《传质与分离工程》第二章 吸收第二次课
分离工程各章思考题
第一章绪论1.分离工程的定义、作用及分类？2.何为“清洁工艺”？与分离工程有何关系？3.按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为那两类？4.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。
试比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。
5.请列举至少4种速率分离过程，并说明其推动力及传递机理。
第二章单级平衡过程1.相平衡常数相关的概念？（K、α、β）2.相平衡关系可用几种方法来表达？3.什么叫泡点、露点？如何计算？设计精馏塔时各处温度如何处理？4.活度系数法计算气液平衡常数的简化形式？5.怎样判断混合物在指定T，P下的相态？若为两相区其气化率和气液相组成怎样计算？第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算第一、二节设计变量、多组分精馏1. 基本概念：设计变量；清晰分割；关键组分/非关键组分；分配组分/非分配组分；逆行精馏；最小回流比；全回流意义。
2. 单元及装置设计变量计算及变量组的指定。
3. 如何确定最小回流比和最少理论板数？相应的方程及条件？4. 总结简捷法计算精馏塔的步骤。
第三节萃取精馏和共沸精馏1. 基本概念：特殊精馏；萃取精馏；共沸精馏。
2. 萃取精馏的原理是什么？画出液相进料的萃取精馏流程。
3. 溶剂的作用？选择时考虑因素？4. 萃取精馏特点？其流量、浓度分布特点？5. 共沸精馏的基本原理？6. 理想共沸剂的要求？共沸剂用量的确定？7. 分离均相共沸物的双塔双压法流程及二元非均相共沸精馏流程。
8. 请指出共沸精馏与萃取精馏的主要异同。
第四节吸收和蒸出过程1. 基本概念：吸收因子/蒸出因子2. 吸收的分类？吸收塔内组分分布特点？3. 平均吸收因子法计算吸收过程。
4. 简述精馏和吸收过程的主要不同点。
第六章第三节分离顺序的选择确定分离顺序的经验法有哪些？第七章其他分离技术1.催化精馏实质是什么？有何特点？2.简述溶液结晶过程。
3.常用的固体吸附剂有哪些？简述两床变压吸附过程。
4.膜分离定义是什么？举例说明膜分离在工业上的运用。
传质与分离技术学习指导书(张洪流配套教材)
绪论知识点聚焦质量传递与分离过程——特指相与相之间的质量交换过程。
如酒精的挥发、二氧化硫在水中的溶解等。
由于质量传递过程所涉及的单元操作目的主要是对混合物分离（如吸收、蒸馏、萃取等），故又称为分离过程。
分离过程的类型——可分为机械分离和传质分离两大类。
机械分离过程的分离对象是非均相混合物（如沉降、过滤及湿法除尘等）；传质分离过程的分离对象主要是均相混合物（即广义的溶液），按操作原理的不同可分为平衡分离和速率分离两大类。
平衡分离——是借助能量或其它物质使混合物变为两相体系并以各组分在两相中的分配差异为依据来实现分离的操作过程。
其特点是有相际传质现象发生。
根据形成的两相状态的不同，平衡分离过程又可分为以下几类：（1）气－液传质过程：如气体吸收、气体的增湿和减湿；（2）汽－液传质过程：如液体的蒸馏和精馏；（3）液－液传质过程：如萃取；（4）液－固传质过程：如结晶、吸附、离子交换、色层分离等；（5）气－固传质过程：如固体干燥、吸附等。
速率分离过程——是借助推动力（如浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用，利用各组分扩散速度的差异或对选择性透过膜透过性的差异来实现分离的操作。
这类过程的特点是所处理的物料和产品通常处于同一相态，仅有组成上的差别。
速率分离又可分为两类：膜分离和场分离。
利用各组分对选择性透过膜透过性的差异将混合物分割成组分含量不同的两股流体，从而实现分离混合物的操作称为膜分离。
