天津大學(xué)化工分離工程完整教案

天津大學(xué)化工分離工程完整

教案

第一章緒論

一、學(xué)習(xí)目的與要求

通過本章的學(xué)習(xí)，能對(duì)傳質(zhì)分離過程有一個(gè)總體了解。

二、考核知識(shí)點(diǎn)與考核目標(biāo)

（一）、化工分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性（一般）

識(shí)記：化工分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性分析。

（二）、分離過程的分類和特征（次重點(diǎn)）

識(shí)記：分離過程的分類和特征，傳質(zhì)分離過程的分類和特征。

§1.1本課程的內(nèi)容和任務(wù)

§1.1.1課程內(nèi)容、性質(zhì)與特點(diǎn)

該課程是化學(xué)工程專業(yè)所開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課之一。分離過程是將混合

物分成組成互不相同的兩種或幾種產(chǎn)品的操作，它是一門與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系極其

緊密的課程，是學(xué)生在具備了物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、傳遞過程原

理等技術(shù)知識(shí)后的一門必修課，它利用這些課程中有關(guān)相平衡熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)

機(jī)理、傳熱、傳質(zhì)和動(dòng)量傳遞理論來研究化工生產(chǎn)實(shí)際中復(fù)雜物系的分離和提

純技術(shù)。

由理想理想氣體實(shí)際氣體

理想溶液實(shí)際溶液

由簡(jiǎn)單復(fù)雜二元精儲(chǔ)多元精儲(chǔ)

單組分吸收多組分吸收

§課程設(shè)置的目標(biāo)

開設(shè)本課程，為了使學(xué)生掌握各種常用的分離過程的基本理論、操作特點(diǎn)、

簡(jiǎn)捷和嚴(yán)格計(jì)算方法和強(qiáng)化改進(jìn)操作的途徑。對(duì)一些新分離技術(shù)有一定的了解。

1、注重基本概念的理解，為分離工程的選擇、特性分析和計(jì)算奠定基礎(chǔ)；

2、分離過程的共性出發(fā)，討論各種分離過程的特征；

3、強(qiáng)調(diào)工程和工藝相結(jié)合的觀點(diǎn)，注意設(shè)計(jì)和分析能力的訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)理論

聯(lián)系實(shí)際，提高解決問題的能力。

§1.1.3與本專業(yè)其他課程的關(guān)系

與該專業(yè)課相關(guān)的基礎(chǔ)課《物理化學(xué)》、《傳遞過程原理》、《化工原理》、

《化工熱力學(xué)》等與本課程有著相當(dāng)密切的關(guān)系，是本課程的技術(shù)基礎(chǔ)課，

同時(shí)本課程又是《化工工藝設(shè)計(jì)與化工過程開發(fā)》的基礎(chǔ)，它與《化工反應(yīng)

工程》緊密相連，只有這些課學(xué)好了才能學(xué)好這門課，做好畢業(yè)設(shè)計(jì)。

§學(xué)習(xí)方法及要求

1.理解重要公式的推導(dǎo)過程及推導(dǎo)假設(shè)，掌握公式及公式的使用范圍；

2.掌握各種分離過程的基本原理、理論、操作特點(diǎn)，簡(jiǎn)捷法（FUG）和

嚴(yán)格計(jì)算法及強(qiáng)化改進(jìn)操作的途徑，對(duì)設(shè)備的特殊要求；

3.該課程應(yīng)用性、技能性較強(qiáng)，須認(rèn)真地做習(xí)題，加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理

解；

4.會(huì)用計(jì)算中常用到的手冊(cè)和圖表提高使用圖表的能力。

§教材和參考書

教材：《化工分離過程》陳洪鉆劉家祺主編。

參考書：

《化工分離過程》劉家祺主編化工出版社

《分離工程》鄧修主編科學(xué)出版社

《石油化工分離工程》張一安徐心茹主編華東理工大學(xué)出版社。

《有機(jī)化工分離過程》，許其佑等編著，華東化工學(xué)院出版社。

抓住重點(diǎn)，理清思路，善于分析，旨在應(yīng)用。認(rèn)真聽課，積極思索，

必要預(yù)習(xí)，獨(dú)立解題。

§1.2分離操作在化工生產(chǎn)中的重栗性（作用和地位）

§分離過程在化工生產(chǎn)中的重要性

無論化學(xué)、石油、冶金、食品、輕工、醫(yī)藥、生化和原子能等工業(yè)都廣泛

應(yīng)用分離過程，

總而言之，廣泛的應(yīng)用，科技的發(fā)展，環(huán)境的需要都說明分離過程在國計(jì)民

生中所占的地位和作用，并展示了分離工程的廣闊前景：現(xiàn)代社會(huì)離不開分離

技術(shù)，分離技術(shù)發(fā)展于現(xiàn)代社會(huì)。

化工生產(chǎn)中采用分離的目的主要有以下幾點(diǎn)：

1、原料預(yù)處理；

2、產(chǎn)品的分離提純；（苯乙烯生產(chǎn)）

3、環(huán)保和安全生產(chǎn)的需要；

4、防止催化劑中毒。

§分離在清潔工藝中的地位和作用

降低原材料和能源的消耗，提清潔工藝也稱少廢無廢技術(shù)，是面向21世紀(jì)

社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題，也是當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)的重要內(nèi)容之一。

清潔工藝將生產(chǎn)工藝和防治污染有機(jī)結(jié)合起來,將污染物消滅在生產(chǎn)工藝過

程中，從根本上解決工業(yè)污染問題。清潔工藝是一種節(jié)能、低耗、高效安全、

無污染的工藝技術(shù)。就化學(xué)工業(yè)而言，清潔工業(yè)本質(zhì)是合理利用資源，減少甚

至消滅廢料的產(chǎn)生。

化工清潔工藝應(yīng)綜合考慮合理地原料選擇，反應(yīng)路徑的潔凈化，物料分離技

術(shù)的選擇及確定合理的工藝流程和工業(yè)參數(shù)等。

與化工分離密切相關(guān)的有：

（1）高有效利用率和循環(huán)利用率；

（2）開發(fā)和采用新技術(shù)、新工藝，改善操作條件，以控制和消除污染;

