化工原理基本概念和原理

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。

一、两组分溶液的气液平衡

1．拉乌尔定律

理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律：

p A =p

A

0x

A

p

B

=p

B

0x

B

=p

B

0（1—x

A

）

根据道尔顿分压定律：p

A =Py

A

而P=p

A

+p

B

则两组分理想物系的气液相平衡关系：

x A =（P—p

B

0）/（p

A

0—p

B

0）———泡点方程

y A =p

A

0x

A

/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）。2．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v A=p A/x A v B=p B/x B

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=v A/v B=（p A/x A）/（p B/x B）=y A x B/y B x A

对于理想溶液：α=p A0/p B0

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。

3．气液平衡相图

（1）温度—组成（t-x-y）图

该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。

气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。

（2）x-y图

x-y图表示液相组成x与之平衡的气相组成y之间的关系曲线图，平衡线位于对角线的上方。平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。总压对平衡曲线影响不大。

二、精馏原理

精馏过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的，精馏操作的依据是混合物中各组分挥发度的差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低；精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应

沸点较低；原因之二是：存在压降使塔底压力高于塔顶，塔底沸点较高。

当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时，该塔板称为理论板。

精馏过程中，再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证由适宜的液相回流。

三、两组分连续精馏的计算

1．全塔物料衡算

总物料衡算： F=D+W

易挥发组分： Fx

F =Dx

D

+Wx

W

塔顶易挥发组分回收率：ηD=（Dx D/Fx F）x100%

塔底难挥发组分回收率：ηW=[W（1-x W）/F（1-x F）]x100% 2．精馏段物料衡算和操作线方程

总物料衡算： V=L+D

易挥发组分： Vy

n+1=Lx

n

+Dx

D

操作线方程： y

n+1=（L/V）x

n

+（D/V）x

D

=[R/（R+1）]x

n

+[1/（R+1）]x

D

其中：R=L/D——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x

n

与其

相邻的下一层板（第n+1层板）上升蒸汽相组成y

n+1

之间的关系。在x—y坐标上

为直线，斜率为R/R+1，截距为x

D

/R+1。

3．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`x

m ` =V`y

m+1

`+Wx

W

操作线方程： y

m+1`=（L`/V`）x

m

`—（W/V`）x

W

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x

m

`与其

相邻的下一层板（第m+1层板）上升蒸汽相组成y

m+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。

四、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

对于饱和液体、气液混合物和饱和蒸汽进料而言，q值等于进料中的液相分率。

L`=L+qF

V=V`—（q—1）F

q线方程（进料方程）为： y=[q/（q—1）]x—x

F

/（q—1）

上式表示两操作线交点的轨迹方程。

塔底再沸器相当于一层理论板（气液两相平衡），塔顶采用分凝器时，分凝器相当于一层理论板。由于冷液进料时提馏段内循环量增大，分离程度提高，冷液进料较气液混合物进料所需理论板数为少。

五、回流比及其选择

（1）全回流

R=L/D=∞，操作线与对角线重合，操作线方程y

n =x

n-1

，达到给定分离程度所需

理论板层数最少为N

min

。

（2）最小回流比

当回流比逐渐减小时，精馏段操作线截距随之逐渐增大，两操作线位置将向平衡线靠近，为达到相同分离程度所需理论板层数亦逐渐增多。达到恒浓区（夹紧区）回流比最小，所需理论板无穷多。

I．正常平衡线

R

min =（x

D

—y

q

）/（y

q

—x

q

）

饱和液体进料时：x

q =x

F

饱和蒸汽进料时：y

q =y

F

II．不正常平衡线

由a（x

D ，y

D

）或c（x

W

，y

W

）点向平衡线作切线，由切线斜率或截距求R

min

。

（3）适宜回流比

R=（~2）R

min

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

F

、q、R、加料板位置都不变，将塔顶泡点回流改为冷

回流，则塔顶产品组成x

D

变大。

精馏设计中，回流比愈大，操作能耗愈大，随着回流比逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先减小后增大的过程。

