化工原理讲稿4(第七章)
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化工原理7章液液萃取
形成新的混合物mM, ( zA, zB, zs) ：
mM mR mE 物料衡算 mMzA mRxA mE yA
mMzs mRxs mE ys
将方程整理成如下形式：
mE xAzAzSxS mR zAyA ySzS
此式说明，三个组成点M、R、E在一条直线上, 即M点位 于RE 点的连接线上。
m E RM m R ME
理论萃取级：即无论进入该级的两股液流（原料、溶剂或前 一级的萃余相和后一级的萃取相）的组成如何，经过萃取后， 从该级流出的萃取相和萃余相为互成平衡的两个相。
7.3.1 单级萃取计算 (1) 流程
mF, xF mS
混合器
xE, y
mM, z
澄清槽
mR, x
单级萃取流程示意图
（2）特点 ◇ 原料液与溶剂一次性接触。 ◇ 萃取相与萃余相达到平衡。
m E MR
mM
ER
A
mR M E
mM
RE
mE M R
mM
RE
mE M R mR M E
S B
7.2.2 三角形相图 萃取相、萃余相的相平衡关系是萃取设计、计算的基本条件，相 平衡数据来自实验或由热力学关系推算。 讨论的前提: 各组分不发生化学反应。 （1）溶解度曲线及平衡联结线
① 相平衡数据的测定：
yB xB
越大，分离效果越 应好 选， 择 1的溶剂
与分k配 A 有系 关 kA 越 数 ， 大 越， 大
kA1 ，则 一定 1 ； 大 kA1 于 ， 可能 1 ， 大也 于可1 。 能
（2）溶剂萃取容量 定义：部分互溶物系的褶点处或第二类物系溶解度最大时，
萃取相中单位溶剂可能达到的最大溶质负荷。
（6）稳定性，腐蚀性，价格 良好的稳定性，腐蚀性小，毒性低，资源充足，价格适宜等。
mM mR mE 物料衡算 mMzA mRxA mE yA
mMzs mRxs mE ys
将方程整理成如下形式：
mE xAzAzSxS mR zAyA ySzS
此式说明，三个组成点M、R、E在一条直线上, 即M点位 于RE 点的连接线上。
m E RM m R ME
理论萃取级：即无论进入该级的两股液流（原料、溶剂或前 一级的萃余相和后一级的萃取相）的组成如何，经过萃取后， 从该级流出的萃取相和萃余相为互成平衡的两个相。
7.3.1 单级萃取计算 (1) 流程
mF, xF mS
混合器
xE, y
mM, z
澄清槽
mR, x
单级萃取流程示意图
（2）特点 ◇ 原料液与溶剂一次性接触。 ◇ 萃取相与萃余相达到平衡。
m E MR
mM
ER
A
mR M E
mM
RE
mE M R
mM
RE
mE M R mR M E
S B
7.2.2 三角形相图 萃取相、萃余相的相平衡关系是萃取设计、计算的基本条件，相 平衡数据来自实验或由热力学关系推算。 讨论的前提: 各组分不发生化学反应。 （1）溶解度曲线及平衡联结线
① 相平衡数据的测定：
yB xB
越大，分离效果越 应好 选， 择 1的溶剂
与分k配 A 有系 关 kA 越 数 ， 大 越， 大
kA1 ，则 一定 1 ； 大 kA1 于 ， 可能 1 ， 大也 于可1 。 能
（2）溶剂萃取容量 定义：部分互溶物系的褶点处或第二类物系溶解度最大时，
萃取相中单位溶剂可能达到的最大溶质负荷。
（6）稳定性，腐蚀性，价格 良好的稳定性，腐蚀性小，毒性低，资源充足，价格适宜等。
化工原理-1-第七章-质量传递基础.ppt
解：以A——NH3，B——H2O
对气相：yApPA1.08103105 00.0079
C A R p A T 8 .3 1 8 2 4 0 2 00 7 0 .3 32 m m 8 3 o4 l
0.01
对液相：
xA
17 0.01
1
0.01048
17 18
由于氨水很稀，可假设其密度与水相同， 100k0gm3 ，则：
1、组分A的质量浓度ρA
A
mA V
kg m3
式中：V为均相混合物的体积。
混合物的总质量浓度（即混合物的密度）：
m kg
V
m3
上两式相除，则： A
mA m
wA
故：A wA
2、组分A的量浓度（摩尔浓度）CA
CA
nA V
kmol m3
混合物的总物质的量浓度（总摩尔浓度）C：
C n V
kmol m3
为：
A
uAuAdum
两边同时乘以CA，则：
C A uAC A uA dC A um
显然，上式第一项为A通过固定点（静止参照物或地球）的总通量，以 NA表示；第二项为A相对于运动流体的扩散通量，即为JA；第三项则是 由于主体流动所引起的相对于固定点的通量，常称为主体流动通量。则 上式可写成：
NAJACAum
