化工原理 第九章3
化工原理第九章 吸收
p
* A
cA H
或
cA* HpA
H——溶解度系数 ，单位：kmol/m3·Pa或kmol/m3·atm。
H是温度的函数，H值随温度升高而减小。
易溶气体H值大，难溶气体H值小。
溶解度系数H与亨利系数E间的关系
pA*
cA H
,
pA*
ExA, xA
cA c
E
c H
设溶液的密度为 kg / m3，浓度为 c kmol / m3 ，则
20.6.19
气相： 液相：
yA
nA n
xA
nA n
yA yB yN 1 xA xB xN 1
质量分数与摩尔分数的关系：
xA
nA n
mw A
/ MA
mw A / M A mw B / MB mw N
/ MN
wA/M A
wA/M A wB/MB wN/M N
20.6.19
第二节 气液相平衡
一、气体的溶解度 二、亨利定律 三、气液相平衡与吸收过程 的关系
20.6.19
一、气体的溶解度
1、气体在液体中溶解度的概念
气体在液相中的溶解度 ：气体在液体中的饱和浓度 cA*
表明一定条件下吸收过程可能达到的极限程度。
2、溶解度曲线
对于单组分物理吸收，由相律知
f c 2 322 3
2、质量比与摩尔比
质量比：混合物中某组分A的质量与惰性组分B
（不参加传质的组分）的质量之比。 wA mA mB
摩尔比：混合物中某组分的摩尔数与惰性组分摩 尔数之比。
气相：
YA
nA nB
液相： X A
nA nB
20.6.19
化工原理-第九章-液体精馏
化⼯原理-第九章-液体精馏化⼯原理-第九章-液体精馏（⼀）测试⼀⼀．选择题1．蒸馏是利⽤各组分（）不同的特性实现分离的⽬的。
CA 溶解度；B 等规度；C 挥发度；D 调和度。
2．在⼆元混合液中，沸点低的组分称为（）组分。
CA 可挥发；B 不挥发；C 易挥发；D 难挥发。
3．（）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之⼀。
AA 液相回流；B 进料；C 侧线抽出；D 产品提纯。
4．在（）中溶液部分⽓化⽽产⽣上升蒸⽓，是精馏得以连续稳定操作的⼀个必不可少条件。
CA 冷凝器；B 蒸发器；C 再沸器；D 换热器。
5．再沸器的作⽤是提供⼀定量的（）流。
DA 上升物料；B 上升组分；C 上升产品；D 上升蒸⽓。
6．冷凝器的作⽤是提供（）产品及保证有适宜的液相回流。
BA 塔顶⽓相；B 塔顶液相；C 塔底⽓相；D 塔底液相。
7．冷凝器的作⽤是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（）回流。
BA ⽓相；B 液相；C 固相；D 混合相。
8．在精馏塔中，原料液进⼊的那层板称为（）。
CA 浮阀板；B 喷射板；C 加料板；D 分离板。
9．在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（）。
BA 精馏段；B 提馏段；C 进料段；D 混合段。
10．某⼆元混合物，进料量为100 kmol/h ，x F = 0.6，要求塔顶x D 不⼩于0.9，则塔顶最⼤产量为（）。
(则W=0) BA 60 kmol/h ；B 66.7 kmol/h ；C 90 kmol/h ；D 100 kmol/h 。
11．精馏分离某⼆元混合物，规定分离要求为D x 、w x 。
如进料分别为1F x 、2F x 时，其相应的最⼩回流⽐分别为1min R 、2min R 。
当21F F x x >时，则（）。
AA ．2min 1min R R <；B ．2min 1min R R =；C ．2min 1min R R >；D ．min R 的⼤⼩⽆法确定12．精馏的操作线为直线，主要是因为（）。
化工原理第9章
反应速率的影响愈大；反应转化率愈高，反应混
合物中残余反应物浓度愈小，返混对反应速率的
影响也愈大。
5-2 以产率和选择性为优化目标
对于复杂反应以产率和选择性为优化目标， 应考虑物料返混对于反应产物分布的影响。 • 平行反应过程优化
• 串连反应过程优化
