化工原理第五章优秀课件
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化工原理课件第五章 蒸馏
Q FcP (T tF )
FcP (T te ) (1 q)Fr
T
te
(1
q)
r cp
tF－原料液的温度℃ T－通过加热器后原料液的温度℃
te－分离器中的平均温度℃ F－原料液流量Kmol/h
cp－原料液平均比热KJ/(Kmol. ℃) r－平均汽化潜热
三、气液平衡关系
理想溶液：
x
A
A
p
1.2.2 非理想物系的气液平衡
1.具有正偏差的溶液 一般正偏差：pA>pA理， pB>pB理。
乙醇－水溶液相图 正偏差溶液：x=0.894，最低恒沸点，78.15℃
2. 具有负偏差的溶液 一般负偏差 pA<pA理， pB<pB理。
硝酸－水溶液相图 负偏差溶液：x=0.383，最高恒沸点，121.9℃
组分： A、B 一、相律分 析： 变量 ： t、p、xA、 yA
相数： 气相、液相
自由度：f c 2 2
C:独立组分数
Ø：相数
一定压力下:液相（气相）组成xA(yA)与温度t存在一 一对应关系气液组成之间xA~yA存在一一对应关系
二、两组分理想物系气液平衡函数关系 1. 拉乌尔定律（ Raoult’s Law）
xF,y,x－－分别为原料液、气相与液相产 品的组成，摩尔分率。
y
FxF Wx D
F
F W
xF
W F W
x
q W 液化分率 F
＝1 1 q
xF
q 1 q
x
qx q 1
q
1
1
xF
平率衡为蒸馏中气液相平衡组q 成的关系。通过（xF， xF ）斜
化工原理第五章
（5）溶剂的汽化需要吸收能量，热源耗量很大，如何 利用二次蒸气，节能降耗，是蒸发操作的关键。
第一节 概 述
二、 蒸发操作的分类
（1）按操作的压力分类，可分为常压、加压或减压 （即真空）蒸发。常压操作时，一般采用敞口设备，二次 蒸发直接排到大气中，所用的设备和工艺条件都较为简单。 采用加压蒸发主要是为了提高二次蒸气的温度，以提高传 热的利用率。同时，可使溶液黏度降低，改善传热效果。 另外，某些蒸发过程需要与前、后生产过程的外部压强相 匹配，如丙烷萃取脱沥青需要在2.8~3.9 MPa下进行，宜 采用加压蒸发。工业上应用较多的是真空蒸发，在冷凝器 后连有真空泵，在负压下将被冷凝的水排出。
第一节 概 述
图5-1 1.加热室 2.分离室 3.混合冷凝室 4.分离器
第二节 单效蒸发及其计算
一、 溶液的沸点和温度差损失
前已述及蒸发是间壁两侧均有相变的恒温传热过程，其
传热的平均温度差Δt为加热蒸气的温度T与溶液的沸点t之间的
差值，即
Δt=T-t
(5-1)
Δt称为有效温度差，二次蒸气的温度T′往往小于溶液的
温度差损失）， ℃；
Δ′——操作压强下由于溶液蒸气压下降而引起的沸点升高， ℃；
F——校正系数，无因次，其经验计算式为
式中 T′——操作压强下二次蒸气的温度， ℃； r′——操作压力下水的汽化热，kJ/kg。
第二节 单效蒸发及其计算
2. 按杜林规则计算
杜林规则说明溶液的沸点和同压强下标准溶液沸点间呈线性关 系。由于容易获得纯水在各种压强下的沸点，故一般选用纯水作为 标准溶液。只要知道溶液和水在两个不同压强下的沸点，以溶液沸 点为纵坐标，以水的沸点为横坐标，在直角坐标图上标绘相对应的 沸点值即可得到一条直线（称为杜林直线）。由此直线就可求得该 溶液在其他压强下的沸点。图5-2是由试验测定的不同组成的 NaOH水溶液的沸点与对应压力下纯水沸点的关系线图，已知任意 压力下水的沸点，可由图查出不同浓度下NaOH的沸点。
第一节 概 述
二、 蒸发操作的分类
（1）按操作的压力分类，可分为常压、加压或减压 （即真空）蒸发。常压操作时，一般采用敞口设备，二次 蒸发直接排到大气中，所用的设备和工艺条件都较为简单。 采用加压蒸发主要是为了提高二次蒸气的温度，以提高传 热的利用率。同时，可使溶液黏度降低，改善传热效果。 另外，某些蒸发过程需要与前、后生产过程的外部压强相 匹配，如丙烷萃取脱沥青需要在2.8~3.9 MPa下进行，宜 采用加压蒸发。工业上应用较多的是真空蒸发，在冷凝器 后连有真空泵，在负压下将被冷凝的水排出。
