天津大学化工传质与分离过程贾绍义柴诚敬化学工业出版ppt课件

1、化工传质与分别过程第一部分 蒸馏1.1概述混合物的分别均相混合物：气均相混合物：气-气、液气、液-液、固液、固-固三类；均相混合物普固三类；均相混合物普通用传质过程单元操作处理。通用传质过程单元操作处理。净化原料、纯化产物净化原料、纯化产物混合物分别为单一产物混合物分别为单一产物非均相混合物：气非均相混合物：气-液、气液、气-固、液固、液-气、液气、液-液、液液、液-固、固固、固-固等；非均相混合物普通可用沉降、过滤等手段分别。固等；非均相混合物普通可用沉降、过滤等手段分别。第一部分 蒸馏1.1概述传质过程以及单元操作1. 传质过程：物质借助分散作用由一相转移到另一相的过程称为传质过程传质过程

2、：物质借助分散作用由一相转移到另一相的过程称为传质过程单元操作单元操作适用体系适用体系传质方向传质方向1吸收吸收气体混合物氨气体混合物氨-空气分别体系空气分别体系气气液液2解吸解吸液体混合物吸收逆过程液体混合物吸收逆过程液液气气3蒸馏蒸馏液体混合物苯液体混合物苯-甲苯分别体系甲苯分别体系气气液液4萃取萃取液体混合物有机物溶解分别液体混合物有机物溶解分别液液液液5结晶结晶液体混合物水溶液结晶分别液体混合物水溶液结晶分别液液固固6吸附吸附气体混合物、液体混合物气体混合物、液体混合物气气固固液液固固7浸取浸取固体混合物固体混合物中药有效成分的分别中药有效成分的分别固固液液8离子交换离子交换液体混合物

3、水的软化液体混合物水的软化液液固固2.单元操作单元操作:第一部分 蒸馏1.1概述本部分主要内容n蒸馏的根本原理n蒸馏方法、根本实际描画蒸馏过程n精馏塔设计和实践精馏过程的分析诊断n液体气体混合物，n挥发度，n易挥发低沸点、轻组分组分，n难挥发高沸点、重组分组分第一部分 蒸馏1.1概述蒸馏分类n按操作原理n间歇： 小规模 非定态n延续： 大规模 定态n按蒸馏方式n平衡蒸馏和简单蒸馏： 组分挥发度差别大，分别要求低n精馏： 组分挥发度差别不大，分别要求高n特殊精馏：组分挥发度差别很小，或恒沸点萃取精馏、恒沸精馏n按混合物重组分数n双组分n多组分双组分延续精馏的原理与计算第一部分 蒸馏1.1概述研讨

4、根本方法n相平衡、物料衡算和热量衡算n相平衡关系、操作线方程、热焓方程q线n实际塔板数，浓度、温度分布，产量第一部分 蒸馏1.2两组分溶液的气液平衡气液相平衡 体系分类气液平衡的自在度:T、P2FC相数理想体系理想气体理想溶液n动态平衡n气液两相组成关系 相平衡关系为组分数C第一部分 蒸馏1.2.1两组分理想体系的气液平衡1.相平衡常数法3.气液平衡相图 t-x-y图 x-y图2.相对挥发度法AKAAyxA KoApP其中11AAAAyxyx1 (1)xyx或00ABpp其中第一部分 蒸馏1.2.2 两组分非理想体系的气液平衡非理想溶液00,AAAABBBBpp xpp x理想气体AApPy0

5、AAAAp xyP相图0()AAApxPAAK x第一部分 蒸馏1.2.1 1.相平衡常数法理想气体0AAApp x00(1)BBBBApp xpxBAPpp理想溶液000BAABPpxpp0AAAApp xyPPAKAAyx令0000ABAABpPpyP ppA KoApP则0lgpBtCA-第一部分 蒸馏1.2.1 2.相对挥发度法挥发度,ABABABppvvxx相对挥发度理想溶液00,AABBvpvpABvv/AABBpxpx理想溶液00ABpp/AABBPyxPyxABBAyxyx11AAAAyxyx1 (1)xyx第一部分 蒸馏1.2.1 3.相平衡t-x-y图n两条线：露点饱和蒸气

6、线，泡点饱和液体线n三个相：液相区，气液共存区，过热蒸气区n平衡的气液相：气相浓度液相浓度易挥发组分n同一组成：露点温度泡点温度n压力变化，t-x-y相平衡图变化第一部分 蒸馏1.2.1 3.相平衡x-y图n一定压力下n对角线x=y作参考nx-y在对角线上方易挥发组分在气相中含量比在液相中大n平衡线越偏离对角线，体系越易分别第一部分 蒸馏回想1.相平衡常数法3.气液平衡相图 t-x-y图 x-y图2.相对挥发度法AKAAyxA KoApP其中11AAAAyxyx1 (1)xyx或00ABpp其中两组分理想体系的气液平衡两组分理想体系的气液平衡第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏平衡

7、蒸馏流程平衡蒸馏流程减压使液体混合物部分汽化减压使液体混合物部分汽化加热器，节流阀，闪蒸塔加热器，节流阀，闪蒸塔平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理F，xF，t，P1混合物混合物F，xF ，T，P2混合物混合物te，P， D，y，W，x气液两相气液两相加热加热节流节流平衡蒸馏特点平衡蒸馏特点一次平衡，可间歇，可延续一次平衡，可间歇，可延续第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏平衡蒸馏计算v 物料衡算物料衡算v 热量衡算热量衡算v 气液平衡关系气液平衡关系11Fxqyxqq1)erTtqq加热器终温：+（1 (1)xyx( )etf x平衡温度：x-yt-x-yq，xFx，ytev 例例1-2第一部分 蒸馏1.3

