化工原理少學時知識點整理

1、 吸收分離的依據(jù)是什么？如何分類？答：依據(jù)是組分在溶劑中的溶解度差異。（1） 按過程有無化學反應：分為物理吸收、化學吸收（2） 按被吸收組分數(shù)：分為單組分吸收、多組分吸收（3） 按過程有無溫度變化：分為等溫吸收、非等溫吸收（4） 按溶質(zhì)組成高低：分為低組成吸收、高組成吸收2、 吸收操作在化工生產(chǎn)中有何應用？答：吸收是分離氣體混合物的重要方法，它在化工生產(chǎn)中有以下應用。分離混合氣體以回收所需組分，如用洗油處理焦爐氣以回收其中的芳烴等。凈化或精制氣體，如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的二氧化碳等。制備液相產(chǎn)品，如用水吸收氯化氫以制備鹽酸等。工業(yè)廢氣的治理，如工業(yè)生產(chǎn)中排放廢氣中含有NOSO等有毒氣體，則需用吸收方法除去，以保護大氣環(huán)境。3、 吸收與蒸餾操作有何區(qū)別？答：吸收和蒸餾都是分離均相物系的氣一液傳質(zhì)操作，但是，兩者有以下主要差別。蒸餾是通過加熱或冷卻的辦法，使混合物系產(chǎn)生第二個物相；吸收則是從外界引入另一相物質(zhì)（吸收劑）形成兩相系統(tǒng)。因此，通過蒸餾操作可以獲得較純的組分，而在吸收操作中因溶質(zhì)進入溶劑，故不能得到純凈組分。傳質(zhì)機理不同，蒸餾液相部分氣化和其相部分冷凝同時發(fā)生，即易揮發(fā)組分和難揮發(fā)組分同時向著彼此相反方向傳遞。吸收進行的是單向擴散過程，也就是說只有溶質(zhì)組分由氣相進入液相的單向傳遞。依據(jù)不同。4、 實現(xiàn)吸收分離氣相混合物必須解決的問題？答：（1）選擇合適的溶劑（2） 選擇適當?shù)膫髻|(zhì)設備（3） 溶劑的再生5、 簡述吸收操作線方程的推導、物理意義、應用條件和操作線的圖示方法。答：對塔頂或塔底與塔中任意截面間列溶質(zhì)的物料衡算，可整理得上式皆為逆流吸收塔的操作線方程。該式表示塔內(nèi)任一截面上的氣液相組成之間的關系。式中L/V為液氣比，其值反映單位氣體處理量的吸收劑用量，是吸收塔重要的操作參數(shù)。上述討論的操作線方程和操作線，僅適用于氣液逆流操作，在并流操作時，可用相似方法求得操作線方程和操作線。應予指出，無論是逆流還是并流操作，其操作線方程和操作線都是通過物料衡算得到的，它們與物系的平衡關系、操作溫度與壓強及塔的結(jié)構(gòu)等因素無關。6、 亨利定律有哪些表達式？應用條件是什么？答：亨利定律表達氣液平衡時兩相組成間的關系。由于相組成由多種有多種表示方法，因此亨利定律有多種表達式，可據(jù)使用情況予以選擇。氣相組成用分壓，液相組成用摩爾分數(shù)表示時，亨利定律表達式為式中E稱為亨利系數(shù)，單位為kPa。亨利系數(shù)由試驗測定，其值隨物系特性和溫度而變。在同一種溶劑中，難溶氣體的E值很大，易溶的則很小。對一定的氣體和溶劑，一般溫度愈高E值愈大，表明氣體的溶解度隨溫度升高而降低。應予指出，亨利定律適用于總壓不太高時的稀溶液。以分壓和物質(zhì)的量濃度表示氣、液相組成，亨利定律表達式為式中H稱為溶解度系數(shù)，單位為kmol/(m3.kPa)。溶解度系數(shù)H隨物系而變，也是溫度的函數(shù)。易溶氣體H值很大，而難溶氣體H值很小。對一定的物系，H值隨溫度升高而減小。以摩爾分數(shù)或摩爾比表示氣、液相組成，亨利定律表達式為和Y*=——竺——wmX1-(1-m)X式中m稱為相平衡常數(shù)，無因次。與亨利系數(shù)E相似，相平衡常數(shù)m愈大，表示溶解度愈低，即易溶氣體的m值很小。對一定的物系，m是溫度和壓強的函數(shù)。溫變升高、壓強降低，則m變大。各種亨利常數(shù)換算關系：式中P為總壓，Pa或kPas7、相平衡在吸收過程中有何應用？