第一节 概 述
图5-1 1.加热室 2.分离室 3.混合冷凝室 4.分离器
第二节 单效蒸发及其计算
一、 溶液的沸点和温度差损失
前已述及蒸发是间壁两侧均有相变的恒温传热过程，其
传热的平均温度差Δt为加热蒸气的温度T与溶液的沸点t之间的
差值，即
Δt=T-t
(5-1)
Δt称为有效温度差，二次蒸气的温度T′往往小于溶液的
温度差损失）， ℃；
Δ′——操作压强下由于溶液蒸气压下降而引起的沸点升高， ℃；
F——校正系数，无因次，其经验计算式为
式中 T′——操作压强下二次蒸气的温度， ℃； r′——操作压力下水的汽化热，kJ/kg。
第二节 单效蒸发及其计算
2. 按杜林规则计算
杜林规则说明溶液的沸点和同压强下标准溶液沸点间呈线性关 系。由于容易获得纯水在各种压强下的沸点，故一般选用纯水作为 标准溶液。只要知道溶液和水在两个不同压强下的沸点，以溶液沸 点为纵坐标，以水的沸点为横坐标，在直角坐标图上标绘相对应的 沸点值即可得到一条直线（称为杜林直线）。由此直线就可求得该 溶液在其他压强下的沸点。图5-2是由试验测定的不同组成的 NaOH水溶液的沸点与对应压力下纯水沸点的关系线图，已知任意 压力下水的沸点，可由图查出不同浓度下NaOH的沸点。
化工原理第五章讲稿
冷凝液在蒸汽饱和温度下排出时：
c
pw
D Wr ' r
上面公式可以简化为：
hwcpw(Tw0)
2019/9/14
③ 沸点进料，t0 = t1，并忽略热损失和溶液浓度较低时， c p1= cp0 ，则
UWS Kr'tm
或
Q SO KOtm
式中称D/W为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济 程度（或生蒸汽的利用率）。
有
Hhw r
D (H cpTw )W '(F H W )cp1t1Fp0t0 cQ l
h0cp0(t00)cp0t0
代入前面的两式得：
c
pw
式中 cp0 、cp1——料液和完成液的比热，kJ/kg·K。
2019/9/14
为了避免使用不同溶液浓度下的比热，可近似认为溶液 的比热容和所含溶质的浓度呈加和关系，即
由于引起循环运动的原因不同，又分为自然循环型和强制循环 型两类。
自然循环(natural circulation) ：由于溶液受热程度不同产 生密度差引起。
强制循环(forced circulation) ：用泵迫使溶液沿一定方向 流动。
2019/9/14
① 中央循环管式蒸发器
优点：结构紧凑、制 造方便、传热较好、 操作可靠； 缺点：循环速度在 0.4~0.5m/s以下、清洗 和维修不方便。
2019/9/14
• 5.2.2 单效蒸发的计算
• 对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操 作条件以后，通常需要计算以下的这些内容：
•
① 水分的蒸发量；
•
② 加热蒸汽消耗量；
•
③ 蒸发器的传热面积。
•
要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程、
c
pw
D Wr ' r
上面公式可以简化为：
hwcpw(Tw0)
2019/9/14
③ 沸点进料，t0 = t1，并忽略热损失和溶液浓度较低时， c p1= cp0 ，则
UWS Kr'tm
或
Q SO KOtm
式中称D/W为单位蒸汽消耗量，用来表示蒸汽利用的经济 程度（或生蒸汽的利用率）。
有
Hhw r
D (H cpTw )W '(F H W )cp1t1Fp0t0 cQ l
h0cp0(t00)cp0t0
代入前面的两式得：
c
pw
式中 cp0 、cp1——料液和完成液的比热，kJ/kg·K。
2019/9/14
为了避免使用不同溶液浓度下的比热，可近似认为溶液 的比热容和所含溶质的浓度呈加和关系，即
由于引起循环运动的原因不同，又分为自然循环型和强制循环 型两类。
自然循环(natural circulation) ：由于溶液受热程度不同产 生密度差引起。
