：流量大、壓頭低。(1) 氣體的膨脹或壓縮引起的不可逆機(jī)械能損失；(2) 氣流旋轉(zhuǎn)引起的動能損失；(3) 摩擦阻力損失以及各個(gè)部位的局部阻力損失等。阻力系數(shù) 主要由旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)決定。選擇旋風(fēng)分離器的型式的主要依據(jù)：生產(chǎn)能力、允許的壓降、粉塵性質(zhì)、要求的分離效率。 選型時(shí)，應(yīng)在高效率與低壓降之間作權(quán)衡：不同型號的旋風(fēng)分離器壓降還與其形

4、狀有關(guān)：短粗形的旋風(fēng)分離器壓降較小， 處理量大，但分離效率低； 長徑比大且出入口截面小的細(xì)長形設(shè)備壓降大，處理量小，但分離效率高。過濾：在重力或壓力作用下，利用多孔過濾介質(zhì)，使液體通過而將固體顆粒截留，實(shí)現(xiàn)懸浮液的固-液分離。原懸浮液濾漿，通過過濾介質(zhì)的液體濾液,截留在過濾介質(zhì)上的固體顆粒堆積層濾渣或?yàn)V餅.：.過濾(gul)介質(zhì)作用(zuyng)：濾液(ly)通過、截留顆粒，支撐濾餅。特性：多孔、理化性質(zhì)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高、可反復(fù)使用?？蓧嚎s濾餅：由非剛性顆粒形成的濾餅，在壓力差作用下會變形，過濾壓力提高時(shí)使過濾阻力明顯增大。不可壓縮濾餅：由剛性顆粒形成的濾餅，在過濾過程中顆粒形狀和顆粒間的空隙

5、率保持不變。過濾的操作方式過濾操作中的主要階段，在過程中濾餅不斷增厚、阻力不斷上升，流體的通過能力則不斷減?。幌礈欤簾o論是以濾餅還是濾液為產(chǎn)品，都有必要在卸料之前用清液置換濾餅中存留的濾液并且洗滌濾餅；脫濕：以濾餅為產(chǎn)品時(shí)洗滌后還可用壓縮空氣進(jìn)行脫濕；卸料：將濾餅從過濾介質(zhì)上移去；清洗過濾介質(zhì)：使被堵塞的網(wǎng)孔“再生”，以便重復(fù)使用。過濾操作分為：間歇式：對以上各步驟分階段操作；連續(xù)式：連續(xù)操作完成全部或其中部分階段。板框壓濾機(jī)：通過直接給懸浮液加壓，迫使其穿過過濾介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)過濾。結(jié)構(gòu)：由交替排列的濾板、濾框與板框間的濾布疊合組裝壓緊而成。板框數(shù)由工藝要求在機(jī)座長度范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)。組裝后，板框的

6、四角位置形成連通的通道，由閥門控制懸浮液、濾液及洗液的進(jìn)出。過濾：懸浮液從通道進(jìn)入濾框，濾液在壓力下穿過濾框兩邊的濾布、沿濾布與濾板凹凸表面之間形成的溝道流下，既可單獨(dú)由每塊濾板上設(shè)置的出液旋塞排出，稱為明流式；也可匯總后排出，稱為暗流式。洗滌：洗滌液由洗滌板上的通道進(jìn)入其兩側(cè)與濾布形成的凹凸空間，穿過濾布、濾餅和濾框另一側(cè)的濾布后排出。洗滌液的行程（包括濾餅和濾布）約為過濾終了時(shí)濾液行程的2倍，而流通面積卻為其1/2，故洗滌速率約為過濾終了速率的1/4。每個(gè)操作循環(huán)由組裝、過濾、洗滌、卸料、重整五個(gè)階段。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，過濾面積大，可承受的壓力高。缺點(diǎn)：間歇式操作，所費(fèi)的裝、折、清洗時(shí)間

7、較長，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率較低。轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)結(jié)構(gòu)與原理：轉(zhuǎn)筒表面開孔，外面覆蓋濾布，內(nèi)部分隔成互不相通的若干扇形區(qū)，各區(qū)都有管道通至軸心，軸心處裝分配頭，分配頭由轉(zhuǎn)動盤與固定盤構(gòu)成，轉(zhuǎn)動盤小孔與轉(zhuǎn)筒表面的一段相通，固定盤上開三個(gè)凹槽，分別與真空抽濾系統(tǒng)、洗水抽吸回收系統(tǒng)和壓縮空氣反吹系統(tǒng)相通。轉(zhuǎn)動過程借助分配頭作用使各區(qū)與各系統(tǒng)連接和斷開，每轉(zhuǎn)一周，過濾表面任一部分都順序完成過濾、洗滌、吸干、吹松、刮渣等階段的連續(xù)操作。過濾操作：轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周，每一個(gè)扇形區(qū)依次完成真空過濾、洗滌、吸干濾餅和壓縮空氣吹松、刮刀卸料等全部操作。轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速多在0.13 r/min，浸入懸浮液中的吸濾面積約占總表面的3

