化工原理基本概念和原理
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化工原理基础知识总结化工原理是指化学工程中的基础理论和原理知识。
它是化学工程师必备的核心知识,对于掌握化工工艺过程、优化工艺设计、解决工艺问题具有重要意义。
本文将从化工原理的基础知识出发,对其进行总结。
一、物质的组成和性质物质的组成和性质是化工原理的基础。
物质由分子或离子组成,分子由原子构成。
原子的基本结构包括质子、中子和电子。
化学键是原子之间的相互作用力,包括共价键、离子键和金属键等。
物质的性质包括物理性质和化学性质。
物理性质包括密度、熔点、沸点等,而化学性质则包括反应性、稳定性等。
二、化学反应和化学平衡化学反应是指物质之间发生的化学变化。
反应速率是指单位时间内反应物消失或生成物形成的量。
反应速率受到浓度、温度、催化剂等因素的影响。
化学平衡是指反应物浓度和生成物浓度达到一定比例的状态。
平衡常数是描述平衡状态的指标,与温度有关。
平衡反应受到Le Chatelier原理的影响,当外界条件改变时,平衡会向着减少变化的方向移动。
三、质量守恒和能量守恒质量守恒是指在化工过程中,物质的质量不会凭空消失或产生。
质量守恒原理是化工过程设计和控制的基础。
能量守恒是指能量在化工过程中的转化和传递。
热力学是研究能量转化和传递的学科,包括热力学系统、热力学过程和热力学循环等。
热力学定律包括热力学第一定律和热力学第二定律。
热力学第一定律是能量守恒定律,热力学第二定律是热力学过程的方向性规律。
四、质量传递和动量传递质量传递是指物质在不同相之间的传递过程,例如气体和液体之间的传质。
质量传递的驱动力包括浓度差、温度差和压力差等。
质量传递过程中的传质速率受到物理和化学因素的影响。
动量传递是指物质的运动和流动,主要涉及流体力学的基本原理。
流体的运动可以通过流体力学方程来描述,包括连续性方程、动量方程和能量方程。
五、传热和传质传热是指热量在不同物体之间的传递过程。
传热方式包括导热、对流和辐射。
导热是指由于温度差引起的热量传递。
对流是指通过流体的传导和对流传热方式。
化工原理概念化工原理是指研究化学工程和过程中的基本原理和规律的学科。
它涉及到化学反应、传质、传热、流体力学、流动与混合、物料平衡和能量平衡等方面的知识。
化学反应是指化学物质经历化学变化的过程,包括物质的转化、生成新物质、化学平衡等。
通过研究反应动力学、反应速率、反应机理和反应平衡等,可以设计和优化化学反应过程,提高化学产物的产率和质量。
传质是指物质间的质量传递过程,包括传质速率、传质平衡和传质机理等。
通过研究传质现象,可以改进分离、浓缩、吸收、萃取等化工操作过程,提高物料的纯度和分离效率。
传热是指能量在物质中的传递过程,包括传热速率、传热方式和传热机理等。
通过研究传热现象,可以改善加热、冷却、干燥等热力操作过程,提高能源利用效率和产品质量。
流体力学是研究液体和气体的运动行为和力学性质的学科,包括流体的流动规律、动量守恒和能量守恒等。
通过研究流体力学现象,可以优化和改进流体输送、搅拌、喷射等流体操作过程,提高流体传输效率和混合效果。
流动与混合是研究流体在管道和设备中的流动行为及混合的学科,包括流体的速度分布、浓度分布和物理性质等。
通过研究流动与混合现象,可以设计和改进管道和设备的结构,提高流体的均匀性和混合效果。
物料平衡是根据质量守恒原理,用代数方程表达物质在化工过程中的流动、转化和积累关系的方法。
通过对物料平衡的分析,可以确定工艺装置的输入和输出,预测化学反应的产物和副产物,保证工艺过程的稳定和安全。
能量平衡是根据能量守恒原理,用代数方程表达能量在化工过程中的转移、转化和积累关系的方法。
