化工原理基本概念和原理.doc

化工原理基本概念和原理 蒸 馏––––基本概念和基本原理 利用各组分挥发度不同将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸馏。这种分离操作是通过液相和气相之间的质量传递过程来实现的。 对于均相物系，必须造成一个两相物系才能将均相混合物分离。蒸馏操作采用改变状态参数的办法（如加热和冷却）使混合物系内部产生出第二个物相（气相）；吸收操作中则采用从外界引入另一相物质（吸收剂）的办法形成两相系统。 两组分溶液的气液平衡 拉乌尔定律 理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律： pA=pA0xA pB=pB0xB=pB0（1—xA） 根据道尔顿分压定律：pA=PyA 而P=pA+pB 则两组分理想物系的气液相平衡关系： xA=（P—pB0）/（pA0—pB0）———泡点方程 yA=pA0xA/P———露点方程 对于任一理想溶液，利用一定温度下纯组分饱和蒸汽压数据可求得平衡的气液相组成；反之，已知一相组成，可求得与之平衡的另一相组成和温度（试差法）。 用相对挥发度表示气液平衡关系 溶液中各组分的挥发度v可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率来表示，即 vA=pA/xA vB=pB/xB 溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比为相对挥发度。其表达式有： α=vA/vB=（pA/xA）/（pB/xB）=yAxB/yBxA 对于理想溶液： α=pA0/pB0 气液平衡方程：y=αx/[1+（α—1）x] Α值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。α愈大，挥发度差异愈大，分离愈易；α=1时不能用普通精馏方法分离。 气液平衡相图 温度—组成（t-x-y）图 该图由饱和蒸汽线（露点线）、——回流比 上式表示在一定操作条件下，精馏段内自任意第n层板下降的液相组成xn与其相邻的下一层板（第n+1层板）上升蒸汽相组成yn+1之间的关系。在x—y坐标上为直线，斜率为R/R+1，截距为xD/R+1。 提馏段物料衡算和操作线方程 总物料衡算： L`=V`+W 易挥发组分： L`xm` =V`ym+1`+WxW 操作线方程： ym+1`=（L`/V`）xm`—（W/V`）xW 上式表示在一定操作条件下，提馏段内自任意第m层板下降的液相组成xm`与其相邻的下一层板（第m+1层板）上升蒸汽相组成ym+1`之间的关系。L`除与L有关外，还受进料量和进料热状况的影响。 进料热状况参数 实际操作中，加入精馏塔的原料液可能有五种热状况：（1）温度低于泡点的冷液体；（2）泡点下的饱和液体；（3）温度介于泡点和露点的气液混合物；（4）露点下的饱和蒸汽；（5）温度高于露点的过热蒸汽。 不同进料热状况下的q值 进料热状况 冷液体 饱和液体 气液混合物 饱和蒸汽 过热蒸汽 q值 1 1 0~1 0 0 对于饱和液体、.1~2）Rmin 精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减少，同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增加，塔顶冷凝器中冷却介质消耗量增加，操作费用相应增加，所需塔径增大。 精馏操作时，若F、D、x、q、R、n-1,n,n+1块理论板，yn+1yn，tn-1tn，ynxn-1。 精馏塔中第n-1,n,n+1块实际板，xn*xn，yn*yn。 如板式塔设计不合理或操作不当，可能产生液泛、、、、、吸 收––––基本概念和基本原理 利用各组分溶解度不同而分离气体混合物的单元操作称为吸收。混合气体中能够溶解的组分称为吸收质或溶质（A）；不被吸收的组分称为惰性组分或载体（B）；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂（S）；吸收所得溶液为吸收液（S+A）；吸收塔排出的气体为吸收尾气。 当气相中溶质的的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质从气相向液相转移，发生吸收过程；反之当气相中溶质的的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质从液相向气相转移，发生脱吸（解吸）过程。 气–液相平衡–––––––传质方向与传质极限 平衡状态下气相中溶质分压称为平衡分压或饱和分压，液相中的溶质浓度称为平衡浓度或饱和浓度––––––溶解度。 对于同一种溶质，溶解度随温度的升高而减小，加压和降温对吸收操作有利，升温和减压有利于脱吸操作。 亨利定律： p*=Ex––––E为亨利系数，单位为压强单位，随温度升高而增大，难溶气体 （稀溶液） E很大，易溶气体E很小。对理想溶液E为吸收质的饱和蒸气压。 p*=c/H–––H为溶解度系数，单位：kmol/(kN·m)，H=ρ/(EMs)，随温度升高 而减小，难溶气体H很小，易溶气体H很大。 y*=mx–––