8、040%。濾餅厚度范圍大約340mm。優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)進(jìn)料，操作自動化，便于在轉(zhuǎn)鼓表面預(yù)涂助濾劑后用于黏、細(xì)物料的過濾。缺點(diǎn)：過濾推動力有限，濾餅含液量較大，常達(dá)30%。傳熱(chun r)的三種基本方式一、熱傳導(dǎo)：依靠物體中微觀粒子的熱運(yùn)動，熱量從物體內(nèi)部高溫部分傳遞到低溫部分或者相互(xingh)接觸的物體之間由高溫物體傳遞到低溫物體的過程，如固體中的傳熱；特點(diǎn)：單純的熱傳導(dǎo)過程中，物體(wt)各部分之間不發(fā)生相對位移，即沒有物質(zhì)的宏觀位移。從微觀角度來看，氣體、液體、導(dǎo)電固體和非導(dǎo)電固體的導(dǎo)熱機(jī)理各不相同：氣體：氣體分子做不規(guī)則熱運(yùn)動時(shí)相互碰撞的結(jié)果導(dǎo)電固體：自由電子在晶格間的運(yùn)動；良好的導(dǎo)電

9、體中有相當(dāng)多的自由電子在晶格之間運(yùn)動，正如這些自由電子能傳導(dǎo)電能一樣，它們也能將熱能從高溫處傳到低溫處。非導(dǎo)電固體：非導(dǎo)電體導(dǎo)熱是通過晶格結(jié)構(gòu)的振動來實(shí)現(xiàn)的液體：存在兩種不同的觀點(diǎn)，類似于氣體和非導(dǎo)電固體。二、對流： 流體各部分質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞過程，對流只能發(fā)生在流體中。通常把傳熱固體表面與接觸流體的傳熱也稱為對流給熱，簡稱給熱。自然對流：靜止流體內(nèi)部由于溫度不同、密度不同，造成流體內(nèi)部發(fā)生對流而傳熱。 強(qiáng)制對流：流體在外力的強(qiáng)制作用下運(yùn)動而發(fā)生的對流。三、輻射傳熱： 以電磁波傳遞能量的現(xiàn)象。物體會因各種原因發(fā)射出輻射能 熱輻射：物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程，高溫物體把熱能轉(zhuǎn)

10、變成輻射能，以電磁波的形式進(jìn)行傳熱現(xiàn)象。 任何物體能以電磁波的形式把熱能輻射出來，也能把其他物體輻射的電磁波吸收并轉(zhuǎn)變成熱能。 特點(diǎn)：熱輻射既是能量的轉(zhuǎn)移，又伴有能量形式的轉(zhuǎn)化。此 外，輻射能可以在真空中傳播，不需要任何物質(zhì)作媒介。 高溫下，輻射傳熱是主要傳熱方式。熱傳導(dǎo)一、溫度場和等溫面溫度場：某一時(shí)刻，物體（或空間）各點(diǎn)的溫度分布不穩(wěn)定溫度場：各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間而改變的溫度場。穩(wěn)定溫度場：任一點(diǎn)的溫度均不隨時(shí)間而改變的溫度場等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場中所有溫度相同的點(diǎn)組成的面。不同溫度的等溫面不相交。 溫度梯度：兩等溫面的溫度差t與其間(qjin)的垂直距離n之比，在n趨于零時(shí)的極限（表示溫

11、度場內(nèi)某一點(diǎn)(y din)沿等溫面法線方向上的溫度變化率）溫度梯度是向量(xingling)，其方向垂直于等溫面，溫度增加方向?yàn)檎盗⑷~定律熱傳導(dǎo)速率（單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量）與溫度梯度及垂直于法向的導(dǎo)熱面積成正比。物理意義：溫度梯度為1時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過單位傳熱面積的熱通量；數(shù)值上等于單位溫度梯度下的熱通量， ，導(dǎo)熱性能越好。兩流體通過間壁的傳熱直接混合式傳熱：冷熱兩種流體直接接觸，在混合過程中進(jìn)行熱交換,如涼水塔。間壁式換熱：參與傳熱的兩種流體在固體間壁的兩側(cè)，冷熱流體在不直接接觸的條件下通過固體間壁進(jìn)行熱量交換換熱器換熱過程：固體間壁的導(dǎo)熱； 流體與壁面間的傳熱對流給熱。流體在間壁兩側(cè)作湍

12、流流動，近壁處分為: 層流底層、過渡層、湍流主體。 過渡區(qū)域：溫度分布不像湍流主體那么均勻，也不像層流底層變化明顯，傳熱以熱傳導(dǎo)和對流兩種方式共同進(jìn)行。 實(shí)質(zhì)上對流傳熱是流體的對流與熱傳導(dǎo)共同作用的結(jié)果。 逆流和并流傳熱的平均溫差的特點(diǎn)當(dāng)傳熱量一定時(shí)，逆流操作所需的傳熱面積小于并流操作當(dāng)加熱任務(wù)一定時(shí)，采用逆流傳熱可最大限度地利用熱能，加熱劑的用量少并流的優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)工藝要求被加熱流體不得高于某一溫度，或被冷卻的流體不得低于某一溫度，采用并流較易控制。錯(cuò)流和折流錯(cuò)流：兩種流體的流向垂直交叉。 折流：一流體只沿一個(gè)方向流動，另一流體作雙程流動流動；或者兩流體都反復(fù)折回。 復(fù)雜流：幾種流動型式的組合。

