化工原理少学时知识点整理

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1、吸收分离的依据是什么?如何分类?

答:依据是组分在溶剂中的溶解度差异。

(1)按过程有无化学反应:分为物理吸收、化学吸收

(2)按被吸收组分数:分为单组分吸收、多组分吸收

(3)按过程有无温度变化:分为等温吸收、非等温吸收

(4)按溶质组成高低:分为低组成吸收、高组成吸收

2、吸收操作在化工生产中有何应用?

答:吸收是分离气体混合物的重要方法,它在化工生产中有以下应用。

① 分离混合气体以回收所需组分,如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃等。 ② 净化或精制气体,如用水或碱液脱除合成氨原料气中的二氧化碳等。

③ 制备液相产品,如用水吸收氯化氢以制备盐酸等。

④ 工业废气的治理,如工业生产中排放废气中含有NO SO 等有毒气体,则需用吸收方法

除去,以保护大气环境。

3、吸收与蒸馏操作有何区别?

答:吸收和蒸馏都是分离均相物系的气—液传质操作,但是,两者有以下主要差别。 ① 蒸馏是通过加热或冷却的办法,使混合物系产生第二个物相;吸收则是从外界引入另

一相物质(吸收剂)形成两相系统。因此,通过蒸馏操作可以获得较纯的组分,而在吸收操作中因溶质进入溶剂,故不能得到纯净组分。

② 传质机理不同,蒸馏液相部分气化和其相部分冷凝同时发生,即易挥发组分和难挥发

组分同时向着彼此相反方向传递。吸收进行的是单向扩散过程,也就是说只有溶质组分由气相进入液相的单向传递。

③ 依据不同。

4、实现吸收分离气相混合物必须解决的问题?

答:(1)选择合适的溶剂

(2)选择适当的传质设备

(3)溶剂的再生

5、简述吸收操作线方程的推导、物理意义、应用条件和操作线的图示方法。

答:对塔顶或塔底与塔中任意截面间列溶质的物料衡算,可整理得

)(V L Y 22X V

L Y X -+= )(11X V L Y X V L Y -+=或 上式皆为逆流吸收塔的操作线方程。该式表示塔内任一截面上的气液相组成之间的关系。式中L/V 为液气比,其值反映单位气体处理量的吸收剂用量,是吸收塔重要的操作参数。

上述讨论的操作线方程和操作线,仅适用于气液逆流操作,在并流操作时,可用相似方法求得操作线方程和操作线。

应予指出,无论是逆流还是并流操作,其操作线方程和操作线都是通过物料衡算得到的,它们与物系的平衡关系、操作温度与压强及塔的结构等因素无关。

6、亨利定律有哪些表达式?应用条件是什么?

答:亨利定律表达气液平衡时两相组成间的关系。由于相组成由多种有多种表示方法,因此亨利定律有多种表达式,可据使用情况予以选择。

① 气相组成用分压,液相组成用摩尔分数表示时,亨利定律表达式为

P E x *=⋅

式中E 称为亨利系数,单位为kPa 。

亨利系数由试验测定,其值随物系特性和温度而变。在同一种溶剂中,难溶气体的E 值很大,易溶的则很小。对一定的气体和溶剂,一般温度愈高E 值愈大,表明气体的溶解度随温度升高而降低。

应予指出,亨利定律适用于总压不太高时的稀溶液。

② 以分压和物质的量浓度表示气、液相组成,亨利定律表达式为 H

c P =* 式中H 称为溶解度系数,单位为kmol/(3m kPa ⋅)。

溶解度系数H 随物系而变,也是温度的函数。易溶气体H 值很大,而难溶气体H 值很小。对一定的物系,H 值随温度升高而减小。

③ 以摩尔分数或摩尔比表示气、液相组成,亨利定律表达式为

mx P =*

和 mX X

m mx Y ≈--=*)1(1 式中m 称为相平衡常数,无因次。

与亨利系数E 相似,相平衡常数m 愈大,表示溶解度愈低,即易溶气体的m 值很小。对一定的物系,m 是温度和压强的函数。温变升高、压强降低,则m 变大。

④ 各种亨利常数换算关系: P

E m = 式中P 为总压,Pa 或k Pa 。

s s

p H EM =。 7、相平衡在吸收过程中有何应用?