膜分离包括超滤、反渗透、渗析和电渗析等。
它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离且过程为典型的物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。
利用各组分扩散速度的差异来实现分离的操作称为场分离。
场分离包括电泳、热扩散、高梯度磁力分离等。
例如，热扩散是以温度梯度为推动力使气体或液体混合物中的小分子（或离子）向高温方向漂移，从而建立起浓度梯度使混合物得以分离。
分离技术的特点——1、过程影响因素多；包括物性因素、操作因素和设备结构因素，其中物性因素对分离设备的选型及设备的操作能力起决定性的影响。
陕西科技大学化工原理期末复习之吸收
各种形式的亨利定律有助于：据液相组成求平衡时气相组成 或据气相组成求平衡时液相组成。
注：亨利定律其余形式均由式（2-1）推出。
二、Pi-ci关系：
ci Pi*= H
（2-2）
Pi*——气象中溶质的平衡分压，kPa；
Ci——单位体积溶液中溶质的摩尔数，kmol/m3； H ——溶解度系数，kmol/（kN· m）， H EMs 说明：1、由实验测定，T升高H减小，H仍是温度的函 数； 思考：H越大，表明越易溶还是越难溶？ 2、H值的大小反映气体溶解的难易程度，易溶气 体H大，难溶气体H小。
气体如何 呢？
二、溶解度曲线：表示溶解度与分压关系。
c f pA A
或 p gc A A
上述具体函数关系目前尚无 法理论推得，需通过实验方法对 具体物系进行测定。 如图，表示出气体在不同分 压下在水中的溶解度曲线。
气体溶解度曲线
由图可知：
1. 气体在液体中溶解度随分压增大而增加，随温度升高而 降低；所以加压降温有助于增大溶解度。
某些气体水溶液的亨利系数值（E×10-6/kPa）
由表中的数值可知：不同的物系在同一个温度下的亨利 系数不同；当物系一定时，亨利系数随温度升高而增大， 温度愈高，溶解度愈小。所以亨利系数值愈大，气体愈难 溶。在同一溶剂中，难溶气体的值很大，而易溶气体的值 很小。
讨论：
1. 满足条件时（浓度足够低，压强不高），温度不变，E=P° （该温度下），则 Pi= P°xi，与拉乌尔定律一致； 2. T升高E减小→气体溶解度随温度升高而减少的变化趋势； 3. 亨利系数值愈大，气体愈难溶。 注：难溶气体E大，易溶气体E小。 4.由于互成平衡的气、液两相组成各可采用不同的表示法，因 而亨利定律有不同的表达形式；
传质分离过程_绪论
●采用生产装置的闭路循环技术；
●处理生产中的副产物和废物，使之减少和消除 对环境的危害； ●研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的 “三废”治理技术。
闭路循环系统： 将过程所产生的废物最大限度地回收和循环 使用。
原 料 产品 1 废 物 1 废 物 1
2
2
2
排除
1—单元过程；2—处理
实现分离与再循环系统使废物最小化的方 法： ●废物直接再循环
超滤（UF）：
目的：溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大 分子分级。
进料
胶体大分子
溶剂、水
推动力：压力差（100～1000kPa）
传递机理：筛分
反渗透（RO）：
目的：溶剂脱溶质，含小分子溶质溶液浓缩。
进料
溶质、盐 溶剂、水
推动力：压力差（1000～10000kPa） 传递机理：扩散模型
渗析（D）：
先修课程：
物理化学、化工热力学、化工原理
同时进行的课程：
化工工艺学、化工过程分析与模拟
教材：
刘家祺 主编.传质分离过程.高等教育出版社,2005.
参考书：
邓修，吴俊生.化工分离工程. 科学出版社，2000.
陈洪纺 刘家祺.化工分离过程。化学工业出版社, 1995.
刘家祺 主编. 分离过程。化学工业出版社, 2002.