13、大容積自然對流：傳熱面放置在大空間內(nèi)，四周沒有阻礙自然對流的物體存在，如換熱設(shè)備或管道的熱表面向周圍大氣的散熱、無攪拌時(shí)釜內(nèi)液體的加熱。大容積自然對流的給熱系數(shù)僅與 Gr 數(shù)和 Pr 數(shù)有關(guān) 提高對流傳熱系數(shù)的途徑 增加湍動程度，提高傳熱系數(shù) 1、提高殼程2、加強(qiáng)殼程的湍動程度(chngd)，如加折流擋板或添加物有相變的傳熱(chun r)過程蒸汽(zhn q)冷凝傳熱：膜狀冷凝，滴狀冷凝膜狀冷凝：冷凝液體能潤濕壁面，在壁面上形成一層完整的液膜。特點(diǎn)：液膜成為壁面與蒸汽間傳熱的主要熱阻。冷凝液受重力沿壁流下，液膜越往下越厚，給熱系數(shù)越小，如果壁面足夠高，下部液膜中冷凝液會出現(xiàn)湍流流動，又使給熱

14、系數(shù)增加滴狀冷凝：冷凝液不能完全潤濕壁面，在壁面上形成小液滴，沿壁面落下時(shí)，使壁面重新暴露在蒸汽中。特點(diǎn)：滴狀冷凝時(shí)沒有完整液膜，熱阻很小，給熱系數(shù)約為膜狀冷凝的 510 倍甚至更高液體沸騰傳熱 大容積沸騰：加熱面浸在有自由表面的液體中所發(fā)生的沸騰，液體運(yùn)動由自然對流和汽泡擾動引起。管內(nèi)沸騰：液體在管內(nèi)流動過程中受熱沸騰。產(chǎn)生的汽泡不能自由上浮，而是被迫與液體一起流動，形成汽-液兩相流動，沿途吸熱，直至全部汽化大容積沸騰傳熱過程的機(jī)理沸騰機(jī)理：汽泡生成、長大、脫離并上升至液體表面。汽泡生成的條件：液體過熱；加熱壁面上存在汽化核心。汽化核心：加熱面上若干粗糙不平處，由于表面張力較小或微量氣體或蒸

15、汽附著等原因，使新相容易生成，為氣泡形成提供條件沸騰曲線：過熱度t = tw- ts 增加，出現(xiàn)沸騰傳熱給熱系數(shù) 與t 的變化關(guān)系輻射傳熱 熱輻射 ：物體因熱的原因發(fā)出輻射能的過程稱為熱輻射 輻射傳熱：輻射傳熱是不同物體間相互輻射和吸收的綜合結(jié)果熱射線:可見光線和紅外光線統(tǒng)稱為熱射線黑體(絕對黑體)：能全部吸收輻射能的物體，即A=1。例如沒有光澤的黑墨表面，吸收率A=0.960.98。 鏡體(絕對白體)：能全部反射輻射能的物體，即R=1。例如表面拋光的銅，反射率 R=0.97。 透熱體：能全部透過輻射能的物體，即D=1。例如單原子和對稱雙原子氣體 O2、N2、H2 等。 灰體：能夠以相等的吸收

16、率吸收所有波長輻射能的物體。 特點(diǎn)：吸收率 A 與波長無關(guān)；為不透熱體 (A+R=1)物體發(fā)射能力 物體在一定的溫度下，單位表面積、單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)射的全部波長的總能量。用E表示，單位：W/m2。單色發(fā)射能力 物體在一定的溫度下,單位表面積、單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)射某一特定波長的能力氣體熱輻射的特點(diǎn)：不同氣體發(fā)射能力不同：對稱雙原子透熱體；不對稱雙原子(yunz)和多原子氣體有大的發(fā)射能力和吸收率氣體輻射對波長(bchng)具有選擇性：固體能發(fā)射和吸收全部波長范圍的輻射能，氣體只在某波段具有吸收和發(fā)射能力；氣體發(fā)射和吸收輻射能是在整個(gè)氣體體積內(nèi)進(jìn)行(jnxng)的：灰體的輻射和吸收發(fā)生在物體表面。蒸發(fā)：

17、將稀溶液在沸騰狀態(tài)下進(jìn)行濃縮的單元操作。蒸發(fā)的目的：溶液中溶劑的汽化，獲得溶劑產(chǎn)品或不揮發(fā)溶質(zhì)產(chǎn)品。蒸發(fā)的必要條件：不斷供給熱能，不斷排除蒸汽，溶劑易揮發(fā)。真空蒸發(fā)：減壓（真空）下蒸發(fā)。目的：降低溶液沸點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：真空下溶液的沸點(diǎn)低，加熱蒸汽與沸騰液體間溫差大， 減小蒸發(fā)器的傳熱面積；利用低壓蒸汽或廢氣作熱源；適于熱敏性物料；沸點(diǎn)低，蒸發(fā)器熱損失小。缺點(diǎn)：耗能大；低壓沸點(diǎn)低，粘度大，給熱系數(shù)減小。單效蒸發(fā)：二次蒸汽不再利用，1kg水/1kg多加熱蒸汽多效蒸發(fā)：加熱蒸汽通入蒸發(fā)器，液體受熱沸騰產(chǎn)生的二次蒸汽加以利用引入到下一級蒸發(fā)器，多個(gè)蒸發(fā)器依次連接形成多效蒸發(fā)。蒸發(fā)意義: 提高蒸汽的利用率（或