强制循环(forced circulation) ：用泵迫使溶液沿一定方向 流动。
2019/9/14
① 中央循环管式蒸发器
优点：结构紧凑、制 造方便、传热较好、 操作可靠； 缺点：循环速度在 0.4~0.5m/s以下、清洗 和维修不方便。
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• 5.2.2 单效蒸发的计算
• 对于单效蒸发，在给定的生产任务和确定了操 作条件以后，通常需要计算以下的这些内容：
•
① 水分的蒸发量；
•
② 加热蒸汽消耗量；
•
③ 蒸发器的传热面积。
•
要解决以上问题，我们可应用物料衡算方程、
化工原理第三版第五章吸收精品PPT课件
E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
15
（二）亨利定律其它形式
1）pA*
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
p
* A
cA H
c c
c H
x
E c H
16
c
S
M L M S (1 x) M A x M S
（一）亨利定律
总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分数成正比，其比例系数为亨利系数。
pA* Ex
14
p
* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x——溶质在液相中的摩尔分数；
E——亨利常数，单位同压强单位。
讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T
物系一定，T E 2）E大的，溶解度小，难溶气体
D'c kL zLcBm
液相传质速率方程有以下几种形式：
N A kL (cAi cAL ) NA kx (xi x)
45
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s·kmol/m3）；
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s）；
（1）分离混合气体以获得一定的组分。
（2）除去有害组分以净化或精制气体。 （3）制备某种气体的溶液。 （4）工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气 含苯煤气
冷却器 加热器
洗油 吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5
3）E的来源：实验测得；查手册
15
（二）亨利定律其它形式
1）pA*
cA H
H——溶解度系数， kmol/（m3·kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
p
* A
cA H
c c
c H
x
E c H
16
c
S
M L M S (1 x) M A x M S
（一）亨利定律
总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方 气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔 分数成正比，其比例系数为亨利系数。
pA* Ex
14
p
* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
x——溶质在液相中的摩尔分数；
E——亨利常数，单位同压强单位。
讨论： 1）E的影响因素：溶质、溶剂、T
物系一定，T E 2）E大的，溶解度小，难溶气体
D'c kL zLcBm
液相传质速率方程有以下几种形式：
N A kL (cAi cAL ) NA kx (xi x)
45
kL——以液相组成摩尔浓度表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s·kmol/m3）；