（3）采用生產(chǎn)工藝裝置系統(tǒng)的閉路循環(huán)技術(shù)；

（4）處理生產(chǎn)中的副產(chǎn)物和廢物，使之減少或消除對(duì)環(huán)境的危害；

（5）研究和開發(fā)利用低物耗、低能耗、高效率的三廢治理技術(shù)。

閉路循環(huán)系統(tǒng)是清潔工藝的重要方面，其核心是將過程產(chǎn)生的廢物最大限

度地回收和循環(huán)使用，減少過程排出廢物的量。

實(shí)現(xiàn)分離與再循環(huán)系統(tǒng)使廢物最少化的方法：

（1）廢物直接再循環(huán)，如廢水循環(huán)使用（丙烯般、丁醇、丁醛生產(chǎn)）

（2）進(jìn)料提純減少雜質(zhì)生成副產(chǎn)物，減少排放量；

（3）除去分離過程加入的附加物質(zhì)（如特殊精鐳中的S）；

（4）附加分離與再循環(huán)系統(tǒng)

§1.3傳質(zhì)分離過程的分類和特征

分離過程

（1）機(jī)械分離

對(duì)象為兩相或兩相以上的混合物，只要用簡(jiǎn)單的機(jī)械方法就可將其分離，兩

相間不發(fā)生物質(zhì)的傳遞。如過濾、沉淀等。

（2）傳質(zhì)分離

用于各種均相混合物的分離，其特點(diǎn)是有質(zhì)量傳遞發(fā)生，有相間傳質(zhì),

可以在均相中進(jìn)行，也可在非均相中進(jìn)行。

傳質(zhì)分離依據(jù)物理化學(xué)原理的不同，可分為平衡分離和速率分離兩大類。

§平衡分離過程

借助分離媒介（如熱能、溶劑或吸附劑）使均相混合物系統(tǒng)變成兩相系統(tǒng),

再以混合物中各組分在處于平衡兩相中的不等同的分配為依據(jù)而實(shí)現(xiàn)分離O

分離媒介

按兩相狀態(tài)的不同，平衡分離過程可分為以下幾類:

（1）氣液傳質(zhì)過程如吸收、氣體增濕或減濕;

（2）汽液傳質(zhì)過程如液體精播;

（3）液液傳質(zhì)過程如萃??；

（4）液固傳質(zhì)分離結(jié)晶、浸取吸附、離子交換;

（5）氣固傳質(zhì)過程固體干燥、吸附。

對(duì)于平衡傳質(zhì)分離過程，工程上有兩種處理方法：

一、把現(xiàn)狀和達(dá)到平衡之間的濃度梯度或壓力梯度作為過程推動(dòng)力，而

把其他因素都?xì)w納于阻力中。傳遞速率就成為推動(dòng)力和阻力之商（傳

熱、流體輸送、吸收……）

二、依據(jù)處于熱力學(xué)平衡的兩相組成不相等的原理，以每一級(jí)都處于平

衡態(tài)為手段，得平衡級(jí)數(shù)，并把其他影響因素歸納于效率之中（如精

儲(chǔ)……）o

§速率分離過程

一一借助某種推動(dòng)力（濃度差、溫度差、壓力差、電位差等），有時(shí)在選擇

性透過膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異而實(shí)現(xiàn)組分的分離。

速率分離過程可分為膜分離和場(chǎng)分離。該類分離傳遞發(fā)生于相內(nèi)，無須產(chǎn)生

新的相，所以往往是低能耗的。

世界萬物都是由有序自動(dòng)走向無序，所有純物質(zhì)都逐漸變?yōu)榛旌衔?，而將?/p>

合物變?yōu)榧兾镔|(zhì)不能自發(fā)進(jìn)行，只有外加能量方可使之進(jìn)行。

一般分離過程能耗：

無相變分離（有相變分離；無外加物質(zhì)的分離（有外加物質(zhì)的分離。

膜分離：利用流體中各組分對(duì)膜滲透速率的差異而實(shí)現(xiàn)組分的分離。

分離過程發(fā)展現(xiàn)狀見P10圖1-3,圖表明分離技術(shù)成熟程度和應(yīng)用成熟程度。

上方雖很成熟，改進(jìn)余地小，但應(yīng)用廣，微小改進(jìn)可帶來巨大效益。

§1.4分離過程的集成化

§反應(yīng)過程與分離過程的耦合

為改善不利的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因素，減少設(shè)備和操作費(fèi)用，節(jié)約資源和能

源，分離過程和反應(yīng)過程多種形式的耦合已開發(fā)和應(yīng)用。如：

（1）化學(xué)吸收是反應(yīng)和分離過程耦合的單元操作，可提高推動(dòng)力和液相傳

質(zhì)系數(shù)；

（2）化學(xué)萃取是伴有化學(xué)反應(yīng)的萃取過程，溶質(zhì)與萃取劑反應(yīng)可提高過程

推動(dòng)力和速率；

（3）反應(yīng)精儲(chǔ)反應(yīng)和精儲(chǔ)結(jié)合成為一個(gè)過程，形成了精儲(chǔ)技術(shù)中的一個(gè)特

殊領(lǐng)域。其一方面成為提高分離效率而將反應(yīng)和精儲(chǔ)相結(jié)合的一種分離

操作（利用反應(yīng)熱使液體汽化，改變組分間的a）,另一方面成為提高反

應(yīng)收率而借助于分離手段的一種反應(yīng)過程（將產(chǎn)物及時(shí)移出提高平衡轉(zhuǎn)

化率，并靠物料汽化移走反應(yīng)熱）。若反應(yīng)A+B-C+D,C的a>AB的

a,D的a<AB的a,則反應(yīng)精儲(chǔ)可從精儲(chǔ)塔的兩端分別得到C和D（A

與B的配比等于化學(xué)計(jì)量比）。

目前，反應(yīng)精儲(chǔ)已從單純的工藝開發(fā)向過程普遍性規(guī)律研究的方向發(fā)

展。工業(yè)廣泛應(yīng)用于酯化、酯交換、皂化、胺化、水解、異構(gòu)化、硝化……

反應(yīng)。

（4）膜反應(yīng)器將合成膜的優(yōu)良分離性能與催化反應(yīng)相結(jié)合，在反應(yīng)的同時(shí)選

擇性地脫除產(chǎn)物，使平衡轉(zhuǎn)化率提高，或控制反應(yīng)物的加入速度提高Y、X和S。

（5）藥物的控制釋放控制釋放的時(shí)間和部位（一天多次改為一天一次或多天

一次，減少副作用）。

（6）膜生物傳感器

§分離過程與分離過程的耦合

不同分離過程耦合在一起構(gòu)成復(fù)合分離過程，以集中原分離過程之所長，

避其所短。適用于特殊物系的分離。如：

（1）萃取結(jié)晶是分離沸點(diǎn)相近的混合物的有效方法；

（2）吸附蒸儲(chǔ)在同一設(shè)備中進(jìn)行g(shù)-1-s三相的分離過程。

§過程的集成

1.傳統(tǒng)分離過程的集成

共沸精儲(chǔ)往往與萃取集成，共沸精儲(chǔ)與萃取精儲(chǔ)集成。

2.傳統(tǒng)分離與膜分離集成

3.膜分離集成采用多種不同膜組合

第二章單級(jí)平衡過程

通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生正確理解相平衡熱力學(xué)中的基本概念;掌握平衡常

數(shù)、泡點(diǎn)、露點(diǎn)和閃蒸過程的計(jì)算方法.

