傳質(zhì)過程及塔設(shè)備

傳質(zhì)過程及塔設(shè)備第一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日5.1傳質(zhì)過程及塔設(shè)備簡介5.2氣體吸收5.3液體的精餾5.4新型傳質(zhì)分離技術(shù)與特殊分離過程簡介第二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日本章學(xué)習(xí)目的及要求本章主要學(xué)習(xí)傳質(zhì)過程基本規(guī)律，包括氣體的吸收和液體的精餾。氣體的吸收1．熟練掌握吸收相平衡基本規(guī)律；2．掌握吸收雙膜理論，吸收速率方程；3．掌握填料吸收塔的有關(guān)計算；4．了解主要吸收設(shè)備的性能。第三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日本章重點(diǎn)及難點(diǎn)氣體的吸收1.雙膜理論—吸收速率方程2.亨利定律、物料衡算和吸收速率方程—填料塔的計算（1）吸收劑用量的計算（2）填料層高度的計算第四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日5.1傳質(zhì)過程及塔設(shè)備簡介物質(zhì)以擴(kuò)散方式從一處轉(zhuǎn)移到另一處的過程，為傳質(zhì)過程。單相傳質(zhì)：僅在一相中發(fā)生的物質(zhì)傳遞。相間傳質(zhì)：通過相界面的物質(zhì)傳遞。傳質(zhì)常伴隨有化學(xué)反應(yīng)過程，廣泛應(yīng)用于混合物的分離操作。第五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日1.傳質(zhì)過程類型一、流體相間的傳質(zhì)過程氣相—液相：氣體的吸收，液體的精餾等。液相—液相：液—液萃取。二、流—固相間的傳質(zhì)氣相—固相：固體干燥，氣體吸附等。液相—固相：液體結(jié)晶，液體吸附，固體浸取等。第六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日2、傳質(zhì)過程的共性（1）傳質(zhì)的方式與歷程擴(kuò)散方式分子擴(kuò)散：物質(zhì)靠分子運(yùn)動轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，靜止或滯流流體中的擴(kuò)散。渦流擴(kuò)散：流體的湍動和旋渦產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)位移。歷程：一相主體擴(kuò)散—該側(cè)相界面—另一側(cè)相界面—另一側(cè)主體高濃度低濃度第七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日（2）傳質(zhì)過程的方向與極限極限：一定條件下，處于非平衡狀態(tài)的兩相體系內(nèi)組分會自發(fā)進(jìn)行質(zhì)量傳遞，最終達(dá)平衡狀態(tài)—極限。條件的變化可破壞原有的平衡狀態(tài)。一定條件下，兩相體系必然存在一個平衡關(guān)系。第八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日方向：物質(zhì)在A相的實際濃度大于其在B相實際濃度所對應(yīng)的平衡濃度時，由A相向B相傳遞。反之由B相向A相傳遞。相等時，體系處于動態(tài)平衡。第九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日傳質(zhì)的方向：以氨氣吸收為例相平衡的方向密閉容器水（溶劑）氨氣(濃度高)＋空氣(惰性氣體)(溶質(zhì)，被吸收組分)氨氣（濃度低）＋空氣

傳質(zhì)的極限：相平衡推動力：在兩相分配中，偏離平衡的程度第十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日總壓溶質(zhì)（A）分壓與溶液中A的濃度成平衡的氣相分壓亦可用濃度差表示動力密閉容器水（溶劑）氨氣(濃度高)＋空氣(惰性氣體)(溶質(zhì)，被吸收組分)氨氣（濃度低）＋空氣

吸收解吸

平衡吸收推動力第十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日傳質(zhì)過程推動力與速率兩組分在兩相分配偏離平衡狀態(tài)的程度便是傳質(zhì)過程推動力。推動力形式可以是壓力差、濃度差等。推動力形式不同，傳質(zhì)系數(shù)不同，速率方程形式不同第十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日3.塔設(shè)備簡介

填料塔第十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日1.結(jié)構(gòu):液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。氣液傳質(zhì)設(shè)備氣相為連續(xù)相液相為分散相第十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日液體由上往下流動時，由于塔壁處阻力較小而向塔壁偏流，使填料不能全部潤濕，導(dǎo)致氣液接觸不良，影響傳質(zhì)效果，稱之為塔壁效應(yīng)。塔壁效應(yīng)第十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日2.填料不銹鋼波紋填料

階梯環(huán)

共軛環(huán)拉西環(huán)第十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日波紋填料

鮑爾環(huán)塑料波紋填料第十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日3.填料塔內(nèi)的流體力學(xué)狀況

持液量

氣體通過填料層的壓降

液泛氣速

氣液分布

第十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日填料層的持液量：是指在一定操作條件下，在單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積。填料層的壓降：空塔氣速：是指按空塔計算得到的氣體速度。在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。

第十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日壓降的影響因素：1.填料層壓降與液體噴淋量L及氣速u有關(guān)。2.在一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。將不同液體噴淋量下的單位填料層的壓降Δp/H與空塔氣速u的關(guān)系標(biāo)繪在對數(shù)坐標(biāo)紙上，稱為填料操作壓降線。第二十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日

L=0，即氣體通過干填料層時Δp／H～u呈直線關(guān)系，直線的斜率為1.8—2.0。表明Δp／H與u的1.8～2次方呈正比，氣流狀態(tài)為湍流。第二十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日

氣速增大至某值時，液體流動受到兩相流體間摩擦力的阻礙，填料層的持液量隨氣速的增加而增加，此現(xiàn)象稱攔液現(xiàn)象。將開始攔液的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱載點(diǎn)，載點(diǎn)對應(yīng)的空塔氣速稱載點(diǎn)氣速，圖中A點(diǎn)。

與干填料相同載點(diǎn)第二十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日斜率加大，兩相湍動程度加劇，塔內(nèi)持液量不斷增多，液體充滿整個塔空間，導(dǎo)致壓降急劇升高。液體由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，氣體由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾?，以鼓泡狀通過液層,把液體帶出塔頂，塔操作不穩(wěn)定，此現(xiàn)象稱液泛。開始發(fā)生液泛的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為泛點(diǎn)，相應(yīng)的空塔氣速稱泛點(diǎn)氣速，圖中B點(diǎn)。泛點(diǎn)第二十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日