第7章 分离过程的节能优化与集成
第1章 绪论
1.1 概述 1.2 分离因子 1.3 分离过程的集成化 1.4 过程开发及方法 1.5 分离方法的选择
第1章 绪论
基本要求： 1)了解分离操作在化工生产中的重要性; 2)熟悉分离过程的分类; 3)掌握分离因子的概念及意义; 4)了解分离方法的选择;
讲义-化工分离工程-第二章
第二章精馏Chapter 2 Distillation主要内容及要求：1.相平衡常数计算：状态方程法，活度系数法2.泡点、露点计算（1）泡点计算：在一定P(或T)下，已知x i，确定T b(或P b)和y i（2）露点计算: 在一定P(或T)下，已知y i，确定T b(或P b)和x i3.等温闪蒸计算：给定物料的量与组成，计算在一定P和T下闪蒸得到的汽相量与组成，以及剩余的液相量与组成。
4.掌握多组分精馏过程的基本原理、流程以及简捷计算方法；5.掌握萃取精馏和共沸精馏的原理、流程及其简捷计算法。
授课主要内容：2.1 概述2.2 汽液相平衡2.3 精馏计算2.4 特殊精馏2.5 板效率2.1 概述精馏原理:精馏是分离液体混合物的单元操作，是利用混合物中各组分挥发度的差异及回流的工程手段，实现组分的分离。
不适宜用普通精馏进行分离的物系：1. 1→AB α2.1=AB α3. 热敏性物料4. 难挥发组分的稀溶液2.1.1 理论板、板效率以及填料的理论板当量高度（HETP ）1. 理论板理论板= f(相平衡,分离要求,操作参数)⏹ 所谓理论塔板，如右图所示，即气、液两相在塔板上充分接触，混合进行传质、传热后，两相组成均匀且离开塔板的气、液两相呈相平衡关系。
显然，在相同条件下，理论板具有最大的分离能力，是塔分离的极限能力。
该状态可由热力学方法求解确定，离开塔板的气、液两相存在的相平衡关系由以下关系式表达： ⏹ 相平衡关系：y i =k i ·x i相平衡关系是传质过程趋向的目标，或所达到的热力学极限状态。
理论板是一个理想化了的两相间接触传质场所，也称为平衡级。
理论板符合以下三条假设：1）进入该板的不平衡物流在其间充分接触传质，使离开该板的汽液两相物流间达到了相平衡；2）在该板上发生接触的汽液两相各自完全均匀，板上各点汽相浓度和液相浓度各自都相同；3）该板上充分接触后的汽液两相实现了完全机械分离，不存在夹带、泄漏。
分离工程期末知识总结
思考题
1. 什么叫泡点，什么叫露点？ 2. 精馏塔塔顶的温度和塔釜的温度分别是什么？ 3. 简述求解泡露点的思路？ 4. 对于泡点温度，∑Kixi <1，应如何调整温度？ 5. 怎样判断闪蒸问题在给定的T、P下是否成立？ 6. 等温闪蒸的通用闪蒸方程（Rachford-Rice方程
）的形式。
第三章 多组分精馏
特点：★F=D=W=0
★ L=V；L/V=1
★操作线方程： yn1 ,i xn,i
★板效率 最高
由于全回流，用 N m表示N，省去“均”：
Nm
lg（[
x x
A B
）D
（
x x
A B
）W
lg AB
]
（3 8）
— — Fenske方程
最少理论板数只与分离要求有关，与进料组成无关。
多组分精馏
分离工程
第一章 绪论
分离过程基本概念 定义：将一混合物转变为组成不相同的两种或 两种以上产物的操作。
分离工程示意图
分离剂 (物质或能量)
原料物流 (一股或几股)
分离装置
产品1 (组成不同的物流) 产品2
第一章 绪论
分离过程的分类
分离过程分为机械分离过程和传质分离过程两大 类。
机械分离过程是指分离装置所接受的是多于一个 相的非均相进料，只要简单地分相就可以。如过 滤、沉降、固-液分离和气-液分离器等。
no yes
T，yi
第二章 单级平衡过程
露点计算
平衡常数与组成无关的露点计算 ki f (T , P) 露点方程： f (T ) iC1Kyii 1.0 0 (2 60)
f (P) iC1Kyii 1.0 0 (2 61)
《传质与分离工程》第二章 吸收第四次课
解： m= E/P 所以E=m
P=0.25×850/760=0.28atm 因为是稀溶液 所以H=ps /(Ms×E)=1000/（0.28×18）=198.4
（kmol /㎡. atm） 根据1/KG=1/ kg+1/(Hkl) 即1/KG=1/1.25+1/(198.4 ×0.85) 所以KG≈Kg=1.25( kmol /㎡. atm） 因此，是气膜控制过程
1 》1 k x mk y
Kl ≈ kl Kx ≈ kx
总阻力=液相传质阻力 主要集中液相侧膜内，液膜控制。
如以水吸收CO2。
3
液膜控制
增加液相湍动程度如提高液相流率, 提高kx, 加快吸
收过程；增加气相流速，效果不忽略
对溶质的溶解度比较适中的吸收过程，则界 面两侧的传质阻力相当，对过程传质速率的影响 相当，故表现为界面两侧的膜对传质速率具有相 同控制作用。
