化工原理學習要點

10化工原理〔2〕學習要點本章學習目的通過學習本章，把握精餾德原理的原理、精餾過程的計算和優(yōu)化。本章應把握的內容和應用；精餾塔的物料衡算和操作線關系；回流比確實定；理論板數(shù)的求法；影響精餾過程的主要因素分析等。本章學習中應留意的問題利用各組分揮發(fā)度的差異將體混合物加以分別的單元操作稱為蒸餾。蒸餾分類方法有很多種，按操作方式可分為簡潔蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特別精餾等；按原料組分數(shù)目則可分為雙組分蒸餾、多組分蒸餾；按操作過程是否連續(xù)，可分為連續(xù)精餾、間歇精餾。本章重點是雙組份混合液的連續(xù)精餾。精餾是分別混合物最常用、又最早實現(xiàn)工業(yè)化的分別方法。精餾可以直接獲得所需要的產品，而不像吸取、萃取等分別方法，需外加溶劑，再將所提取的物質與溶劑分別，因此精餾過程的流程比較簡潔。精餾的主要缺點是為造成氣、液兩相系統(tǒng)，需消耗較多的能量，或者需要建立高真空、高壓、低溫等技術條件。通常，由于經濟和技術上的緣由，才考慮用吸取或萃取等操作以分別混合物。精餾操作既可在板式塔中、又可在填料塔中進展。本章以板式塔〔分級接觸〕為主要爭論對象，并引入理論板的概念，以簡化精餾計算。對特定的分別任務，確定理論板數(shù)是本題的對策。精餾與吸取、萃取等操作均屬傳質過程，應留意它們的共性和共性。例如相平衡關系的表達方法、傳質機理和設備的異同等。本章學習要點描述精餾過程的根本關系氣液相平衡關系氣液相平衡是蒸餾過程的熱力學根底，因此了解氣液平衡是理解和把握蒸餾過程的根本條件。氣液平衡的作用選擇分別方法依據(jù)物系的氣液相平衡關系，對特定的分別任務，可確定或選擇分別1的物系，宜承受特別精餾或萃取等分別操作。在相圖〔t-x-y〕上說明蒸餾原理利用屢次局部氣化和局部冷凝的操作?？墒刮锵档玫剿枰母呒兌确謩e。相對揮發(fā)度愈大，相圖〔x-y)中平衡線偏離對角線愈遠，分別愈易。氣液平衡關系是精餾過程的特征方程即是計算理論板數(shù)的根本方程之一。利用氣液平衡關系，可分析、推斷精餾操作中的實際問題例如在精餾塔中，恒壓下操作，溫度和組成間具有對應關系，因此可利用易于測量的溫度來推斷難于測量的濃度。實際生產中，時常在精餾塔的適應部位〔靈敏板〕上安裝溫度計，用它來掌握、調整整個精餾過程。氣液平衡的表達方式在精餾過程中，氣液平衡可用相圖和氣液平衡方程表示?！?〕t-x-yx-y圖在利用相圖時應留意以下幾點：①精餾過程的分析多用t-x-y圖，過程計算多用x-y圖。②了解沸點、泡點和露點的概念。對同一組成下露點總是高于泡點。對理論板而言，離開該板的氣液兩相溫度相等，即露點等于泡點，但兩相組成不等，而呈平衡關系。③液化率或氣化率，可在相圖上用杠桿規(guī)章求得。局部氣化和局部冷凝是精餾的根底。④恒壓下不同物系具有不同的x-y愈大，該物系愈易分別。對具有恒沸點的非抱負溶液，在恒沸點處x=y，因此不能用一般精餾方法分別該混合液。⑤同一物系下，不同壓強的x-y線也不一樣，一般在低壓下平衡曲線偏離對角線愈遠，即愈易分別，可見低壓操作有利于精餾分別?！?〕氣液平衡方程①抱負物系對于抱負氣體和抱負溶液構成的抱負物系，因其滿足抱負氣體狀態(tài)方程、道爾頓分壓定律和拉烏爾定律，因此，在肯定溫度下其氣液相平衡關系具體表達形式為：p p0x,pA A A

p0xB B在肯定的壓力下其氣液相平衡關系具體表達形式為：Pp0Bx BA p0A

p0B

(泡點方程)p p0x p0Pp0 y A A A A

B (露點方程)A P P

p0p0A Bp0,p0T有關，可承受實測數(shù)據(jù)或用如下安托尼A B方程進展推算：lnp0A BTC式中A、B、C均為安托尼常數(shù)，可從有關數(shù)據(jù)手冊中查取。在肯定的壓力下抱負物系氣液相平衡關系還有一種表達形式〔即氣液平衡方程〕為：xy1(1)x其中，

