化工原理-第9章-0
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
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化工原理09--蒸馏
层 塔 板上 上层 升塔 蒸板 汽下 的降 组液 成体 间的 的组 关成 系和 下
操 作 线 方 程 的 物 理 意 义 ：
提馏段操作线方程
31
一精馏塔用于分离乙苯-苯乙烯混合物，进料量 3100kg/h，其中乙苯的质量分率为0.6，塔顶、底 产品中乙苯的质量分率分别要求为0.95、0.25。 求塔顶、底产品的质量流量、摩尔流量。
1、保持回馏比恒定 根据精馏段的操作线 方程，其斜率不变。
斜率 =R/R+1
xwe
xw1
xde
xd1
2、保持馏出液组成恒定
因回流比不断增大， 精馏段操作线的截 距不断减小。
63
xwe xw1
xd
第六节
特殊精馏
一、水蒸气蒸馏：
用于易分解而与水又 不互溶，或要求分离 压力不易达到的体系。 d 在分离的气相： P=pA+pw f
47
48
3、逐板计算法求理论塔板数：
平衡关系： y=x/（1+（ -1）x），x=y/（y+ （1-y））
精馏段操作线方程： y=Rx/（R+1）+xD/（R+1）
提馏段操作线方程： y=L’x/（L’-W）+L’xW/（L’-W）
反复使用平衡关系和操作线关系即可求得理论塔板数
y1=xD 平衡关系 精馏段操作线方程 y’1 提馏段操作线方程 y2 x1 x2
组成量的关系满足 杠杆定律。
17
简单蒸馏的计算： 蒸馏釜的生产能力，根据热负荷 和传热能力 计算。 馏出液、残液的浓度与馏出量（或残留量） 之间的关系。
物料衡算 相平衡关系
18
三、简单蒸馏的计算： 在釜内某一瞬时，液体量为W，经微分时间dt 后，残液量为（W-dW），液相组成由x降为 （x-dx），气相组成为y。 对dt时间作易挥发组分的物料衡算： Wx=（W-dW）（x-dx）+ydW dW = dx W y-x 积分限为W=W1，x=x1；W=W2，x=x2， 1、溶液为理想溶液，得： lnW1/W2 =[1/(-1)] ln[x1(1-x2)/x2(1-x1)]+ln[1-x2/1-x1] 由:x1=A1/W1, x2=A2/W2 得:A1/A2=(B1/B2) W1=A1+B1,W2=A2+B2
化工原理-14-第九章-蒸馏-习题
解：①未漏气
P
p
0 A
x
A
p
0 B
x
B
p
0 A
x
A
p
0 B
1 xA
则： xA
P pB0
p
0 A
pB0
A、B饱和蒸气压通过安托因公式计算，查表得：
乙苯 苯乙烯
A 9.3993 9.3991
B 3279.47 3328.57
C -59.95 -63.72
3
ln p0 A B T C
式中p0单位：bar；T的单位K
V ' xe2 xW
0.2 0.05
24
皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
• 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
• 1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
W2
两阶段总平均组成：
yT
W1x1 W3 x3 W1 W3
x1
W3 W1
x3
1 W3
0.6 0.7 0.5297 1 0.7
0.764
W1
12
结论：在馏出率相等的条件下，简单蒸馏所得到的馏出物的浓 度高于平衡蒸馏。这是因为平衡蒸馏所得到的全部馏出物皆与 残余浓度（x=0.5389）成平衡，而简单蒸馏所得的大部分馏出 物（第一阶段得到的馏出物）是与组成较高的液体成平衡，只 有较少部分（第二阶段得到的馏出物）与浓度低于0.5389的液 体成平衡的缘故。由此可见，平衡蒸馏虽然实现了过程的连续 化，但同时也造成了物料的返混，其分离效果不如间歇操作的 简单蒸馏。
夏清《化工原理》(第2版)笔记和课后习题(含考研真题)详解.
