填料塔與板式塔的區(qū)別課件

化工原理PrincipleofChemicalEngineeringII

簡單回顧1：

化工原理在化工領(lǐng)域中的地位

本課程，不是教學(xué)生如何合成得到新物質(zhì)？如何提取新物質(zhì)？如何表征新物質(zhì)？這是化學(xué)家的事?；瘜W(xué)工程研究的是：如何把化學(xué)家們的小試研究成果開發(fā)放大為中試，再開發(fā)為生產(chǎn)規(guī)模。是在科學(xué)實(shí)驗(yàn)與化工之間架橋的工作，是直接為人類服務(wù)的創(chuàng)造價(jià)值的勞動(dòng)?！皢卧僮鳌保║nitOperations）化工生產(chǎn)=單元操作+單元過程（化學(xué)反應(yīng)）化學(xué)工程=化工原理+反應(yīng)工程=三傳+一反三傳=動(dòng)量傳遞+熱量傳遞+質(zhì)量傳遞簡單回顧2：動(dòng)量傳遞（動(dòng)量擴(kuò)散）（動(dòng)量通量）=-（動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)）×（動(dòng)量濃度梯度）熱量傳遞（熱量擴(kuò)散）（熱量通量）=-（熱量擴(kuò)散系數(shù)）×（熱量濃度梯度）現(xiàn)象（唯象）方程（phenomenologicalequation）

分子傳遞基本定律，在固體中、靜止或?qū)恿髁鲃?dòng)的流體內(nèi)才會(huì)產(chǎn)生這種傳遞過程。質(zhì)量傳遞（擴(kuò)散）？

？（質(zhì)量通量）=-（質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)）×（質(zhì)量濃度梯度）（通量）=-（擴(kuò)散系數(shù)）×（濃度梯度）排名公司標(biāo)志公司名稱主要業(yè)務(wù)營業(yè)收入億美元131

中國石化煉油750.77346中國石油天然氣煉油677.248287中化集團(tuán)

貿(mào)易203.81中國企業(yè)在2005年度世界500強(qiáng)（18家）中化工企業(yè)的排位

化工原理II教學(xué)組織及要求1．化工原理II講課學(xué)時(shí)安排《化工原理》下冊(cè)，教學(xué)大綱共計(jì)50學(xué)時(shí)。第八章傳質(zhì)過程導(dǎo)論8學(xué)時(shí)第九章吸收12學(xué)時(shí)第十章蒸餾18學(xué)時(shí)第十三章

干燥12學(xué)時(shí)2．教學(xué)環(huán)節(jié)與要求課堂教學(xué)（思路和概念為主）：認(rèn)真聽講、記筆記，不遲到、早退，保證出勤率預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、練習(xí)作業(yè)：嚴(yán)謹(jǐn)，獨(dú)立完成，及時(shí)答疑，平時(shí)成績10%。一般每周二上課前交齊,學(xué)習(xí)委員負(fù)責(zé)答疑：地點(diǎn)：系辦公室期中測(cè)試(閉卷)期末考試(閉卷)相關(guān)的參考資料參考教材1、《化工原理》（上、下），姚玉英等，天津大學(xué)出版社2、《化工原理》（上、下），陳敏恒等，化學(xué)工業(yè)出版社輔助教學(xué)資料：1、《化工原理學(xué)習(xí)指南-問題與習(xí)題解析》，姚玉英等，天津大學(xué)出版社2、《化工原理例題與習(xí)題》，姚玉英，化學(xué)工業(yè)出版社3、《化工原理教與學(xué)》，陳敏恒等，化學(xué)工業(yè)出版社4、《化工原理例題詳解》，陳敏恒等，化學(xué)工業(yè)出版社5、《化工原理習(xí)題精解》（上、下），何潮洪等，科學(xué)出版社6、《化工原理詳解與應(yīng)用》，叢德滋，化學(xué)工業(yè)出版社網(wǎng)絡(luò)資源：超星電子圖書（圖書館）；系網(wǎng)頁上的教學(xué)園地；其它。第一節(jié)概述