A

p0A為相對揮發(fā)度，無因次。p xA A px p0p xA AB B B Bα表示A、B組分揮發(fā)力量的差異。α≠1A、B可以分別，此時α越大，表示越x易分別，所需理論板數(shù)越少。α=1y1(1)xyx，說明經蒸餾分別后組成與原來一樣，組分A、B無揮發(fā)力量的差異，因此不能用一般蒸餾方法加以分別。p0,p0隨溫A B度上升而變大，但其比值卻隨溫度變化不大。當總壓變化不大時〔如小于30α一般為常數(shù)；當總壓變化較大時，通常壓力變大，α變小。②非抱負物系對于抱負氣體和非抱負溶液、非抱負氣體和抱負溶液、非抱負氣體和非抱負溶液構成的非抱負物系，其氣液相平衡關系式的具體表達形式比抱負物系的簡單，且相對揮發(fā)度α也不再是常數(shù)。本章主要涉及抱負物系的相平衡關系。物料衡算全塔物料衡算：FDW,Fx Dx WxF D W精餾段物料衡算〔精餾段操作線方程：L D R xy n1 V

x xn V D

xR1

DR1式中，R=L/D為回流比，L=RD，V=〔R+1〕D。該式表示精餾段內某處下降液流濃度和上升氣流濃度之間的關系，它是一條過點a(x、xD

1D了精餾段的分別力量，斜率越大，操作線越遠離平衡線，精餾段內塔板的分別力量越高。上式中的回流比R是精餾塔重要的操作參數(shù)之一，其大小直接關系到精餾過程的經濟性。適宜的回流比R 通常依據(jù)閱歷選取，其范圍為R =〔1.1~2)R 。其中，R 是為適 適 min min與設計條件有關，因此它僅對設計型問題有意義。其值可用下式計算：R x x

x y min D q或R

D qRmin

1 x yD

min

y xq qx，yq

是恒濃點〔交點或切點〕的坐標。q提餾段物料衡算〔提餾段操作線方程：ym1

LxV

WxVLLqF，VVq1)F,而q為進料熱狀況參數(shù)，其定義為：FqIVIFI IV L

每千摩爾進料從進料狀態(tài)變?yōu)轱柡驼魵馑锜崃窟M料的千摩爾氣化潛熱一條過點b(x、x

)、斜率大于1的直線。其斜率打算了提餾段的分別力量，斜率越小，W W操作線越遠離平衡線，提餾段內塔板的分別力量越高。進料線方程〔q線方程〕y q

x Fxq1 q1x該式是精餾段操作線和提餾段操作線交點d的軌跡方程，它是一條過點f(x、x )、F F斜率為q/(q-1)的直線，該直線僅與q、xF有關，所以稱之為進料線方程〔q線方程。x、xF

、x 和R肯定時，精餾段操作線確定，q值的大小將直接影響到點d的位置，D W從而影響到提餾段操作線的斜率。進料預熱得愈多，q值愈小，提餾段操作線斜率愈大，與從分別角度來看，盡可能降低進料溫度，即q值取大一些可使理論塔板數(shù)少一些。但是，q值愈大時，再沸器供給的上升蒸氣量V愈大，即再沸器負何也愈大。通常料液預熱至泡點的料液溫度變化而導致精餾塔操作不穩(wěn)定。熱量衡算任意塔板的熱量衡算和恒摩爾流假定混合液中各組分的摩爾氣化熱相近則可推得精餾塔內恒摩爾流淌的假定下降液體摩爾流量也相等。再沸器、冷凝器的熱量衡算再沸器的熱負荷：QB

V(IVW

I )QLW

QB B L假設再沸器中用飽和蒸汽加熱，且冷凝液在飽和溫度下排出，則加熱蒸汽消耗量為：W Q /rh B冷凝器的熱負荷：QCV(IVDIVL)(R1)DrAMA冷卻介質的消耗量為：WCQB/cpc(t2t1)QBQCQL；假設QL可以無視，則QBQC可見，精餾過程中塔釜供給的熱量幾乎全部由塔頂移走，這就是說，精餾過程的能耗是很大的。傳遞速率關系精餾過程本質上氣液兩相傳質過程，在塔板上發(fā)生的傳遞過程是很簡單的，即塔板上兩相的傳質及傳熱速率不僅打算于物系的性質與操作條件，而且還與塔板類型及構造有關，因此很難用簡潔的數(shù)學方程描述。理論板的概念所謂理論板是指氣液兩相皆充分混合且無傳遞過程阻力的抱負塔板相的溫度相等，組成互成平衡，符合相平衡方程。塔板效率與實際塔板數(shù)塔板效率是用來描述實際塔板的分別力量與理論板的差異。塔板效率主要：〔1〕單板效率E 、EmV mL也稱默弗里〔Murphree〕板效。定義為EmV

(n)nyy*yn

yn1yn1

經過第n塊塔板后氣相的實際增濃程度經過第n塊塔板后氣相的理論增濃程度液相默弗里板效EmL

(n)x n

xn1xn1

經過第n塊塔板后液相的實際增濃程度經過第n塊塔板后液相的理論增濃程度明顯，EmV

(n)EmL

(n)板效率也各不一樣。一般狀況下它們會小于1，特別狀況下它們會大于1〔通常消滅在塔徑較大的精餾塔中。單板效率主要反映了一層塔板上傳質的優(yōu)劣傳質效果，以便為塔板選型供給依據(jù)?！?〕全塔效率全塔效率或總板效率E的定義為：NE T 式中，NN P

為理論板數(shù)，NP

為實際板數(shù)。利用上式，可在全塔理論板數(shù)和總板效率確定的前提下，求取精餾塔的實際塔板數(shù)?？偘逍史从沉苏髻|效果的好壞，其值肯定小于10．5~0．7之間.獲取總板效率的目的是為了得到實際塔板數(shù),以便為精餾塔的設計供給依據(jù)?！?〕點效率y yE 2

