精馏塔的计算

吸收尾气：剩余的气体（惰气、残余溶质）
3．解吸：从吸收剂中分离出已被吸收气体的操作。
4．吸收操作传质过程：单向传质过程，吸收质从气相转移到液相的传质过程。
其中包括吸收质由气相主体向气液相界面的传递，及由相界面向液相主体的传递。
5．吸收过程：通常在吸收塔中进行。为了使气液两相充分接触，可采用板式塔或填料塔，少数情况下也选用喷洒塔。
对于易溶气体，H很大，此时，传质阻力集中于气膜中，液膜阻力可以忽略，1/ KG≈1/kG气膜阻力控制着整个吸收过程的速率，吸收总推动力的绝大部分用于克服气膜阻力，这种情况称为“气膜控制”。
对于气膜控制的吸收过程，如要提高其速率，在选择设备型式及确定操作条件时，应特别注意减小气膜阻力。
（2）以C*-C表示总推动力的吸收速率方程式（液相总吸收速率方程式）
解：将液组成换算成摩尔分率。
xF=（40/78）/(40/78+60/92)= 0.44
xD=(97/78)/(97/78+3/92)=0.974
xW=(2/78)/(2/78+98/92)=0.0235
原料平均摩尔质量MF=78×0.44+92×0.56=85.8kg/kmol
由物料衡算：F= D+W =15000/85.8= 175kmol/h
则F = D + W
FxF= DxD+ WxW
175 = D + WD=76.6kmol/h
175×0.44=0.974D+0.0235WW=98.4kmol/ h
例：将含24%（摩尔分率，以下同）易挥发组分的某混合液送入连续操作的精馏塔。要求馏出液中含95%的易挥发组分，残液中含3%易挥发组分。塔顶每小时送入全凝器850kmol蒸汽，而每小时从冷凝器流入精馏塔的回流量为670kmol。试求每小时能抽出多少kmol残液量。回流比为多少？
（一）质量分率和摩尔分率
1．质量分率：混合物中某组分的质量与混合物总质量的比值，称为该组分的质量分率。αA=GA/G；αB=GB/G或αB=1-αA
2．摩尔分率：混合物中某组分的摩尔数与混合物总摩尔数的比值，称为该组分的摩尔分率。
xA=nA/n；xB=nB/n或xB=1-xA
xA=（GA/MA）/（GA/MA+GB/MB）；xB=（GB/MB）/（GA/MA+GB/MB）
对于同一种气体溶质，溶解度随温度的升高而减小。
随压力的增加而增大。
7．蒸馏与吸收的区别
蒸馏吸收
分离物液体混合物气体混合物
原理依据组分间挥发度的不同而分离依据组分间溶解度的不同而分离
传质方向双向传质气相→液相单向传质气相→液相
两相形成内部产生第二物相外界引入另一相（吸收剂）
产品获得直接获得需第二次分离（解吸）获得
3．质量分率和摩尔分率的换算
质量分率换算成摩尔分率xA=（αA/MA）/（αA/MA+αB/MB）
xB=（αB/MB）/（αA/MA+αB/MB）
摩尔分率换算成质量分率αA=xAMA/（xAMA+xBMB）
αB=xBMB/（xAMA+xBMB）
(二)气体混合物的组成V
按照气体的性质，气体某组分的摩尔分率等于体积分率。L D
所以气体的摩尔分率为yA=pA/P=vA/V；xD
yB=PB/P= vB/V或yB=1-yAF，xF
三．物料衡算（双组分）
对总物料衡算F =D+W
对易挥发组分衡算FxF=DxD+ WxW
式中：W
F——原料液、塔顶产品（馏出液）、塔底产品（釜残液）流量，kmol/hxW
xF、xD、xW——分别为原料液、馏出液、釜残液中易挥发组分的摩尔分率
对于具有中等溶解度的气体吸收过程，气膜阻力与液膜阻力均不可忽略。要提高吸收过程速率，必须兼顾气、液两膜阻力的降低，方能得到满意的效果。
八．吸收剂的用量LV，Y2L，X2
1．吸收操作线方程：
V—单位时间通过吸收塔的惰性气量，kmol惰气/s
L—单位时间通过吸收塔的吸收剂量，kmol吸收剂/s
Y1、Y2 —分别为进塔和出塔气体的组成，
解：蒸发量
泡点进料q=1，L’= L +F V’=V
露点进料q=0，L’= LV’=V-F
吸收
一．吸收原理
1．吸收：利用各组分溶解度的不同而分离气体混合物的操作。
2．吸收质（溶质）：能溶解的组分。
吸收剂（溶剂）：吸收所用的液体。
惰性气体（载体）：不被吸收的组分。
溶液：吸收所得到的溶液（主要成分：溶剂、溶质）
3．在膜层以外的汽液两相中心区，由于流体充分湍动，吸收质的浓度是均匀的，即两相中心区的浓度梯度为零，全部浓度变化集中在两个有效膜层内，即阻力集中在两膜层中。
界面（无阻力）
层流传质方向
气气液液
相膜膜相
主Pci主
体体
对流扩散PiC对流扩散
无阻力分子分子无阻力
扩散扩散
吸收质在气相中的分压有有吸收质在液相中的浓度