§8-1化工生產(chǎn)中的傳質(zhì)過程化工原料、中間產(chǎn)品、粗產(chǎn)品等分類非均相混合物均相混合物特點(diǎn)有相界面無相界面單元操作過濾、沉降等吸收、精餾等分離依據(jù)不同相的物性差異？人造相界面（制成兩相物系）物質(zhì)在相間的物性差異相界面氣相液相SB+AS+A吸收AA脫吸相界面氣相B液相B+AS+A相界面汽相液相精餾ABA+BA+B相界面固相氣相B+AC+A干燥A相界面氣相水相A（水）B+AAA減濕增濕相界面液相液相B+AS+A萃取A相界面固相液相B+AS+A浸瀝（?。┕獭狠腿A（或A+S）相界面液相固相S+A結(jié)晶A溶解A相界面氣相或液相固相CB+A吸附A脫附A傳質(zhì)過程（分離操作）：物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程。相際傳質(zhì)的復(fù)雜性舉例:吸收與傳熱的區(qū)別①推動(dòng)力不一樣傳熱是溫度差；傳質(zhì)是濃度差。②過程的最終狀態(tài)不一樣傳熱是Δt=0；相際間的傳質(zhì)不是濃度差=0，而是相平衡（物化）（如：NH3溶于H2O）。傳質(zhì)的推動(dòng)力：濃度差溫度的單位簡單（K或℃）；濃度（或組成）的表示和單位制有多種。3、濃度

質(zhì)量濃度

摩爾濃度換算關(guān)系：氣體kg/m3kmol/m3第二節(jié)擴(kuò)散原理

§8-3基本概念和費(fèi)克(Fick)定律流體中物質(zhì)擴(kuò)散的基本方式：分子擴(kuò)散：

擴(kuò)散方式分子擴(kuò)散渦流擴(kuò)散作用物流體分子流體質(zhì)點(diǎn)作用方式熱運(yùn)動(dòng)湍動(dòng)和旋渦作用對(duì)象靜止、滯流湍流擴(kuò)散：物質(zhì)在單一相內(nèi)的傳遞過程

推動(dòng)力濃度差物質(zhì)傳遞簡稱為擴(kuò)散終點(diǎn)：濃度差為〇擴(kuò)散快慢？擴(kuò)散通量：

單位面積上單位時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散傳遞的物質(zhì)量，單位為kmol/(m2?s);費(fèi)克(Fick)定律：擴(kuò)散通量與濃度梯度成正比。對(duì)于組分A對(duì)于組分B

濃度梯度分壓梯度氣體JA物質(zhì)A在介質(zhì)B中的分子擴(kuò)散通量DAB分子擴(kuò)散系數(shù)“—”擴(kuò)散沿濃度降低的方向§8-4一維穩(wěn)定分子擴(kuò)散一、等分子（摩爾）反方向擴(kuò)散（1）JA=-JB（等分子反向擴(kuò)散）（2）對(duì)A、B二元物系，系統(tǒng)各處的總摩爾濃度都相等；即p=pA+pB=Const.則DAB=DBA

在這種雙組分混合物內(nèi)，產(chǎn)生物質(zhì)A的擴(kuò)散流JA的同時(shí)，必定伴有方向相反的物質(zhì)B的擴(kuò)散流JB。★D與物系有關(guān)，與T、P有關(guān)，數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)。D氣相>D液相

等分子反向擴(kuò)散發(fā)生在靜止的或在垂直于濃度梯度方向上作滯流運(yùn)動(dòng)的流體中，是一種最單純的分子擴(kuò)散過程。★

對(duì)于雙組分混合物，在總壓處處相等的前提下(分子濃度處處相等):傳質(zhì)速率（或傳質(zhì)通量）NA：單位時(shí)間通過單位固定空間傳質(zhì)面積的A物質(zhì)量，單位kmol/(m2?s)；

等分子反方向擴(kuò)散中（物系靜止）：定態(tài)過程，連通管內(nèi)NA、D、T···

均為Const。將上式中的p、z

對(duì)應(yīng)積分，整理得：同理，組分B有若為液相，則有二、一組分通過另一停滯組分的擴(kuò)散（單向擴(kuò)散）

4、總體流動(dòng)與B的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向相反溶質(zhì)A相界面溶劑S同時(shí)S不逆向通過（汽化）如吸收：通過B對(duì)于截面2：N，N(cA/C)，N(cB/c)；2、A、B做等分子反方向擴(kuò)散的傳遞運(yùn)動(dòng)3、總體流動(dòng)加快了A的傳遞速度1、總體流動(dòng)。即JA=-JBNA=JA+N(cA/c)NB=JB+N(cB/c)=0B為停滯組分。