目 录第0章 绪 论0.1 复习笔记0.2 课后习题详解0.3 名校考研真题详解第1章 流体流动1.1 复习笔记1.2 课后习题详解1.3 名校考研真题详解第2章 流体输送机械2.1 复习笔记2.2 课后习题详解2.3 名校考研真题详解第3章 非均相物系的分离和固体流态化3.1 复习笔记3.2 课后习题详解3.3 名校考研真题详解第4章 传 热4.1 复习笔记4.2 课后习题详解4.3 名校考研真题详解第5章 蒸 发5.1 复习笔记5.2 课后习题详解5.3 名校考研真题详解第6章 蒸 馏6.1 复习笔记6.2 课后习题详解6.3 名校考研真题详解第7章 吸 收7.1 复习笔记7.2 课后习题详解7.3 名校考研真题详解第8章 蒸馏和吸收塔设备8.1 复习笔记8.2 课后习题详解8.3 名校考研真题详解第9章 液-液萃取9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 名校考研真题详解第10章 干 燥10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 名校考研真题详解第11章 结晶和膜分离11.1 复习笔记11.2 名校考研真题详解第0章 绪 论0.1 复习笔记一、化工原理课程的性质和基本内容1．课程的基本内容（1）单元操作根据各单元操作所遵循的基本规律，将其划分为如下几种类型：①遵循流体动力学基本规律的单元操作，包括流体输送、沉降、过滤、物料混合（搅拌）等。
②遵循热量传递基本规律的单元操作，包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。
③遵循质量传递基本规律的单元操作，包括蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离等。
④同时遵循热质传递规律的单元操作，包括气体的增湿与减湿、结晶、干燥等。
从本质上讲，所有的单元操作都可分解为动量传递、热量传递、质量传递这3种传递过程或它们的结合。
（2）化工原理的基本内容化工原理的基本内容就是阐述各单元操作的基本原理、过程计算及典型设备。
2．课程的研究方法（1）实验研究方法（经验法）；（2）数学模型法（半经验半理论方法）。
化工原理-所有章节
一、 化工生产过程
绪 论
1. 化工生产过程：对原料进行化学加工获得有用产 品的过程称为化工生产过程。
聚氯 乙烯 生产
CH2=CH2+Cl2 CH2Cl—CH2Cl CH2Cl—CH2Cl CHCl=CH2+HCl
2CH2=CH2+2HCl+O2
乙烯 氯 提纯 提纯 单体 合成 反应热 分 离
2CHCl-CH2+2H2O
1. 黏性
① 含义：当流体流动时，流体内部存在着内摩擦力， 这种内摩擦力会阻碍流体的流动，流体的这种特性称为 黏性。 ② 实验 (两平行平板间距很小)
面积A u F
y方向的速度 分布为线性
x 固定板
内摩擦力：运动着的流体内部相邻两流体层间的相 互作用力。
产生内摩擦力的根本原因：流体具有黏性。
2. 牛顿黏性定律
对分子运动作统计平均，以得到表征宏观现象的物理量
宏观上充分小 分子团的尺度<<所研究问题的特征尺寸
物理量都可看成是均匀分布的常量
V=10-5cm3 分子数目N=2.7×1014个
3. 连续性假定 ① 内容 流体由无数的彼此相连的流体质点组成，是一种连 续性介质，其物理性质和运动参数也相应连续分布。 ② 适用范围 绝大多数情况适用，但高真空下的气体不适用。
1.1.2 流体流动中的作用力
一、质量力 作用于所考察对象的每一个质点上的力，并与流 体的质量成正比
二、表面力 1. 表面力：作用于所考察对象表面上的力，与表面积 成正比。 2. 应力：单位面积上所受到的表面力。
3. 表面力的分解
切向力(剪力) 表面力 法向力
剪应力
拉力
压力
拉应力
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9章 液体精馏 典型例题题解(2)
yn1
R x x D 第2段：操作线方程 R1 R1 Wxw L xn 得：所需理论板10块，自顶数第5块进料。 V V
2段
W , xw
例：2000年华东理工大学硕士入学考试试题
用连续精馏塔分离某双组分混合液，混合液中含易挥发组分 xF=0.4（摩尔分率，下同），原料以饱和液体状态加入塔中部，塔 顶全凝，泡点回流。操作条件下物系的相对挥发度α=2 . 5 ，要求 塔顶产品浓度xD=0.8 ，塔顶易挥发组分的回收率η=0. 9 。塔釜间接 蒸汽加热。试求：（1）完成上述分离任务的最小回流比；