k x——以液相组成摩尔分率表示推动力的液膜 传质系数，kmol/（m2·s）；
（1）分离混合气体以获得一定的组分。
（2）除去有害组分以净化或精制气体。 （3）制备某种气体的溶液。 （4）工业废气的治理。 吸收的依据 混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异。
3
二、吸收过程与设备
4
脱苯煤气 含苯煤气
冷却器 加热器
洗油 吸收与解吸流程
苯 水 过热蒸汽
5
化工原理第四版课件(第五章吸收)
第五章：吸收 概述气液相平衡吸收过程的传质速率吸收塔的计算填料塔第一节：概述一、吸收吸收的定义：吸收是利用气态均相混合物中各组分在吸收剂中溶解度的差异来实现分离的单元操作。
吸收的目的：I.回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品II.除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理III.除去工业放空尾气中的有害气体，以免环境污染。
二、工业吸收了解工业生产中吸收及解吸过程、所需条件和典型设备例子工业上从合成氨原料混合气体中回收CO2乙醇胺脱硫法•需要解决的问题1.选择合适的溶剂2.提供适当的传质设备3.溶剂的再生三、溶剂的选择1.对溶质较大的溶解度；2.良好的选择性；3.温度变化的敏感性；4.蒸汽压要低；5.良好的化学稳定性；6.较低的黏度且不易生泡；7.廉价、无毒、易得、不易燃烧等经济和安全条件。
四、吸收的分类按有无化学反应：物理吸收和化学吸收按溶质气体的浓度：低浓度和高浓度吸收按溶质气体组分的数目：单组分和多组分吸收按有无热效应：等温和非等温吸收本章只讨论低浓度、单组分、等温的物理吸收过程。
五、吸收操作的经济性（费用）气液两相流经设备的能量损耗；溶剂的挥发及变质损失；溶剂的再生费用。
√六、吸收设备第二节：气液相平衡一、平衡溶解度恒温、恒压下，相互接触的气液两相的浓度不变时，气液两相之间的浓度关系。
气液两相组成的浓度分别用物质的摩尔分数来表示，即y= n i /Σn y 、x= n i /Σn x：气液两相中惰性组分的量不变,溶质与惰性组分摩尔比。
yy Y −=1xx X −=11.气体的溶解度气体在溶液中的溶解平衡是一个动态平衡，该平衡的存在是有条件的；平衡时气相中溶质的分压——平衡分压（或饱和分压），液相中溶质的浓度——平衡浓度（或饱和浓度），也即是气体在溶液中的溶解度；气体的溶解度是一定条件下吸收进行的极限程度；温度和压力对吸收操作有重要的影响；加压和降温对吸收有利；升温和降压对解吸有利。
化工原理第5章
（1）分离混合气体。是最主要的应用。
（2）气体净化。例如某厂放空气体中含有有毒有害
气体A，不符合环境保护的排放标准，则选用合适
溶剂将有害气体吸收，使该厂放空气体达到排放标
准。
（3）制备液体产品。例如用水吸收氯化氢气体制备
盐酸，用93%硫酸吸收SO3制备硫酸等等。
1-1 吸收分类
物 理 吸 收 化 学 吸 收 等 温 吸 收 非 等 温 吸 收 单 组 分 吸 收 多 组 分 吸 收
同理，也可以从底部到所选平面做物料衡算；
YA q n ,C qn,B X A (Y A,1 q n ,C q n,B X A,1 )
上述两个方程都称为吸收操作线方程。
其斜率为塔内的气、液比，表明单位惰性气体处
理量mol与所选用吸收剂的量mol。该直线通过A，
B两点。平衡线为YA*=f（XA）
3．计算过程推动力，分析过程进行的难易
在图中，在截面M-N中，推动力以气相浓度差表示为：
y A y A y
液相推动力差表示为：
* A
x A x A x
偏离平衡浓度越远，推动力越大。
* A
§3 吸收速率方程
吸收过程中吸收速率是指单位时间内、在单
位相际传质面积上被吸收的溶质量。
吸收速率可以表示为：
第五章 吸收
§1 化工生产中的吸收操作
吸收操作——利用组成混合气体各组分在溶剂
中溶解度不同来分离气体混合物的操作，称为吸收
操作。
在吸收过程中，吸收所用的溶剂称为吸收剂；