18、經(jīng)濟(jì)程度）。蒸發(fā)過程的特點(diǎn)：（1）沸點(diǎn)升高：（2）能耗大：（3）溶液的特性決定蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特性。溫度差損失的原因1) 溶液中含有溶質(zhì)導(dǎo)致沸點(diǎn)升高引起的溫度差損失 ；(2) 加熱管內(nèi)不同高度靜壓力不同，使溶液沸點(diǎn)升高，(3) 管內(nèi)流體阻力損失使沸點(diǎn)升高，存在溫度差損失杜林規(guī)則：說明溶液的沸點(diǎn)和相同壓強(qiáng)下標(biāo)準(zhǔn)溶液沸點(diǎn)之間呈線性關(guān)系傳質(zhì)過程導(dǎo)論單元操作 動量傳遞 流體輸送、機(jī)械分離、沉降、流態(tài)化等熱量傳遞 加熱、冷卻、蒸發(fā)等質(zhì)量傳遞 吸收、蒸餾、萃取、吸附、干燥、膜分離等擴(kuò)散原理分子擴(kuò)散 在靜止或?qū)恿髁黧w內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子無規(guī)則的熱運(yùn)動使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處這種現(xiàn)象稱

19、為分子擴(kuò)散。Fick定律 擴(kuò)散通量：單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積擴(kuò)散的物質(zhì)量，J 表示， kmol/(m2s)。 Fick定律：對雙組分體系，在穩(wěn)態(tài)下組分A在擴(kuò)散方向上任一點(diǎn)處的擴(kuò)散通量與該處A的濃度梯度成正比。 幾點(diǎn)說明：A、與導(dǎo)熱不同，分子擴(kuò)散的特點(diǎn)是：當(dāng)一個(gè)分子沿?cái)U(kuò)散方向移去后，留下的空位由其他分子填空。B、對JA的定義是通過“分子對稱”的截面：既有一個(gè)凈A分子通過這截面，也有相等的凈B分子反方向通過同一截面，填補(bǔ)A的凈空位。C、分子對稱面在空間上既可以是固定，也可以是移動的。漂流(pio li)因子（Drift Factor）：其大小反映了總體(zngt)流動對傳質(zhì)速率的影

20、響程度，其值 1, 為總體流動使傳質(zhì)速率較分子擴(kuò)散增大的倍數(shù)。分壓PA高(PB低)時(shí)，漂流(pio li)因數(shù)大，總體流動的影響大。分壓PA低(PB高)時(shí)，漂流因數(shù)近似等于1，總體流動的影響小。單向擴(kuò)散與等摩爾相互擴(kuò)散相差無幾。擴(kuò)散系數(shù)：單位濃度梯度下的擴(kuò)散通量，反映某組分在一定介質(zhì)中的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)的一種傳遞屬性，特性常數(shù)之一；D，m2/s。D的影響因素：A、B、T、P、濃度。湍流擴(kuò)散特點(diǎn):1）存在著雜亂的質(zhì)點(diǎn)渦流運(yùn)動：既有主體方向上的整體流動也有其他方向上的脈動運(yùn)動。2）質(zhì)點(diǎn)脈動引起的物質(zhì)擴(kuò)散要比分子擴(kuò)散大得多3）渦流或脈動的復(fù)雜性，尚不能從理論上進(jìn)行分析計(jì)算。雙膜理論:1) 相互接觸的

21、兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各存在著一個(gè)很薄的流體膜層。溶質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此兩膜層。(2) 相界面沒有傳質(zhì)阻力，即溶質(zhì)在相界面處的濃度處于相平衡狀態(tài)3) 在膜層以外的兩相主流區(qū)由于流體湍動劇烈，傳質(zhì)速率高，傳質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，相際的傳質(zhì)阻力集中在兩個(gè)膜層內(nèi)。 吸收分離操作：利用混合氣體中各組分(component)在液體中溶解度(solubility)差異，使某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液(solution)，不溶或難溶組分仍留在氣相(gas phase)，從而實(shí)現(xiàn)混合氣體的分離氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相界面上溶解、在氣相和液相內(nèi)由濃度差推動的傳質(zhì)過程物理吸收：吸收過程溶

22、質(zhì)與溶劑不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，可視為單純的氣體溶解于液相的過程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等化學(xué)吸收：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過程?；瘜W(xué)反應(yīng)能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量并加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。 單組分吸收：混合氣體中只有單一組分被液相吸收，其余組分因溶解度甚小其吸收量可忽略不計(jì)。多組分吸收：有兩個(gè)或兩個(gè)以上組分被吸收非等溫吸收：體系溫度發(fā)生明顯變化的吸收過程等溫吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過程。吸收操作的用途：(1) 制取產(chǎn)品 用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產(chǎn)品。如硫酸吸收S

23、O3制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，碳化氨水吸收CO2制碳酸氫氨等。 (2) 分離混合氣體 吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以達(dá)到分離目的。如從焦?fàn)t氣或城市煤氣中分離苯，從乙醇催化裂解氣中分離丁二烯等。 (3) 氣體凈化 一類是原料氣的凈化，即除去混合氣體中的雜質(zhì)，如合成氨原料氣脫H2S、脫CO2等；另一類是尾氣處理和廢氣凈化以保護(hù)環(huán)境，如燃煤鍋爐煙氣，冶煉廢氣等脫除SO2，硝酸尾氣脫除NO2等。 吸收劑的選擇(xunz)(1) 對溶質(zhì)(rngzh)有較大的溶解度。溶解度上升(shngshng)，溶劑用量下降，溶劑再生費(fèi)用下降；溶解度上升，對一定的液氣比，吸收推動力上升，吸收傳質(zhì)速率上升，完