通过能量平衡的计算,可以确定工艺装置的加热和冷却需求,优化能源利用,提高工艺的经济性和环境友好性。
综上所述,化工原理是化学工程和过程中的基本原理和规律的研究,涉及到化学反应、传质、传热、流体力学、流动与混合、物料平衡和能量平衡等方面的知识。
它为化工工程师提供了理论基础和指导,用于优化和改进化工过程,提高生产效率和产品质量。
化工原理知识点总结一、化工原理的概念和基本原理1. 化工原理的概念化工原理是指研究化工过程中各种物质变化和能量变化规律的科学。
化工原理是化学工程学科的基础,它研究化工过程中的化学反应、物质传递、热力学、流体力学等基本原理和规律。
2. 化工原理的基本原理化工原理的基本原理包括热力学、化学反应动力学、物质传递和流体力学等方面的基本原理。
(1)热力学热力学是研究物质的能量转化规律和能量平衡的科学。
在化工过程中,热力学原理适用于研究热平衡、热力学循环、热力学分析等方面的问题。
(2)化学反应动力学化学反应动力学是研究化学反应速率和影响因素的科学。
化工过程中的化学反应速率、反应机理、反应平衡等问题都需要运用化学反应动力学的原理进行分析和研究。
(3)物质传递物质传递是指物质在不同相之间的传递过程,包括物质的扩散、对流,以及传质设备的设计和运行原理等问题。
(4)流体力学流体力学是研究流体运动规律和流体性质的科学。
在化工过程中,很多问题都需要用到流体力学原理,如管道输送、泵的选择和设计、流体混合等方面的问题。
这些基本原理是化工原理研究的基础,它们为化工过程的设计、优化和运行提供了理论支持和技术指导。
二、化工过程的热力学分析1. 化学平衡在化工过程中,化学反应是一个重要的环节,化学反应的平衡状态对于产品的质量和产率有很大的影响。
因此,分析化学平衡是化工过程设计和运行中的重要内容。
2. 热力学循环热力学循环是指利用热力学原理设计和运行的热力系统,如蒸汽发电系统、制冷系统等。
热力学循环的分析和设计对于提高能量利用率和节能减排具有重要意义。
3. 热力学分析热力学分析是指利用热力学原理对化工过程中的能量转化和热平衡进行分析。
热力学分析通常包括能量平衡、热效率、热损失等方面的内容,它是化工过程优化和节能改造的重要手段。
三、化工过程的化学反应动力学分析1. 反应速率反应速率是指化学反应中物质的转化速率,其大小受到温度、浓度、压力等因素的影响。
化工原理知识点总结pdf第一章:化工原理基础化工原理是化工学科的一门基础课程,主要研究化工过程的基本原理和基本规律。
本章将针对化工原理的基础知识进行总结。
1.1 化工过程基本概念化工过程是指将原材料通过化学反应、分离、精制等一系列工艺操作,转化成符合特定需求的产品的过程。
化工过程一般包括原料处理、反应、分离、精制和产品收率等环节。
1.2 热力学基础热力学是研究物质能量转化规律的科学,它主要包括热力学系统、热力学第一、二、三定律,熵增原理等内容。
在化工过程中,热力学原理对于理解和分析热力学系统的能量变化、效率提高和过程优化具有重要的意义。
1.3 物质平衡原理物质平衡是指在化工过程中,针对物质流量、组分和质量进行的平衡分析。
物质平衡原理是化工过程中不可或缺的理论基础,它体现了化工过程中原料转化成产品,各种物质在环境中传输和转化的基本规律。
1.4 动量平衡原理在流体力学和传递过程中,动量平衡原理是通过对流体流动、传输和转动的分析,确定系统内部及其与外界的动量交换关系。
动量平衡原理在化工过程中的应用十分广泛,对于管道流体、设备运转和动力传递等方面起着重要作用。
1.5 质量平衡原理质量平衡原理是指在化工过程中,对于物质的组分、浓度、流量等进行质量平衡的原理分析。
质量平衡原理是化工过程中最基本的原理之一,对于产品质量控制、环境保护和过程优化具有重要的指导意义。
