化工原理下冊(cè)復(fù)習(xí)概要的T課件

吸收復(fù)習(xí)1、吸收定義：①回收或捕獲有用物質(zhì)；②除去氣體中有害成分，凈化氣體。2、吸收目的：依據(jù)：混合物各組分在某種溶劑中溶解度的不同分離氣體混合物的一種單元操作。溶劑的選擇

（1）溶質(zhì)有較大的溶解度。（２）較高的選擇性。（３）溶質(zhì)溶解度應(yīng)對(duì)溫度的變化比較敏感。（４）溶劑的蒸氣壓要低。（５）應(yīng)有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。（６）較低的粘度。（7）價(jià)廉、易得、無毒、不易燃燒等。亨利定律xex

pe

pE?H?m數(shù)值越小，溶解度越大，溶解能力越大。升壓利于吸收降溫利于吸收溶解度E、H、m判別過程的方向

解吸過程：吸收過程平衡：指明過程的極限

x1max=x1e=y1/m計(jì)算過程的推動(dòng)力

物質(zhì)傳遞的機(jī)理：分子擴(kuò)散對(duì)流傳質(zhì)單相擴(kuò)散主體流動(dòng)等分子反相擴(kuò)散組分在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)

組分在液體中的擴(kuò)散系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)速率

一、氣相傳質(zhì)速率式二、液相傳質(zhì)速率式相際傳質(zhì)速率方程以氣相摩爾分?jǐn)?shù)差（y-ye）為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s?m2)。以液相摩爾分?jǐn)?shù)差（xe-x）為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(s?m2)。氣相傳質(zhì)阻力控制與液相傳質(zhì)阻力控制當(dāng)1／ky>>m/kx時(shí)，Ky≈ky此時(shí)傳質(zhì)阻力主要集中于氣相，過程稱為氣相傳質(zhì)阻力控制過程。當(dāng)1/mky<<1／kx時(shí)，Kx≈kx此時(shí)傳質(zhì)阻力主要集中于液相，過程稱為液相傳質(zhì)阻力控制過程。中等溶解度必須同時(shí)考慮液膜和氣膜阻力，均不可忽略。易溶氣體：NH3、HCl難溶氣體：O2、CO2傳質(zhì)系數(shù)的無因次關(guān)聯(lián)式

對(duì)流傳質(zhì)理論

有效膜理論溶質(zhì)滲透理論表面更新理論1、氣、液兩流體間有穩(wěn)定相界面，兩側(cè)各有一薄有效滯留膜層。阻力集中在兩層膜中2、相界面處達(dá)氣液平衡。3、膜中傳質(zhì)是定態(tài)的分子擴(kuò)散低含量氣體吸收低含量氣體吸收的特點(diǎn)傳質(zhì)速率積分式①G、L為常量。②等溫吸收。③傳質(zhì)系數(shù)是常量。平衡線為直線時(shí)的對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算方法對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力法吸收因數(shù)法數(shù)值積分法吸收因數(shù)法平衡線為過原點(diǎn)的一條直線——解吸因數(shù)，A——吸收因數(shù)。吸收塔的設(shè)計(jì)型和操作型計(jì)算應(yīng)用公式全塔物料衡算相平衡方程吸收過程基本方程式或最小液氣比