24、成一定的傳質(zhì)任務(wù)所需設(shè)備尺寸下降；(2) 良好的選擇性，即對待吸收組分的溶解度大，其余組分溶解度度??；(3) 穩(wěn)定不易揮發(fā)，以減少溶劑損失；(4) 粘度低，有利于氣液接觸與分散，提高吸收速率；(5) 無毒、腐蝕性小、不易燃、價(jià)廉等。吸收過程的氣液相平衡關(guān)系 平衡問題：物質(zhì)傳遞的方向和限度；傳質(zhì)速率問題：傳質(zhì)推動力和阻力。過程快慢的問題。相平衡：相間傳質(zhì)已達(dá)到動態(tài)平衡，從宏觀上觀察傳質(zhì)已不再進(jìn)行。平衡狀態(tài)下溶質(zhì)在氣相中的分壓稱為平衡分壓或飽和分壓，與之對應(yīng)的液相濃度稱為平衡濃度或氣體在液體中的溶解度。溶解度曲線：在一定溫度、壓力下，平衡時(shí)溶質(zhì)在氣相和液相中的濃度的關(guān)系曲線亨利定律 當(dāng)總壓不太高時(shí)

25、，一定溫度下的稀溶液的溶解度曲線近似為直線，即溶質(zhì)在液相中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比。傳質(zhì)過程的方向若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方，則體系將發(fā)生從氣相到液相的傳質(zhì)，即吸收過程。若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方，則體系將發(fā)生從液相到氣相的傳質(zhì)，即解吸過程若系統(tǒng)氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上，則體系從宏觀上講將不會發(fā)生相際間的傳質(zhì)，即系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。吸收過程是溶質(zhì)由氣相向液相轉(zhuǎn)移的相際傳質(zhì)過程，可分為三個(gè)步驟：(1) 溶質(zhì)由氣相主體擴(kuò)散至兩相界面氣相側(cè)(氣相內(nèi)傳質(zhì))；(2) 溶質(zhì)在界面上溶解(通過界面的傳質(zhì))；(3) 溶質(zhì)由相界面液相側(cè)擴(kuò)散至液相主體(液相內(nèi)傳質(zhì))。雙

26、膜理論的基本論點(diǎn)是(1) 相互接觸的兩流體間存在著穩(wěn)定的相界面，界面兩側(cè)各存在著一個(gè)很?。ǖ刃Ш穸确謩e為 1 和 2 ）的流體膜層。溶質(zhì)以分子擴(kuò)散方式通過此兩膜層。(2) 相界面沒有傳質(zhì)阻力，即溶質(zhì)在相界面處的濃度處于相平衡狀態(tài)3) 在膜層以外的兩相主流區(qū)由于流體湍動劇烈，傳質(zhì)速率高，傳質(zhì)阻力可以忽略不計(jì)，相際的傳質(zhì)阻力集中在兩個(gè)膜層內(nèi)吸收塔的計(jì)算 設(shè)計(jì)型計(jì)算：按給定的生產(chǎn)任務(wù)(rn wu)和工藝條件來設(shè)計(jì)滿足任務(wù)要求的單元設(shè)備。操作型計(jì)算(j sun)：根據(jù)已知的設(shè)備參數(shù)和工藝條件來求算所能完成的任務(wù)。設(shè)計(jì)計(jì)算(j sun)的主要內(nèi)容與步驟 計(jì)算依據(jù)：物系的相平衡關(guān)系和傳質(zhì)速率(1) 吸收劑

27、的選擇及用量的計(jì)算；(2) 設(shè)備類型的選擇；(3) 塔徑計(jì)算；4) 填料層高度或塔板數(shù)的計(jì)算；(5) 確定塔的高度；(6) 塔的流體力學(xué)計(jì)算及校核；7) 塔的附件設(shè)計(jì)傳質(zhì)系數(shù)包含了傳質(zhì)過程速率計(jì)算中一切復(fù)雜的、不易確定的影響因素，其數(shù)值的大小主要取決于物系的性質(zhì)、操作條件及設(shè)備的性能(填料特性)三個(gè)方面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)的獲取途徑：(1) 實(shí)驗(yàn)測定；(2) 針對特定體系的經(jīng)驗(yàn)公式；(3) 適用范圍更廣的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。蒸餾分離操作：利用液體混合物中各組分（component）揮發(fā)性（volatility）的差異，以熱能為媒介使其部分汽化，從而在汽相富集輕組分，液相富集重組分，使液體混合物得以分離的方法。蒸餾

28、操作的用途：許多生產(chǎn)工藝常常涉及到互溶液體混合物的分離問題，如石油煉制品的切割，有機(jī)合成產(chǎn)品的提純，溶劑回收和廢液排放前的達(dá)標(biāo)處理等等。分離的方法有多種，工業(yè)上最常用的是蒸餾或精餾。簡單蒸餾或平衡蒸餾使用條件：一般用在混合物各組分揮發(fā)性相差大，對組分分離程度要求又不高的情況下。精餾：在混合物組分分離純度要求很高時(shí)采用。特殊精餾：混合物中各組分揮發(fā)性相差很小，或形成恒沸液，難以或不能用普通精餾加以分離時(shí)，借助某些特殊手段進(jìn)行的精餾。間歇精餾：多用于小批量生產(chǎn)或某些有特殊要求的場合。連續(xù)精餾：多用于大批量工業(yè)生產(chǎn)中。常壓蒸餾：蒸餾在常壓下進(jìn)行。減壓蒸餾：用于常壓下物系沸點(diǎn)較高，使用高溫加熱介質(zhì)不經(jīng)