答：相平衡在吸收過程中主要有以下應用。判斷過程方向當不平衡的氣液里兩相接觸時，溶質(zhì)是被吸收，還是被脫吸，取決于相平衡關系。Y>Y*，吸收過程；Y=Y*，平衡狀態(tài)；Y<Y*，脫吸過程。指明過程的極限在一定的操作條件下，當氣液兩相達到平衡時，過程即行停止，可見平衡是過程的極限。因此在工業(yè)生產(chǎn)的逆流填料吸收塔中，即使填料層很高，吸收劑用量很少的情況下，離開吸收塔的吸收液組成X1也不會無限增大，其極限是進塔氣相組成七成平衡的液相組成X；，即ximax=x1*=m，反之，當吸收劑用量大、氣體流量小時，即使填料層很高，出口氣體組成也不會低于與吸收劑入口組成X2呈平衡的氣相組成Y*，即Y=Y*=mX，由此可知，相平衡關系限制了吸收液的最高2 2,min2 2組成及吸收尾氣的最低組成。（3）計算過程推動力在吸收過程中，通常以實際的氣、液相組成與其平衡組成的偏離程度來表示吸收推動力。實際組成偏離平衡組成愈遠，過程推動力愈大，過程速率愈快。即AY=Y-Y*；也可用液相組成表示，即AX=X*-X8、 雙膜理論的基本論點是什么？答：雙膜理論要點：（1） 相互接觸的氣液兩相存在一固定的相界面。界面兩側(cè)分別存在氣膜和液膜，膜內(nèi)流體呈滯流流動，物質(zhì)傳遞以分子擴散方式進行，膜外流體成湍流流動。膜層取決于流動狀態(tài)，湍流程度愈強烈，膜層厚度愈薄。（2） 氣、液相界面上無傳質(zhì)阻力，即在界面上氣、液兩相組成呈平衡關系。（3） 膜外湍流主體內(nèi)傳質(zhì)阻力可忽略，氣、液兩相間的傳質(zhì)阻力取決于界面兩側(cè)的膜層傳質(zhì)阻力。根據(jù)雙膜理論，將整個氣、液兩相間的傳質(zhì)過程簡化為通過氣、液兩個滯流膜層的分子擴散過程，從而簡化了吸收過程的計算。9、 何謂最小液氣比？怎樣確定？答：在極限的情況下，操作線和平衡線相交（有特殊平衡線時為相切），此點傳質(zhì)推動力為零，所需的填料層為無限高，對應的吸收劑用量為最小用量，該操作線的斜率為最小液氣比(L/V)min。因此Lmin可用下式求得式中X;為與氣相組成Y1相平衡的液相組成。若氣液平衡關系服從亨利定律，則X*由亨利定律算得，否則可由平衡曲線讀出。10、 吸收劑用量對吸收操作有何影響？如何確定適宜液氣比？答：吸收劑用量的大小與吸收的操作費用及設備的投資費用密切相關。在L>1皿前提下，若L愈大，塔高可降低，設備費用較底，但操作費用較高；反之，若L愈小，則操作費用減低，而設備費用增高。故應選擇適宜的吸收劑用量，使兩者之和最底。為此需通過經(jīng)濟衡算確定適宜吸收劑用量和適宜液氣比。但是一般計算中可取經(jīng)驗值，即11、 吸收操作的全塔物料衡算有何應用？何謂回收率？答：對逆流操作的填料吸收塔，作全塔溶質(zhì)組成的物料衡算，可得吸收塔的分離效果通常用溶質(zhì)的回收率來衡量。回收率(乂稱吸收率)定義為通常，進塔混合氣流量和組成是吸收任務規(guī)定的，若吸收劑的流量和組成被選定，則V、L、Y1、X1均為已知；乂根據(jù)吸收任務規(guī)定的溶質(zhì)回收率中A，可求得出塔氣體的組成Y;然后求得出塔的吸收液組成X2 112、 何謂傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)？它們的物理意義如何？答：通常將填料層高度基本計算式的右端分為兩部分來處理，該式右端的數(shù)組V/KYaQ是由過程條件所決定的，具有高度的單位，以"表示，稱為氣相總傳質(zhì)單元高度。式中積分項內(nèi)的分子與分母具有相同的單位，整個積分為一個無因次的數(shù)值，以Nog表示，稱為氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。