二、知識(shí)考核點(diǎn)與考核目標(biāo).

（-）相平衡條件（重點(diǎn)）

識(shí)記：相平衡條件；汽液、液液平衡表示方法.

（二）相平衡常數(shù)和分離因子（重點(diǎn)）

識(shí)記：相平衡常數(shù)和分離因子的含義；狀態(tài)方程法、活度系數(shù)法表示的汽

液平衡常數(shù)。

應(yīng)用：用狀態(tài)方程法、活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)。

（三）活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的通式及計(jì)算（重點(diǎn)）

理解：活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的四種簡(jiǎn)化形式。

應(yīng)用：用活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的前三種簡(jiǎn)化形式計(jì)算汽液平衡常數(shù)。

（四）、泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算類型（重點(diǎn)）

識(shí)記：泡點(diǎn)和露點(diǎn)的含義及四種計(jì)算類型。

（五）、泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算（重點(diǎn)）

應(yīng)用：用汽液平衡常數(shù)前三中簡(jiǎn)化形式計(jì)算泡點(diǎn)溫度和泡點(diǎn)壓力。

（六）露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算（重點(diǎn)）

應(yīng)用：用汽液平衡常數(shù)前三中簡(jiǎn)化形式計(jì)算露點(diǎn)溫度和露點(diǎn)壓力。

（七）閃蒸過程類型（重點(diǎn)）

識(shí)記：閃蒸的含義；閃蒸過程的類型及應(yīng)用。

（八）等溫閃蒸和部分冷凝過程（重點(diǎn)）

識(shí)記：核實(shí)閃蒸問題是否成立的兩種方法。

應(yīng)用：汽液平衡常數(shù)與組成無關(guān)的閃蒸過程的計(jì)算。

單級(jí)平衡過程是化工傳質(zhì)分離過程中最簡(jiǎn)單的分離過程，其是使其兩相相

互接觸達(dá)到物理平衡，然后將兩相分開，若兩組分在兩相中的分離因子很大，

則單級(jí)平衡就足以滿足預(yù)期的分離要求，否則需要多級(jí)分離。如對(duì)g-1平衡，分

離因子為a,若物系中a1,則單級(jí)平衡分離幾乎達(dá)到完全分離，

CC1,則需要幾個(gè)、幾十甚至上百個(gè)分離級(jí)；若ael,幾乎不能用

普通精儲(chǔ)法分離。本章僅討論單級(jí)平衡，包括g-l>1-1和g-1-l等分離過程，

計(jì)算基礎(chǔ)是物料平衡和相平衡。當(dāng)有相變化或混合熱很大時(shí)，還需考慮能量平

衡。

相平衡是研究精儲(chǔ)、吸收、萃取等化工中最常見的傳質(zhì)分離過程的基礎(chǔ)，可

用于闡述混合分離的原理、傳質(zhì)推動(dòng)力和進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，是設(shè)計(jì)和開發(fā)單級(jí)平

衡分離的關(guān)鍵。

§2.1相平衡

§.2.1.1相平衡的關(guān)系

2.1.1.1相平衡的條件

相平衡是指物系中各相保持物理平衡而共存的狀態(tài)，從熱力學(xué)上看，逸度

是一種虛擬的壓力，具有壓力的單位。物理平衡時(shí)

需與物理量T、P、組成關(guān)聯(lián)方可用于相平衡計(jì)算。

汽液平衡關(guān)系

為將之與T、P組成關(guān)聯(lián)引入兩輔助函數(shù)逸度系數(shù)和活度系數(shù)。

（1）逸度系數(shù)（校正實(shí)際氣體相對(duì)于理想氣體的偏差）

汽相組分i的逸度系數(shù)&

Pi”

式中：P——為總壓；

7一一分別為汽液相中i的摩爾分?jǐn)?shù)。

（2）活度系數(shù)（校正實(shí)際溶液相對(duì)于理想溶液的偏差）

—)dp

-

P

液相組分i的活度系數(shù)或

汽相組分i的活度系數(shù)或

理想溶液活度系數(shù)等于10

——基準(zhǔn)狀態(tài)下組分i在汽液相中的逸度。

達(dá)到平衡時(shí)，由前面各式得：

1.液液平衡關(guān)系

2.相平衡常數(shù)和分離因子

定義Ki為i組分在平衡兩相中的摩爾分?jǐn)?shù)之比。

對(duì)汽液平衡

（1）以T、V為獨(dú)立變量

（2）以P、T為獨(dú)立變量

目前求取K的狀態(tài)方程有數(shù)百個(gè)，要選取合適且計(jì)算比較簡(jiǎn)便的方程求解。（具

體方程介紹見書）

的規(guī)定不是唯一的

（1）可凝組分的基準(zhǔn)態(tài)逸度

活度系數(shù)的基準(zhǔn)態(tài)是指活度系數(shù)等于1時(shí)的狀態(tài)，對(duì)于可凝組分常選取純

組分在系統(tǒng)T、P為基準(zhǔn)態(tài)