A R S
k1 k2
反应器选型
i 1
VR ,t VR ,t qV , 0 c A, 0
i 1 i 1
n
• 多釜串联反应器的总有效容积VR,t的逐级解析计算
过程也可以在坐标图上进行 。
§5 均相反应过程优化与反应器选择
5-1 以生产强度为优化目标
生产强度是指单位容积反应器的生产能力。 当处理物料量和要求达到的最终转化率一定时， 对于不同型式的反应器，所需容积的大小，也表 明了该反应器生产强度的大小。
• 活化能较大、反应温度较高的化学反应，对温度十分敏感， 为了强化传热，减少温差，宜采用全混流反应器。 • 当反应物浓度较高易发生剧烈反应时，宜采用全混流反应 器。 • 反应速率较慢、反应时间较长的化学反应，宜选用间歇操 作搅拌釜或连续操作搅拌釜反应器。 • 气相反应多采用管式反应器。 • 高压反应宜采用管式反应器（细长设备耐压高）。 • 在高温条件下进行的强吸热反应（如裂解），通常采用管 式反应器。
• 反应器有效容积VR：
日处理量 VR （t t '） 24
V VR
• 实际所需反应器体积
易起泡和在沸腾下操作的液体： =0.40.6； 不易起泡和不在沸腾条件下操作的液体： =0.70.85
§2 连续操作管式反应器
• 物料中的所有流体微元在反应器内以相同的速度、
化工原理_第九章-吸收
二、吸收速率方程
假设气液相平衡关系满足亨利定律，则
气膜 液膜
cL HpL
pG
组成
又根据双膜模型的假定，可知 ci Hpi
pi
传质方向
NA
pG
1
pi
ci
cL 1
pi
1
pL
pG
p
L
11
kG
kL
HkL kG HkL
Ci
气相主体
G
L
液相主体
p
L
CL
z
pG
目录
第九章 吸收
第一节 概述
一、什么是吸收 二、吸收的目的 三、吸收分类 四、吸收设备及流程 五、吸收剂的选择
1
《化工原理》电子教案/目录
目录
第九章 吸收
第二节 气液相平衡
一、溶解度及溶解度曲线 二、亨利定律
第三节 吸收过程模型及吸收速率方程
一、双膜模型 二、吸收速率方程
第四节 二元低浓气体吸收（或脱吸）的计算
pi
传质方向
Ci
液相主体
G
L
距离
双膜模型
CL
z
22/91
二、吸收速率方程
液膜控制 ----如图，液膜较厚，气膜较薄，即阻力主要由液 膜决定。
难溶体系属于这种情况。
1
1
k x mk y
1 H
kL
kG
气膜 液膜
pG
组成
故 Kx kx KL kL
pi Ci
气相主体
1 1 1 Kx kx kym
p
A
化工原理复习必看 第9章_液体精馏(定稿)
第9章液体精馏知识要点液体精馏是将挥发度不同的组分组成的混合液，在精馏塔中同时进行多次部分气化和部分冷凝，使其实现高纯度分离的过程。
实现精馏需要3个条件：①设备条件：精馏塔；②回流条件：塔底气相回流，塔顶液相回流；③相平衡条件：组分的挥发度有差异。
本章讨论重点为双组分精馏过程的计算，主要应掌握的内容包括：相平衡关系的表达和应用；精馏塔的物料衡算和操作关系；回流比的确定；理论板数的求法；影响精馏过程主要因素的分析等。
本章主要知识点间的联系图见下：图9-1 液体精馏一章主要知识点联系图1. 二元物系的气液相平衡关系气液相平衡是蒸馏过程的热力学基础，传质的极限状态。
根据相平衡可以判断过程进行的可能性。
(1) 恒压下二元物系气液相平衡的特点●液相组成与温度一一对应⇔x=f(t)●气相组成与温度一一对应⇔y= f(t)●气液两相组成一一对应⇔y=f(x)(2) 理想物系含义：指由理想气体与理想溶液构成的物系。
它满足理想气体状态方程、道尔顿分压定律和拉乌尔定律。
拉乌尔定律相对挥发度/1/1A A A B B B p x y xp x y xναν-===⋅- (9-1)11y xy xα-=⋅- (气相服从道尔顿分压定律) 相对挥发度α愈是大于1 ，则y 愈是大于x ，物系愈容易分离。