六、板效率和实际塔板数

1．单板效率（默弗里效率）

E

mV =（y

n

—y

n+1

）/（y

n

*—y

n+1

）

E

mL =（x

n-1

—x

n

）/（x

n-1

—x

n

*）

2．全塔效率

E=（N

T /N

P

）x100%

精馏塔中第n-1,n,n+1块理论板，y

n+1

n

，t

n-1

n

，y

n

>x

n-1

。

精馏塔中第n-1,n,n+1块实际板，x

n *

n

，y

n

*>y

n

。

如板式塔设计不合理或操作不当，可能产生液泛、漏液、及雾沫夹带等不正常现象，使塔无法正常工作。

负荷性能图有五条线，分别是雾沫夹带、液泛、漏液、液相负荷上限和液相负荷下限。

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。

一、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/(EM s)，随温度升高

而减小，难溶气体H很小，易溶气体H很大。

y*=mx––––m相平衡常数，无因次，m=E/P，m值愈大，气体溶解度愈小；

m随温度升高而增加，随压力增加而减小。

Y*=mX–––当溶液浓度很低时大多采用该式计算。

X=x/(1-x); Y=y/(1-y); x,y––––摩尔分率， X,Y––––摩尔比浓度

二、传质理论––––传质速率

分子扩散–––凭借流体分子无规则热运动传递物质的现象。推动力为浓度差，由菲克定律描述：J A = – D AB (dC A )/(dz) J A ––扩散通量，kmol/(m 2

·s) D AB ––扩散系数

涡流扩散–––凭借流体质点的湍动和旋涡传递物质的现象。 等分子反向扩散传质速率：气相内 N A = D(p A1–p A2)/RTz 液相内 N A = D’(c A1–c A2)/z

单相扩散传质速率： 气相内 N A = J A +Nc A /C=D (p A –p Ai )/ RTz·(P/p Bm )=k G (p A –p Ai )

液相内 N A = D’(c Ai –c A )/z·(C/c Sm )=k L (c Ai –c A )

其中 P/p Bm >1为漂流因数，反映总体流动对传质速率的影响。 p Bm =(p B2–p B1)/ln(p B2/p B1)

一般而言，双组分等分子反向扩散体现在精馏单元操作中，而一组分通过另一组分的单相扩散体现在吸收单元操作中。

气相中，温度升高物质的扩散系数增大，压强升高则扩散系数降低；液相中粘度增加扩散系数降低。

在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理论和表面更新理论。

传质速率方程––––传质速率=传质推动力/传质阻力

N=k G (p –p i )=k L (c i –c)=k y (y-y i )=k x (x i –x) N=K G (p –p*)=K L (c*–c)=K Y (Y-Y*)=K X (X*–X)

注意传质系数与推动力相对应，即传质系数与推动力的范围一致，传质系数的单位与推动力的单位一致。

吸收系数之间的关系：

1/K G =1/k G +1/Hk L 1/K L =1/k L +H/k G 1/K Y =1/k y +m/k x 1/K X =1/k x +1/mk y k y =Pk G k x =Ck L K Y ≈PK G K X ≈CK L 气膜控制与液膜控制的概念

对于易溶气体，H 很大，传质阻力绝大部分存在于气膜之中，液膜阻力可以忽略，此时K G ≈k G ，这种情况称为“气膜控制”；反之，对于难溶气体，H 很小，传质阻力绝大部分存在于液膜之中，气膜阻力可以忽略，此时K L ≈k L ，这种情况称为“液膜控制”。

三、 物料衡算––––操作线方程与液气比

全塔物料衡算： V(Y 1–Y 2)=L(X 1–X 2) 逆流操作 吸收操作线方程： Y=LX/V+(Y 1–LX 1/V) 1––塔底，2––塔顶 吸收操作时塔内任一截面上溶质在气相中的实际分压总是高于与其接触的液相平衡分压，所以吸收操作线总是位于平衡线的上方。