29、濟(jì)或熱敏性物質(zhì)不能承受的情況。減壓可降低操作溫度。加壓蒸餾：對常壓沸點(diǎn)很低的物系，蒸汽相的冷凝不能采用常溫水和空氣等廉價(jià)冷卻劑，或?qū)Τ爻合聻闅怏w的物系（如空氣）進(jìn)行精餾分離，可采用加壓以提高混合物的沸點(diǎn)。多組分精餾：例如原油的分離。雙組分精餾：例如乙純-水體系的分離。連續(xù)接觸（微分接觸）：氣、液兩相的濃度呈連續(xù)變化。如填料塔級式接觸：氣、液兩相逐級接觸傳質(zhì)，兩相的組成呈階躍變化。如板式塔。蒸餾分離的物系由加熱至沸騰的液相和產(chǎn)生的蒸汽相構(gòu)成。相平衡關(guān)系既是組分在兩相中分配的依據(jù)，也為確定傳質(zhì)推動力所必需，是蒸餾過程分析和設(shè)計(jì)計(jì)算的重要基礎(chǔ)。汽、液兩相物系分為理想物系與非理想物系兩大類。理想物

30、系：液相為理想溶液、汽相為理想氣體的物系。理想溶液服從拉烏爾定律，理想氣體服從理想氣體定律或道爾頓分壓定律。理想溶液的汽液平衡拉烏爾定律相平衡圖或簡稱(jinchng)相圖(xin t)，對于雙組分汽、液兩相，當(dāng)固定一個(gè)獨(dú)立(dl)變量時(shí)，可用二維坐標(biāo)中的曲線圖來表示兩相的平衡關(guān)系。理想溶液：組分分壓和系統(tǒng)總壓與液相組成的關(guān)系符合拉烏爾定律。非理想溶液：正偏差溶液：組分在汽相中的分壓比拉烏爾定律預(yù)計(jì)值大。例如乙醇-水體系負(fù)偏差溶液：組分在汽相中的分壓比拉烏爾定律預(yù)計(jì)值小。例如硝酸-水體系。 揮發(fā)度：其定義為組分在汽相中的平衡蒸汽壓與在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)的比值。簡單蒸餾也稱微分蒸餾，為間歇非穩(wěn)態(tài)操

31、作，特點(diǎn)：釜內(nèi)任一時(shí)刻的汽、液兩相組成互成平衡。蒸餾過程中系統(tǒng)的溫度和汽、液相組成均隨時(shí)間改變。簡單蒸餾的過程特征：任一瞬時(shí)釜內(nèi)的汽、液相互成平衡。以物料衡算式、熱量衡算式以及相平衡關(guān)系作為計(jì)算的基本依據(jù)。平衡蒸餾是液體的一次部分汽化或蒸汽的一次部分冷凝的蒸餾操作閃蒸操作流程：一定組成的液體物料被加熱后經(jīng)節(jié)流閥減壓進(jìn)入閃蒸室。液體因沸點(diǎn)下降變?yōu)檫^熱而驟然汽化，汽化耗熱使得液體溫度下降，汽、液兩相溫度趨于一致，兩相組成趨于平衡。由閃蒸室塔頂和塔底引出的汽、液兩相即為閃蒸產(chǎn)品。精餾原理 ：平衡蒸餾以及簡單蒸餾只能使混合液得到部分分離。簡單蒸餾操作是對液體的連續(xù)部分汽化，釜液組成沿 t-x(y) 相

32、圖的泡點(diǎn)線變化，其結(jié)果可得難揮發(fā)組分（重組分）含量很高而易揮發(fā)組分（輕組分）摩爾分?jǐn)?shù) x 很低的釜液。在一定壓力下，將混合蒸汽進(jìn)行連續(xù)部分冷凝，蒸汽相的組成沿 t-x(y) 相圖的露點(diǎn)線變化，結(jié)果可得到難揮發(fā)組分（重組分）含量很低而易揮發(fā)組分（輕組分）摩爾分?jǐn)?shù) y 很高的蒸汽。精餾是多次部分汽化與多次部分冷凝的聯(lián)合操作.塔板的作用：塔板提供了汽液分離的場所。每一塊塔板是一個(gè)混合分離器，足夠多的板數(shù)可使各組分較完全分離精餾與簡單蒸餾的區(qū)別：汽相和液相的部分回流。也是精餾操作的基本條件。精餾塔內(nèi)的汽、液相摩爾流率不僅取決于塔頂?shù)幕亓鞅群退自俜衅鞯钠?，而且與加料的熱狀態(tài)（即入塔原料的熱狀態(tài)）直

33、接相關(guān)。進(jìn)料濃度的影響：當(dāng) xF 降至 xF ，若 R 和 D/F 不變，精操線斜率不變。但xF下降使塔板上 y, x 均減小，xD 和 xW 也隨之下降，精餾段操作線將平行下移。要維持原 xD 不變，可采取增大 R 或減少 D/F 的調(diào)節(jié)方法。進(jìn)料熱狀態(tài)的影響： R 相同，q上升，進(jìn)料帶入的熱量上升，相同分離程度(xD-xW)所需理論板數(shù)上升。因 R 相同，為保持冷凝負(fù)荷 V 不變，進(jìn)料熱上升，塔底供熱下降，塔釜上升蒸汽量下降，提操線斜率上升并向平衡線移動，提餾段每一塔板的分離能力下降 。精餾塔操作的調(diào)節(jié)： 當(dāng) xF 變化較大而要維持 xD 不變時(shí)，應(yīng)適當(dāng)下調(diào)進(jìn)料位置，使精餾段的板數(shù)增加，并