影響泛點(diǎn)氣速的因素：

填料特性、流體物性、氣液的流量等。實際操作氣速常取泛點(diǎn)氣速的50％～85％。出現(xiàn)液泛現(xiàn)象時，不管是板式塔還是填料塔，均應(yīng)停止或減少進(jìn)料量，稍減少蒸氣，降低釜溫，停止塔頂采出，進(jìn)行全回流操作，使涌帶到塔頂或上層的難揮發(fā)組分慢慢流回到塔釜或塔下的正常位置。第二十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日5.2氣體的吸收1概述2吸收的相平衡3吸收速率（重點(diǎn)）4填料吸收塔的計算（重點(diǎn)、難點(diǎn)）5填料塔6分離氣均相系的新技術(shù)第二十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日1、概述（Introduction）

利用混合氣體中各組分(co在液體中溶解度的差異而分離氣體混合物的單元操作稱為吸收。吸收操作時某些易溶組分進(jìn)入液相形成溶液(solution)，不溶或難溶組分仍留在氣相(gasphase)，從而實現(xiàn)混合氣體的分離。吸收劑（S）氣體（A+B）吸收液填料吸收塔廢氣吸收的逆過程，即從溶液中脫出氣相的過程稱為解吸。第二十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日吸收質(zhì)或溶質(zhì)(solute)：混合氣體中的溶解組分，以A表示。惰性氣體(inertgas)或載體：不溶或難溶組分，以B表示。吸收劑(absorbent)：吸收操作中所用的溶劑，以S表示。吸收液(strongliquor)：吸收操作后得到的溶液，主要成分為溶劑S和溶質(zhì)A。吸收尾氣(dilutegas)：吸收后排出的氣體，主要成分為惰性氣體B和少量的溶質(zhì)A。吸收過程在吸收塔中進(jìn)行，逆流操作吸收塔示意圖如右所示。吸收塔混合尾氣(A+B)吸收液(A+S)吸收劑(S)吸收尾氣(A+B)第二十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日吸收操作的用途：(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。(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。(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)；另一類是尾氣處理和廢氣凈化以保護(hù)環(huán)境。第二十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日吸收操作的分類物理吸收(physicalabsorption)：吸收過程溶質(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?；瘜W(xué)吸收(chemicalabsorption)：溶質(zhì)與溶劑有顯著的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生?；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。單組分吸收：混合氣體中只有單一組分被液相吸收。多組分吸收：有兩個或兩個以上組分被吸收。溶解熱：氣體溶解于液體時所釋放的熱量?；瘜W(xué)吸收時，還會有反應(yīng)熱。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。第二十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日吸收劑的選擇溶解度大

吸收劑的選擇主要考慮的是溶解度；選擇性好

吸收質(zhì)在吸收劑中的溶解度大，對其它組分幾乎不溶解；揮發(fā)度要小

吸收劑的揮發(fā)度要小，即在操作溫度下它的蒸汽壓要低。此外所選用的溶劑盡可能滿足無腐蝕性，粘度小，無毒，不燃，價廉易得等條件。

第三十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日(1)氣體的溶解度氣體吸收的平衡關(guān)系指氣體在液體中的溶解度。相平衡或平衡。2吸收的相平衡在溫度和壓力一定的條件下，氣液相一一對應(yīng)關(guān)系。平衡狀態(tài)下氣相中溶質(zhì)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溶解度。表明一定條件下吸收過程可能達(dá)到的極限程度。在一定溫度下達(dá)到平衡時，溶液的濃度隨氣體壓力的增加而增加。氣體的溶解度與溫度有關(guān)，溫度降低，溶解度增加。第三十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日氣液兩相的相平衡關(guān)系,即當(dāng)時條件下吸收質(zhì)在溶液中的濃度,決定吸收的極限。平衡時,液相中吸收質(zhì)數(shù)量與溫度、吸收質(zhì)在氣相中的分壓或濃度、吸收質(zhì)和吸收劑的性質(zhì)有關(guān).圖中所示為SO2---H2O體系,溫度對SO2

在水中溶解度的影響.可看出有什么影響嗎？液相中吸收質(zhì)的濃度/g?100g-1氣相中二氧化硫分壓KPa024681012300C100C200C300C400C500C第三十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日(2)亨利定律（Henry’slaw）

當(dāng)總壓不太高時，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。式中：p*——溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；

x——溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)；

E——亨利系數(shù)，kPa?！嗬珊嗬禂?shù)的值隨物系的特性及溫度而異；物系一定，E值一般隨溫度的上升而增大；E值的大小代表了氣體在該溶劑中溶解的難易程度；在同一溶劑中，難溶氣體E值很大，易溶氣體E值很??；E的單位與氣相分壓的壓強(qiáng)單位一致。第三十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日用吸收質(zhì)在溶液中的物質(zhì)的量濃度C(kmol?m-3)

表示:

H---溶解度系數(shù),單位kmol?m-3?Pa-1,其值隨溫度升高而降低.

或第三十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日用吸收質(zhì)在兩相中的摩爾分?jǐn)?shù)表示

根據(jù)道爾頓分壓定律y=p*/p,亨利定律也可用氣.液相的摩爾分?jǐn)?shù)表示:平衡條件下氣體中吸收質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù);混合氣的總壓力

;Pa相平衡系數(shù),無量剛.注意:嚴(yán)格地說,亨利定律只適用于稀溶液,如常壓下難溶或少溶氣體的吸收.當(dāng)液相或氣相中吸收質(zhì)濃度較大時,亨利定律有偏差.第三十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日

H與E的關(guān)系:Mr---溶液的摩爾質(zhì)量,g?mol-1MA---吸收質(zhì)的摩爾質(zhì)量,g?mol-1Ms---溶劑的摩爾質(zhì)量,g?mol-1C0---溶液的總濃度，kg?m-3第三十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日亨利定律的三種表達(dá)方式:1.用吸收質(zhì)在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)x表示:2.用吸收質(zhì)在溶液中的物質(zhì)的量濃度C(kmol?m-3)表示:3.用吸收質(zhì)在兩相中的摩爾分?jǐn)?shù)x.y表示:

E---亨利系數(shù),Pa;其值隨溫度的升高而升高.