8、 平衡蒸馏和简单蒸馏简单蒸馏 简单蒸馏流程简单蒸馏流程随蒸馏进展，随蒸馏进展，x下降，下降，y下降，下降，t添加添加 简单蒸馏特点简单蒸馏特点微分蒸馏，非定态，用于初步分别微分蒸馏，非定态，用于初步分别 简单蒸馏计算简单蒸馏计算微分计算：微分计算： 物料平衡物料平衡 气液平衡气液平衡 例例1-3，P13第一部分 蒸馏1.4精馏原理一xWxWyDyDxFxFt t3 32 21 1112233多次部分汽化和部分冷凝可分别得到较纯的轻重组分多次部分汽化和部分冷凝可分别得到较纯的轻重组分F,xFF,xFD,yDD,yDW,xWW,xW反复单级操作，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低反复单级操作

9、，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低第一部分 蒸馏1.4精馏原理二多次部分汽化和冷凝结合操作多次部分汽化和冷凝结合操作精馏塔精馏塔xWxWyDyDxFxFt t11331 12 23 3D,yDD,yDF,xFF,xFW,xWW,xW22精馏原理D,yDD,yDF,xFF,xFW,xWW,xW第一部分 蒸馏1.4精馏原理三n下一层板下一层板n+1上升蒸气：上升蒸气：Vn+1，yn+1， tn+1n上一层板上一层板n-1下降的液体：下降的液体：Ln-1,xn-1 ，tn-1v 第第n块板的情况块板的情况 进入物流预备接触的两相进入物流预备接触的两相 分开物流分开物流n第第n板上升蒸气：板上

10、升蒸气：Vn，yn，tnn第第n板下降液体：板下降液体：Ln，,xn ，tntn+1tn-1：传：传热热xn-1 x*n+1与与yn+1呈相平衡：传质呈相平衡：传质n Xnyn+1n使重组分进入液相，浓度增高使重组分进入液相，浓度增高n使轻组分进入气相，浓度添加使轻组分进入气相，浓度添加v 传质结果传质结果第一部分 蒸馏1.4精馏原理四v 实际板实际板第第n板上升蒸气板上升蒸气Vn，yn与下降液体与下降液体 Ln，,xn 呈呈相平衡相平衡v 精馏操作必要条件精馏操作必要条件上升蒸气上升蒸气气相回流气相回流再沸器再沸器下降液体下降液体液相回流液相回流冷凝器冷凝器精馏操作的根本流程：塔、再沸器、冷

11、凝器精馏操作的根本流程：塔、再沸器、冷凝器v 几个概念几个概念 进料板进料板 精馏段精馏段 提馏段含进料板提馏段含进料板作业nP64，4xWxWyDyDxFxFt t1122331 12 23 3xWxWyDyDxFxFt t3 32 21 1112233F,xFF,xFD,yDD,yDW,xWW,xWD,yDD,yDF,xFF,xFW,xWW,xW第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏物料衡算FDWFFxDyWx总物料： 易挥发组分：(1)FFyxDDWFq令D则1-qFq为液化率为液化率11Fxqyxqq对稳定延续过程，对稳定延续过程，q为定值为定值第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏热量衡算加

12、热器加热器:QF()pFc Tt忽略热损失，则 原料液减压降温，放出显热；原料液减压降温，放出显热；显热用于汽化部分物料产生气相潜热显热用于汽化部分物料产生气相潜热()peFc TtDr(1)Frq物料热量衡算物料热量衡算1)ertTqq平衡蒸馏温度：（第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏例1-2P11知：相平衡图知：相平衡图x-y和和te-x，xF=0.5，汽化率，汽化率60，求，求x，y，texyte-xtexFf11Fxqyxqq 令令x=xF，那么，那么y=xF，对角线上，对角线上e点点 过过e点作斜率为点作斜率为q/(q-1)的直线的直线v 物料平衡线作图：物料平衡线作图：v q=1-气

13、化率气化率v 由由x，te-x曲线求曲线求teef(x,y)即为所求即为所求第一部分 蒸馏1.3.2简单蒸馏简单蒸馏计算 ：L L，x x +d: L+dL +d: L+dL，x+dxx+dx，蒸出，蒸出dDdD、y(y(与与x x平衡平衡v d d时间内物料衡算时间内物料衡算L()()dDdLxLdL xdxydD 总物料：易挥发组分：dLdxLyx积分积分上限：上限：L LF F，x=x1x=x1下限：下限：L LW W，x=x2x=x221WxFxdLdxLyx相平衡关系相平衡关系y=f(x)y=f(x)v 一批操作的物料平衡一批操作的物料平衡12DDy=Fx -WxFW总物料：易挥发组

14、分：12FxWxyD塔设备塔设备板式塔、填料塔板式塔、填料塔F,xFD,yDW,xW123457nXn xn-1 ， yn+1 yn Xn x7 x6 x5 x4 x3 x2 x1 yn y7 y6 y5 y4 y3 y2 1.31.4小节回想小节回想v 平衡蒸馏平衡蒸馏v 简单蒸馏简单蒸馏v 精馏原理精馏原理原理：多次部分汽化和冷凝，轻组分原理：多次部分汽化和冷凝，轻组分塔顶塔顶 重组分重组分塔底塔底必要条件：气液两相回流必要条件：气液两相回流根本流程：塔，再沸器，冷凝器根本流程：塔，再沸器，冷凝器一次平衡一次平衡微分蒸馏微分蒸馏塔板：提供传质传热场所塔板：提供传质传热场所几个概念：实际板、

15、进料板、精馏段、提馏段几个概念：实际板、进料板、精馏段、提馏段第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5 两组分延续精馏的计算两组分延续精馏的计算主要内容：主要内容：确定产品流量与组成确定产品流量与组成确定精馏塔的类型板式塔、填料塔，确定实际板数、填料高度确定精馏塔的类型板式塔、填料塔，确定实际板数、填料高度确定塔径、塔高确定塔径、塔高板式塔构造尺寸、流膂力学验算板式塔构造尺寸、流膂力学验算填料类型与尺寸、流体流动阻力填料类型与尺寸、流体流动阻力冷凝器与再沸器负荷、类型、尺寸冷凝器与再沸器负荷、类型、尺寸第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.1实际板概念与恒摩尔假实际板概念与恒摩尔假定定分开板的气液两相呈平