34、同時(shí)輔以加大 R 或減少 D/F 的調(diào)節(jié)手段。雙組分溶液(rngy)的氣液相平衡關(guān)系：蒸餾分離的物系由加熱至沸騰的液相和產(chǎn)生的蒸汽相構(gòu)成。相平衡關(guān)系(gun x)既是組分在兩相中分配的依據(jù)，也為確定傳質(zhì)推動力所必需，是蒸餾過程分析和設(shè)計(jì)計(jì)算的重要基礎(chǔ)。相對(xingdu)揮發(fā)度：溶液中兩組分揮發(fā)度之比。a 1，表示組分 A 較 B 易揮發(fā)；a值越大，兩個(gè)組分在兩相中相對含量的差別越大，越容易用蒸餾方法將兩組分分離；若a=1，此時(shí)不能用普通蒸餾方法分離該混合物。理論板的概念：(1) 汽、液兩相在板上充分接觸混合，塔板上不存在溫度差和濃度差；(2) 離開塔板的汽、液兩相達(dá)平衡，即離開理論板的兩相溫

35、度相等，組成互成平衡。回流比的選擇 ：回流比是精餾過程計(jì)算不可缺的重要參數(shù)，塔所需的理論板數(shù)，塔頂冷凝器和塔釜再沸器的熱負(fù)荷均與回流比有關(guān)。精餾過程的投資費(fèi)用和操作費(fèi)用都取決于回流比的值。適宜回流比的選擇：實(shí)際操作的回流比應(yīng)介于全回流與最小回流比兩者之間。適宜的回流比根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算來確定，即應(yīng)在操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用之間作出權(quán)衡。板效率：塔板效率（板效率）表征的是實(shí)際塔板的分離效果接近理論板的程度全塔板效率：全塔板效率 ET （總板效率）為完成一定分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù) N 和實(shí)際塔板數(shù) NT 之比恒摩爾流假定使用條件：恒摩爾流假設(shè)只適用于被分離組分的沸點(diǎn)和汽化潛熱相差不大的情況。恒摩爾流假定優(yōu)點(diǎn)

36、，使得連續(xù)精餾過程基本計(jì)算式中的變量減少，所需方程數(shù)也隨之減少，過程的計(jì)算大大簡化。1. 蒸餾的目的是什么？蒸餾操作的基本依據(jù)是什么？分離液體混合物液體中各組分揮發(fā)度不同2.蒸餾的主要費(fèi)用花費(fèi)加熱和冷卻的費(fèi)用3.何謂泡點(diǎn)，露點(diǎn)？對于一定的組成和壓力，兩者大小關(guān)系如何？泡點(diǎn)指液相混合物加熱至出現(xiàn)第一個(gè)氣泡時(shí)的溫度；露點(diǎn)指氣相混合物冷卻至出現(xiàn)第一個(gè)液滴時(shí)的溫度。露點(diǎn)大于或等于泡點(diǎn)4.非理想物系何時(shí)出現(xiàn)最低衡沸點(diǎn)？何時(shí)出現(xiàn)最高衡沸點(diǎn)？強(qiáng)正偏差；強(qiáng)負(fù)偏差5.平衡蒸餾與簡單蒸餾有何不同前者是連續(xù)操作且一級平衡；后者是間歇操作且瞬時(shí)一級平衡6.最適宜回流比的選取須考慮哪些因素？設(shè)備費(fèi)，操作費(fèi)之和最小7.衡

37、摩爾流假設(shè)指什么？其成立的主要條件是什么？在沒有加料，出料的情況(qngkung)下，塔段內(nèi)的氣相或液相摩爾流量各自不變組分摩爾汽化熱相近，熱損失不計(jì)，顯熱差不計(jì)8.間歇精餾與連續(xù)精餾相比有何特點(diǎn)(tdin)？適用于什么場合？操作靈活，適用(shyng)于小批量物料分離9.衡沸精餾和萃取精餾的主要異同點(diǎn)相同點(diǎn)：都加入第三組分改變相對揮發(fā)度區(qū)別：前者生成新的最低衡沸物，加入組分從塔頂出，后者不形成新衡沸物，加入組分從塔底出；操作方式前者可間隙，較方便；前者消耗熱量在氣化潛熱，后者再顯熱，消耗熱量較少10.如何選擇多組分精餾的流程方案考慮經(jīng)濟(jì)上優(yōu)化，物性，產(chǎn)品純度11.何謂輕關(guān)鍵組分，重關(guān)鍵組分？