即取=1時(shí)純組分的逸度作為基準(zhǔn)逸度?；蛘f：為在系統(tǒng)T、P下液相

中純組分的逸度。即基準(zhǔn)態(tài)為與系統(tǒng)具有相同T、相同P和同一相態(tài)的純i組分

（上結(jié)論在萃取精儲(chǔ)和共沸精儲(chǔ)中很重要）O

表示純組分i在一定T和蒸汽壓下的逸度系數(shù)，貝!|：

上式中為在系統(tǒng)溫度壓力下純組分i的逸度，是純組分i在體系T、壓力為

i在體系溫度下的飽和蒸氣壓的逸度系數(shù)，校正處于飽和蒸汽下的蒸汽對(duì)理想氣

體的偏差，指數(shù)項(xiàng)（普瓦廷Poynting因子）是校正壓力偏離飽和蒸汽壓的影響。

（1）不凝性組分的基準(zhǔn)逸度

采用xi—0時(shí)，-1（2-22）

當(dāng)組分i的摩爾分?jǐn)?shù)變?yōu)闊o窮小時(shí)仁1,組分i的逸度等于基準(zhǔn)態(tài)逸度乘

以組分i的摩爾分?jǐn)?shù)。該基準(zhǔn)態(tài)下組分i的逸度等于在系統(tǒng)T、P估算出來的

亨利常數(shù)。

對(duì)于由一個(gè)溶質(zhì)（不凝組分）和一個(gè)溶劑（可凝組分）構(gòu)成的二元溶液：溶劑

按Xifl.O,=1選取基準(zhǔn)態(tài)（依據(jù)拉烏爾定律），

溶質(zhì)按Xi-O,-1選取基準(zhǔn)態(tài)（依據(jù)亨利定律）。

當(dāng)兩側(cè)基準(zhǔn)態(tài)不同時(shí)，稱為不對(duì)稱型基準(zhǔn)態(tài)。

1.液相活度系數(shù)

與的關(guān)系。（為過剩自由培）

由上述原理推出的常用的求的公式有：

（1）Margules單參數(shù)方程

(1)VanLaur方程(兩參數(shù))

活度系數(shù)方程

A12、A21為模型參數(shù)，需由實(shí)測(cè)平衡數(shù)據(jù)推算得到。

(1)Margules二參數(shù)方程

活度系數(shù)方程

活度系數(shù)方程。二元物系

為威爾遜參數(shù)，為組分i和組分j之間的二元相互作用能量參數(shù)，

J/mol；

分別純液體i和j的摩爾體積。

特點(diǎn)：

①僅需用二元參數(shù)即可預(yù)見多元系的活度系數(shù)；

②適用范圍廣，對(duì)酮、醇、酸、庸及水、硫、鹵化物的互溶系統(tǒng)均有較高的正

確度；

③基本上與T無關(guān)因此活度系數(shù)方程中包含了T的影響；

④不能預(yù)計(jì)液液平衡時(shí)的活度系數(shù)。

(1)NRTL(有規(guī)雙液)方程

由上述原理推出的常用的求的公式有：

(1)Margules單參數(shù)方程

(1)VanLaur方程(兩參數(shù))

活度系數(shù)方程

A12、A21為模型參數(shù)，需由實(shí)測(cè)平衡數(shù)據(jù)推算得到。

(1)Margules二參數(shù)方程

活度系數(shù)方程

應(yīng)用局部組成概念的活度系數(shù)方程

(1)威爾遜方程

活度系數(shù)方程。二元物系

為威爾遜參數(shù)，為組分i和組分j之間的二元相互作用能量參數(shù)，

J/mol；

分別純液體i和j的摩爾體積。

特點(diǎn)：

①僅需用二元參數(shù)即可預(yù)見多元系的活度系數(shù)；

②適用范圍廣，對(duì)酮、醇、酸、睛及水、硫、鹵化物的互溶系統(tǒng)均有較高的正

確度；

③基本上與T無關(guān)因此活度系數(shù)方程中包含了T的影響；

④不能預(yù)計(jì)液液平衡時(shí)的活度系數(shù)。

(1)NRTL(有規(guī)雙液)方程

活度系數(shù)方程，二元物系

A12、A21為模型參數(shù)，需由實(shí)測(cè)平衡數(shù)據(jù)推算得到。

多元物系

參數(shù)，其中為組分i和組分j之間的二元相互作用能

量參數(shù)；

，其中為模型參數(shù)之一，通常在0.2W.47之間。

(1)UNIQAC(通用化學(xué))方程

活度系數(shù)：

將下標(biāo)1和2對(duì)調(diào)得計(jì)算式。

1.汽相逸度系數(shù)

常用的最簡(jiǎn)便的是維里方程

截取到第二維里系數(shù)，可適用于中低壓系統(tǒng)。

粗略定量(2-30)、(2-31)適用范圍

§2.1.2.3活度系數(shù)法計(jì)算g-1汽液平衡常數(shù)的簡(jiǎn)化形式

①vi——組分i在溫度為T壓力為P時(shí)氣相的逸度系數(shù)。

riv——組分i在溫度為T壓力為P時(shí)氣相的活度系數(shù)

在不同情況下可對(duì)上面通式進(jìn)行簡(jiǎn)化：

汽相為理想氣體，液相為理想溶液

由上式講一下為什么在一定T、P范圍內(nèi)可看為常數(shù)。

2.汽相為理想氣體，液相為非理想溶液

理想氣體,，氣相為理想溶液;溶液為非理想溶液

3.汽相為理想溶液，液相為理想溶液

氣體為理想溶液，，氣相為非理想氣體,;理想溶液

;則

4.汽相為理想溶液，液相為非理想溶液

氣體為理想溶液，，氣相為非理想氣體，；溶液為非理想

溶液

5.汽相為非理想溶液，液相為非理想溶液

氣體為非理想溶液，；氣體為非理想氣體,；溶液為非理

想溶液

2.1.3.3四元系（多元系）

有三種不同類型：

第一類，只有組分1與組分2~4部分互溶，而組分2~4彼此完全互溶。

第二類，只有組分1與組分部分互溶，該兩組分與系統(tǒng)

中其他組分完全互溶，組分3和4也完全互溶。

第三類，只有組分1與組分3和4分別部分互溶，而組分1和2完全互溶，組

分2、3、4彼此完全互溶。

相平衡常數(shù)計(jì)算方法的選擇見“鄧修書P31”（整理之）

第三章多組分多級(jí)分離工程分析與簡(jiǎn)捷計(jì)算

一、學(xué)習(xí)目的與栗求

通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各種常用的分離過程的基本原理、流程及其

簡(jiǎn)捷計(jì)算；了解塔內(nèi)流量、濃度和溫度分布特點(diǎn)。

二、考核知識(shí)點(diǎn)和考核目標(biāo)