16、衡分开板的气液两相呈平衡板上液相均匀板上液相均匀 板上气液接触时间有限板上气液接触时间有限流动阻力等要素，板上液相组成分布不均流动阻力等要素，板上液相组成分布不均v 实际板是一种理想板实际板是一种理想板v 实际板概念实际板概念v “实际板意义实际板意义 衡量实践板的分别效率的根据和规范衡量实践板的分别效率的根据和规范 由实际板和板效率，确定实践板数由实际板和板效率，确定实践板数第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.1实际板概念与恒摩尔假实际板概念与恒摩尔假定定v 恒摩尔假定恒摩尔假定恒摩尔汽流恒摩尔汽流恒摩尔液流恒摩尔液流精馏段：精馏段：V1V2.Vn提馏段：提馏段：V1 =V2=.=Vm精馏段：

17、精馏段：L1L2.Ln提馏段：提馏段：L1 =L2=.=Lmv 恒摩尔假定成立条件恒摩尔假定成立条件板上情况是：板上情况是：1 mol蒸气冷凝蒸气冷凝1 mol 液体汽化液体汽化 各组分的摩尔汽化热相等各组分的摩尔汽化热相等 交换的显热可忽略接触的两相温度不同交换的显热可忽略接触的两相温度不同 忽略热损失忽略热损失v “恒摩尔假定意义恒摩尔假定意义 简化计算简化计算 有些系统根本满足条件有些系统根本满足条件第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 物料衡算与操作线方程物料衡算与操作线方程v 全塔物料衡算全塔物料衡算FDWFFDWxDxWx总物料： 易挥发组分：v 回收率回收率D100DFxFx塔挥

18、发组分回顶收率易WW1-1001FxFx（）塔挥发组分回收率（）难底v 例例1-4，P18，利用回收率概念，利用回收率概念第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 精馏段操作线方程精馏段操作线方程v精馏段操作线方程推导精馏段操作线方程推导R11R 1R 1yxxnnDv 精馏段操作线方程特点精馏段操作线方程特点LRD回流比： 定态操作下，直线方程，斜率定态操作下，直线方程，斜率R/R+1、截踞、截踞xD/(R+1) 作图：过点作图：过点xD,xD)、截踞、截踞xD/(R+1)xD/(R+1)xDv 精馏段操作线意义精馏段操作线意义相邻两板间物料组成关系：第相邻两板间物料组成关系：第n板板下降的液相

19、下降的液相xn、下一层板、下一层板n+1上上升的气相升的气相yn+1第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 提馏段操作线方程提馏段操作线方程v 提馏段操作线方程推导提馏段操作线方程推导v 提馏段操作线方程特点提馏段操作线方程特点v 提馏段操作线意义提馏段操作线意义1mmWLWyxxLWLW 定态操作下，直线方程定态操作下，直线方程L与进料形状有关与进料形状有关 作图：过点作图：过点xW,xW)、截踞、截踞WxW/(L-W )相邻两板间物料组成关系相邻两板间物料组成关系xW第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.3 进料热情况的影响进料热情况的影响五种热情况五种热情况v温度低于泡点的冷液体温度低于泡点的

20、冷液体abcdetx(y)v饱和液体饱和液体v气液混合液气液混合液v饱和蒸气饱和蒸气v过热蒸气过热蒸气LLFVVV=V-LLF部分量部分蒸气冷凝蒸气冷凝量FV=V+FLL 中的液体中的蒸气V=V+FLLV=V-LLF部分量部分液体汽化液体汽化量第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.3 进料热情况的影响进料热情况的影响进料热情况参进料热情况参数数v 进料热情况参数进料热情况参数q的计算的计算FVVLIIILLIFq=LILLILVIVVIVFIFv 进料热情况参数进料热情况参数q的意义的意义1FVVLIIIk oIm l将进料变为饱和蒸气所需热量q=原料液的kmol汽化潜热LLFq=：气液共存进料时

21、的液化率v 进料热情况参数进料热情况参数q的运用的运用(1)LLqFVVqF，提馏段操作线方程表达提馏段操作线方程表达1mmWLqFWyxxLqFWLqFWv 例例1-5，P22提馏段操作线方程的截踞很小提馏段操作线方程的截踞很小作业nP64 5，6第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 精馏段操作线方程推精馏段操作线方程推导导1VLDVnnDyLxDx总物料： 易挥发组分：1LDyxxnnDL DL DLRD（令 回流比）R11R 1R 1yxxnnD第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.2 提馏段操作线方程推导提馏段操作线方程推导mWm+1L=V+WLx =Vy+Wx总物料：易挥发组分：1mmW

22、LWyxxLWLW第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.3 进料热情况的影响进料热情况的影响 进料热情况参数进料热情况参数q计算计算LILLILVIVVIVFIF 进料板物料衡算进料板物料衡算FVLVL 进料板热量衡算进料板热量衡算LLVVFIIFIVLIVILVVLL IIII 其中：，LVFLVFIVLIIIVL I则：VLFVVFILIIL则：（）（）( )VVFLLFVVLIIILLIF则：VVFLIILLFII令q=化工传质与分别过程第一部分 蒸馏回想1.相平衡常数法3.气液平衡相图 t-x-y图 x-y图2.相对挥发度法AKAAyxA KoApP其中11AAAAyxyx1 (1)xyx

23、或00ABpp其中两组分理想体系的气液平衡两组分理想体系的气液平衡第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏平衡蒸馏平衡蒸馏流程平衡蒸馏流程减压使液体混合物部分汽化减压使液体混合物部分汽化加热器，节流阀，闪蒸塔加热器，节流阀，闪蒸塔平衡蒸馏原理平衡蒸馏原理F，xF，t，P1混合物混合物F，xF ，T，P2混合物混合物te，P， D，y，W，x气液两相气液两相加热加热节流节流平衡蒸馏特点平衡蒸馏特点一次平衡，可间歇，可延续一次平衡，可间歇，可延续第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏平衡蒸馏计算v 物料衡算物料衡算v 热量衡算热量衡算v 气液平衡关系气液平衡关系11Fxqyxqq1)erTtqq加热器终