設(shè)計(jì)的液氣比y1y2x2x18.5.4吸收塔的操作型計(jì)算涉及到的參數(shù)操作條件控制指標(biāo)傳質(zhì)速率設(shè)備相互影響不變預(yù)測(cè)操作型題目定性分析方法吸收塔的操作和調(diào)節(jié)吸收塔的氣體入口條件是由前一工序決定的，不能隨意改變。因此，吸收塔在操作時(shí)的調(diào)節(jié)手段只能是改變吸收劑的入口條件，包括：流量、溫度、含量三大因素。再生塔的生產(chǎn)能力再生效果再生后的冷卻三大要素精餾1、蒸餾分離的依據(jù)2、工業(yè)蒸餾過程3、蒸餾的操作費(fèi)用4、理想物系的汽液相平衡各組分揮發(fā)性的差異2、按操作流程：間歇精餾和連續(xù)精餾；1、按蒸餾方式：平衡蒸餾、簡單蒸餾、精餾和特殊精餾；3、按操作壓強(qiáng)：常壓蒸餾、減壓蒸餾、加壓蒸餾；4、按分離組分：雙組份蒸餾、多組份蒸餾。蒸餾是通過部分氣化和部分冷凝達(dá)到提純目的。因此蒸餾過程的主要操作費(fèi)用由冷凝費(fèi)用和加熱費(fèi)用組成。液相為理想溶液；氣相為理想氣體。服從拉烏爾定律pA=pA0xA服從道爾頓分壓定律yA=PA/P泡點(diǎn)與液相組成的關(guān)系：安托因方程：露點(diǎn)與氣相組成的關(guān)系：5、相律：相律是研究平衡的基本規(guī)律。6、雙組份理想物系：相律F=N-Ф+2泡點(diǎn)方程露點(diǎn)方程8、相對(duì)揮發(fā)度7、揮發(fā)度K-----相平衡常數(shù)y-x關(guān)系式9、相圖：1、兩組份理想溶液的氣液平衡相圖：2、兩組份非理想溶液的氣液平衡相圖：x01.0EFACt總壓一定該圖有兩條線，三個(gè)區(qū)，五種狀態(tài)，兩個(gè)純物質(zhì)點(diǎn)氣液共存區(qū)液相區(qū)過熱蒸氣區(qū)t－y線──露點(diǎn)線（飽和蒸汽線）t－x線──泡點(diǎn)線（飽和液體線）ODBQGy-x圖說明1、易揮發(fā)組分y﹥x，于是y-x線位于對(duì)角線上方；2、y-x線離對(duì)角線越遠(yuǎn)，表示傳質(zhì)推動(dòng)力越大，越易分離；10、精餾原理：多次部分冷凝，與多次部分氣化11、精餾操作得以實(shí)現(xiàn)的必要條件：液相回流氣相回流回流12、理論板的概念及恒摩爾流假定1、傳熱與傳質(zhì)過程阻力為零，離開塔板時(shí)，汽液兩相達(dá)到平衡——理論板恒摩爾流假定：上升氣體摩爾流率相等下降液體摩爾流率相等精餾段提餾段13、進(jìn)料熱狀況的影響1、q>1，冷液加料2、q=1，泡點(diǎn)加料(飽和液體進(jìn)料）3、0<q<1，氣液混合物加料4、q＝0，飽和蒸汽加料5、q<0，過熱蒸汽加料

全塔的物料衡算14、精餾塔物料衡算方程

-------分別為餾出液、釜液采出率塔頂易揮發(fā)組份的回收率：塔釜難揮發(fā)組份的回收率：精餾段物料衡算式提餾段物料衡算式q線方程加料板數(shù)學(xué)描述加料板提餾段第一塊板精餾段最后一塊板15、常規(guī)塔的設(shè)計(jì)性計(jì)算塔頂全凝器、泡點(diǎn)回流塔底再沸器、間接加熱中部一股進(jìn)料塔頂、塔底各一股出料操作線方程平衡線方程常規(guī)塔流程圖物料衡算逐板計(jì)算法、圖解法、捷算法理論板數(shù)最小回流比Rmin最小理論板Nmin全回流芬斯克方程單板效率：默弗里(Murphree)效率：氣相默弗里效率：液相默弗里效率：全塔效率Nt理論板層數(shù)NT實(shí)際板層數(shù)常用方程：q線方程提餾段操作方程精餾段操作方程相平衡方程

干燥章總結(jié)和討論一、濕空氣的性質(zhì)及焓濕圖二、物料中的水分三、干燥速率和干燥時(shí)間四、物料衡算與熱量衡算一、濕空氣的性質(zhì)及濕度圖1、十個(gè)參數(shù)

水分含量濕度H相對(duì)濕度φ水汽分壓p水汽溫度干球溫度t

濕球溫度

tw絕熱飽和溫度tas

露點(diǎn)溫度td過程參數(shù)比熱cpH焓I比體積vH

[kPa][kg水/kg絕干氣]t——空氣的真實(shí)溫度tw——大量空氣與少量水接觸時(shí)水溫變化的極限，是傳質(zhì)與傳熱速率平衡的結(jié)果tas——濕空氣絕熱、增濕、冷卻過程達(dá)到的極限溫度，是物料衡算與熱量衡算的結(jié)果td——空氣等濕降溫達(dá)飽和時(shí)的溫度tw≌tas的前提是空氣-水系統(tǒng)，t，tas，tw，td的關(guān)系