被吸收剂吸收溶解的组分称为吸收质；不被吸收的
组分称为惰性组分或载体；吸收了溶质后的溶液则
称为吸收液。
1-1 吸收操作的类型
化工原理课件第五章 吸收
η=
被吸收的溶质量 进塔气体的溶质量
Y1 Y 2 Y1
Y2=Y1(1-η)
qn,v Y1 Y2 条件所规定
X2 一般为吸收工艺
qn ,l ,m qn,v
Y1 Y2 X1* X 2
Y1 Y2
Y1 m
X
2
qn,l=（1.1～1.5）qn,l,m
2020/7/16
16
5-14 填料层高度的计算
溶解度随温度和溶质气体的分压不同而不同，平衡时溶质在 气相中的分压称为平衡分压。溶质组分在两相中的组成服从 相平衡关系。
加压和降温有利于吸收操作，反之，升温和减压对解吸有利。 但加压、减压费用太高一般不采用。
2020/7/16
6
５－２ 亨利定律
亨利定律
当总压不高（一般小于500KPa）时，在一定温度下，稀溶液上 方气相中溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下 的关系：
一、 填料层高度的基本计算式
填料层高度计算涉及物料衡算、传质 速率和相平衡关系。我们前面介绍的 所有传质速率方程都适用于稳定操作 的吸收塔中的"某一横截面",而不能用 于全塔。
该微元内，吸收质的传递量dG为：
dG qn,vdY qn,ldX
由吸收速率方程可知，该微元内，气相
和液相吸收质的变化量dG为：
在相内（气相或液相）传质方式包括分子扩散和湍流扩散。
分子扩散：当流体内部某一组分存在浓度差时，因微观的分 子热运动使组分从浓度高处传递到较低处，这种现象称为分 子扩散。
湍流扩散：当流体流动或搅拌时，由于流体质点的宏观运动
（湍流），使组分从浓度高处向低处移动，这种现象称为湍
流扩散。在湍流状态下，流体内部产生旋涡，故又称为涡流
化工原理--传热 ppt课件
• 气体的λ很小，有利于保温；气体的λ随温度升高而增大；
• 一般情况下，气体的λ与压力无关； 导热系数大致范围：
金属：2.3~420 W/m.K； 建筑材料： 0.25~3 W/m.K；
绝缘材料： 0.025~0.25 W/m.K； 液体： 0.09~0.6 W/m.K；
ppt课件
15
气体：0.006~0.4 W/m.K
稳态温度场： tf(x ,y ,z)
•等温面：温度相同的点组成的面，等温面彼此不相交。
2. 温度梯度
lim t t •温度梯度的方向垂直于等 n0 n n 温面，以温度增加方向为正。
3. 傅立叶定律--热传导的基本定律 •单位实际时间内传导的热量与温度梯度和导热面积成正比。
dQ ldA t
n
传热方向与温度梯度方p向pt课相件 反
• 利用余热，以降低能耗；
•绝热
醋酸乙烯气体
冷油
冷凝器
冷凝器
醋酸气体 加热器
乙炔气体
反
精
精醋酸
应
粗醋酸 馏
乙烯液
器
乙烯液体 塔
体产品
200℃
150℃
热油
ppt课件
9
2. 传热的三种基本方式
一、热传导（conduction)
• 依靠物体中微观粒子的热运动而传热；
• 特点：物体内部无宏观运动，靠物体各部分的直接接触产 生热量传递；
稳定导热时，通过各层热量相等：
Q
l1A
t1 t 2 b1
t1 b1
t1 R1
l1A
l2A
t2 t3 b2
t2 b2
t2 R2
l2A
l3A
t3 t4 b3
化工原理第05章03课件
1~50 10
15
（2）粒径和粒度分布的测定方法
方法 筛分 光学显微镜
μm
>45
0.5~100
颜料 烟草
2
0.2
电子显微镜 0.001~10
方法 重力沉降 离心沉降
μm
2~50
0.05~10
（3）力学分离过程的选择
>2μm, 常规方法和设备
<2μm, 特殊方法和设备
光衍射 0.001~10
不困难 较困难
5.4.5 工业应用 ①干燥
②强放热反应
③沙子炉石油热裂解
5.5 气力输送 （1）优点பைடு நூலகம்①密闭
②不受地形的限制 ③连续化 ④结合其它操作 稀相输送：固气比小； 密相输送：固气比大。
（2）输送装置 ①真空吸引式
