最新化工原理基本概念和原理
- 格式:doc
- 大小:42.50 KB
- 文档页数:7
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概念概念概述化工原理是指在化学工程领域中对化学反应、能量转移、物料转移、流体力学等基础理论的研究和应用,是化学工程师必须掌握的基础知识。
化工原理知识点总结包括一些基础的概念和理论,如化学反应动力学、物质转移、热力学等。
化学反应动力学化学反应动力学是化工原理领域中的重要概念之一。
它研究化学反应的速率和速度,以及影响反应速率的因素。
反应速率是指单位时间内反应物消失或生成物产生的量,速度是指反应物浓度的变化率。
化学反应速率受到许多因素的影响,如温度、浓度、催化剂等。
了解化学反应动力学对于合理设计反应器、提高反应效率至关重要。
物料转移物料转移是指在化工过程中物料(如化学品、溶质、离子等)通过传质现象在介质之间传递的过程。
传质过程包括扩散、对流和传递步骤,其中扩散是最基本的传质方式。
在物料转移的过程中,传质系数、传质的速率和效率都是重要的概念。
了解物料转移的原理可以帮助化学工程师设计和优化传质设备,提高传质效率。
热力学热力学是研究能量转化和转移的物理学分支。
在化工原理中,热力学经常用来描述能量转移和反应过程中的热力学性质。
热力学的基本概念包括热容、焓、熵、自由能等。
了解热力学可以帮助化学工程师设计和优化热交换设备、控制反应过程中的能量转移。
流体力学流体力学是研究流体运动和力学性质的学科。
在化工领域中,流体力学对于设计和操作流体设备和管道系统至关重要。
流体力学的基本概念包括流体的运动方程、雷诺数、流态的分类等。
了解流体力学可以帮助化学工程师优化流体设备的设计和操作。
总结化工原理涉及了化学反应动力学、物料转移、热力学和流体力学等基础概念和理论。
这些知识对于化学工程师理解和解决各种工程问题非常重要。
通过深入学习和掌握化工原理知识,化学工程师可以更好地设计和操作化工设备,提高生产效率和产品质量。
化工原理的概念化工原理是指化学工程学科中的一个重要内容,广泛应用于化学工程的设计、研究、生产和控制等各个领域。
化工原理主要包括物质平衡原理、能量平衡原理、动量平衡原理以及传质、反应、分离等基本原理。
首先,物质平衡原理是化工原理中的基础。
物质平衡是指在化工过程中对物质输入和输出的定量描述和分析,通过考虑反应物、产物、副产物等参与过程的物质流动,确定不同组分之间的质量和物质流动的关系。
物质平衡原理通常用化学方程式来描述,通过对物质平衡进行计算,可以确定反应的产率、反应物消耗量、副产物生成量等重要参数。
其次,能量平衡原理是化工原理中的重要内容。
能量平衡是指在化工过程中对能量输入和输出的描述和分析,包括热量、功等形式的能量,通过考虑能量传递、转化和耗散等过程,确定能量输入和输出之间的关系。
能量平衡原理用于计算化工过程中的热效率、能量损失、能量传递效果等参数,对于优化化工过程、提高能源利用效率非常重要。
此外,动量平衡原理也是化工原理中的重要内容。
动量平衡是指在化工过程中对流体流动条件的描述和分析,通过考虑质量流动、动量传递和动量损失等因素,确定不同区域的流体流速、流量等参数。
动量平衡原理用于计算流体在化工过程中的压力和速度分布、阻力损失、流体黏度等参数,对于设计和优化化工设备,尤其在流体力学领域有着重要的应用。
传质是化工原理中的重要过程之一,是指物质在多相(如气-液、液-液、气-固等)系统中因浓度不均而发生的物质转移现象。
传质过程广泛应用于化学反应、吸附、析出、结晶等化工过程中。
传质过程的研究可以通过物质的扩散、对流、反应等机制来探究,应用于计算传质速率、传质边界层厚度、反应速率等参数。
反应是化工原理中的核心过程之一,是指在一定条件下两种或多种物质相互作用生成新的物质的过程。
化工反应可以是气-液、液-液、气-固等相的反应,也可以是催化反应、生物反应等不同类型的反应。
在化工原理中,通过考虑反应物质的浓度、反应速率、反应热、反应平衡等因素,可以确定反应的条件和行为,进一步优化反应过程并提高产率。
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。
化工原理基本知识点一、物质转化物质的转化是化工过程中最基本的环节之一、物质转化包括化学反应、分离提取以及催化等。
化学反应是指通过物质之间的化学反应,将原料转化为产物。
分离提取是将混合物中的各种组分分开或提取出所需的组分,常见的分离方法有蒸馏、结晶、吸附、萃取等。
催化是指通过催化剂的作用,促使反应速率提高或选择性改变。
二、能量转移能量转移是指在化工过程中,能量从一个系统传递到另一个系统的过程。
能量转移有传导、传热、传质、传动等形式。
传导是指热量、电流或质量在不同物体或介质之间由高温区向低温区传递的过程。
传热是指热量由高温物体通过传导、对流或辐射途径传递到低温物体的过程。
传质是指物质在不同浓度或温度条件下由高浓度或温度区向低浓度或温度区传递的过程。
传动是指物质在介质中的传递过程,包括传质、传热、传动等。
三、反应原理化学反应原理是研究化学反应中物质的物质转化或化学键的断裂与形成等过程的规律。
反应速率是反应条件下单位时间内反应物消失的量,影响反应速率的因素有温度、浓度、催化剂等。