1e

AKVOG yy1

經過塔板上某點氣相的理論增濃程度點效率主要反映了一層塔板上某點傳質的優(yōu)劣，提高A、K、可提高點效率。x塔板效率實際上反映了精餾塔內傳質速率的快慢，這一物理量包含了全部影響傳質過或閱歷數(shù)據(jù)，當缺乏這些數(shù)據(jù)時也可依據(jù)某些閱歷關系進展估算。精餾過程設計〔或操作〕變量和條件的選定4.2.1精餾塔的操作壓強精餾按操作壓強可分為常壓精餾、減壓精餾和加壓精餾。因前者設備、流程簡潔和操作簡潔，故工業(yè)上多承受常壓精餾。一般選擇原則如下：150℃左右的混合物，宜承受常壓精餾。②在常壓下沸點較高或者在較高溫度下易發(fā)生分解精餾。③在常壓下沸點在室溫以下的混合物，一般承受加壓精餾。有關，故應選擇適當?shù)牟僮鲏簭?。通常，假設提高操作壓強，可使蒸汽冷凝溫度上升，從而避開中，操作壓強也應通過經濟衡算確定。4.2.1精餾過程的加熱方式和冷凝方式加熱方式精餾的加熱方式分為間接蒸汽加熱和直接蒸汽加熱兩種，工業(yè)生產中大多承受前者。當欲分別的為水與易揮發(fā)組分〔如乙醇等可節(jié)約再沸器，提高傳熱速率。但是由于精餾塔中參加水蒸氣，使從塔底排出的水量增加，xw

維持肯定，則隨塔釜液損失的易揮發(fā)組分增多，使其回收率削減。假設保持一樣的回收率，必需降低xw

，這樣提餾段理論板數(shù)就應增加。在設計中，通常將再沸器視為一塊理論板。冷凝方式精餾塔的冷凝方式一般分為以下兩類：其余局部作為塔頂產品。這種冷凝方式的特點是便于調整回流比，但較難保持回流溫度。因該法流程較簡潔，工業(yè)生產上大多承受這種冷凝方式。分凝器冷凝塔頂上升蒸汽先進入一個或幾個分凝器，冷凝的液體作為回流或局部作為初餾產品；從分凝器出來的蒸汽進入全凝器，冷凝液作為塔頂產品。這種冷凝在設計中，分凝器可視為一塊理論板。回流比的選擇全回流：全回流：其特點是操作線與對角線重合，精餾段、提餾段操作線均可寫成y x。由于全回流沒有產品的采出，所以不具備生產意義，常在精餾塔開停工、調試n1 n和試驗室爭論時承受。x yR

D qmin

y xq q②對不正常的平衡曲線，一般是通過xy圖上的點〔x ，xD D

〕作平衡曲線的切線，R該切線即為最小回流比下的操作線用作圖法算出該切線的斜率 min 進而求得R 。R 1min

min適宜回流比：適宜回流比應通過經濟核算確定。操作費用和設備費用之和最低時的回流比R宜

(1.1~2.0)Rmin

。上式中最小回流比的倍數(shù)由設計者選定，從耗能角度考慮宜取低限，對難分別物系，宜取高限。精餾操作中，回流比是重要的調控參數(shù)，其值與產品質量及生產力量親熱相關。連續(xù)精餾塔理論板數(shù)的計算二元精餾塔理論板數(shù)的求取方法主要有逐板法、圖解法和捷算法。逐板法〔也可從塔底y1

開頭交替運用相平衡方程和操作線方程，xN11xF數(shù)，即為精餾段板數(shù)N1

塊。然后改用提餾段方程和相平衡方程計算當xN

x 時，說明已W經能夠滿足分別要求，整個精嗄所需的總理論板數(shù)為N-1塊〔因第N塊為塔釜，所以要扣除。提餾段板數(shù)=〔N-1-N〕塊。具體步驟如下：1x yD 1

衡x1

2

衡x2

餾線衡x

xN1 F1xN11

N21

衡衡x

N

衡x xN W塔板數(shù)很多時可承受計算機求解。圖解法圖解法又稱麥卡勃-蒂列〔McCabe-Thiele〕法，簡稱M-T法，其原理與逐板計算法完全一樣，只是將逐板計算過程通過作圖來實現(xiàn)。作圖時，將跨過三線〔精餾段、提餾段操作線q線〕交點d的梯級定為加料板。這種進料為最正確位置進料。捷算法捷算法是利用吉利蘭關聯(lián)圖，由橫坐標X