H---溶解度系數(shù),單位kmol?m-3?Pa-1,其值隨溫度升高而降低.

m---相平衡系數(shù),無量剛.E與H.m的關(guān)系:第三十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日例1.空氣在200c時,對水的E值為6.73×109Pa,試求常壓下空氣在水中的飽和溶解度.[分別以摩爾分?jǐn)?shù)x和cm3（標(biāo)準(zhǔn))·100g-1(水)表示,cm3(標(biāo)準(zhǔn))是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積].解:由亨利定律空氣的摩爾分?jǐn)?shù)100摩爾水中,0.00151摩爾空氣在標(biāo)態(tài)下的體積水中的空氣含量=33.8÷18=1.88cm3(標(biāo)準(zhǔn))·100g-1第三十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日用摩爾比表示的相平衡關(guān)系為使計算簡便,工程中采用在吸收過程中數(shù)量不變的氣相中的惰性組分和液相中的純?nèi)軇榛鶞?zhǔn),用摩爾比來表示氣相和液相中吸收質(zhì)的含量.Y:

表示氣相中吸收質(zhì)的含量,指每摩爾惰性氣體中所帶有的吸收質(zhì)的物質(zhì)的量(mol).摩爾比.

X:

表示液相中吸收質(zhì)的含量,指每摩爾純?nèi)軇┤芙獾奈召|(zhì)的物質(zhì)的量(mol).摩爾比.第三十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日摩爾比Y.X與摩爾分?jǐn)?shù)y.x間的關(guān)系為:對氣相:或?qū)σ合?或帶入相平衡關(guān)系式對稀溶液X值較小,上式可簡化為:得:第四十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日例含氨為Φ(氨)=0.20的氨—空氣混合氣100m3,用水吸收至混合氣中含氨為Φ(氨)=0.05.設(shè)吸收過程有中間冷卻使前后溫度不變,試求氨被吸收的體積數(shù),并用摩爾比的計算作對比.解:吸收前后混合氣體積有變化

,以吸收前氣體體積為基準(zhǔn):吸收前總量100m3的混合氣含氨20m3,含空氣80m3.吸收后氣體中含氨為Φ(氨)=0.05,是指體積已減少的混合氣中含氨為Φ(氨)=0.05,含空氣為Φ(空氣)=0.95,空氣在過程中不變,故殘余氣體積為:80/0.95=84.2m3第四十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日2.以摩爾比計算(以惰性組分為基準(zhǔn)):過程中被吸收的氨量:氣體的體積與其物質(zhì)的量成正比,故同一物系中,氣體組分的摩爾比等于其體積比.過程中被吸收的氨量為20-4.2=15.8m3故殘余氣中含氨體積為:第四十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日例.20℃常壓下氨在水中溶解的相平衡關(guān)系:1.由溶解度計算摩爾分?jǐn)?shù)x.y;液相/g·1000g-1203050100氣相中氨分壓/kPa1.602.434.239.28換算成以摩爾比表示的相平衡數(shù)據(jù)第四十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日計算得以下結(jié)果:x0.02070.03080.05030.0958y0.01580.02400.04170.0916X0.02110.03180.05300.1060Y0.01610.02460.04350.10082.由摩爾分?jǐn)?shù)x.y計算摩爾比X.Y.第四十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日3.傳質(zhì)機(jī)理與吸收速率

相對于氣相濃度y而言，液相濃度欠飽和(x<x*)，故液相有吸收溶質(zhì)A的能力。相對于液相濃度x而言，氣相濃度為過飽和(y>y*)，溶質(zhì)A由氣相向液相轉(zhuǎn)移。傳質(zhì)過程的方向氣、液相濃度(y,x)在平衡線上方(P點(diǎn))：yxoy*=f(x)Pyxy*結(jié)論：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。x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)第四十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日相對于氣相濃度而言實際液相濃度過飽和(x>x*)，故液相有釋放溶質(zhì)A的能力。相對于液相濃度x而言氣相濃度為欠飽和(y<y*)，溶質(zhì)A由液相向氣相轉(zhuǎn)移。氣、液相濃度(y,x)在平衡線下方(Q點(diǎn))：yxoy*=f(x)Qyxy*結(jié)論：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。x*釋放溶質(zhì)吸收溶質(zhì)第四十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日相對于氣相濃度而言液相濃度為平衡濃度(x=x*)，故液相不釋放或吸收溶質(zhì)A。相對于液相濃度x而言氣相濃度為平衡濃度(y=y*)，溶質(zhì)A不發(fā)生轉(zhuǎn)移。氣、液相濃度(y,x)處于平衡線上(R點(diǎn))：yxoy*=f(x)Ryxy*結(jié)論：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)。x*第四十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日傳質(zhì)過程的限度

對吸收而言：若保持液相濃度x不變，氣相濃度y最低只能降到與之相平衡的濃度y*，即ymin=y*；若保持氣相濃度y不變，則液相濃度x最高也只能升高到與氣相濃度y相平衡的濃度x*，即xmax=x*。yxoy*=f(x)Pyxy*x*第四十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日吸收傳質(zhì)理論

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，可分為三個步驟：氣相主體液相主體相界面溶解氣相擴(kuò)散液相擴(kuò)散(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))。第四十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日(1)單相內(nèi)的擴(kuò)散：分子擴(kuò)散：由分子熱運(yùn)動引起，靜止流體和流體做層流流動時均為分子擴(kuò)散。渦流擴(kuò)散:

靠流體質(zhì)點(diǎn)的湍動進(jìn)行擴(kuò)散。湍流時物質(zhì)的傳遞主要是渦流擴(kuò)散。渦流擴(kuò)散速率遠(yuǎn)比分子擴(kuò)散速率大得多。第五十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日1）分子擴(kuò)散速率---菲克(Fick)定律

分子擴(kuò)散服從菲克（Fick）定律,擴(kuò)散速率:式中：NA---A的擴(kuò)散速率或傳質(zhì)速率，單位為mol?S-1；

z---擴(kuò)散距離，即膜層厚度，單位為m；cA---吸收質(zhì)濃度，單位為mol?m-3

；dc/dz----為擴(kuò)散層中的濃度梯度；DAB---擴(kuò)散系數(shù)，單位為m2?S-1。“-”