W , xw
第2段：操作线方程
V ' ' y F1 x f 1 L' ' x Dx D
Dx D Fx f L' ' y x V '' V ''
Wxw L 第3段：操作线方程 yn1 xn V V 得：所需理论板8块，自顶数第3块为F1进料，第6块 为F2进料。
（2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓 度的塔板上 两股原料混合后的组成xf F、q=1
y1
V0
L0
D
xD
xD
V
L
F
结论：冷回流时精馏段的操作线方程形式不变。
例： 有两股原料，一股为100kmol/h含苯0.6（摩尔分率，下同）和含甲苯0.4的 混合液。另一股为100kmol/h含苯0.2（摩尔分率，下同）和含甲苯0.8的混合液。 拟用精馏操作进行分离，要求馏出液含苯0.9 ，釜液含苯0.05 。塔顶设全凝器， 塔釜为水蒸气间接加热。操作回流比为2 。问下述两种方案哪种方案所需的理论 板数少？（1）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上； （2）将两股原料混合后在其泡点下进入相应浓度的塔板上。 解： （1）两股原料分别在其泡点下进入相应浓度的塔板上
化工原理 第9章 液体精馏 典型例题题解(1)
第9章 精馏 典型例题例1：逐板法求理论板的基本思想有一常压连续操作的精馏塔用来分离苯-甲苯混合液，塔顶设有一平衡分凝器，自塔顶逸出的蒸汽经分凝器后，液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍，所得液相全部在泡点下回流于塔，所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。
已知产品中含苯0.95（摩尔分率），苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5 。
试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。
解: 884.095.05.15.295.05.115.20000=⨯-=→=+=x x x x y DR=L/D=2905.03/95.0884.0323/95.032:11=+⨯=+=+y x y n n 精馏段方程845.03/95.0793.032793.0905.05.15.2905.05.15.22111=+⨯==⨯-=-=y y y x例2：板数较少塔的操作型计算拟用一 3 块理论板的（含塔釜）的精馏塔分离含苯50%（摩尔分率，下同）的苯-氯苯混合物。
处理量F=100 Kmol/h ，要求 D=45 Kmol/h 且 x D >84%。
若精馏条件为：回流比R=1 ，泡点进料，加料位置在第二块理论板，α=4.10 ，问能否完成上述分离任务？ 解：W=55kmol/h精馏段操作线方程：y n+1=0.5x n +0.42提馏段的操作线方程：Fq D R Wx x F q D R qFRD y w )1()1()1()1(--+---++=将相关数据代入得提馏段操作线方程：134.061.1-=x y 逐板计算：y 1=x D =0.84y 2=0.5×0.56+0.42=0.7057.0134.036.061.13=-⨯=y.22.05584.04550=⨯-=-=WDx Fx x Df w ()56.084.01.31.484.01111=⨯-=--=y y x αα36.07.01.31.470.02=⨯-=x22.024.057.01.31.457.03≥=⨯-=x所以不能完成任务。
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物质传递的原因 物质传递=分子扩散+搅拌引起的涡流扩散+总体流动
总体流动：传质方向上混合物总体的流动
分子扩散速率-菲克定律
J A DAB dc A dz
dc A dz
分子扩散系数是物性
涡流扩散速率
J A ( DAB De )
涡流扩散系数与流动状况有关
分子扩散工作方程式
p A VA n A YA pB VB nB
相组成（浓度）表示法
• 质量分率
m mA mB
mA wA m mB wB m
wA wB 1
• 摩尔分率
n nA nB
nA xA n
nB xB n
x A xB 1
• 质量分率和摩尔分率的关系
• 摩尔体积：标准状况下（273K，101325Pa） 1kmol气体的体积为22.4Nm3/kmol