24、温：+（1 (1)xyx( )etf x平衡温度：x-yt-x-yq，xFx，ytev 例例1-2第一部分 蒸馏1.3 平衡蒸馏和简单蒸馏简单蒸馏 简单蒸馏流程简单蒸馏流程随蒸馏进展，随蒸馏进展，x下降，下降，y下降，下降，t添加添加 简单蒸馏特点简单蒸馏特点微分蒸馏，非定态，用于初步分别微分蒸馏，非定态，用于初步分别 简单蒸馏计算简单蒸馏计算微分计算：微分计算： 物料平衡物料平衡 气液平衡气液平衡 例例1-3，P13第一部分 蒸馏1.4精馏原理一xWxWyDyDxFxFt t3 32 21 1112233多次部分汽化和部分冷凝可分别得到较纯的轻重组分多次部分汽化和部分冷凝可分别得到较纯的轻重

25、组分F,xFF,xFD,yDD,yDW,xWW,xW反复单级操作，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低反复单级操作，流程复杂，能耗大，中间产品多，产品收率低第一部分 蒸馏1.4精馏原理二多次部分汽化和冷凝结合操作多次部分汽化和冷凝结合操作精馏塔精馏塔xWxWyDyDxFxFt t11331 12 23 3D,yDD,yDF,xFF,xFW,xWW,xW22精馏原理D,yDD,yDF,xFF,xFW,xWW,xW第一部分 蒸馏1.4精馏原理三n下一层板下一层板n+1上升蒸气：上升蒸气：Vn+1，yn+1， tn+1n上一层板上一层板n-1下降的液体：下降的液体：Ln-1,xn-1 ，tn-1

26、v 第第n块板的情况块板的情况 进入物流预备接触的两相进入物流预备接触的两相 分开物流分开物流n第第n板上升蒸气：板上升蒸气：Vn，yn，tnn第第n板下降液体：板下降液体：Ln，,xn ，tntn+1tn-1：传：传热热xn-1 x*n+1与与yn+1呈相平衡：传质呈相平衡：传质n Xnyn+1n使重组分进入液相，浓度增高使重组分进入液相，浓度增高n使轻组分进入气相，浓度添加使轻组分进入气相，浓度添加v 传质结果传质结果第一部分 蒸馏1.4精馏原理四v 实际板实际板第第n板上升蒸气板上升蒸气Vn，yn与下降液体与下降液体 Ln，,xn 呈呈相平衡相平衡v 精馏操作必要条件精馏操作必要条件上升

27、蒸气上升蒸气气相回流气相回流再沸器再沸器下降液体下降液体液相回流液相回流冷凝器冷凝器精馏操作的根本流程：塔、再沸器、冷凝器精馏操作的根本流程：塔、再沸器、冷凝器v 几个概念几个概念 进料板进料板 精馏段精馏段 提馏段含进料板提馏段含进料板作业nP64，4xWxWyDyDxFxFt t1122331 12 23 3xWxWyDyDxFxFt t3 32 21 1112233F,xFF,xFD,yDD,yDW,xWW,xWD,yDD,yDF,xFF,xFW,xWW,xW第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏物料衡算FDWFFxDyWx总物料： 易挥发组分：(1)FFyxDDWFq令D则1-qFq为液化

28、率为液化率11Fxqyxqq对稳定延续过程，对稳定延续过程，q为定值为定值第一部分 蒸馏1.3.1 平衡蒸馏热量衡算加热器加热器:QF()pFc Tt忽略热损失，则 原料液减压降温，放出显热；原料液减压降温，放出显热；显热用于汽化部分物料产生气相潜热显热用于汽化部分物料产生气相潜热()peFc TtDr(1)Frq物料热量衡算物料热量衡算1)ertTqq平衡蒸馏温度：（第一部分 蒸馏1.3.1平衡蒸馏例1-2P11知：相平衡图知：相平衡图x-y和和te-x，xF=0.5，汽化率，汽化率60，求，求x，y，texyte-xtexFf11Fxqyxqq 令令x=xF，那么，那么y=xF，对角线上，

29、对角线上e点点 过过e点作斜率为点作斜率为q/(q-1)的直线的直线v 物料平衡线作图：物料平衡线作图：v q=1-气化率气化率v 由由x，te-x曲线求曲线求teef(x,y)即为所求即为所求第一部分 蒸馏1.3.2简单蒸馏简单蒸馏计算 ：L L，x x +d: L+dL +d: L+dL，x+dxx+dx，蒸出，蒸出dDdD、y(y(与与x x平衡平衡v d d时间内物料衡算时间内物料衡算L()()dDdLxLdL xdxydD 总物料：易挥发组分：dLdxLyx积分积分上限：上限：L LF F，x=x1x=x1下限：下限：L LW W，x=x2x=x221WxFxdLdxLyx相平衡关系

30、相平衡关系y=f(x)y=f(x)v 一批操作的物料平衡一批操作的物料平衡12DDy=Fx -WxFW总物料：易挥发组分：12FxWxyD塔设备塔设备板式塔、填料塔板式塔、填料塔F,xFD,yDW,xW123457nXn xn-1 ， yn+1 yn Xn x7 x6 x5 x4 x3 x2 x1 yn y7 y6 y5 y4 y3 y2 .3小节回想小节回想n恒摩尔假定恒摩尔假定n 回收率回收率n精馏段操作线方程精馏段操作线方程n提馏段操作线方程特点提馏段操作线方程特点n进料热情况参数进料热情况参数qD100DFxFx塔挥发组分回顶收率易WW1-1001FxFx（）塔挥发组分