RR

min查圖〔通過關聯(lián)式〕求得縱坐標R1NNY min，從而求出理論板數(shù)NRN2

min

N

min

為最小理論板數(shù)，即全回流時的理論板數(shù)，其求取方法有逐板法和圖解法。對理物系，通過逐板法可推得：xlgxA

x xB

xlgxA

x xB N B D

A

B D

A W1〔不含塔釜〕min1

lg1

min

lgD F上式為芬克斯〔Fenske〕方程，該式適用于多組分物系。式中D F1 。N 為精餾段所需的最少理論板數(shù)。D WD W捷算法快捷，但準確性較差，一般用于設計時的粗估。精餾操作條件的優(yōu)化及操作分析精餾操作條件的優(yōu)化選擇最正確的進料位置：兩操作線交點稍下的位置。FDWFxFDxDWxW選擇適宜的塔頂回流：適宜的回流比及回流溫度。選擇適宜的進料熱狀況：工業(yè)上多承受飽和液體進料，以節(jié)約能耗。在靈敏板進展溫度掌握。操作型問題定性分析1.影響精餾操作的因素分析影響精餾操作的主要因素有：物系特性和操作壓強；生產力量和產品質量；回流比和進料熱狀況；塔設備狀況；再沸器和冷凝器的熱負荷。上述因素以應遵循的根本關系：相平衡關系；物料衡算關系；理論板數(shù)關系；塔板效率關系；熱負荷關系。2.操作型問題定性分析方法所謂操作型問題是指設備給定的條件下，計算或分析某操作條件轉變后分別效果的變化，或者提出為獲得合格產品需承受的調整措施等。數(shù)不變進展分析，這是操作型問題的定性分析的前提。首先推斷出精餾段、提餾段操作線斜率的變化。精餾段操作線斜率越大，操作線越遠離平衡線，精餾段內塔板的分別力量越高；提餾段操作線斜率越小，操作線越遠離平衡線，提餾段內塔板的分別力量越高。反之亦然。或者，在y-x相圖中畫出舊操作線，并用M-T法作出梯級，并與理論板數(shù)不變這一前提相比較，最終確定餾出液和釜液濃度的變化趨勢。在精餾操作型問題的定量計算中可假設餾出液和釜液組成中的一個，承受逐板計算或M-T圖得出另一個，最終用物料衡算關系來校驗。其他類型的蒸餾過程簡潔蒸餾〔〕間歇，不穩(wěn)定〔〕的場合，常作為初加工，如原油的初餾。①宏觀物料衡算：

W W W1 2 DWx Wx1 2 2

W xD D式中W1

x為初始料液量和組成；Wx1 2

為最終殘液量和組成；W 、xD D

為餾出液量和餾出液平均濃度。dW dx②微分物料衡算：W yxxy11)x代入上式積分得：Wx W(1x)ln 11ln 1 1 Wx W2 2

2平衡蒸餾1〕2〕在平衡蒸餾過程中，x、y保持不變。FLV①物料衡算：FxF

LxVyxy11)x間歇精餾〕〔〕只有精餾段〔〕料塔?！场澈沭s出液組成操作。計算方法：圖解試差法。二元連續(xù)精餾的其他流程〔參閱〕塔頂設有分凝器假設離開分凝器的兩相到達氣液相平衡，則分凝器可看成一塊理論板，與帶有全凝器的流程相比，全塔多了一塊理論板。故全塔理論板數(shù)為N2冷液回流冷液回流時流入塔的液體量L〔稱外回流量〕與塔內下降的液體量L〔稱內回流〕不0相等。內回流比R與外回流比R也不相等。設回流液溫度為t，塔內第一塊板上的溫度為0 0 c (tp

t)0 R

c

為回流液比熱，kJ/(mol·oC)；r為回流液的氣1 r 0 p化潛熱，kJ/kmol。冷液回流塔內操作回流比較大，因此冷回流對精餾過程是有利的。但冷回流操作由于以增加能耗為代價的。直接蒸氣加熱流程直接蒸氣加熱流程適用于水溶液，且水是難揮發(fā)組分，如甲醇-水、乙醇-水等。水蒸氣起到加熱劑的作用。與間接蒸氣加熱流程相比有：①全塔物料衡算方程不同。全塔物料衡算：FSD W*，F(xiàn)xF

S0DxD

W*xW*式中，S為塔釜直接通入的加熱蒸氣摩爾流率，W*、x 為排出的釜液量和組成。w*與間接蒸氣加熱時全塔物料衡算比照可知：W*

WS,W*xW*

w②在一樣的條件下〔FxF

、q、DxD

R一樣，釜液排出量W W直 間

，排出組成x* x 。W直 W間③精餾段、提餾段操作線、q線形式一樣。在一樣的條件下〔F、x 、q、D、x 、F DR一樣〕，直接蒸氣加熱時塔內的操作線方程與間接蒸氣加熱時的完全全都，只不過b(x、x

點下移至b(x*、0)點因此理論板數(shù)略有增加。adadb(x、x)W W直接蒸氣加熱流程可以用構造簡潔的塔釜鼓泡器代替造價昂貴的再沸器，且需要的加熱蒸氣壓力較低；但需要的理論板數(shù)略有增加、塔釜排出的廢液更多。多股加料和側線出料流程多股加料流程與單股進料相比精餾段、提餾段操作線方程不變，兩股進料之間的操作線方程則另需物料衡算得到，如對兩股加料流程，兩進料口間的操作線方程為：