（一）設(shè)計(jì)變量（重點(diǎn)）

識(shí)記：設(shè)計(jì)變量、可調(diào)設(shè)計(jì)變量、固定設(shè)計(jì)變量的含義。

（二）設(shè)計(jì)變量的確定（重點(diǎn)）

理解：設(shè)計(jì)變量、可調(diào)設(shè)計(jì)變量、固定設(shè)計(jì)變量的確定分法。

（三）多組分精儲(chǔ)過程分析（重點(diǎn)）

識(shí)記：關(guān)鍵組分、清晰分割和非清晰分割的定義。

應(yīng)用：塔內(nèi)流量、液相濃度和溫度分布特點(diǎn)。

（四）最小回流比（重點(diǎn)）

識(shí)記：分配組分、非分配組分的含義。

理解：分析最小回流比下恒濃區(qū)的部位。

應(yīng)用：用恩德伍德法計(jì)算最小回流比。

（五）最少理論板數(shù)和組分的分配（重點(diǎn)）

識(shí)記：全回流、最少理論板數(shù)的含義及芬斯克公式。

理解：求最少理論板數(shù)的幾種表示形式。

應(yīng)用：確定最少理論板數(shù)及塔頂和塔釜組分的分配。

（六）實(shí)際回流比和理論板數(shù)（重點(diǎn)）

應(yīng)用：實(shí)際回流比、理論板數(shù)、適宜進(jìn)料位置的確定。

（七）萃取精像的原理（重點(diǎn)）

識(shí)記：萃取精儲(chǔ)、共沸精鐳和特精儲(chǔ)的含義。

（八）萃取精像的流程特點(diǎn)（次重點(diǎn)）

識(shí)記：萃取精儲(chǔ)的流程特點(diǎn)。

（九）萃取精播溶劑作用原理和溶劑的選擇（重點(diǎn)）

理解：溶劑作用原理；溶劑選擇原則。

（+）萃取精播過程分析（重點(diǎn)）

理解：分析萃取精儲(chǔ)過程特點(diǎn)。

（十一）共沸精播的原理與萃取精饋原理的區(qū)別。（重點(diǎn)）

識(shí)記：共沸精儲(chǔ)的原理與萃取精儲(chǔ)原理的區(qū)別

（十二）共沸物的特征與共沸組成的計(jì)算（重點(diǎn)）

識(shí)記：均相共沸物和非均相共沸物的特征。

理解：共沸組成的計(jì)算方法。

（十三）共沸劑的選擇（重點(diǎn)）

理解：共沸劑的選擇原則及加入量的分析。

（十四）分離共沸物的雙壓精偏過程。（重點(diǎn)）

應(yīng)用：分離共沸物的雙壓精情過程分析。

（十五）二元非均相共沸精用。

應(yīng)用：二元非均相共沸精儲(chǔ)用圖解法計(jì)算理論板數(shù)。

（十六）吸收和蒸出過程的流程（次重點(diǎn)）

識(shí)記：吸收和蒸出過程的流程特點(diǎn)。

（十七）多組分吸收和蒸出過程分析（重點(diǎn)）

識(shí)記：簡(jiǎn)單分析吸收和蒸出過程設(shè)計(jì)變量和關(guān)鍵組分。

理解：簡(jiǎn)單分析吸收塔內(nèi)單向傳質(zhì)和濃度分布；吸收和蒸出過程的熱效應(yīng)。

（十八）多組分吸收和蒸出的簡(jiǎn)捷計(jì)算法（重點(diǎn)）

識(shí)記：吸收因子和蒸出因子、平均吸收因子和平均蒸出因子、吸收率和蒸

出率的含義。

應(yīng)用：多組分吸收和多組分蒸出的簡(jiǎn)捷計(jì)算法。

§3.1設(shè)計(jì)變量

精像和吸收中，若要得到確定的N,需確定哪些參數(shù)？

對(duì)一個(gè)二元精儲(chǔ)系統(tǒng)（常規(guī)塔）設(shè)計(jì)中，進(jìn)料組成，T、P定，再定輕（或

重）組分的xD,xw（或知回收率）即可由R、回流狀態(tài)和適宜進(jìn)料位置求出N

或由N、回流狀態(tài)和適宜進(jìn)料位置求R。為什么？

單組分吸收過程，在一定T和P下已知原料氣和吸收的計(jì)量和組成，可由

溶質(zhì)的吸收率求出此條件下的NOG。為什么？

電算中，經(jīng)常要給變量賦值，為什么，給幾個(gè)變量賦值，是否可任意定？

在分離過程中，通常要給一些變量賦值，才能完成要求的設(shè)計(jì)。賦值的變量多

佳還是少優(yōu)？解方程組時(shí)，什么條件下得唯一解（獨(dú)立方程式數(shù)目=未知數(shù)的數(shù)

目），矛盾解（獨(dú)立方程式數(shù)目》未知數(shù)的數(shù)目），無唯一解（獨(dú)立方程式數(shù)目

〈未知數(shù)的數(shù)目）？

I設(shè)計(jì)變量I——計(jì)算前，必須由設(shè)計(jì)者賦值的變量。

若賦值的變量數(shù)太少，設(shè)計(jì)不會(huì)有結(jié)果（多組解），若賦值的變量過多，設(shè)計(jì)

也無法進(jìn)行（矛盾解）。因此，設(shè)計(jì)第一步工作不是選擇變量的具體值，而是

確定設(shè)計(jì)變量的數(shù)目。即討論確定設(shè)計(jì)變量的方法。

Nv一一描述系統(tǒng)的獨(dú)立變量數(shù)；

Nc-系統(tǒng)變量數(shù)間的約束關(guān)系數(shù)；

Ni——設(shè)計(jì)變量數(shù)。

Ni=Nv-Nc（3-1）

（1）獨(dú)立變量數(shù)Nv

Nv=f+]=c-n|+2+]=c_]+2+]=c+2。

（-i）（-i）

c+2個(gè)變量：物料組成X”x2...xc（或y2...yc）;物料流率L（V）；

溫度T；壓力P。

對(duì)一個(gè)達(dá)到相平衡的多相物流物流獨(dú)立變量數(shù)為多少？

c+2個(gè)變量:物料組成為,X2?…??X（C-1）（或y”y2—???y（c-1））；物料流率L（V）；

溫度T；壓力P。

2）當(dāng)系統(tǒng)與外界有能量交換時(shí)，沖還應(yīng)加上描述能量交換的變量數(shù)。

則系統(tǒng)的Nk系統(tǒng)各物流的獨(dú)立變量數(shù)+描述能量交換的變量數(shù)

NV=S（C+2）+能量交換變量數(shù)

（2）約束關(guān)系數(shù)4的確定

約束關(guān)系包括：

1）物料衡算式數(shù)目等于組分?jǐn)?shù)c

1）能量衡算式每個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)