飽和濕空氣t=tas=tw=

td

不飽和濕空氣t>tas=tw>

td

I=（1.01+1.88H）t+2500H[kJ/kg絕干氣]）[kJ/(kg絕干氣.℃)][m3/kg絕干氣]cpH=f（H）I=f（t，H）vH=f（t，H，P）2、焓濕圖（H-I）圖（總壓一定）不是所有參數(shù)都能確定狀態(tài)點(diǎn)：(td，H)，(td，p)，(tw，I)，(tas，I)，(p，H)兩參數(shù)可確定兩條獨(dú)立的直線即可確定狀態(tài)點(diǎn)二、物料中的水分注意：（1）平衡水分與物料及空氣的φ

有關(guān)（2）結(jié)合水與物料有關(guān)（3）非結(jié)合水一定是自由水分（4）平衡水分一定是結(jié)合水分臨界自由含水量XC——與前四種水分無關(guān)三、干燥速率和干燥時(shí)間[kg/(m2.s)]恒定干燥條件：①干燥介質(zhì)（空氣）的溫度及濕度一定②干燥介質(zhì)（空氣）的流速一定③干燥介質(zhì)（空氣）與物料的接觸方式一定（1）恒速段物料表面溫度等于濕球溫度tw

（2）干燥達(dá)到的極限（3）兩段分界點(diǎn)X*含水量Xt恒速段降速段四、物料衡算和熱量衡算[kg水/kg絕干料]W=Gc（X1-X2）=V（H2-H1）[kg/s][kg絕干氣/s][kg絕干氣/kg水分]1、物料衡算2、熱量衡算預(yù)熱器：Q=V(I1-I0)1、雙組分氣體混合物中，組分A的擴(kuò)散系數(shù)是____。(1)系統(tǒng)的物質(zhì)屬性；(2)組分A的物質(zhì)屬性；(3)只取決于系統(tǒng)的狀態(tài)；(4)以上三者皆不是。課堂練習(xí)(1)2、吸收塔設(shè)計(jì)中，最大吸收率ηmax與_____無關(guān)。(A)液氣比；(B)液體入塔濃度x2；(C)相平衡常數(shù)m；(D)吸收塔型式D3、對(duì)解吸因數(shù)1/A＝0.6的系統(tǒng)進(jìn)行逆流吸收，相平衡關(guān)系y＝mx，當(dāng)塔高為無窮大時(shí)，若系統(tǒng)壓力減小一倍，而氣液摩爾流量與進(jìn)口組成均不變，則此時(shí)氣體入口組成y1將_____ye。(A)大于(B)小于(C)等于(D)不確定C課堂練習(xí)4、精餾塔設(shè)計(jì)時(shí)采用的參數(shù)F、xf、q、D、xD、R均為定值，若降低塔頂回流液的溫度，則所需理論板數(shù)。（1）增大（2）減?。?）不變（4）不確定25、用連續(xù)精餾方法分離雙組分理想混合液，原料中含易揮發(fā)組分0.40，餾出液中含易揮發(fā)組分0.90（以上均為摩爾分率），溶液的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5，最小回流比為2，則料液的熱狀況參數(shù)q=_____。(1)0.48 (2)0.38(3)0.3(4)0.526、操作中的精餾塔，保持F、xF、q、V’不變，減少D，則塔頂易揮發(fā)組分回收率η。（1）變大（2）變?。?）不變（4）不確定2課堂練習(xí)7、物料中的平衡水分隨溫度升高而______。（A）增大（B）減?。–）不變（D）不一定，還與其它因素有關(guān)。D8、在某常壓連續(xù)干燥器中采用廢氣循環(huán)操作,即由干燥器出來的一部分廢氣(tB,HB)和新鮮空氣(t0,H0)相混合,混合氣(tM,HM)經(jīng)預(yù)熱器加熱到tN、HN狀態(tài)后送入干燥器進(jìn)行等焓干燥過程。已知水分蒸發(fā)量為W,則根據(jù)對(duì)整個(gè)干燥系統(tǒng)的物料衡算可得絕干空氣量L為______。(A)L=W/(HB-HN)；(B)L=W/(HB-HM)；(C)L=W/(HB-H0)；(D)L=W/(HM–H0)。C課堂練習(xí)1、在某填料塔中，用清水逆流吸收某溶液，如果被吸收下來的溶質(zhì)量為NA時(shí)，可使出塔溶液達(dá)到平衡，其組成為x1e，則此時(shí)溶劑用量最小，其值Lmin＝__________。2、對(duì)氣膜控制的系統(tǒng)，氣體流量越大，則氣相總傳質(zhì)系數(shù)Ky__________，氣相總傳質(zhì)單元高度HOG__________。越大越大3、低濃度液膜控制系統(tǒng)的逆流吸收，在塔操作中，若其他操作條件不變，而入塔氣量有所增加，則液相總傳質(zhì)單元數(shù)NOL將_________，氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG將_________，操作線斜率將_________?；静蛔儨p小變小4、平衡蒸餾和簡單蒸餾的主要區(qū)別在于_____________________________________。前者為穩(wěn)態(tài)過程，后者為非穩(wěn)態(tài)過程5、最小回流比是指_______________________________為達(dá)到指定的分離要求，所需理論板數(shù)為無窮多時(shí)的回流比。6、在精餾塔設(shè)計(jì)中，若xF、xD、R、q、xW相同，則直接蒸汽加熱與間接蒸汽加熱相比，NT,間NT,直；>7、當(dāng)原料組成、料液量、壓力和最終溫度都相同時(shí)，二元理想溶液的簡單蒸餾和平衡蒸餾（閃蒸）的結(jié)果比較是：餾出物濃度xD簡xD平；殘液濃度xw簡xw平；餾出物總量D簡D平。<>=課堂練習(xí)8、濕空氣在293K和總壓力101.3kN/m2下，濕度為0.0438kg水/kg絕干氣，則100m3該空氣中含有的絕干空氣量L為