b(x*、0)WL Dx FxD11yVx VD11塔內從上至下各段的L氣液負荷之間滿足： LLqF L 1 1V V(1q)F1 1

2 2V q2 2側線出料流程與多股加料流程處理方法類似。回收塔流程只有提餾段沒有精餾段的精餾塔稱為回收塔。分為無回流和有回流兩種狀況。其解算方法與一般精餾塔類似。液萃取1.本章學習目的液–液萃取是一種應用廣泛、進展快速的單元操作。通過學習要求把握萃取操作的根本原理、過程計算、設備特性，最終到達合理地選擇適宜的萃取劑、萃取操作條件及設備。2.本章應把握的內容〔包括萃取劑及操作條件的選擇、萃取過程的計算。學習本章應留意的問題液–液萃取屬傳質過程，但和蒸餾吸取相比又有其特別性，如相平衡關系的表述方法、萃取設備的構造特點及外加能量。本章學習要點液–液萃取是利用液體混合物中各組分在某種溶劑中溶解度的差異來實現(xiàn)分別的一種單元操作。液–液萃取主要包括兩大類傳質過程：分級傳質過程和微分連續(xù)接觸式傳質過程。這兩精餾、吸取章融會貫穿。等。而微分連續(xù)接觸式傳質過程則可分為連續(xù)逆流萃取和回流萃取等。與精餾、吸取類似，液–液萃取的數(shù)學模型中主要包括物料衡算、相平衡關系和傳質速，引進理論級〔即平衡級〕或傳質單元的概念以使簡單的工程問題簡潔化。相平衡關系萃取中的相平衡關系就是溶解平衡關系。由于萃取過程達平衡時，呈平衡的兩相即萃取更為簡單，常常需在三角形坐標上表示，稱為三角形相圖。學習本章應能嫻熟地使用三角形相圖，了解相圖中的點、線段的物理含義，并在相圖中會標注兩相、三相的狀態(tài)點，會在相圖上表示物料的混合和分開〔含分層，下同〕過程，這是本章計算的根底。三角形相圖應用根底關于三角形相圖示：①頂點代表純組分；②三條邊代表二元溶液；③相圖中的點代表三元溶液，且有：%A+%B+%S=100%

溶解度曲線A三角形相圖的應用

E/P平衡聯(lián)結線 F ·三角形相圖可以用來表示混合液的混合和分開等過程，在相圖中就是和點和差點的關系。圖中線段RME代表三元溶液R〔差點〕與三元溶液〔差點〕混合成為的三元溶液〔和點線FMS代表二元溶液F〔差點〕與純組分S〔差點〕混合成為的三元溶液〔和點；線段EES

ER MB S關心曲線代表三元溶液E〔和點〕脫除其中的組分S〔差點〕后成為的二元溶液E〔差點。又稱為杠桿，和點就是杠桿的支點，兩差點就是杠桿的“力”的作用點。對兩溶液的混合過〔又稱杠桿規(guī)章，以線段RMER為例：

ME

，RME

，ERME RM

M RE

M RE相平衡關系得表示溶解度曲線以B、S局部互溶為例，其溶解度曲線如圖，平衡共存的兩相聯(lián)結線稱為平衡聯(lián)結線〔共軛線，點P為臨界混溶點〔褶點方為兩相區(qū)〔分層區(qū)，為萃取操作區(qū)，其余為均相區(qū)。安排曲線坐標系上的相平衡關系與精餾、吸取的相平衡關系原則上的區(qū)分。萃取分別效果的定量表示安排系數(shù)安排系數(shù)表示各組分在相互平衡的萃取相和萃余相中的安排比例，定義如下：k A xA

k ByB xyB安排系數(shù)與精餾中的揮發(fā)度相像。kA越少。

越大，kB

越小，越有利于萃取分別，所需萃取劑選擇性系數(shù)β選擇性系數(shù)βA、BS

kB

/xy A yy /xB B

/yy A Byx /xA Bβ與精餾中的相對揮發(fā)度相像。1A、B可以分別，此時β越大，表示越易分別，所需的理論級數(shù)越少。1，萃取相中的組分A、B濃度之比等于萃余相中的組分A、B濃度之比。萃取相、萃余相脫萃取劑S后濃度一樣，說明此時不能用萃取方法分別。4.3.物料衡算3個獨立的衡算方程：總物凹衡算方程、溶質A的衡算方程和萃取劑S〔或稀釋劑B〕的衡算方程。杠桿規(guī)章表示。計算問題。理論級率〔試驗測定〕加以修正。本章僅涉及理論級的狀況。中應特別留意這一點。在直角坐標系中求理論級數(shù)與精餾、吸取根本一樣坐標系中用圖解法求取多級逆流萃取的理論級數(shù)，步驟如下：由原料液的組成xF