2）相平衡式有c（n—l）個(gè)

3)化學(xué)平衡式分離過程一般不考慮

4）內(nèi)在關(guān)系式指約定關(guān)系，如物流間溫差、壓差……

如平衡的兩相的物流，多了一相組成、流率、溫度和壓力計(jì)C+2個(gè)變量但

也多了C各型平衡關(guān)系，和T、P相等計(jì)C+2個(gè)約束關(guān)系：f=c-Ji+2=c-2+2=Co

再加上各相物料的流率2,Nv仍為c+2。Nv=f+2=C+2o對(duì)于多相物流N,=f+r=

C+2

化工裝置往往很復(fù)雜，討論其Nv、4和N,很麻煩，為此確定一個(gè)裝置的設(shè)計(jì)變

量常用基本原則是將一個(gè)裝置分解為若干進(jìn)行簡(jiǎn)單過程的單元，由每一個(gè)單元

的獨(dú)立變量數(shù)求出每個(gè)單元的設(shè)計(jì)變量數(shù)，然后由單元設(shè)計(jì)變量數(shù)計(jì)算

裝置的設(shè)計(jì)變量數(shù)。

該法適用于連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)過程，流動(dòng)的動(dòng)能和位能可忽略，與外界交換的機(jī)械

能只限于軸功，且過程無化學(xué)反應(yīng)，所用平衡級(jí)是串聯(lián)的。

§單元設(shè)計(jì)變量

分離過程主要單元15個(gè)，（P56表3-1）

3.1.1.1分配器

絕熱操作下的分配器

單元獨(dú)立變量數(shù)：每個(gè)物流的獨(dú)立變量數(shù)Nv=c+2,三個(gè)物流，

單元約束關(guān)系：

物料衡算式C個(gè)（等于組分?jǐn)?shù)）

能量平衡式1個(gè)

相平衡式c（n-1）=c（1-1）=0

化學(xué)平衡式0個(gè)

內(nèi)在約束關(guān)系式兩物流T、P相同2個(gè)（Pi=P2,TI=T2）

兩物流組成相同Xi,l=Xi,2（C-1）個(gè)

（進(jìn)料c+2個(gè)，系統(tǒng)壓力1個(gè)）

，可以是L1/F或L2/F或L1/L2。

§?2產(chǎn)物為兩相的全凝器（出料為平衡的兩液相）

能量衡算式1個(gè)

相平衡式C個(gè)

§.3絕熱操作的單元平衡級(jí)

固定設(shè)計(jì)變量：=+5（進(jìn)料2（c+2）個(gè)，單元壓力1個(gè)）

可調(diào)設(shè)計(jì)變量：=-=0個(gè)。

§.4有側(cè)線出料的單元平衡級(jí)

單元約束關(guān)系

相平衡關(guān)系式c個(gè)

物料衡算式c個(gè)

能量衡算式1個(gè)

§.5有進(jìn)料和側(cè)線有熱量進(jìn)出的單元平衡級(jí)

單元約束關(guān)系

注意：c為物流組分?jǐn)?shù)，當(dāng)各股物流的組分?jǐn)?shù)不同時(shí)，求各物流的獨(dú)立變量數(shù)

應(yīng)代入各物流相應(yīng)的組分?jǐn)?shù)c值。

§裝置設(shè)計(jì)變量

§.1裝置設(shè)計(jì)變量

一個(gè)裝置的設(shè)計(jì)變量應(yīng)為組成裝置的若干單元的設(shè)計(jì)變量之和。

但若裝置中某一種單元以串聯(lián)形式被重復(fù)使用時(shí)（如吸收、精館中），則應(yīng)增

加一個(gè)變量數(shù)以區(qū)別于與其他單元相連接的情況。這一表示重復(fù)使用的變量數(shù)

稱為重復(fù)變量數(shù)，為同一種單元被串聯(lián)使用的次數(shù)。（注意是串級(jí)的數(shù)目，

而非被串聯(lián)使用的單元數(shù)目。

由于單元間是由物流相連的，在裝置中相互直接相連的單元之間必有一股或

幾股物流，是從一單元進(jìn)入另一單元的，則在連接單元之間有了新的約束關(guān)系

以表示，，N為連接單元之間物流的數(shù)目。則有：

§,2簡(jiǎn)單吸收塔的設(shè)計(jì)變量

對(duì)于圖3-1所示的簡(jiǎn)單吸收過程（P57）

（1）N個(gè)絕熱操作的簡(jiǎn)單平衡級(jí)

（2）串聯(lián)而成，每一級(jí)設(shè)計(jì)變量數(shù)

（兩股進(jìn)料，再加一個(gè)壓力）

（2）重復(fù)變量數(shù)（僅一種單元串聯(lián)使用）

（3）串級(jí)單元間物流的約束關(guān)系數(shù)

所以

其中

可調(diào)設(shè)計(jì)變量：

其可為理論級(jí)數(shù)，也可為溶質(zhì)中關(guān)鍵組分被吸收的完全程度。

查表3-1的簡(jiǎn)單平衡級(jí)

為裝置各進(jìn)料物流的變量數(shù)加上裝置不同壓力數(shù)目。

,可為N或尾氣中關(guān)鍵組分低濃度，吸收液中關(guān)鍵組分的濃度……

§.3精儲(chǔ)塔（常規(guī)塔）的設(shè)計(jì)變量（P57圖3-2）

全塔6個(gè)單元，包括兩個(gè)串級(jí)單元，各單元設(shè)計(jì)變量數(shù)見下表:

序號(hào)單元

1全凝器c+4C+31

2回流分配器c+4C+31

3N-（M+1）板平+(N-M+1)+5+(N-M+1)+41

衡級(jí)