kg絕干氣。112.7課堂練習(xí)1、今有逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料氣中的甲醇。已知處理氣量為1000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），原料氣中含甲醇100g/m3），吸收后的水溶液中含甲醇量等于與進(jìn)料氣體相平衡時(shí)的濃度的67%。設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下操作，要求甲醇的回收率為98%，吸收平衡線可取為Y=1.15X,KY=0.5kmol/m2h（以上均為摩爾比關(guān)系），塔內(nèi)單位體積填料的有效氣體傳質(zhì)面積為190m2/m3，取塔內(nèi)的氣體空塔流速為0.5m/s。試求：①水用量；②塔徑；③填料層高度。（甲醇分子量為32）課堂練習(xí)①y1=(100×10-3/32)/(1/22.4)=0.07Y1=y1/(1-y1)=0.07/(1-0.07)=0.0753Y2=Y1(1-η)=0.0753(1-0.98)=0.001505X1e=Y1/m=0.0753/1.15=0.0655X1=0.67X1e=0.0439G1=1000/22.4=44.64kmol/hG=44.64(1-0.07)=41.52kmol/hL=G(Y1-Y2)/X1=41.52(0.0753-0.001505)/0.0439=69.8kmol/h課堂練習(xí)②qv=1000/3600=0.278m3/sD=(4qv/(πu))0.5=(4×0.278/(π×0.5))0.5=0.841m③L/G=(Y1-Y2)/X1=(0.0753-0.001505)/0.0439=1.6811/A=m/(L/G)=1.15/1.681=0.684NOG=1/(1-1/A)Ln[(1-1/A)Y1/Y2+1/A]=8.87HOG=G/Kya=41.52/(0.5×190×(π/4)×0.8412)=0.787mH=HOG×NOG=6.98m。課堂練習(xí)注：1、物料衡算、平衡關(guān)系、理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用；2、體積流量、摩爾流量，流體流動(dòng)；3、吸收因數(shù)、解吸因數(shù)，NOG、HOG、H的計(jì)算；2、由一層理論板及塔釜組成的常壓連續(xù)回收塔，每小時(shí)加入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量為0.3（摩爾分率，下同），要求塔頂?shù)玫郊状己繛?.6的餾出液。塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)進(jìn)料，塔內(nèi)只有一層理論板，料液就在這一板上加入，且不用回流。在操作范圍內(nèi)，相對(duì)揮發(fā)度α=5.8。試求：（1）釜液組成；（2）餾出液量（kmol/h）。課堂練習(xí)又（1）（2）課堂練習(xí)且（3）將式2、3代入式1得：解之得：（舍去）（2）將xw=0.0914代入式3得：D=41.01kmol/h課堂練習(xí)3、用精餾塔分離某二元理想溶液，相對(duì)揮發(fā)度為2.5，泡點(diǎn)進(jìn)料，xF=0.3（摩爾分率），若D/F=20%，R=3時(shí)，理論板數(shù)為無窮多，則塔底殘液濃度最低可達(dá)多少？并寫出二段操作線方程。解：當(dāng)理論板數(shù)為無窮多時(shí)，則夾緊點(diǎn)出現(xiàn)的可能性有三：可能一：夾緊點(diǎn)出現(xiàn)在塔底處，即xw=0，此時(shí)這是不可能的。課堂練習(xí)可能二：夾緊點(diǎn)出現(xiàn)在進(jìn)料處，即兩段操作線與q線、相平衡曲線四線相交處，此時(shí)代入精餾段操作線方程得：課堂練習(xí)即xD=1.168>1故也不可能?？赡苋簥A緊點(diǎn)出現(xiàn)在塔頂處，即xD