来数值。与溶质A的浓度为0.003mol/l的水溶液 接触，A的传质方向又如何？ 注：工作条件下，体系符合亨利定律。亨利常数 E=0.15×104大气压。
8
填空题
1. 根据双膜理论，吸收质从气相主体转移到液相主 体整个过程的阻力可归结为（ ）。
A.两相界面存在的阻力； B.气液两相主体中的扩 散的阻力； C.气液两相滞流层中分子扩散的阻力；
A（Y2,X2)：塔顶
Y1
B
B (Y1,X1): 塔底
Y
气相中溶质分压p>与液相溶
P
质成平衡的分压pe
操作线在平衡线的上方
Y2
A
操作线由物料衡算得出, 与其他因素无关。
X2
X
X1
13
3.并流吸收操作线
化工单元操作-传质过程(吸收)
• 2.解吸方法 • 解吸方法有汽提解吸、减压解吸、加热解吸、
加热减压解吸。工程上很少采用单一的解吸方 法，往往是先升温再减压至常压，最后采用汽 提法解吸。 • （1）汽提解吸 也称为载气解吸法。 • 向解吸塔中通入不含溶质的惰性气体或溶剂蒸 气等气体，降压液面上溶质气体的分压，使吸 收剂中溶质气体更完全的解吸出来，常以空气 、氮气、二氧化碳、水蒸气、吸收剂蒸气作为 载气。
经济上：X 2L (1.1 ~ 2.0)Lmin
4、塔内返混
吸收塔内气液两相可因种种原因造成少量流体发生
与主流提方向相反的流动，这一现象称为返混。
传质设备发生返混会使传质推动力下降、效率降低
或填料层高度增加。
5、吸收剂是否再循环
吸收剂再循环会降低吸收推动力，使填料层 高度加大，但当喷淋密度不足以保证填料的 充分润湿时，必须采用溶剂再循环。
• 第五节 解吸和吸收流程
一、基本概念——解吸
• 从吸收液中分离岀已被吸收的气体吸收 质的操作称为解吸。显然，解吸与吸收 是相反的过程。生产中解吸的作用有两 个：一个是把吸收剂中吸收的气体重新 释放出来，获得高纯度的吸收质气体； 另一个是使吸收剂释放了被吸收的气体 ，使吸收剂从新具有吸收作用，再返回 吸收塔循环使用，节约操作费用。
1、液气比
操作线斜率L/V称为液气比，是吸收剂与惰性气体摩 尔流量之比，反映了单位气体处理量的吸收剂消 耗量的大小。
当气体处理量一定时，确定吸收剂用量就是确定液 气比，是一个重要参数。
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NA J A0 NB JB J A JB
y y ye x xe x y ye yx x xe
p p pe c ce c
推动力＝ 实际组成－平衡组成
Y2
X2
X 1 max
Y1 m
Y 2 min mX 2
Y1
X1
思考题
n 含SO2为10％（体积）的气体混合物与浓度C为 0.020kmol.m-3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。 操作条件下两相的平衡关系为pe＝1.62C（大气 压） ，则SO2将从＿＿＿相向＿＿＿相转移， 以 气相组成表示的传质总推动力为＿＿____＿＿＿ 大气压.
n 用亨利系数E表达的亨利定律表达式为 _______________.在常压下,20℃时, 氨在空气中 的分压为69.6mmHg, 与之平衡的氨水浓度为10(kg NH3·(100kg)-1H2O).此时亨利系数E=________,相平 衡常数m=______.
n 在常压下,测定水中溶质A的摩尔浓度为 0.56Kmol/m3,此时气相中A的平衡摩尔分率为0.02, 则此物系的相平衡常数m=______。当其他条件不 变，而总压增加一倍时，相平衡常数m=_____，此 时的亨利系数E=_____，而溶解度系数H≈______。
JA
D AB
dc A dZ
Ø 只要存在浓度差，必然会产生分子扩散 Ø 是描述分子扩散的基本规律
NA
JA
D
dC A dZ
D Z
C A1 C A 2
C P RT
NA
D RTZ
p A1
pA2
J A NAJB NB
N b,A
N byA
Nb
CA Co
N b ,B
N b yB
Nb
CB Co
NA
JA
N b,A
JA
Nb
CA Co
NB
J B N b,B
JB
Nb
CB Co
0
稳态下 jB Nb,B
jA jB
N A Nb,B Nb,A Nb
NA
Nb,B (1
Nb,A ) Nb,B
jA (1
pA ) pB
D RT
(1
pA ) dpA pB dz
分离变量
NA
Dp ln RT (z2 z1 )
p pA,2 p p A,1
Dp ln RTz
pB,2 p B ,1
取B组分分压的对数平均值
p B,m
p B ,2 p B ,1 ln p B ,2
p B ,1
液相：
气相：
p
co
pBm c Bm
NA NA
D C o
Z c Bm
c A1 c A2
D RTZ
P
p Bm
p A1 p A2