C为A和B组分的总浓度，kmol/m3；
xA为A在混合物中的摩尔分数； dxA/dz为组分A的浓度梯度； “-”表示扩散通量与浓度梯度方向相反；
DAB为比例系数，称为组分A在组分B中的扩散系数，m2/s。
当C为常数时，上式转换为：
JA,z DABddCZA
CA为A组分的浓度，kmol/m3； dCA/dz为组分A的浓度梯度；
化工原理 第四版 第7章 液体精馏
液体精馏是化工生产中重要的分离操作，广泛应用于石油、炼油等工业生产中。精馏操作利用液体混合物中各组分挥发性的差异，通过气、液两相间的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ接接触，实现易挥发组分向气相、难挥发组分向液相的传递。根据操作方式、物系中组分数目、分离难易及操作压强，精馏操作有不同的分类。双组分溶液的气液相平衡关系是精馏过程的基础，理想溶液遵循拉乌尔定律，而非理想溶液则存在正偏差或负偏差。相对挥发度是衡量混合液中组分挥发难易程度的重要指标。精馏原理可通过气液平衡相图进行说明，多次部分气化和部分冷凝是实现混合物分离的关键步骤。通过加热混合液使其部分气化，然后分离气相和液相，可逐步提纯得到更纯净的组分。
化工原理第七章章末复习总结
一、概述
（1）热传导干燥法 （2）对流传热干燥法 （3）红外线辐射干燥法 （4）微波加热干燥法 （5）冷冻干燥法 二、湿空气的性质及湿度图 1、湿空气的性质 （1）水汽分压 p v 对于湿空气有：p p p （2）相对湿度φ
pv py
pv ps
第七章 干燥
一、概述
1.干燥的原理及目的
原理：气体以对流方式向固体物料传热，使湿份汽化；在 分压差的作用下，湿份由物料表面向气流主体扩散，并 被气流带走。 目的：使物料便于运输、加工处理、储藏和使用。
2.固体物料的去湿方法
（1）机械去湿法：利用沉降、过滤或者离心分离机等机械 分离法，除去湿物料中的大部分水分。 （2）加热去湿法：对湿物料加热，使其所含的湿分汽化， 并及时移走所生成的蒸汽。 3.湿物料的干燥方法
三、干燥过程的物料衡算和热量衡算
1.干燥过程的物料衡算 1 物料含水量的表示方法
(1)湿基含水量
(2)干基含水量 2.物料衡算
X
湿物料中水分的质量 kg水分 kg干料 湿物料绝干物料的质量
w
湿物料中水份的质量 kg水分 kg湿料 湿物料的总质量
Lc L1 (1 1 ) L2 (1 2 )
（一）自由水与平衡水 X* 物料的含水量大于平衡含水量 的那一部分水称为自由水 分。自由水在一定的干燥条件下可除去。
四、物料的平衡含水量与干燥速率
（二）结合水与非结合水 结合水指借化学和物理学力与固体相结合的水分。非结合水是 指机械的附着于固体表面或颗粒堆层中的大空隙中的水分。 是表观的平衡蒸汽压不同。 自由水指所有能够被指定状态 的空气带走的水分。平衡水是指在指定空气条件下不能被干 燥依然存在于物料之中的一部分结合水。两者与空气的状态 和物料性质有关。
化工原理-1-第七章-质量传递基础
1 V A 0.285VC .048
其中VC为物质的临界体积（属于基本物性），单位为cm3/mol，可查有关 数据表格，书中表7-4为常见物质的临界体积。 对液体：
同样可由一状态下的D推算出另一状态下的D，即：
T D2 D1 2 1 T 1 2
三、生物物质的扩散系数 常见的一些生物溶质在水溶液中的扩散系数见表7-5。对于水溶液中 生物物质的扩散系数的估算，当溶质相对分子质量小于1000或其分 子体积小于500 cm3/mol时，可用“二”中溶液的扩散系数估算式进 行估算；否则，可用下式进行估算：
解：以A——NH3，B——H2O p 800 y 0.0079 对气相： A A 5 P 1.013 10 pA 800 CA 0.3284 mol 3 m RT 8.314 20 273 0.01 17 对液相： x A 0.01 1 0.01048 17 18
原子扩散体积 v/cm3/mol
S 22.9
分子扩散体积 Σ v/cm3/mol
CO CO2 N2O NH3 H2O SF6 Cl2 Br2 SO2 18.0 26.9 35.9 20.7 13.1 71.3 38.4 69.0 41.8
注：已列出分子扩散体积的，以分子扩散体积为准；若表中未列分子，对一般有机化合物分 子可按分子式由相应的原子扩散体积加和得到。
1 1 MA MB
2
v 13 v 13 P A B
式中：D为A、B二元气体的扩散系数，m2/s；