1.6 界面传递原理界面传递原理是指在化工过程中,各种界面过程发生物质传递、热量传递、动量传递的基本规律。
界面传递原理的研究对于化工过程中的分离、精制、传质、传热等方面具有重要的意义。
第二章:化工反应原理化工反应原理是化工学科的重要分支之一,主要研究化工原料通过化学反应,转化成特定产品的原理和规律。
本章将总结化工反应原理的基本知识。
2.1 化学反应的基本概念化学反应是指化学物质在一定条件下,由原有的化学键断裂再组合成新的化学物质的过程。
化学反应包括各种离子反应、氧化还原反应、配位反应、配位反应、离子化合物的生成等。
化工原理知识点归纳总结一、化工原理概述化工原理是化学工程的基础课程,主要介绍了化学工程领域中的基本原理和基本概念。
它涵盖了化学反应、热力学、传质与传热等方面的知识。
化工原理对于理解和掌握化工过程的基本原理和技术具有重要意义,是化学工程学习和实践的基础。
本文主要对化工原理中的关键知识点进行归纳总结,以帮助读者系统地了解化工原理的基本概念和原理。
二、化工原理知识点归纳1. 化学反应化学反应是化学工程过程中的核心环节。
化工原理中介绍了化学反应的基本概念和原理,包括反应速率的表达式、反应热、反应平衡等内容。
化学反应的速率表达式可以用来描述反应速率与反应物浓度之间的关系,常见的表达式有零级、一级和二级反应速率方程。
反应热是指化学反应放热或吸热的现象,它在化学工程过程中对于了解和控制反应过程具有重要意义。
反应平衡是指化学反应两个方向之间达到动态平衡状态的现象,化工原理中介绍了反应平衡的基本原理和计算方法。
2. 热力学热力学是研究能量转化和传递规律的科学,是化学工程过程中的基本理论。
化工原理中介绍了热力学的基本概念和原理,包括热力学函数、热力学平衡、热力学循环等内容。
热力学函数是描述系统能量状态和性质的函数,常见的热力学函数有内能、焓、熵等。
热力学平衡是指系统达到热力学平衡状态的过程,它对于化工过程的热平衡和物质平衡具有重要意义。
热力学循环是指在不同状态点之间进行能量转化的循环过程,化工原理中介绍了常见的热力学循环,如卡诺循环、斯特林循环等。
3. 传质与传热传质与传热是化工过程中的重要环节,是控制化工过程效率和产品品质的关键因素。
化工原理中介绍了传质与传热的基本原理和计算方法,包括质量传递、热传递、质量传递系数和传热系数等内容。
质量传递是指组分在不同相之间发生的传递过程,化工原理中介绍了质量传递的基本原理和影响因素。
热传递是指热量在不同相之间发生的传递过程,化工原理中介绍了热传递的基本原理和传热方式。
质量传递系数和传热系数是描述传质与传热速率的参数,化工原理中介绍了其计算方法和影响因素。
化工原理简介化工原理是化学工程学科中的基础理论之一,主要研究物质的转化过程、反应机理以及相关的物理和化学性质。
在工业生产中,化工原理的应用非常广泛,涉及到化工产品的生产、石油化工、食品加工、环境保护等领域。
化工原理主要包括物质转化原理、物质平衡原理和能量平衡原理。
物质转化原理是化工原理的核心内容之一。
在化学反应中,原料通过一系列的转化步骤最终转化为所需的产品。
物质转化原理研究反应的速率、反应机理以及反应条件的选择。
其中,反应速率是指单位时间内反应物消耗或产物生成的量,它受到反应物浓度、温度、催化剂等因素的影响。
研究反应速率可以帮助我们优化工艺条件,提高反应效率。
物质平衡原理是化工原理的基础。
在化工过程中,物质的输入和输出需要保持平衡,以确保产品的质量和产量。
物质平衡原理研究物质在系统中的流动和转化规律,通过建立物质平衡方程来描述物质的分布和转移。
通过对物质平衡的分析,可以确定工艺参数的选择,优化生产过程。
能量平衡原理是化工原理的另一个重要方面。