②压送式
③吸—压回转式
本次讲课习题： 第5章 9，10，11, 12
大uum颗tf 表粒示uu流mtf 化 8床.6可1 操作范围大小
小颗粒
ut umf
91.6
(范围大)
流化数 u 反映实际操作状态
umf
（2）操作压降
mg(1 )
P
p
A
L(1 )( p )g
ΔP与流速u无关
实测
测取ΔP1可以监控操作情况, 颗粒少了，加颗粒。 测取ΔP2可以测定床高是否超过预定范围。
（3）实际流化床 两种流化现象
①散式流化——常见于液固系统。 ②聚式流化——常见于气固系统。 两者区别在于： 是否会出现空穴(不同于气泡)
5.4.3 流化床的主要特性 （1）液体样特性 会流动, 会喷射出来 （2）固体混合均匀
温度均匀 适用于强放热催化反应 （3）恒定的压降
化工原理第5章
☻ 负号：热流方向与温度梯度方向相反； ☻ dS：垂直于热流方向。
二、导热系数（热导率）：
λ= −
dQ =− ∂t dS ∂n
dq ∂t ∂n
☻ 数值上等于单位温度降度温度降度下的热通量。
标志物质的导热性能，是物性之一； ☻ λ = f (组成，结构，形态，T， p，ρ，湿度 ) ； ☻ 一般，金属导热系数最大，非金属固体 次之，液体较小，气体最小； ☻ 来源：实验测定 ，查有关手册。
量计算时，试求平壁的温度分布式和导热热通量。 解：① λ按常量计算
1650 + 300 = 975 ℃ 平均温度： tm = 2
λm = 0.815 + 0.00076× 975 = 1.556W /(m ⋅℃)
λ 1.556 (1650 − 300 ) q= (t1 − t2 ) = 0.37 b
条件：同单层，且层间接触良好。
Q1 = Q2 = Q3 = Q
λ1 ∆t1 Q= S (t1 − t2 ) =
b1 R1 = λ2 S (t2 − t3 ) = ∆t2 b2 R2 = λ3 S(t3 − t4 ) = ∆t3 b3 R3
合比定理： Q = ∆t1 + ∆t2 + ∆t3
R1 + R2 + R3
1. 热传导（导热）：Conduction
物体内部或物体之间的直接接触传热。 方式：分子、原子、自由电子的运动、 碰撞。 特点：：无物质的宏观转移。需要介质。
2. 对流传热（热对流）：Convection
流体中由于流体质点的移动和混合引起 的传热。 特点：有物质的宏观转移。需要介质。
☻对流传热中常伴随导热，难以截然分开
☻金属λ大都随温度升高而降低（高合金
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气相
B+A
A
液相
S+A
吸收
A 脱吸
❖气体的减湿 吸收的一种特殊情况。
为水蒸气所饱和的气体与冷水接触，水蒸 气则从气相转入液相，传质只在气相中进行。
逆过程 增湿
气相
B+A A
减湿 A 增湿
液相（水相）
A（水）
❖液－液萃取（萃取） 混合液的分离，
物质从一液相转入另一液相 逆过程 萃取
液相
B+A
A
液相
❖相际传质（物质从一相通过相界面 进入另一相）
分离的目的：
❖ 浓缩：除去溶剂； ❖ 纯化：除去杂质； ❖ 分离：将混合物分成两种或多种目的产物； ❖ 反应促进：把化学反应或生化反应的产物连
续取出，以提高反应速率。
２．以相际传质为特征的单元操作
常见的有：
❖吸收 气体混合物的分离。
物质由气相转入液相 逆过程 脱吸
CA xAC
C—混 合 物在液相中的总摩尔 浓 度 ， kmol/m3；
—混合物液相的密度，kg/m3。
4．气体总压与理想气体中组分的分压 总压与某组分的分压之间的关系: pA = PyA
摩尔比与分压之间的关系:
YA
p
pA pA
摩尔浓度与分压之间的关系:
cA
nA V
pA RT
三、传质设备简介
❖ 板式塔： 在板式塔内气流与液流依次在各层塔板上接触、
传质，其浓度沿塔高呈阶跃式变化。 逐级接触式传质设备
5.2 蒸馏概述
1. 蒸馏原理：
蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度 的不同实现分离的单元操作.