● 泡点方程x -toB ooA Bp p x p p -=- (9-2) ● 露点方程y -to A BA A Bp p p y p p p -=⋅- (9-3) ● 相平衡方程y-x()11xy xαα=+- (9-4)● t -y (x )相图两端点A 与B ：端点A 代表纯易挥发组分A(x =1)，端点B 代表纯难挥发组分B(x =0)。
两线：t -x 线为泡点线，泡点与组成x 有关；t-y 线为露点线，露点与组成y 有关。
3区：t -x 线以下为过冷液体区；t-y 线以上为过热蒸汽区；在t-x 与t -y 线之间的区域为气液共存区，只有体系落在气液共存区才能实现一定程度的分离。
化工原理第九章
cH=cg+cwH
（9－7
式中cH——湿空气的比热容，kJ/（kg绝干空气·℃
cg——绝干空气的比热容，kJ/（kg绝干空气·℃
cw——水汽的比热容，kJ/（kg水汽·℃）。
第二节 湿空气的性质及湿度图
在常用的温度范围内，cg、cw可按常数处理，cg=1.01kJ/（kg绝 干空气·℃），cw=1.88kJ/（kg水汽·℃）。将其代入式（9－7），得
化工原理
第九章 干 燥
概述 湿空气的性质及湿度图 干燥过程中的物料衡算和热量衡算 干燥过程中的平衡关系与速率关系 干燥设备
第九章 干 燥
知识目标
掌握湿空气各性质参数的定义及其计算，H－I图的结构 及应用；干燥系统水分蒸发量、空气消耗量、蒸气消耗量、 干燥产量以及干燥时间等的计算。理解湿物料中水分的性质； 干燥过程的机理及速率特征。了解各种干燥器的结构特点及 应用场合及干燥器的选型。
（3）按照传热的方式分类，干燥可分为传导干燥、对流干燥、辐射 干燥、介电加热干燥以及上述两种或两种以上方式组合而成的联合干燥。
第一节 概 述
工业上应用最多的是连续操作的对流干燥过程，即 加热后的干燥介质在流动的情况下以对流传热的方式将 热量传给湿物料，湿物料中的湿分汽化被干燥介质带走。 干燥介质可以是不饱和的热空气、惰性气体及烟道气， 其除去的湿分大都是水分。所以本章主要讨论以不饱和 热空气为干燥介质，湿分为水的干燥过程。
cH=1.01+1.88H
(9－7a)
பைடு நூலகம்
显然，比热容仅是湿度的函数。
第二节 湿空气的性质及湿度图
（五）离心泵的工作原理
当湿空气的温度为t，湿度为H时，1kg绝干空气和Hkg水汽的焓 之和为湿空气的焓值，以IH表示，即
《化工原理》第九章 萃取.
第一节 液-液萃取的基本原理
图9－1 组成在三角形相图上的表示方法
第一节 液-液萃取的基本原理
此外，M点的组成也可由ME线段读出萃取剂S的含量， MF线段读出溶质A的含量，原溶剂B的含量不直接从图上读 出，而是可方便地计算出，即：B=100-(S+A)。
直角等腰三角形可用普通直角坐标纸绘制。有时，也 采用不等腰直角三角形表示相组成，只有在各线密集不便 于绘制时，可根据需要将某直角边适当放大，使所标绘的 曲线展开，以方便使用。
第一节 液-液萃取的基本原理
1．三组分系统组成的表示法
液-液萃取过程也是以相际的平衡为极限。三组分系 统的相平衡关系常用三角形坐标图来表示。混合液的组成 以在等腰直角三角形坐标图上表示最方便，因此萃取计算 中常采用等腰直角三角形坐标图。
在图9-1中，三角形的三个顶点分别表示纯组分。习 惯上以顶点A表示溶质，顶点B表示原溶剂，顶点S表示萃 取剂。三角形任何一个边上的任一点代表一个二元混合物， 如AB边上的H点代表由A和B两组分组成的混合液，其中A的 质量分数为0.7，B为0.3。三角形内任一点代表一个三元 混合物，如图M中的点，过M点分别作三个边的平行线ED、 HG与KF，其中A的质量分数以线段MF表示, B的以线段MK表 示，S的以线段ME表示。由图可读得：WA =0.4，WE=0.3， WS=0.3。可见三个组分的质量分数之和等于1。
（3）萃取剂回收的难易与经济性 萃取剂通常需要回 收后循环使用，萃取剂回收的难易直接影响萃取的操作费 用。回收萃取剂所用的方法主要是蒸馏。若被萃取的溶质 是不挥发的，而物系中各组分的热稳定性又较好，可采用 蒸发操作回收萃取剂。
在一般萃取操作中，回收萃取剂往往是费用最多的环 节，有时某种萃取剂具有许多良好的性能，仅由于回收困 难而不能选用。
化工原理第九章.