31、回收率（）难底R11R 1R 1yxxnnDLRD回流比： 1mmWLWyxxLWLW1FVVLIIIk oIm l将进料变为饱和蒸气所需热量q=原料液的kmol汽化潜热LLFq=：气液共存进料时的液化率(1)LLqFVVqF，第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4实际板层数的求法实际板层数的求法q线方程线方程n问题的提出问题的提出nq线方程推导线方程推导nq线方程意义线方程意义提馏段操作线较难作图提馏段操作线较难作图找出精馏段和提馏段操作线的交点找出精馏段和提馏段操作线的交点交点与交点与xw,xw)作图作图xWFxqy=x-q-1q-1精馏段和提馏段操作线交点的轨迹方程精馏段和提馏段操作线交点

32、的轨迹方程第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4实际板层数的求法实际板层数的求法q线方程线方程nq线方程特点及作图线方程特点及作图n提馏段操作线作图提馏段操作线作图n进料热情况对进料热情况对q线的影响表线的影响表1-2，P24直线：过点直线：过点(xF,xF),斜率斜率q/(q-1)xD/(R+1)xDxFxWabcedFLVVIIIIq=斜率斜率q/(q-1)Fxqy=x-q-1q-1第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4实际板层数的求法实际板层数的求法逐逐板计算法板计算法知：气液平衡关系，操作线方程知：气液平衡关系，操作线方程Y1=xD(全凝器全凝器)1yyKx1由 和得x1R11R 1R 1

33、xyxxnnD2由 和得yndxx直到（两操作线交点），改用提馏段操作线方程1mmWLqFWyxxLqFWLqFWmWxx直到交替运用平衡、操作关系交替运用平衡、操作关系运用一次平衡关系即为一块实际板运用一次平衡关系即为一块实际板再沸器相对于一块实际板再沸器相对于一块实际板在加料处以下含加料板用在加料处以下含加料板用提馏段操作线方程，在加料处提馏段操作线方程，在加料处以上用精馏段的操作线方程以上用精馏段的操作线方程第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4实际板层数的求法实际板层数的求法图图解法解法分凝器相当于一块实际板分凝器相当于一块实际板再沸器、全凝器：再沸器、全凝器：实际塔板数实际塔板数NT梯

34、级数梯级数-1再沸器、分凝器：再沸器、分凝器：实际塔板数实际塔板数NT梯级数梯级数-2第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4图解法图解法梯级意义梯级意义任一梯级表示该块实际塔板的操作情况任一梯级表示该块实际塔板的操作情况梯级三角形梯级三角形bncbnc的顶点的顶点b b、n n和和c c的坐标分别的坐标分别表示第表示第n n块实际塔板上方，该板和下方，块实际塔板上方，该板和下方，这三对汽、液相的组成。这三对汽、液相的组成。边边ncnc和和bnbn分别表示汽相和液相经过该实际分别表示汽相和液相经过该实际塔板后组成的变化，亦即其增浓度程度或塔板后组成的变化，亦即其增浓度程度或分别才干。分别才干。第一

35、部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.4图解法图解法适宜进料适宜进料板位置板位置跨过交点的阶梯为适宜进料位置跨过交点的阶梯为适宜进料位置此时所需实际板数最少，图此时所需实际板数最少，图1-22，P26例例1-6，P26难点：难点： q的计算：冷进料的计算：冷进料 气液共存进料气液共存进料作业nP64，9第一部分第一部分 蒸馏蒸馏 q线方程推导线方程推导VDyLxDx精馏段物料衡算（操作线）：VWyL xWx提馏段物料衡算（操作线）：V-V)( )()DWyLL xDxWx相减得：(V-V)=(q-1)F ( ) ()DWFLLqFDxWxFx其中：(，Fxqy=x-q-1q-1第一部分第一部分 蒸馏蒸

36、馏1.5.4小节回想小节回想vq线方程线方程Fxqy=x-q-1q-1v提馏段操作线作图提馏段操作线作图图解法求图解法求NT交替运用平衡、操作关系交替运用平衡、操作关系逐板计算法求逐板计算法求NTv NT运用一次平衡关系即为一块实际板运用一次平衡关系即为一块实际板NT梯级数梯级数-1NT梯级数梯级数-2v适宜进料位置适宜进料位置第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5几种特殊情况下几种特殊情况下NT求法求法 直接蒸气加热直接蒸气加热v条件条件水溶液，水为难挥发组分水溶液，水为难挥发组分v提馏段操作线提馏段操作线100mmWWWyxxVVv提馏段操作线特点提馏段操作线特点过过xW，0)的直线的直线v

37、特点：特点：直接接触传热，提高传热效率；节省一台再沸器；直接接触传热，提高传热效率；节省一台再沸器； 塔板数添加塔板数添加第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5几种特殊情况下几种特殊情况下NT求法求法侧线出料侧线出料v目的：目的：液相出料液相出料气相出料气相出料获得不同浓度的产品获得不同浓度的产品v出料形状：出料形状：气相或液相饱和气相或液相饱和v操作性方程操作性方程I段同精馏段，段同精馏段，III段同提馏段，段同提馏段，II物料平衡求出物料平衡求出v特点：特点：与无侧线相比，操作线接近与无侧线相比，操作线接近平衡线，塔板数添加平衡线，塔板数添加第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5几种特殊情况下

38、几种特殊情况下NT求法求法侧线进料侧线进料v目的目的组成不同的原料，不同进料位置组成不同的原料，不同进料位置v例例1-7，P29第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.6 R的影响及选择的影响及选择全回流全回流和最少和最少NTR11R 1R 1yxxnnDLRD回流比： v全回流全回流D0， F0，W0R v全回流操作线全回流操作线1yxnnv全回流时，全回流时，NT最少最少NminR添加，操作线远离平衡线，添加，操作线远离平衡线，NT减少减少解析法解析法Fenske方程方程vNmin确定确定图解法图解法v全回流运用全回流运用开工阶段，或实验研讨开工阶段，或实验研讨min1lg()()11lgWDD