P为气体的总压，Pa；T为气体的温度，K； MA、MB分别为组分A、B的摩尔质量，kg/kmol； Σ vA、Σ vB分别为组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol。 由该式获得的扩散系数，其相对误差一般小于10%。
其中VC为物质的临界体积（属于基本物性），单位为cm3/mol，可查有关 数据表格，书中表7-4为常见物质的临界体积。 对液体：
同样可由一状态下的D推算出另一状态下的D，即：
T D2 D1 2 1 T 1 2
三、生物物质的扩散系数 常见的一些生物溶质在水溶液中的扩散系数见表7-5。对于水溶液中 生物物质的扩散系数的估算，当溶质相对分子质量小于1000或其分 子体积小于500 cm3/mol时，可用“二”中溶液的扩散系数估算式进 行估算；否则，可用下式进行估算：
解：以A——NH3，B——H2O p 800 y 0.0079 对气相： A A 5 P 1.013 10 pA 800 CA 0.3284 mol 3 m RT 8.314 20 273 0.01 17 对液相： x A 0.01 1 0.01048 17 18
原子扩散体积 v/cm3/mol
S 22.9
分子扩散体积 Σ v/cm3/mol
CO CO2 N2O NH3 H2O SF6 Cl2 Br2 SO2 18.0 26.9 35.9 20.7 13.1 71.3 38.4 69.0 41.8
注：已列出分子扩散体积的，以分子扩散体积为准；若表中未列分子，对一般有机化合物分 子可按分子式由相应的原子扩散体积加和得到。
1 1 MA MB
2
v 13 v 13 P A B
式中：D为A、B二元气体的扩散系数，m2/s；
P为气体的总压，Pa；T为气体的温度，K； MA、MB分别为组分A、B的摩尔质量，kg/kmol； Σ vA、Σ vB分别为组分A、B的分子扩散体积，cm3/mol。 由该式获得的扩散系数，其相对误差一般小于10%。
天津大学版 化工原理 第七章 干燥 ppt 课件
w w w w 1 2 1 2 W G G 1 2 1 w 1 w 2 1
物料衡算（Mass balance）
2、水分蒸发量
湿废气体 L , H2 湿物料 G1 , w1 干 燥 产 品 G2 , w2 热空气 L , H1
c c 1 c H H g v
，
cv=1.88
c 1 . 01 1 . 88 H H
4.焓I (Total enthalpy)
焓：1kg 绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。
I Ig HI v
一般以0℃为基准，且规定在0℃时绝干空气和水汽的 焓值均为零，则
I ( c Hc ) t r H c t r H g v 0 H 0
2、确定空气的状态点，查找其它参数 两个参数在曲线上能相交于一点，即这两 个参数是独立参数，这些参数才能确定空气的 状态点。
湿度图的使用 ① 空气状态的确定：已知空气的任何两个参数即可 确定其状态。
② 空气的加热与冷却过程
加热：空气的φ减小，表明空气接收水汽的能力加强
② 空气的加热与冷却过程 冷却：t＜td时，空气的H不变；t=td时，有水冷凝
q
液滴 表面 tw , Hw源自b、计算Q S ( t t ) w
气体 t, H
液滴 kH 对流传质 N
S ( t t) k S ( H H ) r
w H s , t
w
Q k S ( H H ) r H s , t t w w
k H t t r ( H H ) w t s , t w w
5 t 273 1 . 0133 10 1 H v 22 . 4 H 273 P 29 18 5 t 273 1 . 0133 10 ( 0 . 772 1 . 244 H ) 273 P
物料衡算（Mass balance）
2、水分蒸发量
湿废气体 L , H2 湿物料 G1 , w1 干 燥 产 品 G2 , w2 热空气 L , H1
c c 1 c H H g v
，
cv=1.88
c 1 . 01 1 . 88 H H
4.焓I (Total enthalpy)
焓：1kg 绝干空气的焓与相应水汽的焓之和。
I Ig HI v
一般以0℃为基准，且规定在0℃时绝干空气和水汽的 焓值均为零，则
I ( c Hc ) t r H c t r H g v 0 H 0
2、确定空气的状态点，查找其它参数 两个参数在曲线上能相交于一点，即这两 个参数是独立参数，这些参数才能确定空气的 状态点。
湿度图的使用 ① 空气状态的确定：已知空气的任何两个参数即可 确定其状态。
② 空气的加热与冷却过程
加热：空气的φ减小，表明空气接收水汽的能力加强
② 空气的加热与冷却过程 冷却：t＜td时，空气的H不变；t=td时，有水冷凝