最小液气比： （L/V ）min =(Y 1–Y 2)/(X 1*–X 2) 液气比即操作线的斜率

若平衡关系符合亨利定律，则 （L/V ）min =(Y 1–Y 2)/(Y 1/m –X 2)

溶剂改性 降低温度

提高压力

改变操作条件

增加吸收剂用量，操作线斜率增大，操作线向远离平衡线的方向偏移，吸收过程推动力增大，设备费用减少。

四、填料层高度计算

气液相平衡、传质速率和物料衡算相结合取微元物料衡算求得填料层高度。

填料层高度=传质单元高度×传质单元数

即 z=H

OG ×N

OG

=H

OL

×N

OL

=H

G

×N

G

=H

L

×N

L

N

OG

–––气相总传质单元数（气体流经一段填料后其组成变化等于该段填料的总的平均推动力则为一个传质单元）

H

OG

–––气相总传质单元高度（一个传质单元所对应的填料高度）

1．平均推动力法（适合平衡线为直线）：

z=H

OG ×N

OG

=(V/K

y

aΩ)·(Y

1

–Y

2

)/ΔY

m

=(L/K

x

aΩ)·(X

1

–X

2

)/ΔX

m

对数平均推动力ΔY

m =(ΔY

1

–ΔY

2

)/ln(ΔY

1

/ΔY

2

)

当ΔY

1/ΔY

2

<2时，可用算术平均推动力ΔY

m

=(ΔY

1

+ΔY

2

)/2

2．脱吸因数法（平衡线为直线）：

N OG =(1/S)·ln[(1–S)·(Y

1

–Y

2

*)/(Y

2

–Y

2

*)+S]

S––––脱吸因数，平衡线与操作线斜率之比（mV/L），反映吸收推动力的大

小。S增大，液气比减小，吸收推动力变小，N

OG

增大

气体吸收中，表示设备（填料）效能高低的一个量是传质单元高度，表示传质任务难易程度的一个量是传质单元数。

干 燥––––基本概念和基本原理 同一物料，如恒速段的干燥速率增加，则临界含水量增大，物料平衡水分随温度升高而减小。 不饱和湿空气当温度升高时，湿球温度升高，绝对湿度不变，相对湿度降低，露点不变，比容增大，焓增大。

区除可除水分与不可除水分的分界点是平衡湿含量。

恒定干燥条件下的干燥速率曲线一般包括恒速干燥阶段（包括预热段）和降速干燥阶段，其中两干燥阶段的交点对应的物料含水量称为临界含水量。恒速干燥阶段也称为表面汽化控制阶段，降速阶段也称为内部迁移控制阶段。 不饱和空气：t>t as (或t w )>t d .

饱和空气：t=t as =t d .

已知湿空气的下列任一对参数：t-t w ，t-t d ，t-φ，可由湿焓图查得其它参数。 物料中总水分可分为非结合水分与结合水分，也可分为自由水分和平衡水分。物料中水分超过平衡水分的部分水分为自由水分，可用干燥方法除去；水分大于x B *（与φ=100%湿空气接触时的平衡水分）部分为非结合水，小于x B *水分为结合

水。

化工原理基本概念和原理

化工原理基本概念和原理 蒸馏----基本概念和基本原理 利用各组分挥发度丕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。 一、两组分溶液的气液平衡 1.拉乌尔定律 理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律： 0 0 0 P A=P A X A P B=P B X B=P B （1一X A） 根据道尔顿分压定律：P A二Pyx 而P=p A+p B 则两组分理想物系的气液相平衡关系： X A=（P — p B）/ （p A° —p B）泡点方程 Y A=P A0X A/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）。 2.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，即卩V A=P A/X A V B=P B/X B 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： a =V A/V B=（P A/X A） / （P B/X B）二y A XJy B X A 对于理想溶液: a =p A0/p B° 气液平衡方程：y a X/[1+ ( a —1) X]