于是填料層高度基本計算式可以表示為同理，有 Z=holnol其中 H=-^ N=j尤dXog ogxX*—X由此可見，計算填料層高度的通式為：填料層高度二傳質(zhì)單元高度X傳質(zhì)單元數(shù)傳質(zhì)單元高度反映傳質(zhì)阻力及填料性能。若吸收阻力愈大，填料的有效表面積愈小，則每個傳質(zhì)單元所相當?shù)奶盍蠈痈叨扔?。傳質(zhì)單元數(shù)反映吸收過程的難易程度。若任務所要求的氣體濃度變化愈大，過程的推動力愈小，則吸收過程愈難，所需的傳質(zhì)單元數(shù)愈大。若NOG等于1，即氣體經(jīng)一段填料層高度的組成變化（《-七）恰等于此段填料層內(nèi)推動力的平均值（y—小），那么這段填料高度就是一個氣相傳質(zhì)單元高度m（Z=Hog）。13、 如何用平均推動力法計算傳質(zhì)單元數(shù)？使用條件是什么？答：在吸收過程中，若平衡線和操作線均為直線時，則可仿照傳熱中對數(shù)平均溫度差推導方法。根據(jù)吸收塔塔頂基塔底兩個端面上的吸收推動力來計算全塔的平均推動力，以N°為例，即y—y故 nog=^y^ 式中國稱為全塔氣相對數(shù)平均推動力。m若1v豈<2或1V%<2，則相應的對數(shù)平均推動力可用算數(shù)平均推動力進行計2Ay 2AX2算，即Ay=￥+篁214、 試述填料塔的結(jié)構(gòu)？答：填料塔為連續(xù)接觸式的氣液傳質(zhì)設備，可應用于吸收、蒸餾等分離過程。塔體為圓筒形，兩端裝有封頭，并有氣、液體進、出口接管。塔下部裝有支撐板，板上充填一定高度的填料。操作時液體自塔頂經(jīng)分布器均勻噴灑至塔截面上，沿填料表面下流經(jīng)塔底出口管排出；氣體從支撐板下方入口管進入塔內(nèi)，在壓強差的作用下自下而是地通過填料層的空隙而由塔的頂部氣體出口管排出。填料層內(nèi)氣液兩相呈逆流流動，在填料表面的氣液界面上進行傳質(zhì)（或傳熱），因此兩相組成沿塔高連續(xù)變化。由于液體在填料中有傾向于塔壁流動，故當填料層較高時，常將其分成若干段，在兩段之間設置液體再分布裝置，以有利于流體的重新均勻分布。填料塔結(jié)構(gòu)簡單，且有阻力小用便于用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，對于直徑較小的塔，處理有腐蝕性的物料或要求壓強降較小的真空蒸餾系統(tǒng)，更宜采用填料。15、 填料有哪些主要特性？如何選擇？答：填料是填料塔的核心，填料性能的優(yōu)劣是填料塔能否正常操作的關鍵。表示填料特性的參數(shù)主要有以下幾項。（1） 比表面積a（2） 空隙率G（3） 填料因子a/￡3,濕填料因子，以甲表示在選擇填料時，一般要求填料的比表面積大，空隙率大，填料潤濕性好，單位體積填料的質(zhì)量輕，造價低及具有足夠的力學強度和化學穩(wěn)定性。16、 填料塔有哪些附件？各自有何作用？答：填料塔的附件主要有填料支承裝置、液體分布裝置、液體再分布裝置和除沫裝置等。合理選擇和設計填料塔的附件，可保證填料塔的正常操作和良好的性能。（1）填料支承裝置填料支承裝置的作用是支承填料及其所持有液體的質(zhì)量，幫支承裝置應有足夠的力學強度。同時，應使氣體和液體可順利通過，避免在支承裝置處發(fā)生液泛現(xiàn)象，保證填料塔的正常操作。（2） 液體分布裝置若液體分布不勻，填料表面不能被液體潤濕，塔的傳質(zhì)效率就會降低。因此要求塔頂填料層上應有良好的液體初始分布，保證有足夠數(shù)目且分布均勻的噴淋點，以防止塔內(nèi)的壁流和溝流現(xiàn)象發(fā)生。（3） 流體再分布裝置當液體在亂堆填料層內(nèi)向下流動時，有偏向塔壁流動的傾向。為將流到塔壁處的液體重新匯集并引入塔中央?yún)^(qū)域，應在填料層中每隔一段高度設置液體再分布裝置。（4） 除沫裝置除沫裝置安裝在塔頂液體分布器上方，用于除去出口氣體中夾帶的液滴。常用的除沫裝置有絲網(wǎng)除沫器，折流板除沫器及旋流板除塵器等。