I2 I0 cg t2 t0 IV 2 H2 H0
2019/7/17
I2 I0 cg t2 t0 r0 c02t2 H2 H0
1.01t2 t0 2490 1.88t2 H2 H0
3、介电加热干燥
将需干燥的物料置于交频电场内，利用高频电场的交变作 用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。 优点：干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。 缺点：费用大。
2019/7/17
4、对流干燥
热能以对流给热的方式由热干燥介质（通常热空气）传给湿 物料，使物料中的水分汽化。物料内部的水分以气态或液态 形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽从表面扩散至干燥介 质主体，再由介质带走的干燥过程称为对流干燥。 优点：受热均匀，所得产品的含水量均匀。
热能通过传热壁面以传导的方式传给湿物料 被干燥的物料与加热介质不直接接触，属间接干燥 优点：热能利用较多 缺点：与传热壁面接触的物料易局部过热而变质，受热不 均匀。
2、辐射干燥
热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物
2019/7/17
料吸收转化为热能，而将水分加热汽化。 优点：生产能力强，干燥产物均匀 缺点：能耗大
可见：向干燥系统输入的热量用于：加热空气；加热物料；
蒸发水分；热损失
cm cs Xc
2019/7/17
2、干燥系统的热效率
蒸发水分所需的热量
向干燥系统输入的总热量 100%
蒸发水分所需的热量为
QV W 2490 1.88t2 4.1871W
忽略物料中水分带入的焓
每蒸发1kg水分时，消耗的绝干空气数量l
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化工原理(陈敏恒)第九章
第九章液体精馏1 概述 1.1 蒸馏的目的和依据 （1）目的：分离液体混合物 （2）依据：混合液中各组分挥发度 的不同第九章液体精馏9.1 概述 9.1.1 蒸馏的目的和依据（1）目的：分离液体混合物 （2）依据：混合液中各组分挥发度的不同 挥发度——表征物质挥发程度的量。
pA pB 相平衡时： ν A = 、ν B = xA xBy A yB ν A >ν B ∴ > x A xByA > xAA—轻组分,B—重组分9.1.2 工业蒸馏过程 （1）平衡蒸馏(闪蒸)（2）简单蒸馏9.1.3 精馏操作的经济性 操作费用：加热、冷凝所消耗的费用 操作压强： 技术上：P↑，气、液平衡（饱和）温度↑，冷凝易， 汽化难。
z 对热敏性物质，常采用低压或真空操作。
z经济上：高压、真空精馏都将增加设备投资，应作优化 选择。
z9.2. 双组分溶液的气液相平衡9.2.1 理想物系气液相平衡（1）汽液两相平衡的自由度 相律：F = N–Φ + 2 双组分物系： 独立组分数N=2 相数Φ=2 自由度F=2 描述双组分平衡物系的参数：6个 温度-t，总压-P，两相组成-yA，yB，xA，xB。
双组分物系的组成满足： ¾归一关系： y A + y B = 1 ¾相平衡关系：y A = f ( xA )xA + xB = 1∴独立参数仅有：P，t，xA(yA)。
蒸馏操作中，P是选定的，因此温度与浓度必有一 一对应关系。
（2）双组分理想物系的液相组成-温度（泡点）关系式 理想溶液满足拉乌尔定律：0 p A = x A PA0 pB = x B PB总压： 组成： ∴P = PA + PBxB = 1 − xAPA0 x A + PB0 (1 − x A ) = P0 = f (t ) QPA AP − PB0 ∴x = 0 A PA − PB0P − f B (t ) ∴ xA = f A (t ) − f B (t )——泡点方程 —— x～t关系纯组分的饱和蒸汽压与温度的关系可用安托因方程描述： 安托因方程ln P 0 = A − B t+C（3）双组分理想物系的气相组成-温度（露点）关系0 p A PA xA Q yA = = P P——道尔顿分压定律 拉乌尔定律PA0 P − PB0 ∴ yA = 0 0 P PA − PB——露点方程0 0 PA P − PB f A (t ) P − fB (t ) yA = ⋅ 0 = ⋅ 0 P PA − PB P f A (t ) − fB (t )—— y～t关系（4）双组分物系的t～x(y)图和y～x图bta问题：a,b两点哪一个温度较高？（5） y～x的近似表达式与相对挥发度α定义：易挥发（轻）组分为A， 难挥发（重）组分为B， p 则： ν A = p A ν B = B xA xBPA PB > xA x BνA 相对挥发度：α = ν A >ν B νB yA yB 当气相服从道尔顿分压定律时，α = xA xBα= ∴ p A /x A P ⋅ y A /x A = p B /x B P ⋅ y B /x B yA x =α ⋅( A ) yB xB对于二元溶液，则：yA xA =α ⋅( ) 1 − yA 1 − xA∴ y=α⋅x 1 + (α − 1)x- 相平衡方程⋅∴=+−αxy 1(α1)x-相平衡方程讨论：z 上式反映了双组分物系平衡时两相浓度的关系。