A值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。a愈大，挥发度差异愈大，分离愈易; a =1时不能用普通精馏方法分离。 3.气液平衡相图 (1)温度一组成(t-x-y )图 该图由饱和蒸汽线(露点线)、饱和液体线(泡点线)组成，饱和液体线以下区域为液 _ 相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成; 若气液两相组 成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。 (2)x-y 图 x-y图表示液相组成x与之平衡的气相组成y之间的关系曲线图，平衡线位于对角线的上方。平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。总压对平衡曲线影响不大。 二、精馏原理 精馏过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的, 精馏操作的依据是混合物 中各组分挥发度的差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低；精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低；原因之二是：存在压降使塔底压力咼于塔顶，塔底沸点较咼。 当塔板中离幵的气相与液相之间达到相平衡时，该塔板称为理论_____________ 精馏过程中，再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流, 冷凝器的作用是提供塔顶液相 产品及保证由适宜的液相回流。 三、两组分连续精馏的计算 1.全塔物料衡算 总物料衡算：F=D+W 易挥发组分：Fx F二Dx+Wx

化工原理基本概念和原理

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。 一、两组分溶液的气液平衡 1．拉乌尔定律 理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律： p A=p A0x A p B=p B0x B=p B0（1—x A） 根据道尔顿分压定律：p A=Py A而P=p A+p B 则两组分理想物系的气液相平衡关系： x A=（P—p B0）/（p A0—p B0）———泡点方程 y A=p A0x A/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）。 2．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v A=p A/x A v B=p B/x B 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=v A/v B=（p A/x A）/（p B/x B）=y A x B/y B x A 对于理想溶液：α=p A0/p B0 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。 3．气液平衡相图 （1）温度—组成（t-x-y）图 该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。 （2）x-y图 x-y图表示液相组成x与之平衡的气相组成y之间的关系曲线图，平衡线位于对角线的上方。平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。总压对平衡曲线影响不大。 二、精馏原理 精馏过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的，精馏操作的依据是混合物中各组分挥发度的差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低；精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低；原因之二是：存在压降使塔底压力高于塔顶，塔底沸点较高。 当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时，该塔板称为理论板。 精馏过程中，再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证

化工原理基本概念和原理

化工原理基本概念和原理 作为一门应用性极强的学科，化工学涉及到各种各样的化学反应和物质转化的过程，而化工原理便是研究这些过程的基本概念和原理。 一、化学反应 化学反应是化工原理中最基本的概念之一，它是指两种或两种以上的化合物通过一定的化学作用，产生另一种或多种新的化合物的过程。化学反应可以分为物理反应和化学反应两种类型。物理反应只是物理状态或者性质的改变，比如物质的融化、蒸发或溶解等，而化学反应则是指当原有物质在一定条件下，出现了物质组成或种类上的变化，从而产生新的化合物。 二、物理化学性质 在化工原理中，我们还需要熟悉物质的物理化学性质。物理化学性质是指物质在不发生化学反应的情况下显示出的性质。其中最常见的一些物理化学性质包括密度、溶解度、热扩散性、热收

缩性、粘度、表面张力等。这些性质能够指引我们了解到物质在化学反应过程中的行为和变化。 三、质量守恒定律 化工原理还包含了质量守恒定律这一基本原理。质量守恒定律是指在任何一个系统中，任何一物质的质量变化量，必须等于系统中其他物质质量变化量的代数和。 四、能量守恒定律 能量守恒定律也是化工原理中非常重要的一项基本原理。它表明在任何一个封闭系统中，能量不能被产生或者破坏，只能是从一个物质转移到另一个物质中。这意味着在化学反应中，反应中产生的热量和热能必须等于反应所需要的热量和热能。 五、反应速率