q
液滴 表面 tw , Hw源自b、计算Q S ( t t ) w
气体 t, H
液滴 kH 对流传质 N
S ( t t) k S ( H H ) r
w H s , t
w
Q k S ( H H ) r H s , t t w w
k H t t r ( H H ) w t s , t w w
5 t 273 1 . 0133 10 1 H v 22 . 4 H 273 P 29 18 5 t 273 1 . 0133 10 ( 0 . 772 1 . 244 H ) 273 P
化工原理-7传质PPT课件
1.质量分数
质量分数定义式
wA
mA m
混合物的总质量分数
N
wi 1
i 1
二、质量分数与摩尔分数
2.摩尔分数 摩尔分数定义式
xA
nA n
液相
yA
nA n
气相
混合物的总摩尔分数
N
xi 1
i 1
N
yi 1
i1
二、质量分数与摩尔分数
质量分数与摩尔分数的关系
由质量分数 求摩尔分数
xA
wA / M A
一、分子扩散现象与费克定律
1.分子扩散现象 由于分子的无规则热运动而形成的物质传递
现象—分子传质。
❖ 分子传质又称为分子扩散，简称为扩散 ❖分子传质在气相、液相和固相中均能发生
播放动画31：分子扩散现象
一、分子扩散现象与费克定律
2.费克(Fick)定律
描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。
及
边界条件
(1) z = z1 cA = cA1 ( pA= pA1 ） (2) z = z2 c A= cA2 ( pA= pA2 ）
一组分通过另一 停滞组分的扩散
二、气体中的稳态分子扩散
求解可得
NA
Dc
AB 总
z
ln
c
总
cA2
c
总
c A1
或
NA
Dp
AB 总
RTz
ln
p
总
p
总
pA2 p A1
二、气体中的稳态分子扩散
简单分子的扩散体积
v
/（cm3/mol）
7.07
物质
CO
v /（cm3/mol）
化工原理课件第七章
化工原理授课提纲
7. 传质与分离过程概述
§7.
传质与分离过程概述
§7.1. 概述
一.
1.
传质过程
单相传质过程 在气相或液相中的物质传递
z
推动力：浓度差 ∆Ci 宏观上 — 分子或流体质点由于浓度的不同引起的迁移； 微观上 — 分子的热运动产生的扩散； 热力学基础 — 熵增加过程为自发过程。
z
平衡：体系内浓度均匀
2.
液体中的扩散系数 对于很稀的非电解质溶液,有半经验式：(P14 页 7-43 式) D～溶质的体积、溶剂的粘度及分子量、溶剂的缔合参数、T 有关。由于液体压缩性小,故 忽略 P 的影响。
3.
固体中的扩散系数 z 正常扩散(或体积扩散)：单相扩散 z 努森扩散：分子在孔道中的碰撞扩散+体积扩散 z 结构扩散：分子在孔道中的碰撞扩散 z 表面扩散：分子在孔道表面上吸附扩散 方程形式(略)
p DP ln B 2 RT Z p B 1 p A1 − p A 2 =1 pB 2 − pB 1
因为：P= pA1+pB1= pA2+pB2 则：pA1- pA2= pB2 -pB1 →
那么：NA=
p DP DP p − p A2 DP p A1 − p A 2 ln B 2 A1 = = (pA1-pA2) RT Z p B 1 p B 2 − p B 1 RT Z p B 2 − p B 1 RT Z p Bm p ln B 2 p B1 DC (CA1–CA2) ZCBm
液相
NA=
z
质量浓度： ci=
mi V ni V
kg/m3 kmol/m3
z
摩尔浓度： Ci = 浓度换算：
z
ρ = m/V = ∑ci ( i =A、B、…) ci = mi/V =aim/V = aiρ Ci=ni/V=xin/V=xiC (C=n/V→混合物的总摩尔浓度,kmol/m3) 对于气体混合物： Ci= ni/V=pi/RT ci= mi/V =Mini/V =Mi pi/RT …… 见 P5 页。
7. 传质与分离过程概述
§7.
传质与分离过程概述
§7.1. 概述
一.
1.
传质过程
单相传质过程 在气相或液相中的物质传递
z
推动力：浓度差 ∆Ci 宏观上 — 分子或流体质点由于浓度的不同引起的迁移； 微观上 — 分子的热运动产生的扩散； 热力学基础 — 熵增加过程为自发过程。
z
平衡：体系内浓度均匀
2.
液体中的扩散系数 对于很稀的非电解质溶液,有半经验式：(P14 页 7-43 式) D～溶质的体积、溶剂的粘度及分子量、溶剂的缔合参数、T 有关。由于液体压缩性小,故 忽略 P 的影响。
3.