反应平衡是指在一定温度下,反应物和生成物浓度达到一定比例时,反应物和生成物浓度不再发生变化的状态。
平衡常数是用来描述反应平衡程度的物理量。
四、化工工艺流程化工工艺流程是指将原料经过一系列的物质转化和能量转移的过程,得到所需产物的方法、步骤和设备。
化工工艺流程包括原料准备、反应过程、分离提取、能量转移和产品制备等。
原料准备是指将原料加工处理后,满足反应所需的要求。
反应过程是指根据反应条件,将原料转化为产物的过程。
分离提取是将反应生成物中得到所需产物并与其他组分分离的过程。
能量转移是热量、物质或动能在设备中的传递和转换过程。
产品制备是指根据产品的要求,经过加工、过滤、干燥等工艺,制得成品。
五、工艺控制工艺控制是指对化工工艺流程进行监测和调节,以保证工艺参数的稳定和产品质量的良好。
工艺控制包括温度、压力、流量、质量、液位等参数的调节和监测。
化工原理概念知识点总结一、化工原理的基本原理1. 物质的结构和性质物质的结构和性质对于化工原理至关重要。
从微观角度看,分子和原子的结构对物质的性质产生了深远的影响。
化工原理课程中,我们需要了解到物质的基本组成,包括原子、分子和离子等。
另外,还需要学习不同物质的结构和性质,如溶解度、相互作用力等。
2. 物质的基本转化规律化工原理课程还需要深入研究物质的基本转化规律,包括化学平衡、反应速率、物质的传质规律等。
这些规律对于化工工程的设计和运行具有重要的指导意义。
3. 化工综合过程的基本原理化工综合过程是化工原理课程的重要内容之一。
学习该部分内容可以帮助我们了解化工工艺流程的基本原理,包括传热、传质、反应等过程。
在实际工程中,我们需要结合这些原理来设计、改进和优化化工工艺过程。
二、常用公式在学习化工原理的过程中,我们还需要掌握一些常用的公式,以便对工程问题进行计算和分析。
下面列举一些常用的公式:1. 物质的平衡方程式物质的平衡方程式是化工工程中常用的基本公式之一。
根据不同的物质转化过程,我们可以列出不同形式的平衡方程式,如质量平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程等。
2. 传质方程式传质方程式是描述物质在流体中传输的公式。
在液相、气相或固相中,物质传输可以用传质方程式来描述。
我们需要掌握不同传质现象的传质方程式,如扩散传质方程、对流传质方程等。
3. 反应速率方程式反应速率方程式描述了化学反应速率与反应物浓度的关系。
在化工工程中,我们需要根据反应速率方程式来分析和设计反应器,以实现所需的反应条件。
4. 热力学关系式热力学关系式描述了热力学参数之间的关系,如焓、熵、温度等。
这些关系式在化工原理中起着重要的作用,用于分析能量平衡、热力学过程等问题。
三、实践应用化工原理是学习化学工程的基础课程,其理论知识需要结合实践应用才能更好地理解和掌握。
在实践应用中,我们可以将化工原理的知识应用到化工工程实际问题中,例如:1. 设计反应器根据化工原理的知识,我们可以设计不同类型的反应器,以实现所需的反应条件和产物质量。
《化工原理》内容提要第二章流体输送机械1. 基本概念1)离心泵的主要构件:叶轮和蜗壳2)泵的流量q v:指泵的单位时间内送出的液体体积,等于管路中的流量,这是输送任务所规定必须达到的输送量。
3)泵的压头(又称扬程)He是指泵向单位重量流体提供的能量。
4)流体输送机械的分类:动力式(叶轮式)、容积式(正位移式)、其他类型。
5)离心泵的主要构件:叶轮和蜗壳。
6)离心泵的主要性能参数:流量、扬程、效率、轴功率。
7)离心泵特性曲线:描述压头、轴功率、效率与流量关系的曲线。
8)离心泵的工作点:泵特性曲线与管路特性曲线的交点。
9)离心泵的调节:改变管路特性(阀门的开大关小,改变K值);改变泵的特性(改变D、n,调节工作点)。
10)往复泵的结构:由泵缸、活塞、活塞杆、吸入和排出单向阀(活门)构成,有电动和汽动两种驱动形式。
2. 基本原理1)离心泵的工作原理:电动机经泵轴带动叶轮旋转,叶片间的液体在离心力作用下,沿叶片间的通道从叶轮中心进口处甩向叶轮外围,以很高速度汇入泵壳;液体经泵壳将大部分动能转变为静压能,以较高压力从压出口进入排出管。
2)泵的汽蚀现象:当水泵叶轮中心进口出压力低于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压时,液体将发生沸腾部分汽化。
所生成的汽泡,在随液体从叶轮进口向叶轮外围流动时,因压强升高,气泡立即凝聚。
高速度冲向原空间,在冲击点处产生高频高压强冲击。
当气泡的凝结发生在叶轮表面时,气泡周围液体在高压作用下如细小的高频水锤撞击叶片,加之气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学腐蚀作用,将导致叶片过早损坏。
3)离心泵的选用原则:①根据被输送液体的性质确定泵的类型;②确定输送系统的流量和所需压头;③根据所需流量和压头确定泵的型号。
4)往复泵的工作原理:活塞往复运动,在泵缸中造成容积的变化并形成负压和正压,完成一次吸入和排出。
5)气体输送的特点:气体的密度相对液体很小,①动力消耗大;②气体输送机械体积一般都很庞大;③输送机械内部气体压力变化的同时,体积和温度也将随之发生变化。
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”。