化工原理第九章第四节讲稿

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化工原理第9章

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9

化工原理9

辐射室的优化技术 目的: 目的 强化对流传热 辐射室烟气流场 燃烧器喷出的射流 炉膛的主要气流 返回的回流 形成循环气流
循环气流对辐射室传热的调节作用: 循环气流对辐射室传热的调节作用: 可以降低炉管周向不均匀系数,而且还可以使轴向 可以降低炉管周向不均匀系数, 不均匀性得到很大改善。 不均匀性得到很大改善。 辐射室对流传热
2 λgCεmεφug 理论对流传热系数为: 理论对流传热系数为: hRc = (1−n) 2 d µ o g
ug 烟气流速
提高喷射速度可加强分子间的动量交换,增强引射能力, 提高喷射速度可加强分子间的动量交换,增强引射能力, 迫使烟气加剧循环,使回流烟气的量与速度增大, 迫使烟气加剧循环,使回流烟气的量与速度增大,达到强化 对流传热的目的。 对流传热的目的。 返回
炉子操作的下限 受热均匀性 降低负荷后, 降低负荷后,只 点一半甚至1/3以下的 点一半甚至 以下的 燃烧器, 燃烧器,使各炉管受 热不均。若关小每个 热不均。 燃烧器, 燃烧器,沿火焰长度 方向炉管热强度分布 的不均匀性会比正常 负荷下大。 负荷下大。 局部过热 降量操作时,由于管内流 降量操作时, 量减小, 量减小,管内介质的传热系数 有可能大幅度下降, 有可能大幅度下降,管内介质 的流动状态有可能改变, 的流动状态有可能改变,盘管 各路之间也更容易发生偏流。 各路之间也更容易发生偏流。 选择管径时不仅应按正常情况 下的流量计算, 下的流量计算,还必须校核低 负荷下的管内流动状态。 负荷下的管内流动状态。
散热强度近似线性地下降 保温厚度的增加呈一条二次曲线的规律
根据节能与投资两个方面,综合考虑经济效果, 根据节能与投资两个方面,综合考虑经济效果,决定出炉 墙外表面与大气间的最小经济温差,从而求出炉壁的经济厚度。 墙外表面与大气间的最小经济温差,从而求出炉壁的经济厚度。 返回

化工原理课件9-4

化工原理课件9-4

2) 三组分恒沸精馏(图9-50)
(1) 恒沸精馏:加入第三组分C(挟带剂C)与A或 (A+B)形成新的恒沸物,使其与A或B的挥发度 差异增大。
(2) 对挟带剂的要求P89
(A) 能和A、B混合物中含量较少的一种组分形 成最低恒沸点,恒沸物从塔顶蒸出。 (B) 新形成的恒沸物要便于分离,回收挟带剂。 (C) 挟带剂在恒沸物中的含量要低。
2)多段加料(图9-38)
全塔物料衡算: F F D W
1 2
F x F x Dx Wx
1 F1 2 F2 D
W
塔顶轻组分回收率: DxD F1 xF 1 F2 xF 2
操作线方程:
段:y R 1 x x R 1 R 1
D F
Wx W L 段:y x VIII V III
T D F
2)计算特点及方法
(1) 特点 函数关系为复杂的非线性方程,无论哪类命 题,均需试差。 操作不一定在最优状态进行。 (2) 方法: 设xD(或xW) 输出 求xW(xD) NT计=NT实 按设计型方法求NT计
3)操作分析
(1) 操作参数 操作条件: F,xF,q,p(α), V ,D,W,NT,NF 操作结果:xD,xw (2) 操作分析 (A)回流比的影响 原工况操作线(见图), 现 R , xw xF F、xF、q、NT、D不变,NF、α不变, 则操作线,xD,xW如何变化?
9.7 间歇蒸馏
9.7.1 间歇蒸馏特点(图9-47) 1) 过程非定态 2) 完成同样分离要求,能耗比有提馏段的连续蒸 馏更大 (需更大的NT或R) 3) 对小批量、组成、品种经常变化的精馏适用, 操作灵活。 要使xD恒定,则R需不断增大; 如R不变,则xD将不断减小。

化工原理第九章

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

化工原理第九章液体精馏

化工原理第九章液体精馏

FiF Li V I Li VI
由恒摩尔假定,不同温度和组成的饱和液体焓i和汽 化潜热均相等。
20
联立上二式,得 定义:
L L I iF F I i
q
I iF分子:1kmol原料变成饱和蒸气所需的热 I i 分母:原料的摩尔汽化热
可得
L L qF
V V (1 q)F
q为加料热状态参数 q=0,饱和气体(露点);q=0,饱和液体(泡点) q<0,过热蒸气;0<q<1,气液两相,q>1,冷液
不管加料板上状态如何,离开加料板的两相温度相
等,组成互为平衡。
V,I,ym
L,i,xm-1
物料衡算式
F,iF,xF
FxF V ym1 Lxm1 Vym Lxm 相平衡方程
ym f (xm )
3)精馏段和提馏段流量的关系
V’,I,ym+1
L’,i,xm
列加料板物料和热量衡算式
F LV LV
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。
8
9.3 平衡蒸馏和简单蒸馏
D
9.3.1 平衡蒸馏
令W q, F
则D 1q F
物料衡算:F xF D y W x
F
F DW
xF
联立得:y q x xF q 1 q 1
热量衡算:忽略组成对比热影响,
2)对理想物系
A / B
pA / xA pB / xB
p
0 A
xA
/
xA
pB0 xB / xB
pA0
pB0
3)对物系相对挥发度 1和相差2 不大
m
1 2
(1