固体中的扩散系数 z 正常扩散(或体积扩散)：单相扩散 z 努森扩散：分子在孔道中的碰撞扩散+体积扩散 z 结构扩散：分子在孔道中的碰撞扩散 z 表面扩散：分子在孔道表面上吸附扩散 方程形式(略)
p DP ln B 2 RT Z p B 1 p A1 − p A 2 =1 pB 2 − pB 1
因为：P= pA1+pB1= pA2+pB2 则：pA1- pA2= pB2 -pB1 →
那么：NA=
p DP DP p − p A2 DP p A1 − p A 2 ln B 2 A1 = = (pA1-pA2) RT Z p B 1 p B 2 − p B 1 RT Z p B 2 − p B 1 RT Z p Bm p ln B 2 p B1 DC (CA1–CA2) ZCBm
液相
NA=
z
质量浓度： ci=
mi V ni V
kg/m3 kmol/m3
z
摩尔浓度： Ci = 浓度换算：
z
ρ = m/V = ∑ci ( i =A、B、…) ci = mi/V =aim/V = aiρ Ci=ni/V=xin/V=xiC (C=n/V→混合物的总摩尔浓度,kmol/m3) 对于气体混合物： Ci= ni/V=pi/RT ci= mi/V =Mini/V =Mi pi/RT …… 见 P5 页。
化工原理-蒸发
30
循环型蒸发器
列文式蒸发器
加热室上增设沸腾室， 溶液的沸腾传热有加热 室转移到沸腾室.
过 程 原
优点：避免加热管表面 结晶和结垢，适于粘度
理 大的溶液，传热系数大
与 装
缺点：液柱静压头引起
备 的温差损失大。
31
单程型蒸发器
升
膜
式
蒸
过 程 原
发 器
理
与
装
备
降 膜 式 蒸 发 器
33
单程型蒸发器
E1 E2
W1
W2
则 W1=D W2=W1-E1=D-E1
D t1
t2
过 程
W3=W2-E2=D-E1-E2
原 水蒸发总量：W= W1 + W2 + W3=3D-2E1-E2
理 与
D W 2 E1 1 E2
装
33 3
备 推广至n效： D W n 1 E1 n 2 E2 1 En 1
5
单效蒸发 物料衡算
水分蒸发量W
总物料衡算： F = L ＋W
过 溶质不变： F x0 Lx F W x
程
原 理
水分蒸发量：
W
F
1
x0 x
与
装 备
完成液浓度：
x F x0 F W
F x0 t0 h0 c0
D, Ts , Hs
W, T, H
蒸发室
加 热 L , x, 室 t , c, h
D, Ts, hs
装
备
35
单程型蒸发器 刮板式冷凝器
过 程 原 理 与 装 备
36
浸没燃烧式蒸发器
过 程 原 理 与 装 备
37
除沫器、冷凝器和真空装置 除沫器
循环型蒸发器
列文式蒸发器
加热室上增设沸腾室， 溶液的沸腾传热有加热 室转移到沸腾室.
过 程 原
优点：避免加热管表面 结晶和结垢，适于粘度
理 大的溶液，传热系数大
与 装
缺点：液柱静压头引起
备 的温差损失大。
31
单程型蒸发器
升
膜
式
蒸
过 程 原
发 器
理
与
装
备
降 膜 式 蒸 发 器
33
单程型蒸发器
E1 E2
W1
W2
则 W1=D W2=W1-E1=D-E1
D t1
t2
过 程
W3=W2-E2=D-E1-E2
原 水蒸发总量：W= W1 + W2 + W3=3D-2E1-E2
理 与
D W 2 E1 1 E2
装
33 3
备 推广至n效： D W n 1 E1 n 2 E2 1 En 1
5
单效蒸发 物料衡算
水分蒸发量W
总物料衡算： F = L ＋W
过 溶质不变： F x0 Lx F W x
程
原 理
水分蒸发量：
W
F
1
x0 x
与
装 备
完成液浓度：
x F x0 F W
F x0 t0 h0 c0
D, Ts , Hs
W, T, H
蒸发室
加 热 L , x, 室 t , c, h
D, Ts, hs
装
备
35
单程型蒸发器 刮板式冷凝器
过 程 原 理 与 装 备
36
浸没燃烧式蒸发器
过 程 原 理 与 装 备
37
除沫器、冷凝器和真空装置 除沫器
化工原理 第七章传质过程导论 讲义
3. 单向扩散传质速率方程
Dc dc A NA = − c − c A dz
在气相扩散
pA cA = RT
c = p
——微分式 微分式
RT
dp A Dp NA = − RT ( p − pA ) dz
∫
z
0
Dp dpA N A dz = ∫ − pA1 RT ( p - pA )
pA2
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
第七章 传质过程导论
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
第七章 传质过程导论
目的： 了解传质的重要性； 目的：1、了解传质的重要性； 2、掌握相组成的多种表示方法； 掌握相组成的多种表示方法； 3、掌握扩散原理； 掌握扩散原理； 4、掌握三种传递之类比； 掌握三种传递之类比； 5、了解传质设备。 了解传质设备。 重点：扩散原理（分子扩散，稳定、不稳定扩散， 重点：扩散原理（分子扩散，稳定、不稳定扩散，等摩 尔相互扩散，单向扩散，涡流扩散，对流扩散） 尔相互扩散，单向扩散，涡流扩散，对流扩散） 的理解，掌握相互间之差别。 的理解，掌握相互间之差别。 难点：相组成的表示；扩散原理。 难点：相组成的表示；扩散原理。