號表示擴(kuò)散方向沿濃度降低的方向。第五十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)是物理性質(zhì)，表示物質(zhì)擴(kuò)散能力的大小，單位為

m2?S-1擴(kuò)散系數(shù)的物理意義是指沿擴(kuò)散方向,當(dāng)物質(zhì)的濃差為1mol?m-3,在1S時間內(nèi)通過1m厚度的擴(kuò)散層在1m2面積上所擴(kuò)散的物質(zhì)的量.擴(kuò)散系數(shù)D值與體系中擴(kuò)散質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的種類、體系的溫度、壓力有關(guān).體積越小,溫度越高,壓力越低,擴(kuò)散系數(shù)越大.擴(kuò)散系數(shù)D值用實驗直接測定.可查閱.第五十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日定態(tài)條件下，將上式積分，菲克公式成為：若擴(kuò)散在氣相中進(jìn)行，菲克公式用擴(kuò)散質(zhì)分壓表示：單相擴(kuò)散第五十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日當(dāng)擴(kuò)散質(zhì)A通過靜止惰氣B穩(wěn)定擴(kuò)散時,用Stephan定律表示菲克定律適用于兩組分A、B等分子逆向擴(kuò)散的情況。液相氣相c0---液相總濃度，cBM---液相層兩側(cè)組分濃度的對數(shù)平均值,p---氣相總壓，pBM---氣體層兩側(cè)組分分壓的對數(shù)平均值。第五十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日2）對流擴(kuò)散速率仿照費(fèi)克定律將渦流擴(kuò)散定律表示為DE---渦流擴(kuò)散系數(shù)。對流擴(kuò)散速率=渦流擴(kuò)散+分子擴(kuò)散湍流主體以渦流擴(kuò)散為主，DE≥DAB；滯流底層為分子擴(kuò)散，DAB≥DE；過渡層DE、DAB數(shù)量級相當(dāng)。第五十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日

（2）兩相間傳質(zhì)—雙膜理論(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)各存在著一個很薄（等效厚度分別為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，相際的傳質(zhì)阻力集中在兩個膜層內(nèi)。氣相主體液相主體相界面pi=ci/Hp12pi

ci

c氣膜液膜第五十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日雙膜理論的傳質(zhì)過程氣相主體液相主體虛擬液膜，δ’LpApAicAicAoo

擴(kuò)散方向?qū)嶋H虛擬氣膜，δ’G氣膜、液膜吸收速率第五十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日兩相相內(nèi)傳質(zhì)速率可用下面的形式表達(dá)為：DG、DL——溶質(zhì)組分在氣膜與液膜中的分子擴(kuò)散系數(shù)；P/pBm——?dú)庀鄶U(kuò)散漂流因子；cm/cBm——液相擴(kuò)散漂流因子；1、2——界面兩側(cè)氣液相等效膜層厚度，待定參數(shù)。對吸收過程則為溶質(zhì)通過氣膜和液膜的分子擴(kuò)散過程。第五十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日小結(jié)：1.氣液界面上存在氣膜和液膜,吸收質(zhì)以分子擴(kuò)散通過氣膜和液膜.2.氣相主體和液相主體因系湍流,擴(kuò)散以渦流擴(kuò)散方式進(jìn)行，主體中各點(diǎn)的吸收質(zhì)濃度基本均勻,無所謂傳質(zhì)的阻力.但吸收質(zhì)通過膜層的擴(kuò)散以分子擴(kuò)散進(jìn)行,是傳質(zhì)的主要阻力.3.界面上吸收質(zhì)的溶解能較快進(jìn)行,吸收質(zhì)在兩相界面間處于平衡狀態(tài),但兩相主體中的吸收質(zhì)相互間不存在特定的依賴關(guān)系.4.若氣相主體中吸收質(zhì)的分壓為p,界面氣膜的吸收質(zhì)分壓為pi;(p-pi)為吸收過程的推動力.同理,若液相主體中吸收質(zhì)的濃度為c,兩相界面的液膜中的濃度為ci,(ci–c)也是吸收過程的推動力的一種表達(dá)方式.第五十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日（3）吸收速率方程：從擴(kuò)散定律中推導(dǎo)得來。1）單相膜層分吸收速率方程:

對氣膜層:若氣相主體中吸收質(zhì)的分壓為pA,相界面上吸收質(zhì)的分壓為pAi,則為：上式也可簡化為:kG

稱為氣相分吸收系數(shù)，單位：mol·m-2·s-1

·Pa-1；受流體流動形態(tài)等因素的影響。用關(guān)聯(lián)式或經(jīng)驗式求算.第六十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日對液膜層:吸收質(zhì)從氣液界面向液相主體傳遞，液相主體吸收質(zhì)的濃度為c，在液膜界面處吸收質(zhì)的濃度為ci，上式成為：kL稱為液相分吸收系數(shù)或液膜吸收系數(shù)，單位為m·s-1;（ci-c）為推動力，單位kmol·m-3;kL由實驗測定或關(guān)聯(lián)式求算.第六十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日kG,kL的特征關(guān)聯(lián)式Sh——舍伍德數(shù)（Sherwood）Sc——施密特數(shù)(Schmit)第六十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日實際中兩相界面吸收質(zhì)的分壓pi或濃度ci難于測定,計算時只能選取氣液相主體的分壓p或濃度c.

（1）氣相總吸收速率方程：若體系溶液的吸收質(zhì)濃度為c,溶液的吸收質(zhì)平衡分壓為p*，氣相中吸收質(zhì)的分壓為p，只要p>p*，吸收就能進(jìn)行。p-p*是吸收推動力.氣相總吸收速率方程可寫為:式中:KG---氣相總吸收系數(shù)；其倒數(shù)1/KG為氣相總吸收阻力.2）總吸收速率方程：

第六十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日按亨利定律:液膜分吸收速率方程:氣膜分吸收速率方程:兩式相加合并，得：KG與kG和kL的關(guān)系第六十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日與氣相總吸收速率方程N(yùn)=KG（p-p*）相比較得:總吸收阻力液膜吸收阻力氣膜吸收阻力當(dāng)吸收質(zhì)在溶液中有很大的溶解度時(如氨—水),溶解度系數(shù)H較大，得:KG=kG即吸收過程的總阻力主要是氣膜阻力,過程為氣膜控制.第六十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日氣相主體吸收質(zhì)分壓為p時,對應(yīng)的平衡溶液的吸收質(zhì)濃度為c*，而溶液的濃度為c，因c*>c，吸收就能繼續(xù)進(jìn)行。c*