,max=1，此時(shí)于是精餾段操作線方程為：課堂練習(xí)提餾段操作線方程為：課堂練習(xí)4、在常壓干燥器中將某濕物料從濕基含水量為4%干燥到25％，干燥產(chǎn)品流量1200kg/h，物料進(jìn)出干燥器的溫度為25℃、60℃。溫度為20℃、相對(duì)濕度為60%的濕空氣經(jīng)預(yù)熱器加熱到90℃后再進(jìn)入干燥器，離開干燥器時(shí)的溫度為30℃。若絕干物料比熱為0.36kJ/（kg絕干料℃）。干燥器的熱損失為10kW，干燥系統(tǒng)無熱量補(bǔ)充。試求絕干空氣的流量?！窘狻扛稍镞^程所需的絕干空氣用量本可通過物料衡算式L＝W/(H2－H1)來解決。只因本題為非等焓過程，空氣出口狀態(tài)僅給出一個(gè)溫度參數(shù)而不能確定，即物料衡算式中L及H2均為未知數(shù)，因此就需要列出一個(gè)熱量衡算式，兩式聯(lián)立求解可得絕干空氣流量。⑴物料衡算：

課堂練習(xí)查飽和水蒸汽表得t0＝20℃，ps＝2.334kPa將以上數(shù)據(jù)代入物料衡算式，L(H2－0.0087)＝47.6……………①⑵熱量衡算

將以上數(shù)據(jù)代入熱量衡算式得：QL＝10kW＝36000kJ/h化簡得L(83.7－2544H2)≈46420………………②聯(lián)立求解①、②兩式得H2＝0.0262kg/kg絕干氣，L＝2731kg/h討論：由以上計(jì)算可知，空氣既是載熱體又是載濕體?？諝獾南牧考纫獫M足挾帶物料含水量的要求，又要滿足整個(gè)干燥系統(tǒng)熱量消耗的要求，空氣消耗量是由物料與熱量衡算來確定的。課堂練習(xí)5、在常壓干燥器中,將某物料從含水量3.7%干燥到0.2%(均為濕基)，干燥產(chǎn)品流量為1000kg/h。溫度25℃、相對(duì)濕度55%的原空氣經(jīng)過預(yù)熱器加熱到85℃后再進(jìn)入干燥器，離開干燥器時(shí)的溫度為30℃，物料進(jìn)、出干燥器時(shí)的溫度分別為24℃和60℃，絕干物料比熱為0.36kJ/kg絕干料·℃，假設(shè)干燥器的熱損失為9.05kw，試求:(1)絕干空氣流量(kg絕干氣/h)；(2)預(yù)熱器中的傳熱量(kJ/h)。(25℃時(shí)水的飽和蒸汽壓=3.168kPa)。課堂練習(xí)物料衡算:L(H2-H1)=Gc(x1-x2)=WGc=G2(1-w2)=1000(1-0.002)=998kg絕干料/hx1=0.037/(1-0.037)=0.0384x2=0.002/(1-0.002)=0.002W=Gc(x1-x2)=998(0.0384-0.002)=36.33kg水/h已知25℃時(shí)水的飽和蒸氣壓ps=