沸点低的组分称为易挥发组分，高的为 难挥发组分
2. 蒸馏分离的特点
蒸馏操作需要消耗大量的能量，流程简单 蒸馏操作既可用于气体混合物的分离，也
1. 对传质设备的要求（设计原则）： ❖ 给传质的两相（或多相）提供良好的接触机
会，包括增大相界面积和增强湍动程度。 ❖ 两相在接触后能分离完全。
❖ 结构简单、紧凑，操作便利，稳定，运转可 靠，周期长，能量消耗小等。
2. 填料塔和板式塔：
❖ 填料塔： 在填料塔内气液两相沿着塔高连续接触、传质，
因而两相的浓度也沿塔高连续变化。 连续接触式传质设备
二、双组分理想物系的气液平衡函数关系
所谓理想物系，即指液相为理想溶液，遵循拉乌 尔定律；气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。 拉乌尔定律：
p A p A 0 x Ap B p B 0 x B p B 0 1 x A 5 2
pA0、 pB0为溶液温度下纯组分A和B的饱和蒸气压 可查有关手册或由下面安托因方程求得：
质量比：a= m A/mB 摩尔比：X= n A/nB
换算
Y= n A/nB
a
a= 1 - a
a=
a 1+a
X= x
1 -x
X
X=
1+X
质量
3.浓度：单位体积中的物质量
摩尔量
质量浓度：
cA=
mA V
Kg/m3
摩尔浓度：
CA=
nA V
(体积浓度）
Kmol/m3
质量浓度与质量分率的关系：
cA aA
摩尔浓度与摩尔分率的关系：
lgp0A B 53
CT
当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的 蒸气压之和：
P p A p B 5 4
由式5-2和5-4得：
xApPA 0ppB 0B 0
55
yAp P ApA 0P xAp P A 0p P A 0 p p B 0 B 0
56
相平衡常数
KAp P A 0 KBp P B 0 57 y A K A x A y B K B x B 5 8
均相混合物的分离过程 1. 均相物系的分离 混合物可分为非均相物系和均相物系。
非均相物系的分离前面已经讲过；
均相物系的分离条件是必须造成一个两相物系，然后依据 物系中不同组分间某种物性的差异，使其中某个组分或某些 组分从一相向另一相转移，以达到分离的目的。
均相物系分离的特点
❖引入第二个相，并使两组分在第二 个相中存在不均匀分配。
5.1.1 双组分理想物系的气液平衡 5.1.2 双组分非理想物系的气液平衡
5.1 双组分溶液的气液平衡
5.1.1 双组分理想物系的气液平衡
一、相律
在物理化学中，我们学习过相律，即：
F C 2 5 1
式中F――自由度数；
C ――独立组分数；
Φ ――相数。 对双组分的气液相平衡，由相律知其自由度数为2。
S+A
萃取
A 萃取
❖ 固－液萃取（浸沥或浸取）
属多相系的分离 物质固相表面或内部转入液相。
固相
B+A A －－－－－
液相
S+A 浸沥
❖结晶 溶质从液相趋附于溶质晶体的表面转
为固相，使晶体长大。逆过程 溶解
液相
S+A A
结晶 A 溶解
固相
A
❖吸附 物质从气相或液相趋附于固体表面
（多为多空性固体的内表面）逆过程 脱附
气相或液相
B+A
A
吸附
A 脱附
固相
C
❖干燥 液体（水）经过汽化，从固体表面或
内部转入气相，属多相系分离。
固相
B+A A －－－－－
气相
C+A 干燥
❖精馏 液体混合物的分离
不同物质在汽液两相间相互转移。
液相
A+B A
汽相
A+B
精馏 B
3.相际传质与传热的相似和区别
热量Q
极限
可用于液体混合物甚至是固体混合物的分离 蒸馏操作有时需要高压、高真空、高温或
低温条件
3. 蒸馏过程的分类
按生产方式分为间歇蒸馏和连续蒸馏 按蒸馏方式分为简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏
和特殊精馏等 按操作压强分为常压、减压、加压蒸馏 按待分离混合物中组分数不同分为双组分
和多组分蒸馏
5.1双组分溶液的气液相平衡
推动力
（最终的平衡状态）
热平衡 T=t
⊿t=T-t
传质 质量m
相平衡
⊿C
二、相组成的表示法
１.质量分率和摩尔分率 质量分率ai：均相混合物中某组分质量占总质
量的分率或百分率。 ∑ ai ＝１
摩尔分率xi 、yi：某组分摩尔数占总摩尔数的分 率或百分率。 ∑ xi ＝１ ∑ yi ＝１
2.质量比和摩尔比：常用于双组分物系
当总压不变时，相平衡常数K并非常数，随温度变化
5-1 —
三、双组分理想溶液的气液平衡相图 温度----组成（t-x-y)图
图 苯 甲 苯 混 合 液 的
化工原理第五章
5.1概述
化工过程中步骤很多,这些步骤可分为两 类:
❖ 以进行化学反应为主,通常在反应器中进 行.
❖ 物理性操作
单元操作
单元操作
流体力学：沉降、过滤、离心分离等
传热：
分离非均相混合物
传质：吸收、脱吸、精馏、萃取、干燥、
吸附、结晶等
非均相混合物
分离操作
均相混合物
传质设备
一、化工生产中的传质过程