–c為過程推動力.(2)液相總吸收速率方程式中：KL---液相總吸收系數(shù),單位：m2·s-11/KL為液相總吸收阻力

液相總吸收速率方程為：第六十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日兩式相加合并:與分吸收速率方程比較:同理,與液相總吸收速率方程:比較可得：第六十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日對溶劑中溶解度很小的和較小的氣體(H很小),得：綜合以上氣相.液相總吸收阻力關(guān)系式：可得：即吸收過程的總阻力主要是液膜阻力,過程為液膜控制。第六十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日（1）物料衡算與操作線方程操作線方程的根據(jù)是吸收塔中的物料衡算.逆流吸收中,因吸收劑和惰性氣體量在吸收過程中基本上沒有變化,如圖,對吸收質(zhì)作物料衡算。4.填料吸收塔的計算VLY1X1XLY2X2連續(xù)逆流吸收塔的物料衡算X+dX第六十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日VLY1X1VYXLY2X2連續(xù)逆流吸收塔的物料衡算設(shè):塔任一截面氣相中吸收質(zhì)的摩爾比為Y;塔任一截面液相中吸收質(zhì)的摩爾比為X;dY,dX為通過該截面的增量.

Y1

,Y2分別為進(jìn)塔和出塔的氣相中吸收質(zhì)A的含量,;

X2,X1分別為進(jìn)塔和出塔的液相中吸收質(zhì)A的含量,

見圖可得:進(jìn)入物系的A量=離開物系的A量qn(V)(Y+dY)+qn(L)X=qn(V)Y+qn(L)(X+dX)化簡,得:qn(V)dY=qn(L)dXY+dYX+dX第七十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日VLY1X1VYXLY2X2連續(xù)逆流吸收塔的物料衡算從塔填料底層1至任一截面物料衡算為:qn,V(Y1-Y)=qn,L(X1-X)對全塔,從塔填料底層1至填料層頂2的總物料衡算為:qn,V(Y1-Y2)=qn,L(X1-X2)吸收的操作線方程Y=(qn,L/qn,V)X+[Y1-(qn,L/qn,V)X1]第七十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日VLY1X1VYXLY2X2連續(xù)逆流吸收塔的物料衡算吸收的操作線方程操作線在X-Y坐標(biāo)圖上為一直線1.通過(X1,Y1)和(X2,,Y2)兩點(diǎn)2.斜率=qn,L/qn,V

.3.操作線上的任一點(diǎn),表示相應(yīng)于吸收塔某一截面上氣液兩相的Y與X的關(guān)系.4.操作線與平衡線間的距離是吸收的推動力

Y-Y*(兩線在縱軸間的距離).或X-X*(兩線在橫軸間的距離).Y=(qn,L/qn,V)X+[Y1-(qn,L/qn,V)X1]第七十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日(2)液氣比:不同液氣比時吸收的推動力和吸收所得的溶液的濃度（SO2-水體系）（吸收質(zhì)）Y0.030.250.200.150.100.0500.0020.0040.0060.0080.010X(吸收質(zhì))X1

In(L)/n(V)=8平衡線X1’

I’n(L)/n(V)=4Y-Y*X2

Y1IIn(L)/n(V)=∞Y-Y*

200C液氣比：qn,L/qn,V，每摩爾惰性氣體與所用吸收劑的物質(zhì)的量之比,等于操作線的斜率.Y2

平衡線n(L)/n(V)=4平衡線n(L)/n(V)=8n(L)/n(V)=4平衡線n(L)/n(V)=∞n(L)/n(V)=8n(L)/n(V)=4平衡線

200Cn(L)/n(V)=∞n(L)/n(V)=8n(L)/n(V)=4平衡線X1’

200Cn(L)/n(V)=∞n(L)/n(V)=8n(L)/n(V)=4平衡線qn,V(Y1-Y2)=qn,L(X1-X2)吸收率：氣體經(jīng)過吸收塔被吸收的吸收質(zhì)的量與進(jìn)入吸收塔的吸收質(zhì)的量之比。第七十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日不同液氣比對吸收推動力的影響和吸收所得溶液濃度的影響如右圖：不同液氣比時吸收的推動力和吸收所得的溶液的濃度（SO2-水體系）（吸收質(zhì)）Y0.030.250.200.150.100.0500.0020.0040.0060.0080.010X(吸收質(zhì))X1

In(L)/n(V)=8平衡線X1’

I’n(L)/n(V)=4Y-Y*X2

Y1IIn(L)/n(V)=∞Y-Y*

200CY1,Y2,qn,V,X2常由工藝條件所決定,此時:吸收的液氣比越大,液相中吸收質(zhì)的濃度X1越小,吸收的推動力越大.反之,液氣比降低,X1提高,推動力下降.Y2

平衡線n(L)/n(V)=4平衡線n(L)/n(V)=8n(L)/n(V)=4平衡線n(L)/n(V)=∞n(L)/n(V)=8n(L)/n(V)=4平衡線

200Cn(L)/n(V)=∞n(L)/n(V)=8n(L)/n(V)=4平衡線X1’