（1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 ）因分子本身扩散引起的宏观流动。 在总体流动中方向相同， （2）A、B在总体流动中方向相同，流动速度正比于 ） 、 在总体流动中方向相同 cB 摩尔分数。 摩尔分数。 N = N c A N MB = N M MA M c c
化工与材料工程学院---Department of Chemical and Materials Engineering
化工原理课件(天大版)第七章 萃取
Ys XF 1 K) n ln( YS ln( 1 Am ) Xn K
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33
3、多级逆流萃取的流程与计算
1、多级逆流萃取的流程
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34
2、多级逆流萃取的计算
1）萃取剂与稀释剂部分互溶的体系
E1 F R1 R2 M
E2 E3
△
RN
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F S M E1 R N
Yn Yo B S N ( X N X N 1 )
——错流萃取每一级的操作线方程
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E
Y1 Y2 Y0 O
E1 E2
-B/S2
-B/S3 X2 U X1
-B/S1
V XF
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b）解析法 分配曲线： 设： A m
Y KX
KS B
——萃取因子
R
MR ME
S MF F MS
萃余液
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R
萃余相
最小溶剂比
S M'F ＝ F min M ' S
18
7.1.6 、萃取剂的选择
1、萃取剂的选择性和选择性系数
1）萃取剂的选择性
A在萃取相中的质量分率 B在萃取相中的质量分率
A在萃余相中的质量分率 B在萃余相中的质量分率
(X R X F )
——单级萃取的操作线方程
Y
Y1 E1
B S
X1
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XF X
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（1） 设计型问题。 已知原料液处理量 和组成，给定溶剂 用量和组成 ， 在图中 可确定C(XF,Y0）， 按斜率（-B/S） 作操作 线， 与分配曲 线的交点D即为该 过程获得的萃取相 和萃余相的组成点 。 （2） 操作型问题。规定单级萃取的分离要求，如萃余相 组成X，求所需溶剂用量，可在图中根据X确定D(X，Y)， 连接C、D得到操作线CD，根据操作线斜率即可求出所需 的溶剂用量。
化工原理-干燥
的，即在一定的气－固接触方式下，固定气体的温度、湿 度和流过物料表面的速度进行实验。 ➢ 为保证恒定干燥条件，采用大量空气干燥少量物料，以使 气体的温度、湿度和流速在干燥器中恒定不变。实验为间 歇操作，物料的温度和湿含量随时间连续变化。
干燥曲线和干燥速率曲线
干燥曲线：物料湿含量 X 与干燥时间 的关系曲线。
ps
19.92
湿比容H (Humid volume) 或干基湿比容 (m3/kg绝干气体)
1kg 绝干气体及所含湿份蒸汽所具有的体积
vH
1 29
H 18
22.4
t
273 101.325
273
P
(0.287 0.462H ) t
273 P
常压下(P=1013.25kN/m2) ： vH (0.002835 0.004557 H )(t 273)
显热项
汽化潜热项
对于空气-水系统： IH (1.005 1.884 H )t 2491 .27H
干燥过程的基本规律
物料湿分的表示方法
湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。
湿基湿含量 w：单位质量的湿物料中所含液态湿分的质量。
w
物料所含液态湿份的质量 湿物料的质量
WT Gc WT
干基湿含量 X：单位质量的绝干物料中所含液态湿分的质量。
对于空气-水系统：
H 0.622 ps P ps
H 0.622 pv P pv
相对湿度（Relative humidity）
➢ 若 t < 总压下湿份的沸点，0 100%；
➢ 若 t >总压下湿份的沸点，湿份 ps> P，最大 (气体全为湿
份蒸汽) < 100%。故工业上常用过热蒸汽做干燥介质；
干燥曲线和干燥速率曲线
干燥曲线：物料湿含量 X 与干燥时间 的关系曲线。
ps
19.92