化工原理 第九章 蒸馏

化工原理 第九章 蒸馏
根据被分离物系的一些特殊要求,精馏还包括水蒸气精馏、间

歇精馏、恒沸精馏、萃取精馏、反应精馏等等。



2
返回
西 9.2二元物系的气液相平衡
安 交 根据相律,用于描述相平衡物系的自由度数 应N f该满足一下关系式:

Nf C2
一、理想物系的气液平衡

工 原
对较易挥发组分A与较难挥发组分B形成的A、B溶液来说,它们之
返回
9.4 二元连续精馏的分析和计算
西 9.4.1全塔物料恒算
安 从整体来看,无论塔内的操作状况如何,连续精馏过程的加料、馏出 交 液、釜液的流率和组成受到全塔物料恒算关系的约束。
大 对图9-9所示的二元连续精馏塔作物料恒算,有
化 总物料恒算
F DW
工 易挥发组分物料恒算 原 馏出液产率 理 电 挥发组分:
西

交 9.3.1简单蒸馏

简单蒸馏的基本流程如
2
图所示。一定量的原料液投
化 入蒸馏釜中,在恒定压力下
工 加热气化,陆续产生的蒸汽
1

进入冷凝器,经冷凝后的液 体(又称馏出液)根据不同
理 电
要求放入不同的产品罐中。 因上述流程很简单,故称其 加 热 蒸 汽 为简单蒸馏,它是较早的一
3A
3B
3C
子 种蒸馏方式。




p。A p。B

yA / xA yB / xB
4
返回
西 三、非理想物系的气液平衡
安 根据溶液的蒸汽压偏离拉乌尔定律的方向,一般可将非理想溶液分 交 成两大类:
大 1、正偏差溶液
化 当异分子间吸引力 fAB 小于同分子间吸引力 fAA 和 fBB 时,溶液中组分的

化工原理第九章.

化工原理第九章.
I0 cgt0 IV 0H0 I2 cgt2 IV 2H2
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。
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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
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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
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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

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。

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平衡水分一定是结合水分; 自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。
2020/6/8
2020/6/8
二、干燥曲线和干燥速率曲线
1、干燥实验和干燥曲线
干燥曲线 :恒定干燥条件下,物料的含水率X与时间θ的关系
2、干燥速率曲线
1)干燥速率曲线 干燥速率 :单位时间内,单位干燥面积上汽化的水分量
U dW
第九章 干燥 Drying
第四节 干燥速度和干燥时间
一、物料中所含水分的性质 二、干燥曲线和干燥速率曲线 三、干燥时间的计算
2020/6/8
一、物料中所含水分的性质
1、平衡水分与自由水分
1)平衡水分 用某种空气无法再去除的水分。 与物料的种类、温度及空气的相对湿度有关 物料中的平衡水分随温度升高而减小 随湿度的增加而增加。
2)自由水分 在干燥过程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分。
2020/6/8
2020/6/8
2、结合水分和非结合水分
结合水分:与物料之间有物理化学作用,因而产生的蒸汽压 低于同温度下纯水的饱和蒸汽压。 包括溶涨水分和小毛细管中的水分 。难于除去
非结合水分 :机械地附着在物料表面, 产生的蒸汽压与纯 水无异。 包括物料中的吸附水分和大孔隙中的水分。 容易除去。
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三、干燥时间的计算
1、恒定干燥条件下干燥时间的计算
1)利用干燥速度曲线进行计算
U GC dX
Ad
分离变量积分
0, X X1 1, X X2
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1
0 d
GC A
X1
X2
dX U
1
GC AUC
X1
X2
2)用对流传热系数或传质系数进行计算
Q At tw
2、降速干燥时间的计算
2
Gc A
X1
X2
dX U
不论干燥曲线如何,都可用图解积分法
当干燥曲线为直线或近似直线时
U kX X X
kX
UC 0 X X
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2020/6/8
UC
GC A
dX
dห้องสมุดไป่ตู้
d GC dX AkX X X
2
GC A
X2
XC
kX
dX X X
两个干燥阶段之间的交点称为临界点。与该点对应的物 料含水量称为临界含水XC。
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2)干燥机理 a)恒速干燥阶段
干燥速度由水的表面汽化速度所控制 b)降速干燥阶段
过程速度由水分从物料内部移动到表面的速度所控制。 c)临界含水量
临界水分随物料本身性质、厚度和干燥速率的不同而 异,通常临界水分随恒速阶段的干燥速度和物料厚度的增加 而增大。
Ad
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W GC X
dW GCdX
U GC dX
Ad
ABC段表示干燥第一阶段,BC段为恒速干燥阶段, AB段为物料的预热阶段,但此段所需的时间很短,一般并 入BC段内考虑 。
CDE段为第二阶段,在此阶段内干燥速率随物料含水量 的减小而降低,称为降速干燥阶段。
GC Ak X
X2
XC
dX X X
GC AkX
ln
X2 XC
X X
2
GC AkX
ln
XC X X2 X
3、干燥总时间
1 2
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水分由表面汽化的速率
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G kH AH H
汽化所需热量 Q kH AH H r
U C
Q Ar
t
r
t
k
H
H
H
1
GC X1 X 2 r At t
GC X1 X 2 AkH H H
3)影响恒速干燥的因素
•空气流速的影响
•空气湿度的影响
•空气温度的影响
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