200Cn(L)/n(V)=∞n(L)/n(V)=8n(L)/n(V)=4平衡線第七十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日例在0.1013MPa和一定溫度下，用水吸收含SO212%的混合氣體以制備SO2水溶液。吸收塔處理的混合氣體流量為360m3h-1，吸收率η=96%。若在操作條件下SO2的溶解度系數(shù)為11.45kmolm-3MPa，水的用量為最小用量的1.5倍，求實際水的用量及所得水溶液的濃度。吸收率：被吸收的吸收質(zhì)占進(jìn)塔吸收質(zhì)總量的分率解：如圖qn(V),Y1,y1=12%，Q=360標(biāo)m3h-1X2=0,L=?X1=?Y2,G(1).求惰性氣體流量qn(V)、組成Y1、Y2第七十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日(2).求出塔溶液濃度X1最大，X1最大與Y1平衡第七十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日（3）求水的最小用量L最小和實際用量L實際(4)溶液濃度X1第七十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日1.以氣相推動力表示的計算式:吸收塔中的傳質(zhì)速率接觸面?zhèn)髻|(zhì)量dN濃度變化dYVY1Y2dA該截面間氣相中吸收質(zhì)含量的變化為dY，則：dG=NdA=KY（Y-Y*）dA吸收速率方程：dG=-qn（V）dY若：dN---單位時間內(nèi)吸收質(zhì)傳遞的量，單位為mol·s-1；qn(V)---單位時間通過吸收塔的惰氣量，單位為mol·s-1；(2)填料層高度的計算式Y(jié)---塔任一截面處氣相中吸收質(zhì)的摩爾比,單位mol(吸收質(zhì))·mol-1(惰氣);.(負(fù)號表示含量降低)X2X1第七十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日綜合以上兩式,得:整理得：在連續(xù)定態(tài)的操作條件下，并設(shè)KY在過程中為定值，積分得：若填料塔的填料層高度為H，空塔截面積為A0,則,填放填料的體積為HA0,單位體積填料的有效表面積為am2?m-3，得傳質(zhì)面為:第七十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日綜合以下幾式:第八十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日綜合得出：傳質(zhì)單元數(shù)（NOG）傳質(zhì)單元高度（HOG）*傳質(zhì)單元與傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元：過程中的推動力過程中吸收質(zhì)的濃度變化當(dāng)吸收塔兩截面間吸收質(zhì)的濃度變化等于該范圍內(nèi)的吸收推動力時,該區(qū)域就稱為一個傳質(zhì)單元,整個填料層就由這些傳質(zhì)單元組成）第八十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日由上可知：（1）吸收質(zhì)濃度變化由氣體組成和吸收率等工藝要求決定，推動力則與體系的平衡性質(zhì)和操作條件有關(guān)。（2）吸收劑用量越大，吸收液中吸收質(zhì)濃度越低，對應(yīng)的氣相中吸收質(zhì)平衡濃度也越低，推動力增大，傳質(zhì)單元數(shù)減少。第八十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日傳質(zhì)單元高度是指在填料比表面和塔徑一定的條件下，與一個傳質(zhì)單元所需的傳質(zhì)面積相當(dāng)?shù)奶盍蠈拥母叨?。傳質(zhì)單元高度：傳質(zhì)單元高度=(1).總傳質(zhì)系數(shù)KY值越大,傳質(zhì)越易進(jìn)行,相應(yīng)傳質(zhì)高度H較小.(2).填料有效比表面積a越大,傳質(zhì)單元高度H也越小.(3).qn(v)/A0相當(dāng)于氣體的流速,流速越大,氣液接觸時間越短,傳質(zhì)單元高度越大.第八十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日2.以液相推動力表示的計算式：式中：qn（L）---單位時間內(nèi)通過吸收塔的吸收劑的量,單位為mol?s-1;

X---塔任一截面處液相中吸收質(zhì)的摩爾比，單位為mol?mol-1;

NL---液相傳質(zhì)單元數(shù)；

HOL--液相傳質(zhì)單元高度，單位為m.液相傳質(zhì)單元高度液相傳質(zhì)單元數(shù)第八十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日3.對數(shù)平均推動法求傳質(zhì)單元數(shù)式中：ΔYm--氣相傳質(zhì)推動力ΔYm的對數(shù)平均值。以液相推動力表示的計算式：式中：第八十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日

小結(jié)

相平衡方程-—亨利定律的三種表達(dá)方式:1.用吸收質(zhì)在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)x表示:2.用吸收質(zhì)在溶液中的物質(zhì)的量濃度C(kmol?m-3)表示:3.用吸收質(zhì)在兩相中的摩爾分?jǐn)?shù)x.y表示:

E---亨利系數(shù),Pa;其值隨溫度的升高而升高.H---溶解度系數(shù),單位kmol?m-3?Pa-1,其值隨溫度升高而降低.m---相平衡系數(shù),無量剛.第八十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日E與H.m的關(guān)系:稀溶液2.相平衡常數(shù)m與亨利系數(shù)E、溶解度系數(shù)H1.溶解度系數(shù)H與亨利系數(shù)E第八十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日摩爾比Y.X與摩爾分?jǐn)?shù)y.x間的關(guān)系為:對氣相:或?qū)σ合?或帶入相平衡關(guān)系式對稀溶液X值較小,上式可簡化為:得:或:第八十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日以摩爾比、氣相分壓差、液相濃度差表示的吸收速率方程各系數(shù)間的換算關(guān)系：對稀溶液：吸收速率方程第八十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日1.吸收操作線方程2.最小液氣比確定吸收劑用量3.推動力的計算用液相濃度差表示的推動力填料吸收塔的計算用氣相濃度差表示的推動力第九十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日分離氣體混合物采用什么操作？分離液體混合物采用什么操作？引言第九十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日蒸餾(distillation)是利用物系在發(fā)生相變過程中組分間揮發(fā)性的差異，將液體混合物中各組分分離的操作。蒸餾的方式：蒸餾是統(tǒng)稱，包括簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等。根據(jù)分離程度的不同，蒸餾所得的產(chǎn)物具有一定沸點(diǎn)范圍的餾分(distillationcut)純（接近于純）的單獨(dú)組分第九十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日5.3液體的精餾(rectification,rectify)液—液均相體系分離技術(shù)之一。精餾：是在同一設(shè)備中，使液相進(jìn)行多次部分氣化，氣相進(jìn)行多次部分冷凝以分離液體混合物的操作。按照操作壓力可分為：常壓精餾、減壓精餾和加壓精餾。按照操作是否連續(xù)可分為：連續(xù)精餾、間歇精餾。按照原料中所含組分的多少可分為：雙組分精餾、多組分精餾。第九十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日一、精餾原理

（兩組分互溶體系的氣液平衡關(guān)系）精餾的依據(jù)：組分間揮發(fā)性的差異用氣液平衡關(guān)系表達(dá)★理想的兩組分互溶體系理想溶液：當(dāng)互溶物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)都非常相近時，由它們組成的溶液可以看作理想溶液。拉烏爾(Raoult)定律:在一定的溫度下,理想溶液上方各組分的分壓p與溶液中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)x成正比：pi*——當(dāng)時溫度下該純組分的飽和蒸氣壓。（氣液平衡關(guān)系）第九十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日理想的兩組分互溶體系理想的兩組分互溶體系易揮發(fā)組分A難揮發(fā)組分

B(t~xA)根據(jù)道爾頓分壓定律:(t~

yA)第九十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日易揮發(fā)組分的含量（mol%）x，yA(純易揮發(fā)組分)（純難揮發(fā)組分）