化学反应的速率是指在一定时间内，反应物或生成物的变化量。反应速率决定了化学反应是否能够在现实中应用。化工工程师们 需要从反应速率的角度来控制化学工艺过程，以及提高反应速率。 六、热力学 热力学是化工原理中一个关键的概念，它分为热力学第一定律 和热力学第二定律。热力学第一定律指出能量的总量不能被破坏，热力学第二定律则指出所有的过程都有不可避免的热量损失。 七、材料的选取与处理 化工工程师们必须对材料的选择和特性进行深入研究。不同的 原料会产生不同的反应，因此，工程师需要选择适当的原料以实 现最佳的反应效果。此外，对于那些需要在化工过程中使用的材料，化工工程师们也需要考虑它们的化学性质和特性，以及如何 在最佳状态下处理它们。 总而言之，化工原理是化学工程师们必须掌握的基本概念和原 理之一。在化工生产中，工程师们依靠这些概念和原理，实现了

化工原理概述与基本概念

化工原理概述与基本概念 化工原理是指在化学工程与化学技术领域中，通过对化学反应、传质、传热等基本过程的研究，总结出一系列基本规律和理论知识的学科。化工原理的研究与应用，对于提高化工生产过程的效率和产品质 量具有重要意义。本文将从化工原理的定义、基本概念以及与化学工 程实践的关系等方面展开论述。 一、化工原理的定义 化工原理是化学工程学科中的基础学科，它主要研究化学反应、物 质传质与传热等基本过程的规律和原理。通过对这些基本过程的研究，可以揭示物质的转化规律并加以应用，进而实现化工生产的控制和优化。化工原理既是化学工程学科的基础，也是其发展的核心。 二、化工原理的基本概念 1. 化学反应：化学反应是指物质之间发生的化学变化过程。在化学 反应中，原子或分子之间的化学键发生断裂或形成新的化学键，从而 导致物质的属性发生改变。化学反应是化工原理研究的重要内容，其 速率、平衡等方面的控制对于化工过程的运行至关重要。 2. 传质：传质是指物质在不同相之间的传递过程。在化工过程中， 传质现象普遍存在，例如气体的吸收、液体的萃取、固体的溶解等。 传质的速率和方式对于分离纯化和反应等化工过程的效果和效率有重 要影响。

3. 传热：传热是指热量在空间中由高温物体传递到低温物体的过程。在化工生产中，传热过程是难以避免的。掌握传热规律对于提高化工 反应效率、节能减排具有重要意义。 4. 化工流程：化工流程是指将原料经过合适的化学反应、传质传热 等处理，最终得到所需产品的过程。化工流程的设计和优化需要考虑 多种因素，包括原料选取、反应条件控制、能耗和环保等。 三、化工原理与实际应用 化工原理是化学工程实践的基础和指导，通过研究和应用化工原理 的基本概念，可以实现对化工过程的控制和优化。以下是化工原理在 实际应用中的几个方面： 1. 反应器设计：化工原理为反应器的设计提供了理论依据。通过研 究化学反应的动力学、热力学等理论，可以确定最适宜的反应器类型、尺寸和操作条件，提高反应过程的效率和产物质量。 2. 分离纯化技术：化工原理的传质和传热概念在分离纯化技术中得 到了广泛应用。例如，萃取、蒸馏、结晶等技术的设计和操作都离不 开传质和传热过程的分析和优化。 3. 能源与环保：化工原理研究的一个重要方面是能源的利用和环境 保护。通过对化工过程中的能耗和排放等问题的研究，可以优化工艺 流程，降低能耗和环境污染。

化工原理基本概念和原理

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。 一、 两组分溶液的气液平衡 1． 拉乌尔定律 理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律： p A =p A 0x A p B =p B 0x B =p B 0（1—x A ） 根据道尔顿分压定律：p A =Py A 而P=p A +p B 则两组分理想物系的气液相平衡关系： x A =（P —p B 0）/（p A 0—p B 0）———泡点方程 y A =p A 0x A /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）。 2． 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 v A =p A /x A v B =p B /x B 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=v A /v B =（p A /x A ）/（p B /x B ）=y A x B /y B x A 对于理想溶液： α=p A 0/p B 0