中山大学化工原理课件第9章-干燥
(4) 湿比容-温度线 (H - H)
总压 P = 101.325 kPa 时： v H 0 .00 0 .2 08 0 H t 3 4 2 5 7 5
若已知湿度和温度，即可由对应直线查得气体湿比容。
对于P = 101.325 kPa 的饱和空气：
c a H w c c a H ac w s c H
2019/7/18
tastcrH 0 (HasH)
tasf t,H是湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到
的极限冷却温度。
ta
是
s
湿
空
气
的
性
质水，的而状与态
无
关
对于空气~水系统，c H
kH
tas tw
注意：绝热饱和温度于湿球温度的区别和联系！
1、比热 c H kJ/(kg 干气K)
常压下，将湿空气1Kg绝干空气及相应水汽的温度升高 （或降低）1℃所需要（或放出）的热量，称为湿比热。
cH ca Hw c
c a 干 空 气 的 比 热 ， 1.01kJ/(kg·K)
c v 水 气 的 比 热 ， 1.88kJ/(kg·K)
2019/7/18
相同之处：
1、湿空气均为等焓变化、 2、均为空气状态（t、H）的函数 3、对于空气水体系, tw tas， 不同之处：
1、湿球温度：大量空气与少量水接触后的稳定的水温，空气的状态， （t , H）不变。
绝热饱和温度：少量空气与大量水经过接触后达到的稳定温度，空 气增湿、降温。 2、 湿球温度：传质、传热仍在进行，因此属动态平衡范畴。
湿度 H
解：tw = tas = 52℃；先确 定 tas = 52℃ 的绝热冷却
化工原理第九章吸附分离
化工原理第九章吸附分离
吸附分离，也称为吸收或吸收分离，是指利用一定的相互作用“粘合剂”或“吸附剂”使混合物中一些组成部分粘合或吸附到该粘合剂或吸附剂上，从而使混合物中一些组分有机地被分离出来的过程。
它是一种新型的分离方法，有可能替代传统的分离工艺，是现代化工的一项重要技术。
吸附分离的原理：吸附分离可以分为物理吸附和化学吸附两种形式。
物理吸附是指物质相互作用的结果，包括空气、气体、液体、溶剂等。
物理吸附是指在一些固体表面上建立的物理性相互作用，其实质是由于表面粗糙形成的能量障碍，而在能量障碍的阻碍下，物质相互作用，物质就被吸附在这种固体表面上。
如果这种固体表面在特定的温度和压力条件下，具有良好的表面化学稳定性，即可建立有效的物理吸附。
化学吸附又叫做专配吸附，是指物质间由于共价作用形成的固体表面和溶剂之间的作用过程。
它是一种特殊的吸附作用，是由于固体表面上化学基团构成的膜层，以及溶剂中的其中一种物质，在化学反应中形成化学键而发生的吸附作用。
吸附分离的应用：吸附分离已被广泛应用于催化剂分离、石油的湿气处理、空气净化、废气处理、提纯溶剂等行业。
化工原理-9章总结
精馏塔内自塔顶算起的任一第n块塔 板（非加料板），组成如图所示：
总物料衡算式:
Vn+1+Ln-1=Vn+Ln
轻组分衡算式：
Vn+1yn+1+Ln-1xn-1=Vnyn+Lnxn
2、 恒摩尔流假定
在精馏塔内，无中间加料或出 料的情况下，每层塔板的 ——上升蒸气摩尔流量相等
（恒摩尔气流）
——相平衡方程
9.3 平衡蒸馏与简单蒸馏
平衡蒸馏 简单蒸馏
塔顶产品 yA 加热器 原料液 减压阀 闪 蒸 罐 xA
冷凝器
y 原料液 蒸汽 x xD1 xD2 xD3
Q
塔底产品
9.4 精 馏
9.4.1 精馏过程 一、精馏概念：
多次进行部分气化或部分冷凝以后，可以在气相中得到较纯 的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分。
加入第三种组分，改变原物系的相对 挥发度。
9.8.1
恒沸精馏
1. 原理：一般在混合液中加入第三组分（称为挟带剂）
形成新的最低恒沸物。 2. 恒沸精馏挟带剂的选择
①挟带剂能与待分离组分之一（或两个）形成最低恒 沸物，并且希望与料液中含量较少的组分形成恒沸 物从塔顶蒸出，以减少操作的热能消耗。 ②新形成的恒沸物要容易分离，以回收其中的挟带剂。 ③恒沸物中挟带剂的相对含量少，这样操作较为经济。
——下降液体摩尔流量相等
（恒摩尔液流）
——本书以后介绍的精馏计算均是以恒摩尔流假设为前提
3. 塔板传质过程的简化——理论板和板效率 （1）理论板的概念
理论板是指离开该塔板的蒸气和液体