B0t—x—y相圖表示的相平衡關(guān)系1.0氣相曲線t～y液相曲線t～x第九十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日tt5t4t3t2t1ABCDE液相線（泡點(diǎn)線）氣相線（露點(diǎn)線）

X(Y)第九十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日x—y相圖表示的相平衡關(guān)系x/（mol）%011輔助線y=x氣液平衡線y/（mol）%兩組分相對揮發(fā)度越大，平衡線離對角線越遠(yuǎn)。理想溶液氣液平衡關(guān)系：or第九十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日揮發(fā)度、相對揮發(fā)度揮發(fā)度：相對揮發(fā)度：pA*和pB*隨溫度升高而顯著增大，但對理想體系，兩者的比值變化不大，即相對揮發(fā)度可認(rèn)為接近于一常數(shù)。根據(jù)道爾頓分壓定律：∵同溫度下，pA*>pB*，即>1>第九十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日非理想的兩組分互溶體系※對拉烏爾定律有正偏差：溶液中相異分子的排斥力大于相同分子的排斥力，使真實溶液比相同組成的理想溶液在同條件下有較高的蒸氣壓。在特殊條件下出現(xiàn)最低恒沸點(diǎn)。第一百頁，共一百六十頁，2022年，8月28日非理想的兩組分互溶體系※對拉烏爾定律有負(fù)偏差：溶液中相異分子的吸引力大于相同分子的吸引力，使真實溶液比相同組成的理想溶液在同一條件下有較低的蒸氣壓。在特殊條件下出現(xiàn)最高恒沸點(diǎn)。第一百零一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日壓力對氣液平衡的影響◆壓力降低，體系的相對揮發(fā)度增大。◆物質(zhì)的相對分子質(zhì)量越大，相同的減壓下所引起的沸點(diǎn)降低的值越大。第一百零二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日簡單蒸餾的操作餾出液進(jìn)料餾殘液蒸餾釜簡單蒸餾的特點(diǎn)：1、在蒸氣引出的瞬間，蒸氣—液體間存在平衡關(guān)系；2、過程進(jìn)行中，蒸氣—液體組成及溫度都隨時間而變化——非定態(tài)操作；3、簡單蒸餾是間歇的分批操作；4、餾出液的平均組成與原始溶液和餾殘液間只存在物料衡算關(guān)系，不存在直接的相平衡間的聯(lián)系。5、簡單蒸餾不能將混合物作徹底的分離。第一百零三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日3、連續(xù)精餾分析連續(xù)精餾流程第一百零四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日t-x-y相圖表示多次部分氣化。。?

x0t1x1y1t/

℃BA01.0y2x2x3y3溶液經(jīng)過一次部分氣化,溶液中富集難揮發(fā)組分B多次部分氣化可以得到接近于純的難揮發(fā)組分(微量的)第一百零五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日。y1t/

℃BA01.0y2y3t-x-y相圖表示多次部分冷凝y0蒸氣經(jīng)過一次部分冷凝,蒸氣中富集易揮發(fā)組分A。多次部分冷凝可以得到接近于純的易揮發(fā)組分(微量的)第一百零六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日第一百零七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日精餾塔的精餾過程塔頂餾出液—產(chǎn)品回餾液全凝器部分冷凝器再沸器加料板精餾段提餾段

第一百零八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日精餾的依據(jù)※相圖分析指出，進(jìn)行多次部分氣化和多次部分冷凝，可以將混合物分離成為純的或接近于純的組分。在同一設(shè)備中使部分氣化和部分冷凝同時發(fā)生，則可以更有效地將混合物分離并得到高的分離效率。第一百零九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日※

t-x-y相圖中：除純組分外，氣相線高于液相線。。x，yt/

℃BA01.0。10090。。因此，飽和蒸氣與其組成相同或接近的溶液相接觸，在蒸氣—液體間直接發(fā)生熱量交換的同時，蒸氣有部分冷凝而同時液體有部分氣化，進(jìn)行了質(zhì)量交換。第一百一十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日※精餾所處理的常是由沸點(diǎn)相差不多的組分所組成的溶液，各組分的摩爾氣化熱相差不大。當(dāng)有1mol含難揮發(fā)組分較多的蒸氣冷凝時，將有接近1mol含易揮發(fā)組分較多的溶液被氣化。在每次傳熱和傳質(zhì)后，蒸氣和溶液的組分明顯富集，但數(shù)量并沒有顯著的變化，也就為多次進(jìn)行這樣的部分氣化和部分冷凝創(chuàng)造熱量充分利用的有利條件。物質(zhì)沸點(diǎn)/℃氣化熱/kJ.mol-1物質(zhì)沸點(diǎn)/℃氣化熱/kJ.mol-1己烷庚烷68.798.428.8731.71苯甲苯80.1110.830.7737.74水甲醇乙醇10064.778.340.6935.2838.96乙醛乙醚20.234.625.2727.00第一百一十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日精餾塔中物相組成的變化①每層塔板上都發(fā)生部分氣化和部分冷凝，各層塔板提供一定的的接觸時間，使蒸氣—液體兩相發(fā)生傳熱和傳質(zhì)過程。凡蒸氣—液體兩相接觸后，能達(dá)到平衡的一次相分離稱為一個理論級。②向上往塔頂方向，蒸氣中易揮發(fā)組分越來越富集；向下往塔底方向，液體中難揮發(fā)組分越來越富集。第一百一十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日精餾塔中物相組成的變化全凝器餾出液再沸器餾殘液進(jìn)料精餾段提餾段③塔頂必須有回流(reflux)。沒有回流，塔內(nèi)部分氣化和部分冷凝不能穩(wěn)定持續(xù)進(jìn)行，精餾目的無從實現(xiàn)。④應(yīng)在塔底安裝加熱器（再沸器）使餾殘液部分氣化。⑤進(jìn)料的組成與進(jìn)料板上液體的組成相近。進(jìn)料板以上的區(qū)域稱為精餾段;進(jìn)料板以下的區(qū)域稱為提餾段.第一百一十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日回流比(refluxratio)全凝器餾出液再沸器餾殘液進(jìn)料第一百一十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日回流比對精餾的影響＆在塔中蒸氣量一定的條件下，回流比越大，回流量相應(yīng)地越多，但相應(yīng)得到餾出液的量越少。x，y01.0t/