n V (标)/ 22.4
• 分压与摩尔浓度的关系
nA pA RT c A RT V
• 压力分率、体积分率和摩尔分率的关系
p A VA n A yA P V n
• 压力比、体积比和摩尔比的关系
nA wA M A xA n wA M A wB M B
nB wB M B xB n wA M A wB M B
•比摩尔分率
nA XA nB
nB XB nA
nA xA XA n nA 1 x A XA xA 1 X A
•摩尔浓度
nA cA V
化工原理
下册
Principles of Chemical Engineering
叶世超 夏素兰 易美桂 杨雪峰 编写
混合物组成的表示方法
• 理想气体状态方程
PV nRT p AV n A RT PVA n A RT
• 体积随温度和压力的变化
T2 P V2 V1 1 T1 P2
J B cB Bd
N ' A cB M
J A c A Ad
组分总体流动通量
N ' A cA M
组分传质通量
N A c A A
N B cB B
总体流动通量与总体的浓度和速度的关系
N cM M
组分扩散通量间的关系
J A J B c A Ad cB Bd cM x A ( A M ) cM xB ( B M ) cM ( x A A xB B ) cM M ( x A xB ) cM M cM M 0
气-液系统
吸 收 塔
汽 酒精
汽-液系统 液-液系统
氨水
酒精+水 液
空气+氨
液-固系统 气-固系统
盐粒
水
苯 煤焦油
苯+苯酚
食盐水
产品 热空气
湿物料 废气
萃余相
母液
流体的总体流动与扩散传质
流体在搅拌下而掺和：
流体作为一个整体在传质方向上的运动－总体流动
流体分子热运动引起迁移—扩散
流体混合物由A、B两个组分组成：
即：J A J B 0
J A J B
两组分扩散通量总是大小相等，方向相反，因而互相抵消。
混合物总体流动通量与组分的流动通量和传质通量关系
N A cA A cAvM cA Ad cM vM xA cA Ad
N A NxA J A N J A
' A
nB cB V
cM c A cB
n A nx A cA cM x A V V n m M m M
V V Mm
cM
ci
i
Mi
i M i ci
M M mcM
M m M A xA M B xB
•分压
pA cA RT pA y A P
等摩尔反向传质
dc A N A D dz D N A (c A1 c A 2 )
D NA ( p A1 p A2 ) RT
通过停滞B组份层的传质
N A J A Nx A J A ( N A N B ) xA J A N A xA
NA J A cM dc A cM dcB D D xB cB dz cB dz
漂流因子，其值大于1，反映总体流动对传质的影响
cM cBM
P p BM
气相
界面
液相
JA JB
' NA NA JA ' NB NB JB 0
' NB
' NA
相内传质速率方程式
等摩尔反向传质
NA D (c A1 c A 2 ) kc (c A1 c A 2 )
D
混合物总体的流动速度—νM
组分的扩散速度—νAd 、 ν Bd
组分的实际速度—νA 、 ν B
A M Ad
B M Bd
总体速度与组分速度的关系
M A x A B xB
总体浓度与组分浓度的关系
cM c A cB
组分扩散通量
M A B
NA
z2
z1
dz
cB 2
cB1
dcB cB
D cM NA (c A1 c A2 ) cBM
cBM cB 2 cB1 c ln B 2 cB1
理想气体：
D P NA ( p A1 p A2 ) RT pBM
pBM pB 2 pB1 p ln B 2 pB1
N A N B N ' A N ' B J A J B N ' A N ' B N ( x A xB ) N
N N A N B N ' A N 'B
混合物总体的流动通量既等于两组分的流动通量之和，又等于 两个组分传质通量之和。
N B NxB J B N J B
常见传质过程
化工生产过程通式
原料 分离过程 化学反应 分离过程 产品
分离过程
非均相物系分离：机械方法：沉降、过滤 均相物系分离：物理化学方法
物理化学方法 通过两相接触，使物质从一相传输到另一相，改变混合 物各组分浓度，达到净化提纯的目的。 分离种类 吸收、精馏、萃取、干燥等
常见传质过程
空气 水
kc
通过停滞B组份层传质
NA D cM (c A1 c A2 ) kc (c A1 c A2 ) cBM