成平衡的塔板。不论进入理论板的气－液 两相组成如何，离开时两相温度相等，组 成互成平衡。 理论板是不存在的，但它可作为实际 板分离效率的依据和标准。
化工原理第九章(hg)
双流型
多流型
阶梯流型
DJ 塔盘
新型塔板、填料
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
JCV浮阀 （改进 型双流喷射浮阀）
普通型JCV浮阀
与塔板固定方法
强化过程的措施：
设备？
工艺？
概述
吸收流程
（1）单一吸收塔流程 （2）多塔吸收流程
（a）气、液串联（逆流）
（b）气体串联、液体并联（逆流）
气体
H2 N2 空气 CO2
E×10-3/Mpa
0
10℃ 20℃ 30℃ 40℃ 50℃ 60℃ 70℃ 80℃
5.87 6.44 6.92 7.38 7.61 7.75 7.75 7.71 7.65
5.35 6.77 8.15 9.36 10.5 11.4 12.2 12.7 12.8
4.38 5.56 6.73 7.81 8.82 9.59 10.2 10.6 10.8
吸收分类:
物理吸收（physical absorption） 化学吸收（chemical absorption）
非等温吸收 等温吸收
单组分吸收 多组分吸收
低浓度吸收 高浓度吸收
概述（Introduction）
什么是吸收？ 利用气体混合物中各组分 在液体溶剂中溶解度的差异-----推动力 分离气体混合物（目的）的操作称为吸收。
以液相为基准
在气体 Y2 Y2 Y2 0.00401 kmolA/ kmolB以气相为基准
出口处:
X 2
X
2
X2
0.00159
kmolA/ kmolB
以液相为基准
(2)
化工原理第九章蒸馏
1206 .35 log p 6.023 95 220.24 pA 157.1kPa
A
1343 .94 log p 6.078 95 219.58 pB 63.95kPa
B
用Raoult定律和Dolton分压定律求平衡组成，即
o o P pA xA pB (1 xA ) 157.1xA 63.95(1 xA )
0 B 0 B
⑵ 理想气体 Dolton分压定律 pA=PyA Raoult定律 pA=pA0xA
P P PP yA xA 0 P P PA P
0 A 0 A
0 B 0 B
露点方程
⑶ t-x （或y）图与 y-x图 在P=const下，y(或x)～t关系可以在t～x,y图上表示。 t～x，y图分析：
y
B
yE yC 1.0
x
二、挥发度与相对挥发度α
1.挥发度定义：
pA pB B A xB xA
vA p A / xA 2.相对挥发度定义： vB p B / xB
对理想气体（低压下） pi=Pyi
3.相平衡方程： 对双组分物系
yA /xA yA /yB yB /xB xA /xB
混合液加热──节流(p↓)──部分 汽化(yA>xA)──部分分离 过程特点：系统各处的组成、温度恒定 t ──稳态过程。 x xF y F xF
V y
L x
x
（2）简单蒸馏
原料液在蒸馏釜内加热部分汽化(yA>xA)
过程特点：系统各处组成、温度随时间变化
──间歇过程(非稳态)
冷凝器 t
蒸 馏 釜
接受槽 x2 x1 y2 y1
化工原理第九章液体精馏-精品文档
精馏操作的费用和操作压强 操作费用--液体气化需要热量(蒸汽),气体冷凝需要冷量(冷却 水); 设备费用--塔器的投资,由塔直径和塔板数(塔高)确定; 操作压强高—设备要求高,但对低沸点物质可用一般冷却介质; 操作压强低—需要真空设备,但适用高沸点和热敏性物质; 9.2 双组分溶液的气液相平衡 9.2.1 理想物系的气液相平衡 气液两相平衡共存时的自由度 N 2 2 2 2 2 相律 F 1)液相(或气相)组成与温度间一一对应关系; 2)气,液组成间的一一对应关系. 双组分理想物系的液相组成—温度(泡点)关系式 1)液相为理想液体(组分分子结构相似),服从拉乌尔定律; 2)气相为理想气体(低压气体),服从道尔顿分压定律.
1 2
量，得 y f (x) y
x 时， 1 ( 1 ) x
1
x1 1 x2 Ln Ln 1 x2 1 x1 W 1 x 1 W 2x (W 1 W 2 ) y W 2 ( x1 x 2 ) W1W2
气相产品混合组成： y x1
相平衡方程： 泡点方程： 联立可求解
y，x，泡点温度te。
9.3.2 简单蒸馏
设时刻
时，各类变量为
W ， x， dw ， dx ，则： dw dx W y x
d 时间后，变化了
Wx ydw ( W 小 相平衡方程 联立积分求解，当 W 得： Ln W
活度系数是温度和组成的函数可以通过活度系数关联式求得 , 各种关联式中的模型参数由实验数据拟合.
见图9－6，图9－7，图9－8，图9－9，图9－10
在中高压条件下, 需通过状态方程求取逸度系数.