℃AB＆回流量越大，氣化生成的蒸氣含易揮發(fā)組分也較多，相應(yīng)地可以用較少的塔板數(shù)達(dá)到要求的分離純度。第一百一十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日連續(xù)精餾(continuousrectification)

流程N(yùn)OTE：

在再沸器中，液體發(fā)生部分氣化，所以再沸器算作一塊理論塔板。第一百一十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日全凝器再沸器進(jìn)料餾出液餾殘液。。x0y0x，yt/

℃BA01.0每一塊塔板上，蒸氣和液體直接發(fā)生熱量交換的同時，進(jìn)行了質(zhì)量交換。NOTE：連續(xù)精餾

(continuousrectification)。。x1y1第一百一十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日

4.連續(xù)精餾的物料衡算計算的前提（1）回流液的溫度為泡點(diǎn)溫度；（2）塔身是絕熱的，沒有熱損失；（3）根據(jù)各組分的摩爾氣化熱相等的設(shè)定，各層塔板上氣化和冷凝的物質(zhì)的量相等；（4）塔內(nèi)各塊塔板為理論板。

第一百一十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日全凝器再沸器進(jìn)料餾出液餾殘液nyn~xn平衡關(guān)系yn+1~xn操作關(guān)系第一百一十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日全凝器再沸器進(jìn)料餾出液餾殘液全塔操作線方程

（equationofoperatingline）總物料衡算：易揮發(fā)組分衡算：第一百二十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日塔頂易揮發(fā)組分回收率：——為餾出液的采出率

塔底難揮發(fā)組分回收率：——為餾殘液的采出率

第一百二十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日全塔物料衡算全塔物料衡算:F=D+W全塔輕組分物料衡算（易揮發(fā)組分）FxF=DxD+WxW塔頂易揮發(fā)組分回收率η=DxD/FxF塔釜難揮發(fā)組分回收率

第一百二十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日

將5000kg/h含正戊烷0.4(摩爾分率)的正戊烷正己烷混合液在連續(xù)精餾塔內(nèi)分離,餾出液含正戊烷0.98,釜液含正戊烷不高于0.03,求餾出液、釜液的流量及塔頂易揮發(fā)組分的回收率。解：正戊烷M=72

正己烷M=86MF=0.4×72+0.6×86=80.4F=5000/80.4=62.2kmol/h

D=24.62kmol/hW=37.62kmol/h第一百二十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日全凝器再沸器進(jìn)料餾出液餾殘液精餾段操作線方程總物料衡算：易揮發(fā)組分衡算：精餾段操作線表示精餾段任何兩層塔板間蒸氣和回流這兩股物流的組成之間的相互關(guān)系。第一百二十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日

**精餾段操作線方程的意義：在一定的操作條件下，從任一塔板（n）往下流的液體組成xn與相鄰的下一塊塔板（n+1）上升蒸汽組成yn+1之間的關(guān)系。

L=RDV=L+D=（R+1）D第一百二十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日例：氯仿和四氯化碳的混合液在連續(xù)精餾塔內(nèi)分離，要求餾出液氯仿濃度為0.95(摩爾分率)，流量為50kg/h，頂為全凝器，平均相對揮發(fā)度為1.6，回流比為2。求:(1)由上向下數(shù)第一塊塔板下降的液體組成;(2)第二塊塔板上升蒸氣組成。

(3)精餾段各板上升蒸氣量及下降的液體量;第一百二十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日解：(1)

y1=xD=0.95(2)第一百二十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日

（3）

V（質(zhì)）=(R+1)D=(2+1)×50=150

kg/h

M氯訪=119.35

kg/kmolM四氯化碳

=153.8kg/kmolMm=0.95×119.35+0.05×153.8=121.1kg/kmolV=150/121.1=1.24

kmol/hL（質(zhì)）=R﹒D=2×50=100

kg/hL=100/121.1=0.826

kmol/h

第一百二十八頁，共一百六十頁，2022年，8月28日全凝器再沸器進(jìn)料餾出液餾殘液提餾段操作線方程總物料衡算：易揮發(fā)組分衡算：提餾段操作線:表示提餾段任何兩層塔板間蒸氣和回流這兩股物流的組成之間的相互關(guān)系。第一百二十九頁，共一百六十頁，2022年，8月28日提餾段操作線方程

L’=V’+WV’=L’-W

L’xm

=V’ym+1+WxW第一百三十頁，共一百六十頁，2022年，8月28日x/（mol）%0y/（mol）%氣液平衡線精餾段操作線提餾段操作線。。氣液平衡線第一百三十一頁，共一百六十頁，2022年，8月28日進(jìn)料熱狀況e、溫度高于露點(diǎn)的過熱蒸汽。在實際生產(chǎn)中，加入精餾塔中的原料液可能有一下五種不同的熱狀況：a、溫度低于泡點(diǎn)的過冷液體；b、溫度等于泡點(diǎn)的飽和液體；c、溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的汽、液混合物；d、溫度等于露點(diǎn)的飽和蒸汽；第一百三十二頁，共一百六十頁，2022年，8月28日進(jìn)料熱狀況參數(shù)對加料板作物料衡算：加料板對加料板作熱量衡算：注意：在熱量衡算式中已經(jīng)應(yīng)用了恒摩爾流假設(shè)，即認(rèn)為不同的溫度和組成下的飽和液體焓及氣化潛熱均相等：第一百三十三頁，共一百六十頁，2022年，8月28日進(jìn)料熱狀況參數(shù)：提餾段操作線方程：第一百三十四頁，共一百六十頁，2022年，8月28日a、冷液體進(jìn)料：b、飽和液體進(jìn)料：c、氣液混合物進(jìn)料：d、飽和蒸氣進(jìn)料e、過熱蒸氣進(jìn)料第一百三十五頁，共一百六十頁，2022年，8月28日進(jìn)料操作線方程精餾段物料衡算：提餾段物料衡算：進(jìn)料操作線方程(q線方程)：q線方程是精餾段、提餾段操作線交點(diǎn)的軌跡方程第一百三十六頁，共一百六十頁，2022年，8月28日a、冷液體進(jìn)料：b、飽和液體進(jìn)料：c、氣液混合物進(jìn)料：d、飽和蒸氣進(jìn)料：e、過熱蒸氣進(jìn)料：第一百三十七頁，共一百六十頁，2022年，8月28日三條操作線的畫法1.精餾段操作線

當(dāng)