4進(jìn)料級(jí)+7+70

5（M-1）平衡級(jí)+(M+1)+5+(M+1)+41

6再沸器c+4C+31

串級(jí)1：

串級(jí)2：

由于單元間物流數(shù)為9,所以

所以

其中（進(jìn)料物流c+2個(gè)，N級(jí)壓力，全凝器,分配器

壓力）

可調(diào)設(shè)計(jì)變量：

可調(diào)設(shè)計(jì)變量可為:回流狀態(tài)，理論板數(shù)，進(jìn)料位置，D流率和R（也可為其他

賦值變量，但不能是固定設(shè)計(jì)變量，也不能出現(xiàn)矛盾）

總上可知，系統(tǒng)可調(diào)設(shè)計(jì)變量為各單元可調(diào)設(shè)計(jì)變量之和再加上系統(tǒng)的串

級(jí)數(shù)。而固定設(shè)計(jì)變量只與進(jìn)料物流和系統(tǒng)壓力等級(jí)數(shù)有關(guān)。

§.4確定、、的方法

確定方法及步驟為：

（1）按每一單相物流有c+2個(gè)變量，計(jì)算所有進(jìn)料的固定

設(shè)計(jì)變量數(shù)；

（1）確定系統(tǒng)所具有的不同的壓力級(jí)數(shù)（當(dāng)忽略過程壓降

時(shí)當(dāng)如何）；

（2）以上兩項(xiàng)之和即為系統(tǒng)的固定設(shè)計(jì)變量數(shù)；

（3）將系統(tǒng)的串級(jí)單元的數(shù)目、分配器數(shù)目、側(cè)線采出單

元數(shù)目和傳熱單元數(shù)目加和即為系統(tǒng)可調(diào)設(shè)計(jì)變量數(shù)。

例用上法求圖3-3（P58）所示精僧塔的

解：：進(jìn)料變量數(shù)c+2,壓力等級(jí)數(shù)1個(gè)（壓降忽略）,

：串級(jí)單元數(shù)3個(gè)（注意每增加一股側(cè)線采出或加料時(shí)串級(jí)數(shù)增加一個(gè)）；分

配器個(gè)數(shù)為1;側(cè)線采出單元數(shù)1個(gè)；傳熱單元數(shù)2個(gè)；所以

同樣方法求圖3-1、3-2的、

例題：有一吸收裝置處理含CO2原料氣，假設(shè)進(jìn)料中有c個(gè)組分，其操作條件

如圖所示，試確定裝置的、、。并指出設(shè)計(jì)變量可能的選擇。

解：（1）裝置的固定設(shè)計(jì)變量數(shù)

壓力等級(jí)數(shù)2,一股原料氣進(jìn)料c+2,水蒸氣進(jìn)料1+2=3,

（2）可調(diào)設(shè)計(jì)變量數(shù)

串級(jí)單元數(shù)2,側(cè)線采出數(shù)0,分配器數(shù)0,傳熱單元數(shù)3。

所以

（3）固定設(shè)計(jì)變量選擇：吸收塔壓力PA,蒸出塔壓力PB,原料氣流率、T、P

和組成（c-1個(gè)）；水蒸氣流率、T和P。

（4）可調(diào)設(shè)計(jì)變量選擇

1）吸收塔NA;蒸出塔NB;每個(gè)換熱器出口溫度。

2）離開吸收塔的尾氣中CO2的濃度；離開蒸出塔的CO2的濃

度；三個(gè)換熱器的換熱面積。

3）吸收塔NA蒸出塔NB,尾氣中CO2濃度，離開蒸出塔氣體

中CO2濃度，進(jìn)吸收塔吸收劑的濃度。

4）.......

注意選擇中，固定不容易選錯(cuò)，選時(shí)一是不要把屬于的變量選上，再

是選擇變量不要出現(xiàn)矛盾。

例附圖為熱耦合精儲(chǔ)塔系統(tǒng)，進(jìn)料為三組分混合物，采出三個(gè)產(chǎn)品。試確定該

系統(tǒng)：（1）設(shè)計(jì)變量數(shù)；2）指定一組合理的設(shè)計(jì)變量

解：（1）裝置的固定設(shè)計(jì)變量數(shù)

壓力等級(jí)數(shù)N+M+L一股原料進(jìn)料c+2,

（2）可調(diào)設(shè)計(jì)變量數(shù)

串級(jí)單元數(shù)2+4,側(cè)線采出數(shù)1,分配器數(shù)1,傳熱單元數(shù)2。

所以

（3）固定設(shè)計(jì)變量選擇：原料氣流率、T、P和組成（2個(gè)）；各個(gè)理論級(jí)及全

凝器（含分配器，認(rèn)為兩者為同一壓力）的壓力。

（4）可調(diào)設(shè)計(jì)變量選擇

回流比、回流狀態(tài)、六個(gè)串級(jí)的平衡級(jí)數(shù)、D和側(cè)線流率。

第五章分離設(shè)備的處理能力和效率

一、學(xué)習(xí)目的與要求

通過本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能簡(jiǎn)單分析并基本了解強(qiáng)化分離操作的途徑。

二、考核知識(shí)點(diǎn)與考核目標(biāo).

（一）氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力的影響因素（一般）

識(shí)記：影響氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力的主要因素。

（二）氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因素（重點(diǎn)）

理解：氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的幾種表示方法及其影響板效率的主要因素。

5.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率

5.1.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力的影響因素

氣液傳質(zhì)設(shè)備有板式塔和填料塔兩類。

影響氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力的因素有：

1、液泛

板式塔：，處理能力增加。規(guī)整填料處理能力大于

亂堆填料。

真空操作設(shè)備的往往成為限制生產(chǎn)能力的主要原因，還影響降液

管內(nèi)液位高度，3液位高度t,以造成液泛。

4、停留時(shí)間

停留時(shí)間與生產(chǎn)能力成反比，精僧中，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間一般為3?

5秒。

1、效率的表示方法

（1）全塔效率以（總板效率，塔效率）

——為完成給定分離任務(wù)所需要的理論塔板數(shù)（N）與實(shí)際塔板數(shù)（其尸之比。

ET的特點(diǎn)是容易測(cè)定和使用

（2）默弗里（Murphree）板效率

假定板間氣相完全混合，氣相以活塞流垂直通過液層，板上液體完全混合,

氣組成等于離開該板降液管的液體組成。

默弗里板效率一一實(shí)際板上濃度變化與平衡時(shí)應(yīng)達(dá)到的濃度變化之比。

一一氣相濃度表示的默弗里板效率。

與成平衡的氣相摩爾分率.