答:相平衡在吸收过程中主要有以下应用。

(1)判断过程方向

当不平衡的气液里两相接触时,溶质是被吸收,还是被脱吸,取决于相平衡关系。Y>Y *,吸收过程;Y=Y *,平衡状态;Y

(2)指明过程的极限

在一定的操作条件下,当气液两相达到平衡时,过程即行停止,可见平衡是过程的极限。因此在工业生产的逆流填料吸收塔中,即使填料层很高,吸收剂用量很少的情况下,离开吸收塔的吸收液组成1X 也不会无限增大,其极限是进塔气相组成1Y 成平衡的液相组

成*1X ,即m

Y X X 1*1max ,1==,反之,当吸收剂用量大、气体流量小时,即使填料层很高,出口气体组成也不会低于与吸收剂入口组成2X 呈平衡的气相组成*2Y ,即

2*2min ,2mX Y Y ==,由此可知,相平衡关系限制了吸收液的最高组成及吸收尾气的最低组成。

(3) 计算过程推动力

在吸收过程中,通常以实际的气、液相组成与其平衡组成的偏离程度来表示吸收推动力。实际组成偏离平衡组成愈远,过程推动力愈大,过程速率愈快。

即*=∆Y -Y Y ;也可用液相组成表示,即X -=∆*

X X 。

8、双膜理论的基本论点是什么?

答:双膜理论要点:

(1)相互接触的气液两相存在一固定的相界面。界面两侧分别存在气膜和液膜,膜内流体呈滞流流动,物质传递以分子扩散方式进行,膜外流体成湍流流动。膜层取决于流动状态,湍流程度愈强烈,膜层厚度愈薄。

(2)气、液相界面上无传质阻力,即在界面上气、液两相组成呈平衡关系。

(3)膜外湍流主体内传质阻力可忽略,气、液两相间的传质阻力取决于界面两侧的膜层传质阻力。

根据双膜理论,将整个气、液两相间的传质过程简化为通过气、液两个滞流膜层的分子扩散过程,从而简化了吸收过程的计算。

9、何谓最小液气比?怎样确定?

答:在极限的情况下,操作线和平衡线相交(有特殊平衡线时为相切),此点传质推动力为零,所需的填料层为无限高,对应的吸收剂用量为最小用量,该操作线的斜率为最小液气比min (L/V)。因此min L 可用下式求得 2

*121min )(L X X Y Y V --= 式中*

1X 为与气相组成1Y 相平衡的液相组成。若气液平衡关系服从亨利定律,则*1X 由亨

利定律算得,否则可由平衡曲线读出。

10、吸收剂用量对吸收操作有何影响?如何确定适宜液气比?

答:吸收剂用量的大小与吸收的操作费用及设备的投资费用密切相关。在L>min L 前提下,若L 愈大,塔高可降低,设备费用 较底,但操作费用较高;反之,若L 愈小,则操作费用减低,而设备费用增高。故应选择适宜的吸收剂用量,使两者之和最底。为此需通过经济衡算确定适宜吸收剂用量和适宜液气比。但是一般计算中可取经验值,即 min ))(0.2~1.1(V L V

L = min )0.2~1.1(L L =

11、吸收操作的全塔物料衡算有何应用?何谓回收率?

答:对逆流操作的填料吸收塔,作全塔溶质组成的物料衡算,可得

)X -L(X )Y -V(Y 2121=

吸收塔的分离效果通常用溶质的回收率来衡量。回收率(又称吸收率)定义为