39、WmxxxxN 第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.6 R的影响及选择的影响及选择最小最小Rv恒浓区夹紧区恒浓区夹紧区R减少，操作线近平衡线，传质推进力减少减少，操作线近平衡线，传质推进力减少Rmin，操作线交点，操作线交点d落在平衡线落在平衡线(即即e)，传质推进力为零，传质推进力为零无穷多无穷多NT，d点前后气液两相组成根本不变点前后气液两相组成根本不变vRmin的意义的意义图解法图解法vRmin确定确定R Rmin ,可精馏操作可精馏操作解析法解析法DqqqxyyxminR(1)1(1)1DDqqxxxxmin简化：R=第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.6 R的影响及选择的影响及选择适适宜

40、宜Rv操作费用与操作费用与R关系关系v设备费用与设备费用与R关系关系v总费用与适宜总费用与适宜R操作费用：冷却器中冷却剂量、再沸器中加热蒸气量操作费用：冷却器中冷却剂量、再沸器中加热蒸气量(1)VLDRDDRD(1)VVqF操作费用与操作费用与R成正比成正比设备费用：塔、再沸器、冷凝器尺寸设备费用：塔、再沸器、冷凝器尺寸RRmin.NT，设备费用，设备费用R略略Rmin, NT有限，设备费用有限有限，设备费用有限R添加添加, NT继续减小，设备费用继续减小继续减小，设备费用继续减小R继续添加继续添加, NT减小幅度小，但减小幅度小，但V和和V添加，塔径、换热设备尺寸添加，设备费用反而添加添加，

41、塔径、换热设备尺寸添加，设备费用反而添加总费用最低时的总费用最低时的R为适宜为适宜R，普通为，普通为1.11.2Rmin作业nP65，12，13第一部分第一部分 蒸馏蒸馏Fenske 方程方程()()AnAnBnBpxpx()()AAnnnBByxyxv条件：全回流时条件：全回流时yn+1=xn;全凝器全凝器y1=xD；气液平衡关系气液平衡关系()()ABnnnABPyyPxxv推导：推导：1Dyx1AB)()yDAByxx即：(A121B)()ADNWBxxxx 第N+1为再沸器，则：(1A2B)()yAByxx21第1、2层板操作关系：y =x ,即(A12B()ADBxxxx 2得：(1

42、1A1B)()()yAADBByxxxx第1层板平衡关系：(A12B()yADBxyx得：(A222B)()yAByxx第2层板平衡关系：(11()()AANNDWBBxxxx N+1m12m几何平均:=,则=minlg() () 1lgABDWBAmxxxxN min1lg()()11lgWDDWmxxxxN 第一部分第一部分 蒸馏蒸馏图解法确定图解法确定Rminv正常气液平衡曲线正常气液平衡曲线v不正常气液平衡曲线不正常气液平衡曲线操作线与平衡线交点操作线与平衡线交点e(xq.yq)1DqDqxyxxminminR此时精馏段操作线斜率：RDqqqxyyxmin即：R过过(xD,xD)向平衡

43、线作切线，由切线斜率或截踞求向平衡线作切线，由切线斜率或截踞求Rmin第一部分第一部分 蒸馏蒸馏解析法确定解析法确定RminDqqqxyyxminR1 (1)qqqxyx其中：(1)1(1)1DDqqxxxxmin简化：R=(1)1(1)1DDqFFFxxxxxxmin饱和液体：=,R=(1)1(1)1DDqFFFxxyyyymin饱和蒸气：=,R=正常气液平衡关系正常气液平衡关系第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.5直接蒸气加热操作直接蒸气加热操作线推导线推导0001mmWLVVWL xV yV yWx总物料：易挥发组分：000,yVV LW其中：100mmWWWyxxVV蒸气蒸气V0,y0W

44、,xWV,ym+1L,xmmm+1第一部分第一部分 蒸馏蒸馏.6小节回想小节回想v直接蒸气加热直接蒸气加热v多侧线塔多侧线塔v全回流与全回流与NTminmin1lg()()11lgWDDWmxxxxN vRmin与与NT DqqqxyyxminRv适宜适宜R普通为普通为1.11.2Rmin第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.7简捷法求简捷法求NTv简捷法特点：简捷法特点：采用阅历关联，简便，运用广泛，准确定稍差，初步设计计算采用阅历关联，简便，运用广泛，准确定稍差，初步设计计算v简捷法简捷法吉利兰图吉利兰图曲线交点，确定曲线交点，确定N-Nmin/(N+2)由由R-Rmin/(R

45、+1)确定横坐标，交曲确定横坐标，交曲线线全回流，确定全回流，确定Nmin确定确定N Nv简捷法运用条件：简捷法运用条件：组分数组分数211，五种进料情况，五种进料情况，Rmin 0.537.0，相对挥发度相对挥发度1.264.05，N 2.443.1v例例1-9，P37第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.8 塔高和塔径的计算塔高和塔径的计算塔塔高高v板效率和实践板数板效率和实践板数1*1nnMVnnyyEyy1*1nnMLnnxxExxTPNEN塔板平均效率，阅历数据塔板平均效率，阅历数据单板效率单板效率EMEMMurphreeMurphree效率效率 全塔效率全塔效率E E 实践板数实践板数

46、NP NP PTNE Nv实际板当量高度和填料高度实际板当量高度和填料高度相当于一层实际板所需的填料高度相当于一层实际板所需的填料高度, ,阅历数据阅历数据实际板当量高度实际板当量高度HETP HETP 填料高度填料高度H HH HHETPHETPNTNTv塔有效高度塔有效高度HH HNPNPHTHT第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.8 塔高和塔径的计算塔高和塔径的计算塔塔径径v塔径塔径D计算公式计算公式24sVD uVs m3/s; 空塔气速空塔气速u m/sv精馏段的精馏段的DV(kmol/h)换算为换算为Vs， 由由Vs计算计算Dv提馏段的提馏段的DV(kmol/h)换算为换算为Vs，

47、由由Vs计算计算DvD和和D一致和园整一致和园整D和和D相差不大，那么一致为一个值，即取大者，并园整相差不大，那么一致为一个值，即取大者，并园整第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.5.9延续精馏安装的热量衡延续精馏安装的热量衡算算v冷凝器全凝冷凝器全凝QcVDLDLD忽略热损：=VI -(LI +DI )QRDcVDLD即：=（ +1） （I -LI )pC21QWC)ttcc冷却介质用量：=（v再沸器再沸器QLQLLVWWmB=VI +W-ILI,VLWLWLmIIQBVWLWL即：=V(I -LI )+QBB1B2QWII)B加热介质用量：=（v例例1-10，P41第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.