在化工过程中,能量的输入和输出也需要保持平衡,以确保系统的稳定和高效运行。
能量平衡原理研究能量的转化和传递规律,通过建立能量平衡方程来描述能量的分布和转移。
通过对能量平衡的分析,可以确定反应器的绝热条件、热交换设备的设计等,以提高能量利用率。
除了物质转化原理、物质平衡原理和能量平衡原理,化工原理还涉及到物理化学、热力学等方面的知识。
物理化学研究物质的性质和行为,包括物质的结构、性质和相互作用等;热力学研究能量的转化和传递规律,包括物质的热力学性质、热力学过程和热力学平衡等。
化工原理的研究不仅要求深入理解物质的本质和规律,还需要掌握数学、物理、化学等多个学科的知识。
通过对化工原理的研究,可以揭示物质的转化过程和反应机理,指导工程实践,提高产品的质量和产量。
同时,化工原理也为新材料的开发和环境保护等领域提供了理论基础。
化工原理作为化学工程学科中的基础理论,对于工业生产和科学研究具有重要意义。
化工原理的理论基础
化工原理的理论基础包括物质平衡、能量平衡、动量平衡和化工过程的基本原理等。
1. 物质平衡:物质平衡是指在化工过程中物质的输入和输出之间的平衡关系。
它基于质量守恒定律,要求在化工过程中所涉及的各种物质的输入和输出量必须保持平衡,以确保化工过程的效率和稳定性。
2. 能量平衡:能量平衡是指在化工过程中能量的输入和输出之间的平衡关系。
它基于能量守恒定律,要求在化工过程中所涉及的各种能量的输入和输出量必须保持平衡,以确保化工过程的热力学效率和能源利用率。
3. 动量平衡:动量平衡是指在化工过程中流体的流动和传递过程中动量的输入和输出之间的平衡关系。
它基于动量守恒定律,要求在化工过程中流体的输入和输出的动量必须保持平衡,以确保化工过程的流体力学效率和流体传递性能。
4. 化工过程基本原理:化工过程基本原理是指化工过程中涉及的各种化学反应、物理变化和物质传递等基本原理。
这些原理包括质量守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律、物质传递和反应动力学等。
通过理解和应用这些基本原理,可以设计和控制化工过程,实现所需的物质转化和产品制备。
总之,化工原理的理论基础涵盖了物质平衡、能量平衡、动量平衡和化工过程的
基本原理,这些基础理论对于化工过程的设计、控制和优化都起着重要的指导作用。
化工原理知识点总结【化工原理知识点总结】化工原理是化学工程中最基础的学科之一,它研究化学工程中各种化工过程的基本原理和规律。
以下是对化工原理一些重要知识点的总结。
一、物理与化学性质1. 物质的组成与性质:物质根据其组成和性质可分为元素和化合物;元素是由相同类型的原子组成,而化合物是由不同类型的原子通过化学键结合而成。
2. 物质的相变:物质在不同条件下,如温度、压力的变化下,可能发生固态、液态和气态之间的相互转变,这种转变称为相变。
3. 化学平衡:在化学反应中,当反应速度达到动态平衡时,反应物和生成物的浓度保持稳定,这种状态被称为化学平衡。
二、物质的转化与反应1. 反应速率:指单位时间内反应物消耗或生成物的产生量,它受【温度】、【浓度】、【压力】、【催化剂】等因素的影响。
2. 热力学:热力学是研究物质在不同温度和压力下的能量变化和热效应的学科,它通过热力学参数(如焓、熵、自由能)来描述化学反应的可行性。
3. 反应平衡:化学反应在特定条件下,反应物和生成物之间的比例保持不变的状态称为反应平衡,反应平衡通常用平衡常数来描述。
4. 反应动力学:反应动力学研究化学反应速率及其与因素的关系,包括反应速率方程、活化能、反应级数等。
三、质量守恒与能量守恒1. 质量守恒定律:在封闭系统中,物质的总质量保持不变,即反应前后物质的质量之和相等。
2. 能量守恒定律:在化学过程中,能量不会被创造或消失,只能从一种形式转化为另一种形式。