湿比容H (Humid volume) 或干基湿比容 (m3/kg绝干气体)
1kg 绝干气体及所含湿份蒸汽所具有的体积
vH
1 29
H 18
22.4
t
273 101.325
273
P
(0.287 0.462H ) t
273 P
常压下(P=1013.25kN/m2) ： vH (0.002835 0.004557 H )(t 273)
显热项
汽化潜热项
对于空气-水系统： IH (1.005 1.884 H )t 2491 .27H
干燥过程的基本规律
物料湿分的表示方法
湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。
湿基湿含量 w：单位质量的湿物料中所含液态湿分的质量。
w
物料所含液态湿份的质量 湿物料的质量
WT Gc WT
干基湿含量 X：单位质量的绝干物料中所含液态湿分的质量。
对于空气-水系统：
H 0.622 ps P ps
H 0.622 pv P pv
相对湿度（Relative humidity）
➢ 若 t < 总压下湿份的沸点，0 100%；
➢ 若 t >总压下湿份的沸点，湿份 ps> P，最大 (气体全为湿
份蒸汽) < 100%。故工业上常用过热蒸汽做干燥介质；
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mV Y mX 2 （ f 、1 ） L Y2 mX 2
② Y1 mX 2 的意义：反映了A吸收率的高低；
Y2 mX 2
Y1 mX 2 Y2 NOG Y2 mX 2
③当采用纯溶剂X2=0时，若已知B=L/Lmin、；
Y1 / m X 2 Y1 L L /V B Lmin （L / V） X1 X 2 mX 1 min X1 X 2 mX 1 Y1 / B 1 mV L m Y Y Y Y Y Y B 1 2 1 2 1 2 其中： Y1 Y1 Y2 Y1 1 ） （ 1 1 B 1 N OG ln 1 1 B 1
① HOG、HOL：反映塔设备条件（）、填料性能
及润湿情况，反映设备性能高低； ② NOG、NOL： 反映与相平衡条件（m）、气液 进出塔浓度的关系，反映吸收过程 的难易程度；
③ V/ ： kmol（B）/（m2· s）；
L/ ： kmol（S）/（m2· s）；
3.传质单元数的计算
填料层高度的计算关键在于传质单元数NOG、NOL 的计算； ① 图解积分法 当平衡线为曲线时，图解积分法步骤如下：
H OG
V 47.7 / 3600 0.30m KY a 0.088 0.5
Z NOG H OG 14.24 0.30 4.27m
=
【例】空气中含丙酮2%（体积百分数）的混合气以
0.024kmol/(m2· s)的流率进入一填料塔，今用流率为
0.065kmol/(m2· s)的清水逆流吸收混合气中的丙酮， 要求丙酮的回收率为98.8%。已知操作压力为100 kPa，操作温度下的亨利系数为177 kPa，气相总体 积吸收系数为0.0231 kmol/(m3· s)。
得：N OG N OG
Y1 Y2 Y1 ln Y1 Y2 Y2
Y2 Y2 Y2* Y1 Y2 、其中： Y1 Y2 Y1 Y1 Y1* Y1 ln Y2 Y1 Y2 Y1 Y2 、其中：Ym Y1 Ym ln Y2
c.体积总传质系数与传质单元高度的关系:
1 1 H OG K a V 0.8 Y H OG V 0.2； H V OG 同理：H OL L0.2；
② 传质单元数 a.气相总传质单元数 ：
NOG
Y1 Y2
Y1 Y2 dY 气相组成变化 * * Y Y (Y Y024kmol / m2 s 因此时为低浓度吸收，故： Ω Ω
mV 1.77 0.024 0.654 S L 0.065 Y mX Y1 1 1 2 1 83.3 Y2 1 1 0.988 Y2 mX 2 Y1 mX 2 1 ln 1 S S 1 S Y2 mX 2
【例】在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流 吸收空气中的氨，要求氨的吸收率为99.5%。 已知：空气和氨的混合气质量流量为1400kg/h， 气体总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.333 kPa。 若实际吸收剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度 293K下的气液相平衡关系为Y*=0.75X，气相总体 积吸收系数为0.088kmol/(m3· s)；试求： （1）每小时用水量； （2）用平均推动力法求出所需填料层高度。
③气液相平衡关系： Y * mX
VdY V dY dZ N（a） dZ K a （Y Y *） A Y 整理： L dX dZ LdX dZ N（a） K X a （X * X） A
Y1 V dY Z K a Y2 Y Y * Y 积分： X1 L dX Z K X a X 2 X * X