总压对相平衡的影响 混合物的泡点越高,各组分挥发度的差异越小. 因此总压增高, 泡点上升, 相对挥发度减小,分离困难. 当压强大于轻组分的 临界压强时，气液共存区 缩小，分离只能在一定范 围内进行，不能得到轻组 分的高纯度产品。
化工原理9
气液两相的接触方式
连续接触 (也称微分接触) ：气、 液两相的浓度呈连续变化。如填 料塔。
溶剂 溶剂
气体
气体
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
a 微分接触
b 级式接触
图9-2 填料塔和板式塔
级式接触：气、液两相逐级接 触传质，两相的组成呈阶跃变 化。 如板式塔。
吸收过程的气液相平衡关系 气体在液体中的溶解度 气体吸收涉及到相际传质过程。
y y* y
y*=f(x)
R
o
x* x
x
结论：若系统气、液相浓度(y,x)处于平衡线上，则体系从宏 观上讲将不会发生相际间的传质，即系统处于平衡 状态。
传质过程的限度
y y P y*=f(x)
y* o
x
x* x
对吸收而言： 若保持液相浓度 x 不变，气相浓度 y 最低只能降到与之相 平衡的浓度 y*，即 ymin=y*； 若保持气相浓度 y 不变，则液相浓度 x 最高也只能升高到 与气相浓度 y 相平衡的浓度 x*，即 xmax=x*。
500
20 oC 30 oC 40 oC 50 oC
0
20
40
60 80 pNH3/kPa
100
120
20
100
120
在相同条件下，NH3 在水中的溶解度较 SO2 大得多。 用水作吸收剂时，称 NH3 为易溶气体，SO2为中等溶解气体， 溶解度更小的气体则为难溶气体(如O2 在 30℃ 和溶质的分 压为 40kPa 的条件下，1kg 水中溶解的质量仅为 0.014g)。
吸收质或溶质(solute)：混合气体中的溶解组分，以A表示。 惰性气体(inert gas)或载体：不溶或难溶组分，以B表示。 吸收剂(absorbent)：吸收操作中所用的溶剂，以S表示。 吸收液(strong liquor)：吸收操作后得到的溶液，主要成分为 溶剂S和溶质A。 吸收尾气(dilute gas)：吸收后排出的气体，主要成分为惰性 气体B和少量的溶质A。
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只考虑轻、重关键组分， 比轻关键组分更轻的组分全部从塔顶蒸出，釜出忽略不计； 比重关键组分更重的组分全部从塔釜排出，顶出忽略不计。
❖非清晰分割
全塔整体考虑。
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例一 常压下沸点
环己烷 苯
糠醛
苯酚
80.8℃ 80.1 161.7℃ 180℃
℃ 萃取剂能显著改变苯的饱和蒸汽 压，而对环己烷影响不明显，使苯 从易挥发组分变为难挥发组分。
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第五节 其他精馏方式
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P-7
乙醇－水
P-13
P-13
E-8 P-22
P-22
无水乙醇
P-23
乙二醇
浙江大学化学工程研究所
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此时有：GW pW0 MW GA pAM A
若令：pA
p
0 A
此时有：GW GA
pW0 MW
p
0 A
M
A
p
p
0 A
MW
p
0 A
M
A
水蒸汽蒸馏的代价
消耗水 ❖负荷增加 由于多一组分水，对传质不利，
同样要求下，所需板数将增加。
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第五节 其他精馏方式
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三、反应精馏
概念：
在精馏的同时伴随着化学反应的单元操作过程。
目的：
（1）利用精馏促进化学反应的进行，如可逆反应和联 串反应系统。
（2）利用化学反应促进精馏的进行，如难分离系统、 共沸物系等。
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第六节 多元精馏
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一、多元精馏的特点
将多个组分进行精馏分离的单元操作过程。对n个组 分，一般需要n1个精馏塔。
第六节 多元精馏
17/18
二、多元精馏的计算简介
1. 多元物系的相平衡 相平衡常数： Ki yi xi
对理想物系：Ki pi0 P
相对挥发度：
ij
yi yj
xi xj
对理想物系： ij
pi0
p
0 j
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第六节 多元精馏
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2. 多元精馏的物料衡算
F DW FxiF DxiD WxiW
在被分离的混合液中加入第三组分，以改 变原混合物组分间的相对挥发度，从而用精馏 将它们分离。
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第五节 其他精馏方式
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1． 恒沸精馏
加入的第三组分与原溶液中的一个或者两个 组分形成 最 低恒沸物，从而形成了“恒沸物－纯组分”的精馏体系，恒 沸物从塔顶蒸出，纯组分从塔底蒸出，这种形式的精馏称为 恒沸精馏，其中所添加的第三组分称为恒沸剂或者夹带剂。
（4）还应满足其它的工业要求，如具备热稳定性、 无毒、不腐蚀、来源容易、价格低廉等。
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第五节 其他精馏方式
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2．萃取精馏
在被分离的二元混合液中加入第三组分，沸点很高，且该组分不 与其它组分形成恒沸物，但与原溶液中 A、B 两组分的分子作用力不 同，从而增大它们的相对挥发度，或打破原恒沸体系，使精馏得以进 行，这种形式的精馏称为萃取精馏。其中所添加的第三组分称为萃取 剂，精馏时从塔底排出。