四、传递过程1. 质量传递:指物质从高浓度向低浓度的传递过程,如扩散、传导等。
2. 热传递:热量从高温区传递到低温区的过程,常常涉及传热方式,如传导、对流、辐射等。
3. 动量传递:指物质运动时动量的传递,如气体或液体流体的流动过程中的压力传递、阻力等。
五、化工工艺1. 分离技术:用于将混合物中的不同成分分离并得到纯净物质的技术,常见的分离方法包括蒸馏、萃取、结晶、吸附等。
2. 反应器:反应器是化学反应进行的装置,常见的反应器有批式反应器、连续流动反应器等。
化工原理基本概念化工原理涉及许多基本概念,包括化学反应、热力学、流体力学等。
以下是一些与化工原理相关的基本概念:1.化学反应:o反应物和生成物:化学反应中参与反应的物质称为反应物,而生成的物质称为生成物。
o平衡常数:反应达到平衡时,反应物和生成物的浓度之比称为平衡常数。
2.热力学:o焓和熵:焓(H)表示系统的热量,熵(S)表示系统的混乱度。
在常温常压下,焓的变化等于热量的变化。
o自由能:Gibbs自由能(G)表示系统在定压定温条件下能够执行的最大非体积功。
当G减小时,反应趋向于进行。
3.物质平衡:o质量平衡:在化工过程中,系统内各种组分的质量变化需要满足质量守恒的原则。
o能量平衡:能量平衡方程考虑了系统内能量的输入、输出和变化。
4.相平衡:o气液相平衡:描述气体和液体之间的平衡条件,例如蒸汽压和液体溶解度。
o液液相平衡:描述液体混合物中不同组分之间的平衡条件,例如提取过程。
5.反应工程:o反应器设计:包括反应器类型选择、反应器尺寸设计等,以实现化学反应的最佳条件。
o反应动力学:研究反应速率与反应物浓度之间的关系。
6.传热和传质:o传热:研究热量如何在系统中传递,例如换热器的设计。
o传质:研究物质在系统中的传递,例如在溶液中溶质的扩散。
7.流体力学:o流体性质:包括流体的密度、黏度、速度等。
o管道流动:描述液体或气体在管道中的流动行为,例如雷诺数和阻力损失。
8.化工安全:o危险评估:评估化工过程中可能发生的危险,制定相应的安全措施。
o应急处理:针对事故情况,制定应急处理计划,以最小化损失。
这些基本概念构成了化工原理的核心,为化工工程的设计、操作和优化提供了理论基础。
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。
热原料液的千摩尔汽化潜的热量进料变为饱和蒸汽所需将kmol I I I I q L V F V 1≈--= 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+qFV=V`—(q —1)Fq 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 FII.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=(1.1~2)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<y n,t n-1<t n,y n>x n-1。
精馏塔中第n-1,n,n+1块实际板,x n*<x 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/(m2·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 L1/K L=1/k L+H/k G1/K Y=1/k y+m/k x1/K X=1/k x+1/mk yk 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”。