在直角三角形相圖AB邊上定出F點。聯(lián)FS線，然后依據(jù)以知的FS的量按杠桿規(guī)章在FS線上定出M點。由給定的萃余相組成xn

在溶解度曲線上定出Rn

Rn

過M點劃直線與溶解度曲E點。1聯(lián)FERS并延長地交點Δ，此點即為操作點。1 n由E1

點依據(jù)關心曲線可求得R1

點。聯(lián)R1

Δ線，該線與溶解度曲線交于E2

點。然后借助關心曲線可求得R 點……依此進展下去直到某一聯(lián)結線的萃余相R的組成等于或開頭2 nxn

。這樣，有多少根聯(lián)結線即有多少個理論級。溶劑比萃取操作中的溶劑比與精餾的回流比、吸取的液氣比相像，當溶劑比S/F減小，操作線S/F減小到使操作線SF

。位于安排曲線上的切點在三角形相圖上表示平衡聯(lián)結線的兩端點，因切點又min線上，則在三角形相圖中消滅操作線與平衡聯(lián)結線相重合的狀況，最小溶劑比S 的數(shù)值可依杠桿規(guī)章求得。Fmin溶劑比S/F的大小或萃取劑S的用量對原料液的分別效果有著重要影響，轉變溶劑比S/F的大小或萃取劑S的用量是萃取操作的重要調整手段但是溶劑的初始含量即y 對萃sS/F對分別效果是有利的，但不適當?shù)卦龃笕軇┍萐/F使再生設備負荷過重，溶劑再生不良，反而會適得其反。E1E1E2E3FR1ME4ΔRnB S附圖：多級逆流萃取理論級數(shù)圖解法1.本章學習目的算、熱量衡算、枯燥速率及枯燥時間的計算，了解工業(yè)常用枯燥器的類型及其使用場合。2.本章應把握的內容場合，提高枯燥熱效率及強化枯燥過程的措施。學習本章應留意的問題描述。對簡單得工程問題進展合理的簡化而不失真，是工程人員力量的表達。本章學習要點濕空氣的性質氣與水蒸氣的混合物〔常稱之為濕空氣，可見空氣〔濕空氣〕根底。濕空氣的含水量的表示方法濕度：H0.622 pPp

p622PspsspsHs

0.622

Pps相對濕度： p100%ps濕空氣溫度的表示方法干球溫度t，簡稱溫度，指空氣的真實溫度，可直接用一般溫度計測量。濕球溫度tW

：指大量的空氣與少量的水經過長時間絕熱接觸后到達的穩(wěn)定溫度。露點溫度td

：在總壓不變的條件下，不飽和濕空氣冷卻到達飽和狀態(tài)時的溫度。絕熱飽和溫度tas

：指少量的空氣與大量的水經長時間絕熱接觸后到達的穩(wěn)定溫度。rt t0(Hras c H

H)對于空氣-水體系，濕球溫度和絕熱飽和溫度在數(shù)值上可近似認為相等，即t =tW as濕空氣的其他性質濕空氣的比熱容c 1.011.88H，c 單位為kJ/kgCH H濕空氣的焓 I1.011.88Ht240，I的單位為kJ/k。273t濕空氣的比容vH濕度圖

(0.7731.224H)

273

v 單位為m3/Kg。H濕空氣的各種性質之間存在著肯定的函數(shù)關系參數(shù)，濕空氣的其他性質便可從圖中讀出，既便利又快速。從形式上看，常用的有濕度-焓〔H-I〕圖、溫度-濕度〔t-H〕圖?？菰镬o力學濕物料的性質w濕物料中水分的質量100%濕物料的總質量X

濕物料中水分的質量 100%濕物料中絕干物料的質量且有：w X 或X w1X 1w濕物料的比熱容c [單位為kJ/(kg·K)]mc (1w)cm

wcW

(1w)cs

4.187wcs

4.187X濕物料的焓I〔單位為kJ/kg濕物料：Icm式中：ckJ/(kgK；——濕物料的溫度；sc ——水的比熱容，4.187kJ/(kg·K)。W枯燥過程的物料衡算干物料量 GG1

1

)G2G

2G或 G 1 2 1X1水蒸氣用量〔水分蒸發(fā)量〕

1X2ww

wwWG(X1

X )G2

1 2G1w 22

1 21w1所需加熱空氣量： L W單位空氣消耗量： l

H H2 1L 1 1 枯燥過程的熱量衡算如以下圖所示枯燥流程：

W H H2 1

H H2 0抱負枯燥器為等焓過程：抱負枯燥器為等焓過程：I I12預熱器的輸入熱量：Q L(I I)Lcp 1 0(t t)H 1 0熱量衡算的普遍式〔實際枯燥器〕為QQ Q L(I I)G(II)Qp d 2 0 2 1 L或QL(1.011.88H0枯燥器的熱效率

)(t2

t)Gc (0 m

)W(24901.88t1

1

)QL水蒸氣汽化所需熱量Q

W〔24901.88t

2 1 枯燥器中的總熱量QT

Q Qp d抱負枯燥器的熱效率t t1 2t t1 0枯燥器的熱效率愈高說明枯燥系統(tǒng)的熱利用率愈好耗，提高枯燥器的熱效率：⑴提高H而降低t可提高枯燥操作的熱效率。2 2⑵提高空氣的入口溫度t可提高枯燥器的熱效率。1⑶利用廢氣〔離開枯燥器時的空氣〕來預熱空氣或物料，回廢氣中帶走的熱量。⑷承受二級枯燥。⑸利用內換熱器?？菰飫恿W枯燥速率GdXUSd恒速枯燥階段的速率：U