即有

在主體（z1=0，pA=pA1）至界面（z2=z，pA=pA2）間積分，得：由于B組分在界面與主體間的對(duì)數(shù)平均分壓與等摩爾相互擴(kuò)散相比多了一個(gè)因子p/pBm——漂流因數(shù)。漂流因數(shù)反映總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)速率的影響。p/pBm>1傳質(zhì)速率較大。若pA

p/pBm；反之pA

p/pBm≈0——表達(dá)某個(gè)組分在介質(zhì)中擴(kuò)散快慢的一種傳遞屬性，是物質(zhì)的特性常數(shù)之一。類似于λ，但較復(fù)雜§8-5擴(kuò)散系數(shù)D（m2/s）一、氣體中的D分子熱運(yùn)動(dòng)速度分子碰撞頻繁擴(kuò)散速度D范圍0.1~1cm2/s計(jì)算：半經(jīng)驗(yàn)公式，福勒（Fuller）p10式（8-21）和表8-2換算：二、液體中的D計(jì)算：經(jīng)驗(yàn)公式，p11式(8-23)或表8-4分子密集D液<D氣約10-5cm2/s膜模型（停滯膜模型）δδe0cA2cA1cFGHEz虛擬相界面——有效膜層流底層（DE≈

0，分子擴(kuò)散）湍流主體（DE>>D，D≈0，渦流擴(kuò)散）過渡層δe——當(dāng)量膜厚膜模型對(duì)流傳質(zhì)膜模型（停滯膜模型）把從氣相主體到界面的對(duì)流傳質(zhì)速率折合成通過厚度為δe的膜層（虛擬膜）的分子擴(kuò)散速率。液相式中，kG——?dú)庀鄬?duì)流傳質(zhì)系數(shù)（以分壓差為推動(dòng)力）kmol/m2·s·pakL——液相對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)（以濃度差為推動(dòng)力）kmol/m2·s·(kmol/m3)kG、kL簡稱為傳質(zhì)分系數(shù)或傳質(zhì)系數(shù)常見類比式：雷諾類比：柯爾本類比：【補(bǔ)例】：在一直立的毛細(xì)玻璃管內(nèi)裝有乙醇，初始液面距離管口10mm，如圖所示。管內(nèi)乙醇保持為293K(乙醇飽和蒸汽壓為1.9998kPa)，大氣壓為101.3kPa。當(dāng)有一空氣始終平緩吹過管口時(shí)，經(jīng)100小時(shí)后，管內(nèi)乙醇液面下降至距管口21.98mm處。試求該溫度下，乙醇在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。解：pA1=1.9998kPa

∵空氣吹過管口

∴pA2=0本題為單向擴(kuò)散∴另由蒸發(fā)可知：對(duì)于乙醇查表可知ρ=804kg/m3，M=46kg/kmol?！嘁阎獄1=10mm，z2=21.98mm，θ=100h∴第四節(jié)傳質(zhì)設(shè)備簡介用作傳質(zhì)設(shè)備的要求：①、接觸機(jī)會(huì)良好（即從分地接觸）。相界面的面積&湍動(dòng)程度；②、接觸之后及時(shí)分開，分離完全，互不夾帶；③、結(jié)果簡單，緊湊，操作便利穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，周期長，能耗小。總之，安全經(jīng)濟(jì)合理。

均相物系的分離傳質(zhì)

傳質(zhì)過程：人為地制造相界面（制成兩相物系），利用物質(zhì)在相間的物性差異相界面的面積湍動(dòng)程度擴(kuò)散速率但相界面是由兩相接觸元件和流體力學(xué)條件確定的，接觸元件的面積是固定了的，只能從分利用原有的相界面。要求建立適宜的接觸方式和流體力學(xué)狀況。塔設(shè)備§8-8填料塔和板式塔

均為兩相逆流設(shè)備1、填料塔兩相的濃度沿塔高度連續(xù)變化稱為連續(xù)接觸式傳質(zhì)設(shè)備拉西環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)環(huán)板波紋絲網(wǎng)波紋鞍形環(huán)槽式液體分布器2、板式塔兩相的濃度沿塔高呈階