此外，在填料層頂部應設置填料壓板或擋網(wǎng)，以免因氣速波動而將填料吹出或損壞。17、 吸收過程的相組成用什么來表示？為什么？答：在吸收過程中，隨著吸收過程的不斷進行，吸收中氣相和液相的總的質(zhì)量和總的摩爾數(shù)不斷地發(fā)生著變化，惰形氣體和吸收劑不變，為此，為了計算上的方便,分別以惰形氣體和吸收劑為基準的質(zhì)量比和摩爾比來表示吸收過程的相組成。18、 吸收劑、吸收質(zhì)、惰性氣體和吸收液？答：吸收質(zhì)：混合氣體中能夠溶解的組份。用“A”來表示。惰性氣體：不能被吸收（溶解）的組份。用“B”來表示。吸收液：吸收操作所得到的溶液。吸收劑：吸收過程中所用的溶劑.用吸收液：吸收操作所得到的溶液。吸收劑：吸收過程中所用的溶劑.用“S”來表示。19、吸收過程為什么常常采用逆流操作?答：降至塔底的液體恰與剛剛進塔的氣體相接觸，有利于提高出塔吸收液的濃度從而減少吸收劑的消耗量；升至塔頂?shù)臍怏w恰與剛剛進塔的吸收劑相接觸，有利于降低出塔氣體的濃度，從而提高溶質(zhì)的吸收率。20、何謂吸收速率？寫出任意一個氣膜、液膜及總的吸收速率方程式？（標出其吸收系數(shù)的單位）答：單位時間內(nèi)單位相際傳質(zhì)面積上吸收的溶質(zhì)量。N=、.（P-P）N答：單位時間內(nèi)單位相際傳質(zhì)面積上吸收的溶質(zhì)量。N=、.（P-P）Na=k（C-C）NA=Kg.P-P*）kG—氣膜吸收條數(shù)Km^m2samkL一液膜吸收條數(shù)m/sKG—吸收總系數(shù)2.s.[KN2]k/m2J21、填料可分哪幾類？對填料有何要求?答：填料可分為：實體填料和網(wǎng)體填料。填料的要求：要有較大的比表面積；要有較高的空隙率；要求單位體積填料的重量輕、造價低、堅固耐用、不易堵塞、有足夠的機械強度和良好的化學穩(wěn)定性。22、什么是享利定律？其數(shù)學表達式怎樣?答：當總壓不太高時，在一定的溫度下，稀溶液上方的氣體溶質(zhì)組份的平衡分壓與該溶質(zhì)在液相中的濃度之間的關系亨利定律的其實表達形式P*=E.x P*=chy*=mx Y*=mX23、 H、E、m、分別表示什么？隨溫度的變化情況如何？答：H指溶解度系數(shù)；E指享利系數(shù)；m指相平衡常數(shù)。H隨著溫度的升高而減少；E和m隨著溫度的升高而增加。24、 什么是氣膜控制？什么是液膜控制？答：對于易溶氣體，液膜阻力可以忽略不計，氣膜阻力控制著整個吸收過程的速率，吸收總推動力的絕大部分用于克服氣膜阻力。稱為“氣膜控制”。對于難溶氣體，氣膜阻力可以忽略不計，液膜阻力控制著整個吸收過程的速率，吸收總推動力的絕大部分用于克服液膜阻力。稱為“液膜控制”。25、 何謂溶解度？溶解度與哪些因素有關？溶解度曲線有何規(guī)律？答：平衡時，氣體在液相中的飽和濃度即為氣體在液體中的溶解度。氣體溶質(zhì)在一定溶劑中的溶解度與物系的壓強、溫度及該溶質(zhì)在氣相中的組成相關。由溶解度曲線可知：同一溶劑中，相同的條件下不同氣體的溶解度差別很大；同一溶質(zhì)，在相同的氣相分壓下，溶解度隨溫度降低而增大；同一溶質(zhì)，在相同溫度下，溶解度隨氣相分壓增高而增大。一、簡答題給熱系數(shù)受哪些因素影響？答案：流動類型：湍流時的給熱系數(shù)大。流體的物性：粘度u、密度P、比熱Cp，導熱系數(shù)入均對給熱系數(shù)有影響。傳熱面的形狀、大小和位置：管子的排列、折流都是為了提高給熱系數(shù)。流體的對流情況，強制對流比自然對流的給熱系數(shù)大。流體在傳熱過程有無相變，有相變a大。1’說明流體流動類型對給熱系數(shù)的影響。答案：流體為層流時，傳熱是以導熱方式進行的，則此時給熱系數(shù)較小。當為湍流時，傳熱是以對流方式進行的，此時給熱系數(shù)增大。所以流體的傳熱，多在湍流情況下進行