（二）液膜吸收速率方程式NA=kL（Ci-C）
kL为液膜吸收系数kmol/ (m2.s. kN/m2)
Ci、C分别为吸收质A在相界面与液相主体处的浓度，kmol/m3
液膜吸收系数值反映了所有影响这一扩散过程因素对过程影响的结果，如扩散系数、溶液的总浓度、液膜厚度及吸收剂的浓度。
3．吸收总系数及其相应的吸收速率方程式
吸收尾气B+少量A
如图：吸收剂自塔顶上部喷淋而下，塔底部排出溶液；
混合气体由塔底进入，塔顶部排出吸收尾气。溶剂
气液两相在塔内进行逆向接触的过程中，混合
气体内吸收质就转移到吸收剂中，达到了从混
合气体分离出某种组分的目的。混合气体
（A+B）
6． 气体在液体中的溶解度：平衡状态下，液相中的溶质浓度。溶液
表明一定条件下，吸收过程可能达到的极限浓度。（溶剂+A）
气膜、液膜越厚，传质阻力越大，传质速率就越小，而膜越薄，自然越有利传质。
（三）提高吸收速率：流体力学指出，流速越大，边界膜越薄。因此按照双膜理论，吸收速率
1．吸收速率：是指单位传质面积上，单位时间内吸收的溶质量。
在稳定操作的吸收设备中吸收设备内的任一部位上，相界面两侧的对流传质速率是相等的（否则会在界面处有溶质积累）。因此其中任何一侧有效膜中的传质速率都能代表该处的吸收速率。
吸收过程所以能自动进行，就是由于两相主体浓度尚未达到平衡，一旦达到平衡，推动力便等于0。因此，吸收过程的总推动力应该用任何一相主体浓度与其达到平衡浓度的差值来表示。
（1）以p-p*表示总推动力的吸收速率方程式（气相总吸收速率方程式）
NA=KG（p-p*）KG气相吸收总系数
吸收过程的总阻力由气膜阻力1/kG与液膜阻力1/HkL两部分组成。H溶解度系数
在湍流主体中，由于分子运动而产生的分子扩散与涡流扩散同时发挥着传递作用。但由于构成流体的质点是大量的，所以在湍流主体中质点传递的规模远大于单个分子的，因此涡流扩散的效果占主要地位。
（1）涡流扩散速率要比单纯的分子扩散大得多。故强化传质设备常常是通过提高湍流程度来实现的
（2）涡流扩散系数不是物理常数，它与湍动程度有关，且随位置而不同。
（1）分子扩散的阻力和速率主要决定于扩散物质和流体的温度以及某些物理性质。
（2）分子扩散速率与其在扩散方向上的浓度梯度成正比。
分子扩散系数是物质的物理性质之一。扩散系数大，表示分子扩散快。
（3）分子在液体中扩散速率比在气体中要慢的多。因为液体的密度比气体的密度大得多，其分子间距小。
2．涡流扩散：通过流体质点的湍动和旋涡而传递物质的现象。主要发生在湍流流体中。
如：单效蒸发的物料衡算
作溶质的衡算Fx0=（F―W）x1
式中F—原料液量，kg/h
W—水分蒸发量，kg/h
x0、x1—原料液和完成液的浓度，质量分率
例：在单效蒸发中，每小时将2000kg的某水溶液从10%连续浓缩到30%。操作压力为40kpa，相应的溶液沸点为80℃。用200kpa饱和蒸汽加热。试求蒸发量。
（3）热平衡：是物料平衡和汽液平衡的基础。
Q入=Q出+Q损
各层塔板上的热平衡Q汽化=Q冷凝
影响因素：塔釜加热蒸汽量、塔顶冷凝剂量、物料平衡、汽液平衡。
总之三大平衡相互制约，操作中常以物料平衡的变化为主，相应调节热量平衡以维持汽液平衡。
二．相组成的表示方法：
传质操作中，物质在相与相之间进行传递，因而组分在各相中的浓度发生变化。各组分在相之中的浓度表示方法很多。
ΔX=X- X*（以液相浓度表示）
（1）可判断过程的方向：Y＞Y*向吸收方向进行
Y＜Y*向解收方向进行
（2）指明过程的极限：即相平衡时溶解终止。Y=Y*
五．传质基本方式
物质在单一相中的传递是靠扩散作用。发生在流体中的扩散有分子扩散和涡流扩散。
1．分子扩散：物质在一相内部有浓度差异的条件下，由流体分子不规则热运动引起的物质传递。发生在静止流体或层流流体中。
精馏塔的计算
一．精馏操作的三大平衡：保证精馏稳定操作的必要条件。
（1）物料平衡：进入某装置或设备的物料量必等于排出某装置或设备的物料量与过程累积的量。当无累积量时，即：进料量=排出量。
对于精馏塔F=D+W
体现了塔的生产能力，主要由F、D、W调节。
（2）汽液相平衡：是精馏操作的基础。
体现了产品的质量及损失情况。由操作条件（T、P）及塔板上汽液接触的情况维持。只有在温度、压力固定时才有确定的汽液平衡组成，
3．对流扩散：湍流主体与相界面间的涡流扩散与分子扩散两种传质作用的总称。
它与传热过程的对流传热类似。
六．吸收机理
（一）吸收机理（双膜理论要点）
1．相互接触的汽液两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄的有效层流膜层。吸收质以分子扩散方式通过两膜层。