GdX

dWk (H

H)

a(tt )c恒定枯燥條件下的枯燥時間G

Sd Sd

H s,tw r tw恒速階段： 1 USc

(X X )1 c降速階段：假設將降速階段的枯燥曲線可近似作為直線處理，則枯燥條件可表示為G(X

X*)lnX

X*c2 SUcc

X X*2G——一批操作中絕干物料的質量，kg；S——枯燥面積，m2；U——恒速枯燥階段的速率又稱臨界枯燥速率，kg/(m2s)；CX——物料的臨界含水量，kg/kg絕干料；X*——物料的平衡含水量，kg/kg絕干料；CX——降速階段終了時物料的含水量，kg/kg絕干料。2枯燥器的選型與設計霧枯燥器等。在這幾種枯燥器中，被枯燥的物料均呈懸浮狀態(tài)與枯燥介質接觸。枯燥器的性能要求①能保證生產力量幾枯燥產品的質量要求。②枯燥速率快，枯燥時間短，能量消耗少。③設備尺寸小，關心設備投資費用低。④操作掌握便利，勞動條件好?？菰锲鞯倪M展趨勢①為提高熱效率，進展傳導式枯燥器。②開發(fā)組合式枯燥器。③充分利用廢熱和改進工藝，節(jié)約能耗。④掌握環(huán)境污染。⑤提高枯燥過程掌握水平。器在構造和操作上差異很大，對不同類型枯燥器進展設計時承受的具體計算方法各不一樣。一、填空題理論板是指 。以恒摩爾流率為基準的精餾操作線是直線，其緣由是： 。q=1.3，則加料液體量與總加料量的比是 。恒沸精餾與萃取精餾主要針對 的物系，承受參加第三組分的方法以轉變原物系的 。打算精餾塔分別力量大小的主要因素是：物性方面 、設備方面和操作方面 。連續(xù)精餾操作，原工況為泡點進料，由某種緣由溫度降低，使q>1，進料濃度、塔頂采出率及進料位置均保持不變。試推斷：⑴塔釜蒸汽量V保持不變，則塔釜加熱量Q ，x ,x ；R D W⑵保持回流比R不變，則塔釜加熱量Q ，x ,x 〔變大，變小，R D W不變，不確定。精餾塔分別某二元物系，當操作強降低，系統(tǒng)的相對揮發(fā)度α ，溶液的泡點，塔頂蒸汽冷凝溫度 〔增大，減小，不變。精餾塔操作中，保持F、x 、q、L不變，而增大V，則R ，xF D，L/V 〔增大，減小，不變。精餾塔分別某二元混合液、x q，要求塔頂x ，輕組分回收率。設計時，假設加F D大回流比R，則精餾段液氣比 ，提餾段液氣比 ，所需理論板數(shù)N ，TW塔頂產量D ，塔釜x ，塔頂冷凝量QC ，塔釜加熱量QR ，W假設R太大，過程的調整余地將 〔增大，減小，不變。10．在單級萃取過程中，假設萃取劑用量削減，則萃取相y ,萃余相x 脫去AE AEyAE

xAR

〔變大，變小，不變，不確定。調整逆流萃取操作過程的主要手段是： 、 和 。純溶劑單級萃取，xF,xR肯定，假設溶質安排系數(shù)kA越大，則所需溶劑比S/F 〔變大，變小，不變，不確定。三角形相圖中的聯(lián)結線是指 。選擇溶劑進展萃取操作時，其必要條件是 。某多級逆流萃取操作中，B與S完全不互溶，現(xiàn)增加純溶劑用量S，則萃余相出口含量萃取相出口含量 〔增大，減小，不變，不確定?？菰镞^程是 結合的過程。提高空氣的預熱溫度，可提高枯燥操作的熱效率，著是由于。不飽和濕空氣的干球溫度t，濕球溫度tw露點溫度td的大小挨次為： 。101.3kPa40oC60%，假設加熱至80oC，則空氣的以下狀態(tài)參數(shù)如何變化？濕度H ，相對濕度φ ，濕球溫度t ，露點t ，焓Iw d〔變大，變小，不變。假設在等溫條件下使總壓減至50.65kPa時，則該空氣的以下參數(shù)將如何變化？濕度H ，相對濕度φ ，濕球溫度t ，露點t ，焓Iw d〔變大，變小，不變。假設空氣中濕含量及溫度均提高以保持相對濕度不變，則對同一濕物料，平衡含水量，結合含水量 〔增大，減小，不變。二、選擇題兩組分物系的相對揮發(fā)度越小，則表示分別該物系〔 。簡潔 B.困難 C.完全 D.不完全某二元混合物假設液相組成x 為0.45，相應的泡點溫度為t；氣相組成y A 1 A的露點溫度為t，則〔 。2A. tt B. tt C. tt D.不能推斷1 2 1 2 1 2分別某兩元混合液進料量為10kmol/h，組成x =0.6，假設要求餾出液組成x F D大餾出液的量為〔 。A.6.67kmol/h B.6kmol/h C9kmol/h D.不能確定精餾塔中由塔頂往下的第n1、n、n1層理論板，其氣相組成關系為〔 。A. y yy B. y yy C. y =yy D.不能確定n1 n n1 n1 n n1 n1 n n1在精餾塔的圖解計算中，假設進料熱狀況變化，將使〔 。平衡線發(fā)生變化 B.操作線與q線變化 C.平衡線與q線變化D.平衡線和操作線變化6.操作中的精餾塔，假設選用的回流比小于最小回流比，則〔 。A.不能操作 B. x 、x 均增加 C. x 、x 均不變D. x 減小、x 增加D W D W D W用精餾塔完成分別任務所需理論板數(shù)NT為〔包括再沸器，假設全塔效率為50，則塔實際塔板數(shù)為〔 。A.16 B.12 C.14 D.不能確定在單級萃取中在保持原料液組成x 及萃余相組成x 不變的條件下用含有少量溶質AF A的萃取劑代替純溶劑，則萃取相組成yA