塔序的排列原则：
对热敏性物质，应优先分出； ❖对纯度要求高的组分，应设计从塔顶采出或侧线采出； 如有难分离的相邻组分，应置于最后（原因是在最后负荷
最小，此时需理论板数较多，回流比较大，较经济）；
各组分在流程中的汽化、冷凝次数应尽可能减小，以降低 设备的负荷和能耗。
单塔分离重点： 关键组分
浙江大学化学工程研究所
P-16
E-10 P-17
P-17
水
P-19
乙二醇－水
P-2
P-6
E-1 P-1 E-3
P-15
P-21
E-6
E-7 P-5
无水乙醇生产萃取精馏工艺流程
浙江大学化学工程研究所
第五节 其他精馏方式
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萃取剂的选择原则：
（1）选择性高
加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著 增大。
（2） 溶解度大
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二、间歇精馏
特点：不稳定；
D, xD
只有精馏段，没有提馏段
间歇精馏通常有恒回流比、恒馏出液组成 这两种操作方式
思考：
间歇精馏与简单蒸馏有何相 同和不同之处？
F, xF 加热蒸汽
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间歇精馏流程简图
第五节 其他精馏方式
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1．恒回流比操作
D, xD
y
c1
c2 F, xF
第五节 其他精馏方式
9/18
P-20 P-7 P-7
E-8 P-10
P-9
乙醇水共沸物
P-13 P-13
P-12
补 充 苯
E-9 P-11
P-8 P-16
乙醇水共沸物
E-10 P-17 P-19
P-17
稀乙醇
P-2
P-3
P-6
E-1 P-1
E-5
P-14
P-4
E-3
Байду номын сангаасE-4
无水乙醇
E-7
P-15
P-5
c3
加热蒸汽
x
浙江大学化学工程研究所
间隙精馏流程简图
第五节 其他精馏方式
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2．恒馏出液组成操作
D, xD
a
y c1
F, xF
c2 加热蒸汽
c3
x
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间隙精馏流程简图
第五节 其他精馏方式
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三、特殊精馏
-----用于 1 的混合液 或 1 的混合液
特 殊 精 馏萃恒 取沸 精精 馏馏
由于p
p
0 A
pW0 ，当总压不变时，沸点
将降低。
水蒸汽消耗量的计算：
摩尔比：nW nA
pW0
p
0 A
GW GA
MW MA
pW0
p
0 A
即质量比：GW GA
pW0 MW
p
0 A
M
A
由于水蒸汽与液体接触时间有限，A的实际分压 pA pA0
一般用直接蒸汽时，由于接触时间较短，
所带出的A的分压达不到饱和状态。
第九章 蒸馏
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第五节 其他精馏方式 一、水蒸汽蒸馏 二、间歇精馏 三、特殊精馏 四、反应精馏
第六节 多元精馏 一、多元精馏的特点 二、多元精馏的计算简介
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第五节 其他精馏方式
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第五节 其他精馏方式 一、水蒸汽蒸馏
原理：使沸点降低 适用范围：不相溶物系（其中一相为水）
恒沸剂的选择原则：
（1）新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组 分要有足够大的差别，一般要求大于10℃。
（2）希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸 物，而且夹带组分的量要尽可能高，这样夹带剂用量 较少，能耗较低。
（3）最好能形成非均相恒沸物，以便于回收其中的 夹带剂。如在环己烷－苯恒沸精馏中的萃取加精馏的 办法，乙醇－水恒沸精馏中静置分层的办法。
能和任何浓度的原溶液互溶，以避免分层，否则难 以充分发挥萃取精馏的作用。
（3）挥发性小
其沸点比混合液的其它组分高得多，以保证塔顶产品 的质量，也易与另一组分分离，但沸点也不能太高，否 则会造成回收困难。
（4）具有稳定性、无毒、不腐蚀、来源容易、价格低 廉等其它工业要求。
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第五节 其他精馏方式
E-6
无水乙醇生产共沸精馏工艺流程
P-21
废水
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第五节 其他精馏方式
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例 2：环己烷-苯体系，恒沸剂为丙酮
环己烷 80.8℃
苯
80.1 ℃ ℃
常压下沸点 丙酮 环己烷-苯恒沸物 环己烷-丙酮恒沸物
56.2℃
77℃
53℃
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第五节 其他精馏方式
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例 1：乙醇-水体系，乙醇从塔底排出，水被苯从塔顶带出。
乙醇 78.3℃
水 100℃
常压下沸点
苯
乙醇-水恒沸物 苯-乙醇-水恒沸物
80.1℃
78.15℃
64.6℃
乙醇-水恒沸物组成 苯-乙醇-水恒沸物组成
乙醇 0.895 水 0.105 乙醇 0.230 水 0.226 苯 0.554
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