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。 3．气液平衡相图 （1）温度—组成（t-x-y）图 该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气液两相组成相同，则气相露点温度大于液相泡点温度。 （2）x-y图 x-y图表示液相组成x与之平衡的气相组成y之间的关系曲线图，平衡线位于对角线的上方。平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。总压对平衡曲线影响不大。 二、精馏原理 精馏过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的，精馏操作的依据是混合物中各组分挥发度的差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低；精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应沸点较低；原因之二是：存在压降使塔底压力高于塔顶，塔底沸点较高。 当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时，该塔板称为理论板。 精馏过程中，再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证由适宜的液相回流。 三、两组分连续精馏的计算 1．全塔物料衡算 总物料衡算： F=D+W

化工原理基本概念和原理

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。 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 1. 拉乌尔定律 理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律: 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）。 2. 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 V A 二P A /X A V B =P B /X B 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。 蒸馏操作采用 P A =P A X A B =P B 0 X B = P B 0 ( 1 — X A ) 根据道尔顿分压定律：p A =Py A 而 P=P A + P B 则两组分理想物系的气液相平衡关系: Z — 、 ， ， 0 0 、 X A = ( P — p B ) / ( p A — 泡点方程 y A 二P A 0 X A / P 露点方程 其表达

式有: a =V A/ V B= ( P A/X A) / ( PE/X B)二y A X B/y B X A 对于理想溶液: a二p A0/p B0 气液平衡方程：y=a x/[1+ ( a —1) x] A值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。a愈大，挥发度差异愈大，分离 愈易；a =1时不能用普通精馏方法分离。 3.气液平衡相图 （1）温度一组成（t-x-y ）图 该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度相同，但气相组成大于液相组成；若气 液两相组成相同亠则气相露点温度大于液相泡点温度。 (2)x-y 图 x-y图表示液相组成x与之平衡的气相组成y之间的关系曲线图，平衡线位于 对角线的上方。平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。总压对平衡曲线影响不大。 精馏原理 精馏过程是利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理进行的, 是混合物中 精馏操作的依据各组分挥发度的差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底产生 上升蒸汽。精馏塔中各级易挥发组分浓度由上至下逐级降低；精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，原因之一是：塔顶易挥发组分浓度高于塔底，相应

化工原理基本概念和原理

化工原理基本概念和原理

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。 一、两组分溶液的气液平衡 1．拉乌尔定律 理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律： p A=p A0x A p B=p B0x B=p B0（1—x A）根据道尔顿分压定律：p A=Py A而P=p A+p B 则两组分理想物系的气液相平衡关系： x A=（P—p B0）/（p A0—p B0）———泡点方程y A=p A0x A/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）。 2．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v A=p A/x A v B=p B/x B 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=v A/v B=（p A/x A）/（p B/x B）=y A x B/y B x A 对于理想溶液：α=p A0/p B0 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。 3．气液平衡相图 （1）温度—组成（t-x-y）图 该图由饱和蒸汽线（露点线）、饱和液体线（泡点线）组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽线上方区域为过热蒸汽区，两曲线之间区域为气液共存区。

化工原理基本概念和原理

化工原理基本概念和原理 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。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。

一、两组分溶液的气液平衡 1.拉乌尔定律 理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律： p A=p A0X A p B=p B O X B=p B0( 1—X A ) 根据道尔顿分压定律：P A=Py A P=P A+P B 则两组分理想物系的气液相平衡关系： X A= ( P—p B0) /(P A0—P B0) --------------- 泡点方程y A=p A0x A/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 相组成，可求得与之平衡的另之,已知 组成和温度(试差法)。 2.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V A = p A/X A V B = P B/X B 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： a =V A/V B= ( P A/X A ) / ( P B/X B ) =y A X B/y B X A 对于理想溶液: a =P A0/p B0 气液平衡方程：y= a X/[1+ (a—1) X] A值的大小可用来判断蒸馏分离的难易程度。 a愈大，挥发度差异愈大，分离愈易; a =1时 不能用普通精馏方法分离。 3.气液平衡相图 (1)温度一组成(t-x-y )图 该图由饱和蒸汽线(露点线)、饱和液体线(泡点线)组成，饱和液体线以下区域为液相区，饱和蒸汽