48、7.1恒沸精馏恒沸精馏v原理原理在恒沸溶液中参与第三组分夹带剂，构成新的恒沸液在恒沸溶液中参与第三组分夹带剂，构成新的恒沸液v流程流程醇水常压下恒沸点为醇水常压下恒沸点为78.3其恒沸点组成是乙醇其恒沸点组成是乙醇0.894、水、水0.006摩尔分数，下同摩尔分数，下同在较低温度下，苯与乙醇、水不互溶而分层，可将苯分别出来。在较低温度下，苯与乙醇、水不互溶而分层，可将苯分别出来。参与苯，构成更低沸点的三元恒沸物。其组成是：苯参与苯，构成更低沸点的三元恒沸物。其组成是：苯0.544、乙醇、乙醇0.23、水、水0.226，沸点为，沸点为64.6。塔：三元恒沸物从塔顶排出，塔底获得无水乙醇塔：三元恒

49、沸物从塔顶排出，塔底获得无水乙醇三元恒沸物冷凝分层，苯相前往塔顶，水相进入三元恒沸物冷凝分层，苯相前往塔顶，水相进入塔回收剩余苯，而苯构成三元恒沸物前往塔塔回收剩余苯，而苯构成三元恒沸物前往塔塔釜液送入塔回收废水中的乙醇。乙醇塔釜液送入塔回收废水中的乙醇。乙醇以二元恒沸物方式前往塔进料，重新分别。以二元恒沸物方式前往塔进料，重新分别。v夹带剂选择原那么夹带剂选择原那么P49第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.7.2萃取精馏萃取精馏v原理原理参与第三组分，添加原组分的参与第三组分，添加原组分的 常压下环乙烷与苯常压下环乙烷与苯接近，参与糠醛，接近，参与糠醛，大大添加大大添加P50，表，表1-3v流程流

50、程在糠醛作用下，环乙烷成为易挥发组分，从塔顶获得环乙烷产品。在糠醛作用下，环乙烷成为易挥发组分，从塔顶获得环乙烷产品。糠醛和苯从塔底排出，进入第二塔，从塔顶分别出糠醛和苯从塔底排出，进入第二塔，从塔顶分别出苯产品，塔底回收萃取剂糠醛，前往前塔循环运用。苯产品，塔底回收萃取剂糠醛，前往前塔循环运用。为防止糠醛进入环乙烷中，在糠醛入塔上方，也必为防止糠醛进入环乙烷中，在糠醛入塔上方，也必需保证适宜塔板数，以脱出蒸气中的糠醛。需保证适宜塔板数，以脱出蒸气中的糠醛。v萃取剂选择原那么萃取剂选择原那么P50第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.8.1多组分精馏多组分精馏v精馏塔的数目精馏塔的数目n组分，塔数目他

51、组分，塔数目他n-1v流程方案略流程方案略P51第一部分第一部分 蒸馏蒸馏1.8.3一些概念一些概念v关键组分：轻、重关键组分关键组分：轻、重关键组分P57v明晰分割法明晰分割法P57v非明晰分割法非明晰分割法P58作业nP65：15，18第一部分第一部分 蒸馏蒸馏例例1-9v求解求解 0A0Bppm DW全塔m DF精馏段v知条件：知条件：xD,xF,xW,R,Rmin,xD,xF,xW,R,Rmin,塔顶、低、进料条塔顶、低、进料条件下的纯组分饱和蒸气压，苯件下的纯组分饱和蒸气压，苯- -甲苯体甲苯体系系v求求N N、进料位置、进料位置 和平均和平均m m R-Rmin/(R+1)、N-N

52、min/(N+2)中，确定中，确定Nmin和精馏段和精馏段NminNmin和和Nminmin1lg()()11lgWDDWmxxxxNmin1lg()()11lgDFDFmxxxxNN和和NN13不含再沸器不含再沸器N6.3，第，第7块板为进料板块板为进料板第一部分第一部分 蒸馏蒸馏单板效率单板效率EM 对第对第n n块板，气相组成变化块板，气相组成变化1*1nnMVnnyyEyy 对第对第n n块板，液相组成变化块板，液相组成变化1*1nnMLnnxxExx 单板效率单板效率EMEM特点：特点：同一板上，同一板上，EMLEML和和EMVEMV的值不同，不同板的的值不同，不同板的EMEM不同不

53、同第二部分第二部分 吸收吸收概述概述v吸收处置对象吸收处置对象v吸收根本原理吸收根本原理v吸收分类吸收分类v吸收目的：吸收目的：气体混合物气体混合物各组分溶解度差别各组分溶解度差别物理吸收：物理吸收：化学吸收：化学吸收：气体混合物各组分能否在溶剂中发生化学反响气体混合物各组分能否在溶剂中发生化学反响制取产品及回收有用物质，如用水吸制取产品及回收有用物质，如用水吸HCL气体制取盐酸。气体制取盐酸。净化气体：原料气净化，防止污染。净化气体：原料气净化，防止污染。制备溶液制备溶液物理，化学吸收物理，化学吸收单组分，多组分吸收单组分，多组分吸收等温，非等温吸收等温，非等温吸收第二部分第二部分 吸收吸收