mV Y1 mX 2 mV 1 N OG ln 1 mV L Y2 mX 2 L 1 L mV 令：S 、称为脱吸因数（解吸因数） L m （S ：表示相平衡线与操作线的斜率之比） LV N OG Y1 mX 2 1 ln 1 S S 1 S Y2 mX 2
Y1 Y1 Y1* 0.0134 0.00953 0.00387 Y2 Y2 Y2* 0.0000669 0 0.0000669 Y1 Y2 0.00387 0.0000669 Ym 0.000936 Y1 0.00387 ln ln 0.0000669 Y2 N OG Y1 Y2 0.0134 0.0000669 14.24 Ym 0.000936
其中：NOG 1 的意义
指气体流经一段填料层，溶质组成变化（Y1 － Y2） 等于该段填料平均吸收推动力（Y－Y *）m时， 该段填料为一个传质单元；
b.液相总传质单元数 ：
NOL
X1 X2
dX X* X
③填料层高度
填料层高度：Z NOG HOG NOL HOL
讨论：
解： y1 1.333 0.0132 (1) y1 0.0132 Y1 0.0134
101.3 1 y1 1 0.0132 Y2 Y1 (1 ) 0.0134(1 0.995) 0.0000669 X2 0
因混合气中氨含量很少，故：
1400 M 29kg/kmol V (1 0.0132) 47.7kmol/h； 29 Ω 0.785 0.82 0.5m2；
kmol s m a.传质单元高度单位： 3 2 （kmol m s）m
b.传质单元高度的意义: 完成一个传质单元效果分离所需的填料层高度；
Y1 Y2 Y1 dY Y2 Y Y * Y 1 m 当： X X1 X 2 1 dX X 2 X * X X m 1
单位填料层dZ内吸收溶质A的量；
：塔截面积、m2；
GA：溶质A的流率、kmol/s ； ② 吸收速率方程： dGA N AdA N A (adZ ) a：单位体积填料的有效传质面积、 单位： m2传质面积/m3填料；
N A KY (Y Y * ) 其中： * NA K X ( X X )
Y1 Y2 (Y Y )1 (Y Y )2 d (Y ) A dY Y1 Y2 Y1 Y2
* *
NOG
Y1 dY Y1 Y Y dY d Y 1 2 * Y2 Y Y Y2 Y Y2 Y Y Y 1 2 Y1
a.操作线上任取一点（X、Y），推动力为 (Y - Y*)；
1 b.系列Y～ Y Y * 作图得曲线；
c.积分计算Y2至Y1范围内的阴影面积；
N OG
Y1 Y2
dY Y Y*
Y
Y1
E
1 Y Y*
Y2
o
dY Y2 Y Y *
Y1
X2
X1 X
Y2
Y1
② 对数平均推动力法
汽液平衡线为直线：Y * mX b 条件： L L 吸收操作线为直线：Y X (Y1 X 1 ) V V 吸收推动力为直线：Y Y Y * AY B
Y1 mX 2 Y2 mX 2
NOG （ f
mV Y mX 2 、1 ） L Y2 mX 2
NOG 讨论： ①S=mV/L的意义： 反映了吸收过程推动力的大小，为平衡线斜率 与吸收操作线斜率的比值；
V Y1 mX 2 L L 一定，S 推动力 、NOG Y2 mX 2 mV m
Y1 Y2 47.7(0.0134 0.0000669) 得：Lmin V * 35.6kmol / h 0.0134 X1 X 2 0 0.75 实际吸收剂用量：L 1.4 Lmin 1.4 35.4 49.8kmol / h
(2)用平均推动力法：
47.7 (0.0134 0.0000669) X1 X 2 V Y1 Y2） L 0 （ / 0.0128； 49.8 Y1* 0.75 X1 0.75 0.0128 0.00953、Y2* 0；
•平均推动力法适用： a. 平衡线为直线时：逆流、并流吸收皆可；
b.当
Y1 2 Y2
NOG
Y1 Y2 X1 X 2 、NOL ； Ym X m
X 1 、 2 时：可用算术平均推动力 ； X 2
c.平衡线与操作线平行时：
Ym Y Y1 Y2 Y1 Y1 Y1* Y2 Y2 Y2* Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 Y2 N OG Ym Y1 Y2 当Y * mX N OG Y1 Y2 Y1 Y2 Y1 mX 2 1 Y1 mX 1 Y2 mX 2 Y2 mX 2 Y1 1 ） Y2 1
N OG
X1 X 2 X1 X 2 同理：N OL＝ N OL＝ X 1 X 2 X m X 1 ln X 2 其中：X m
* X 1 X 2 X 1 X 1 X 1 、 ； * X 1 X 2 X 2 X 2 ln X 2
注意：
① 稳态操作中V、L、均为常量；
② KYa与KXa：称为气相与液相总体积传质系数；
物理意义：在单位推动力下，单位时间单位
体积填料层内吸收的溶质量； 单位：kmol/（m3· s）；
③ a：反映吸收设备的大小和填料特性、
也反映流体物性和流动状态的影响； 注：KY的单位：kmol/（m2· s）；
2.传质单元高度与传质单元数
填料层高度： Y1 X1 V dY L dX Z Y2 Y Y * K X a X 2 X * X KY a