液相濃度表示的默弗里板效率

一一液相濃度表示的默弗里板效率。

---與成平衡的液相摩爾分率。

一般豐O

(3)點(diǎn)效率

板上氣液兩相錯(cuò)流，假定液體在垂直方向上完全混合。

(5—4)

一一i組分在該板j處的點(diǎn)效率。若氣液兩相完全混合，

則=O

---與成平衡的氣相摩爾分率。

(4)等板高度(HETP)

對(duì)于填料塔，為相當(dāng)于一塊理論板所需的填料高度(從此段填料上方離開填料

上升的蒸汽和離開此段填料下降的液體互成平衡)o

HETP=Z/N(5-5)

對(duì)于板式塔

(5)傳質(zhì)單元高度(HTU)

(HTU)HTU表示填料塔的傳質(zhì)效率，定義為：

式中:---氣相總傳質(zhì)單元高度,m；

V---氣相流率,mol/h；

2

KG---組分的氣相總傳質(zhì)系數(shù)，mol/mh；

a---填料的有效比表面積m2/m3；

A——塔的橫截面積n?。

2、影響效率的因素

(1)傳質(zhì)速率

參見右圖，設(shè)單位塔截面上汽相摩

爾流率為G,經(jīng)截面為dA的液層通量為GdA,該處板上液層高度為Z,氣液

兩相傳質(zhì)比表面積為am2/m3,氣相傳質(zhì)總系數(shù)為Ky。則組分i的傳質(zhì)量為：

(5—6)

對(duì)(5-6)式沿液層高度積分：

則(5-8)

由(5-8)知：G一定,□因此塔板上液層愈厚，氣

泡愈分散，表面湍動(dòng)程度愈高，點(diǎn)效率愈高。

由雙膜理論:

(5-9)

L、V一一分別為液氣相流率，m為汽液平衡常數(shù)。

有許多書上給出NG、NL求取的經(jīng)驗(yàn)式。

（2）流型和混合效應(yīng)

液體流經(jīng)塔板時(shí)，與氣體產(chǎn)生密切接觸，混合情況十分復(fù)雜，板上任一點(diǎn)的液

體會(huì)在三個(gè)垂直方向上發(fā)生混合。沿液流方向上的混合稱為縱向混合；在塔板

平面上與液流垂直的混合稱為橫向混合；垂直于塔板液面，沿氣流方向的混合。

這些混合將影響板效率。

描述流型對(duì)效率影響的數(shù)學(xué)模型：

1）板上液體完全混合

板上各點(diǎn)液相組成均相同，并等于該板出口溢流液的組成，即，

若進(jìn)入板的氣相組成是均一的，則有：。

省略下標(biāo)i,（5-14）

此時(shí)，塔板上摩弗里板效率等于點(diǎn)效率。

2）液體完全不混合（活塞流）且停留時(shí)間相同

可推導(dǎo)出默弗里板效率和點(diǎn)效率間關(guān)系式

液體混合作用的減弱使默弗里板效率增大。

3）液體部分混合

縱向混合（與板上液流總方向平行方向

上的液體混合）將使下降；橫向混合（與板上液流總方向垂直方向上

的液體混合）將使上升。不完全混合使得。

總之：不均勻流動(dòng)，尤其是環(huán)流會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生不利影響；

橫向混合能消弱液相不均流動(dòng)的不利影響；塔徑加大，縱向不完全混合有利影

響減弱，不均勻流動(dòng)則趨于加強(qiáng)。

（3）霧沫夾帶

霧沫夾帶為級(jí)間混合，降低分離設(shè)備的分離效果，板效率下降。Colburn（可

爾本)1936年推導(dǎo)出下關(guān)系:

(5-20)

---有霧沫夾帶下的板效率。

e——單位氣體流率的霧沫夾帶量。

此外，漏液和氣體被液體夾帶也會(huì)使板效率降低。

(4)物性的影響

1)液體粘度

液體粘度大，產(chǎn)生氣泡大，相界面小，兩相接觸差，且液相擴(kuò)散系數(shù)小，效

率低。

由于精儲(chǔ)溫度一般較吸收溫度高，液體粘度小，故精儲(chǔ)塔效率高于吸收塔。

2)密度梯度

當(dāng)易揮發(fā)組分的大于難揮發(fā)組分的時(shí)，能形成混合旋流，可提高液相傳質(zhì)

系數(shù)。

3)表面張力和表面張力梯度

a)表面張力對(duì)效率的影響

泡沫狀態(tài)時(shí)，對(duì)效率的影響很??；噴射狀態(tài)時(shí)，I,效率有所提高。

b)表面張力梯度的影響

對(duì)于正系統(tǒng)：輕組分〈重組分，＜0,在泡沫狀態(tài)操作更好。因?yàn)檫@時(shí)正

系統(tǒng)泡沫穩(wěn)定性好，不易破裂而造成氣泡合并，傳質(zhì)面積大有利于效率提高。

對(duì)于負(fù)系統(tǒng)，輕組分＞重組分，＞0,在噴射狀態(tài)操作更好。因?yàn)檫@時(shí)液

滴不穩(wěn)定，易斷裂破碎成更細(xì)的液滴，傳質(zhì)面積大，有利于效率提高。

泡沫狀態(tài)：板式塔在較低氣速下操作，氣相為分散相，液相為連續(xù)相，氣

泡界面為傳質(zhì)界面。

噴射狀態(tài)：板式塔在較高氣速下操作，液相為分散相，氣相為連續(xù)相，液

滴群表面為傳質(zhì)界面。

4)相對(duì)揮發(fā)度的影響

相對(duì)揮發(fā)度大，效率低。

由完成一定分離要求的理論板數(shù)求實(shí)際板數(shù)需要板效率數(shù)據(jù)。獲取方法有三種:

A、從工業(yè)塔數(shù)據(jù)歸納出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式；

B、依賴傳質(zhì)速率的半理論模型；

C、從實(shí)驗(yàn)裝置或中間工廠直接得到數(shù)據(jù)。

1、板式塔

（1）經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式

1）奧康奈爾法（法）

也可由關(guān)聯(lián)圖求板效率。

2）Lockhart和Legget同時(shí)關(guān)聯(lián)精儲(chǔ)塔和吸收塔數(shù)據(jù)，奧康奈爾法關(guān)

聯(lián)圖類似的圖。

（1）半理論模型

1）AIChE法

基于雙膜理論提出的計(jì)算方法。見P158圖5-80

2）Zuiderweg法

適用于篩板塔的默弗里板效率的計(jì)算。具體內(nèi)容見（劉家祺新教材）。

（1）由實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)確定板效率

當(dāng)無欲分離物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，尤其對(duì)于高度非理想溶液或可能形成共沸

物的情況，達(dá)到分離程度所需的塔板數(shù)最好通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。使用稱為

Oldershaw塔的玻璃或金屬篩板塔，塔徑25—50毫米，

篩孔1毫米，開孔率10%左右。塔板數(shù)任意。在20?1140千帕