將〔 。A.增大 B.不變 C.降低 D.不肯定用萃取劑S對B混合液進展單級萃取，當萃取劑用量加大時、x 保持不變，則FyA

將〔 。A.增大 B.減小 C.不變 D.不肯定對于肯定的物系，影響萃取分別效果的主要因素是〔 〕與〔 。A.溫度 B.原料液量F C.萃取劑量S D.溶劑比S/F在原料液組成及溶劑比一樣的條件下，將單級萃取改為多級萃取，如下參數(shù)的變化趨勢是萃取率〔 、萃余率〔 。A.提高 B.降低 C.不變 D.不確定12.萃取中當消滅以下狀況時說明萃取劑的選擇是不適宜的〔 。A. k ＜1 B. k =1 C. ＞1 D. ≤1A A濕空氣的如下兩個參數(shù)，便可確定其他參數(shù)〔 。A.H，p B.H，t C.H，t D.I，td as當空氣的相對濕度φ=60%時，則其三個溫度t〔干球溫度、t〔濕球溫度、t〔露點〕w d之間的關系為〔 。A. t=t =t B. t＞t ＞t C. t＜t ＜t D. t＞t =tw d w d w d w d物料的平衡水分肯定是〔 。A.結合水分 B.非結合水分 C.臨界水分 D.自由水分同一物料，如恒速階段的枯燥速率加快，則該物料的臨界含水量將〔 。A.不變 B.削減 C.增大 D.不肯定利用空氣作介質枯燥熱敏性物料，且枯燥處于降速階段，欲縮短枯燥時間，則可實行的最有效措施是〔 。A.提高枯燥介質溫度 B.增大枯燥面積、減薄物料厚度C.降低枯燥介質相對濕度 D.提高空氣的流速三、簡答題在連續(xù)精餾操作過程中，如何進展操作條件的優(yōu)化？R↑D↓。此話對否？在某種特定的工況下，為提高分別效果，將回流比R提高，結果分別效果更差；相反，好方法是什么？圖解法求理論板時與以下參數(shù)FxF、q、RxDxw、α中的哪一個量無關？在設計萃取塔時為什么會存在著最小溶劑比？打算最小溶劑比的主要因素是什么？在連續(xù)逆流萃取塔操作過程中如何選取分散相？簡述溶劑比對萃取操作過程的影響。簡述枯燥中的臨界含水量受哪些因素影響。如何提高枯燥的熱效率？某藥品欲用氣流枯燥器枯燥，枯燥器入口溫度為140oC100oC以上會分解，請問此工藝是否可行？假設可行有什么條件？四、分析題操作中的精餾塔，假設進料量增大〔設塔仍能正常操作，而保持xF、q、D/F不變，xD

x的變化趨勢。w一運行中的精餾塔，由于前段工序的緣由，是料液組成xF

F、R、q、V仍不變。試分析L、V、W、VLxD

x的變化趨勢。wF、xF

q、R、V均同設計值，試分析L、V、W、DLxD

x的變化趨勢。w在某二元混合物連續(xù)、根本型精餾操作的根底上，假設進料組成及流量不變，總理論板數(shù)及加料板位置不變，塔頂產品采集比D/F不變。試考慮在進料熱狀態(tài)參數(shù)q減小，回流比RxD

x變化趨勢。只需定性分析。w對BS完全不互溶的體系，用多級逆流萃取提取溶質組分?，F(xiàn)由于萃取級回收車間操N作故障，是萃取劑中溶質濃度增大。試分析A余相中的濃度、萃余率如何變化？對BS局部互溶的體系，用多級逆流萃取提取溶質組分。假設萃取劑用量增加1/4而原料流量不變，試分析當x 或y不變時則萃余率、操作點的位置的變化狀況。n 1對BS完全不互溶的體系，用連續(xù)逆流萃取塔提取溶質組分。試分析分散相液滴變小后萃余相中的濃度的變化趨勢。試分析比較濕空氣的濕球溫度tw

和絕熱飽和溫度t 。as間歇恒定枯燥時，如進入枯燥器的空氣中水汽分壓增加溫度不變，試分析恒速階段的物料溫度、枯燥速率、臨界含水量的變化趨勢。某濕物料用溫度為t，濕含量為H的空氣進展枯燥，測得枯燥速率曲線可簡化為如附圖所示。試定性繪出以下工況的枯燥速率曲線與原工況枯燥速率曲線的相對位置?？諝鉅顟B(tài)不變而流速增加；氣速不變，溫度不變，H增加或氣速不變，UH不變，溫度降低；氣速不變，空氣狀態(tài)不變，物料的積存厚度增加；氣速不變，H不變，溫度上升或氣速不變，溫度不變或H降低。X* X XC五、計算題在連續(xù)精餾塔中分別苯-甲苯溶液，塔釜間接蒸氣加熱，