38、何謂輕組分，重組分？對分離起控制作用的兩個(gè)組分為關(guān)鍵組分，揮發(fā)度大的為輕關(guān)鍵組分，揮發(fā)度小的為重關(guān)鍵組分，比輕關(guān)鍵組分更容易揮發(fā)的為輕組分，比重關(guān)鍵組分更難揮發(fā)的為重組分液-液萃取的基本原理:在液體混合物中加入與其不完全混溶的液體溶劑（萃取劑），形成液-液兩相，利用液體混合物中各組分在兩液相中溶解度的差異而達(dá)到分離的目的。稱溶劑萃取，簡稱萃取溶質(zhì)：混合液中被分離出的物質(zhì)，以A表示；稀釋劑（原溶劑）：混合液中的其余部分，以B表示；萃取劑：萃取過程中加入的溶劑，以S表示。萃取劑對溶質(zhì)應(yīng)有較大的溶解能力，對于稀釋劑則不互溶或僅部分互溶。按性質(zhì)可分為物理萃取和化學(xué)萃?。话摧腿ο罂煞譃橛袡C(jī)物萃取和無機(jī)

39、物萃取。 單級萃取:單級萃取最多為一次平衡，故分離程度不高，只適用于溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度很大或溶質(zhì)萃取率要求不高的場合。 多級錯(cuò)流萃取:原料液依次通過各級，新鮮溶劑則分別加入各級的混合槽中，萃取相和最后一級的萃余相分別進(jìn)入溶劑回收設(shè)備，回收溶劑后的萃取相稱為萃取液（用E表示），回收溶劑后的萃余相稱為萃余液（用R表示）。特點(diǎn)：萃取率比較高，但萃取劑用量較大，溶劑回收處理量大，能耗較大。多級逆流萃取:原料液和萃取劑依次按反方向通過各級，最終萃取相從加料一端排出，并引入溶劑回收設(shè)備中，最終萃余相從加入萃取劑的一端排出，引入溶劑回收設(shè)備中。特點(diǎn)：可用較少的萃取劑獲得比較高的萃取率，工業(yè)上廣泛采用萃取

40、操作的適用范圍:萃取過程本身并未完全完成分離任務(wù)，而只是將難于分離的混合物轉(zhuǎn)變成易于分離的混合物，要得到純產(chǎn)品并回收溶劑，必須輔以精餾（或蒸發(fā)）等操作。萃取操作一般用于：(1) 混合液中各組分的沸點(diǎn)很接近或形成恒沸混合物，用一般精餾方法不經(jīng)濟(jì)或不能分離；(2) 混合液中含熱敏性物質(zhì)，受熱易分解、聚合或發(fā)生其它化學(xué)變化；(3) 混合液中需分離的組分(zfn)濃度很低，采用精餾方法須將大量的稀釋劑汽化，能耗太大。液-液相平衡(pnghng) :工業(yè)萃取過程中萃取劑與稀釋劑一般為部分(b fen)互溶，涉及到的是三元混合物的平衡關(guān)系，一般采用三角形坐標(biāo)圖來表示三角形相圖 (三元體系的液-液平衡關(guān)系)

41、 :按組分間互溶度的不同，可將三元混合液分為：(1) 溶質(zhì)A可完全溶解于B及S中，而B、S不互溶；(2) 溶質(zhì)A可完全溶解于B及S中，而B、S只能部分互溶；(3) 溶質(zhì)A與B完全互溶，B與S和A與S部分互溶。萃取中(2)類物系較普遍，故主要討論該類物系的液-液相平衡。臨界混溶點(diǎn) P:兩個(gè)共軛相組成相同時(shí)的混溶點(diǎn)。P點(diǎn)將溶解度曲線分為萃取相區(qū)域與萃余相區(qū)域。一般臨界混溶點(diǎn)并不是溶解度曲線的最高點(diǎn)，其準(zhǔn)確位置的實(shí)驗(yàn)測定也很困難。 聯(lián)結(jié)線: 通常聯(lián)結(jié)線不互相平行，其斜率隨混合液的組成而異，一般是按同一方向緩慢地改變。有些物系在不同濃度范圍內(nèi)聯(lián)結(jié)線斜率方向不同，如吡啶氯苯水體系。液-液萃取的動力學(xué)特性

42、及主要影響因素：:液-液傳質(zhì)設(shè)備中，兩相之間、分散的液滴間以及兩相流體與設(shè)備間均存在著十分復(fù)雜的相互作用。液滴的破碎；液滴間的凝聚；界面擾動；軸向混合等。萃取劑的選擇：（1）化學(xué)穩(wěn)定性 萃取劑應(yīng)不易水解和熱解，耐酸、堿、鹽、氧化劑或還原劑，腐蝕性小。在原子能工業(yè)中，還應(yīng)具有較高的抗輻射能力。（2）物理性質(zhì) 1) 溶解度：萃取劑在料液相中的溶解度要小。2) 密度：密度差大，有利于分層，不易產(chǎn)生第三相和乳化現(xiàn)象，兩液相可采用較高的相對速度逆流。3) 界面張力：界面張力大，有利于液滴的聚結(jié)和兩相的分離；另一方面，兩相難以分散混合，需要更多外加能量。由于液滴的聚結(jié)更重要，故一般選用使界面張力較大的萃取劑。4) 粘度：低粘度有利于兩相的混合與分層，流動與傳質(zhì)，對萃取有利。對大粘度萃取劑，可加入其它溶劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。(3)回收的難易為了獲得純產(chǎn)品及使溶劑循環(huán)使用，必須將萃取相及萃余相中的溶劑進(jìn)行回收。萃取過程中，溶劑回收是費(fèi)用最多的環(huán)節(jié)。有的萃取劑雖有許多良好的性質(zhì)，但因回收困難而不被采用。溶劑回收常用的方法是蒸餾、蒸發(fā)、反萃取等。(4)其它因素 無毒或毒性小、無刺激性