54、概述概述v关于吸收的几个概念关于吸收的几个概念v吸收与精馏的差别吸收与精馏的差别v吸收举例：吸收举例：混合气体混合气体A+B)吸收剂吸收剂S吸收尾气吸收尾气B少量少量A吸收液吸收液AS吸吸收收塔塔溶质溶质A载体或惰性气体载体或惰性气体Bv吸收过程的方向和限制吸收过程的方向和限制溶质在相平衡中的平衡关系溶质在相平衡中的平衡关系溶质实践分压溶质实践分压平衡分压，从气相到液相，吸收平衡分压，从气相到液相，吸收溶质实践分压溶质实践分压概述概述主要内容主要内容 吸收过程中气液相平衡关系表示方法 吸收过程的传质机理 吸收过程传质模型及传质速率表达 吸收操作的物料衡算 填料层高度的计算方法 解析过程计算 传

55、质设备，填料吸收塔设计第二部分第二部分 吸收吸收2.1气气-液相平衡液相平衡溶解度溶解度v溶解度溶解度溶质在液相中的饱和浓度溶质在液相中的饱和浓度平衡关系平衡关系v溶解度的影响要素：溶解度的影响要素：同样浓度的溶液：易溶气体上方的分压小，难溶气体上方的分压大同样浓度的溶液：易溶气体上方的分压小，难溶气体上方的分压大同样温度、分压下：易溶气体如氨在液相如水溶解度大同样温度、分压下：易溶气体如氨在液相如水溶解度大同一溶剂如水，不同溶质如氨、同一溶剂如水，不同溶质如氨、H2S、氧溶解度不同、氧溶解度不同温度影响：同一溶质，温度升高，溶解度减少温度影响：同一溶质，温度升高，溶解度减少v溶解度曲线规律反

56、映：溶解度曲线规律反映：加压和降温提高气体溶解度，有利于吸收加压和降温提高气体溶解度，有利于吸收减压和升温提高气体溶解度，有利于解吸减压和升温提高气体溶解度，有利于解吸第二部分第二部分 吸收吸收2.1气气-液相平衡液相平衡亨利定律亨利定律v亨利定律的条件：总压不太高如小于亨利定律的条件：总压不太高如小于0.5MPa、稀溶液、稀溶液v亨利定律不同表达方式亨利定律不同表达方式 p*=Ex，理想溶液，那么，理想溶液，那么p*=p0 x，即，即Ep0 表表2-1：难溶气体的：难溶气体的E值大；温度升高，值大；温度升高，E值增大值增大X 摩尔分率摩尔分率E 亨利系数亨利系数C 体积摩尔浓度体积摩尔浓度H

57、 溶解度系数溶解度系数 p*=c/H H与与E的关系式的关系式HESM 难溶气体，难溶气体，H值小；温度升高，值小；温度升高，H值减小值减小x ,y 摩尔分率摩尔分率m 相平衡常数相平衡常数 y*=mx m与与E的关系式的关系式m=E/P难溶气体，难溶气体，m值大；温度升高、总压值大；温度升高、总压P下降，那么下降，那么m值增大值增大X ,Y 摩尔比摩尔比*YmX1+(1-m)X*1)1,YXm低浓度，(则mXp-x关系关系p-c关系关系x-y关系关系X-Y关系关系例例2-1，2-2，P7576第二部分第二部分 吸收吸收2.1气气-液相平衡液相平衡吸收剂选择吸收剂选择v溶解度溶解度溶质溶质A较

58、大溶解度；操作条件改动，溶解度变化大较大溶解度；操作条件改动，溶解度变化大v选择性选择性对溶质对溶质A溶解度大、惰性组分溶解度大、惰性组分B的溶解度小的溶解度小v挥发度挥发度溶剂溶剂S的挥发度小，或根本不挥发的挥发度小，或根本不挥发v粘性粘性溶剂溶剂S的粘性小，有利于流体流动的粘性小，有利于流体流动v其它其它无毒、无腐蚀性、不易燃、不发泡、价廉、化学稳定无毒、无腐蚀性、不易燃、不发泡、价廉、化学稳定作业nP142：1第二部分第二部分 吸收吸收概述概述吸收举例吸收举例 第二部分第二部分 吸收吸收概述概述吸收与精馏的差别吸收与精馏的差别v共同点：共同点：分别均相混合物，气分别均相混合物，气-液传质

59、液传质v差别：差别：产生第二个物相产生第二个物相精馏：加热或冷却，混合物体系内部产生精馏：加热或冷却，混合物体系内部产生吸收：外界引入另一相如吸收剂吸收：外界引入另一相如吸收剂精馏：直接可获得较纯的轻、重组分精馏：直接可获得较纯的轻、重组分吸收：不能直接获得较纯的溶质，需再次分别操作吸收：不能直接获得较纯的溶质，需再次分别操作精馏：接近饱和温度下操作，轻、重组分传送方向相反，即双向传质精馏：接近饱和温度下操作，轻、重组分传送方向相反，即双向传质吸收：远离饱和温度下操作，溶剂无显著汽化，溶质进入液相，即单向传质吸收：远离饱和温度下操作，溶剂无显著汽化，溶质进入液相，即单向传质第二部分第二部分 吸

60、收吸收2.1.2亨利定律亨利定律H与与E的关的关系系假设假设溶液浓度溶液浓度ckmol(A)/m3、密度、密度kg/m3,溶质溶质A和溶剂和溶剂S分子量分别为分子量分别为MA和和MS那么那么1m3溶液中，溶液中，A为为ckmol,kg溶液，溶剂溶液，溶剂S为：为：AScMMA)A)S)kmolxkmolkmol溶质 （溶质 （溶剂 （ASccMcM()SSAcMc MM*pEx代入()*SSAcMEc MMp得E1*/H()SSAMpcc MMH与比较得()SAc MM简化：稀溶液，c 很小，E1HSM即： ，HESM或 第二部分第二部分 吸收吸收2.1.2亨利定律亨利定律m与与E的关的关系系