化工原理第五章第三节.
DP kG Z G RTPBm
2018/10/6
N A kG ( p pi )
—— 气膜吸收速率方程式
k G ——气膜吸收系数， kmol/(m2.s.kPa)。
也可写成：
p pi 吸收推动力 NA 1 吸收阻力 kG
2018/10/6
当气相的组成以摩尔分数表示时
N A k y ( y yi )
k y —以 y 表示的气膜吸收系数，knoll/(m2.s)。
当气相组成以摩尔比浓度表示时
N A kY (Y Yi )
kY —以 Y 表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
2018/10/6
2、液膜吸收速率方程式
DCm NA (Ci C ) Z LCSm
令 D Cm k L Z LCSm
dC A dCB dZ dZ
P 常数 RT
J A J B
根据菲克定律：
J A DAB
dC A dCB dC A J B DBA DBA dZ dZ dZ
DAB DBA
由A、B两种气体所构成的混合物中，A与B的分子扩散系数相等， 统一以 D表示。 2018/10/6
在相界面处气液两相达到平衡；
•相界面两侧各有一层停滞膜，膜内的传质方式为
分子扩散；
•传质阻力全部集中在停滞膜内，膜外流体的流动
为高度湍流，即两相主体中物质的浓度均匀，传
质阻力为零。
2018/10/6
五、吸收速率方程式
1、气膜吸收速率方程式
D P NA ( p pi ) ZG RT PBm
令
D P 即：N A pA1 pA2 RTZ pB2 pB1 pB2 ln pB1
令：pBm pB2 pB1 pB2 ln pB1
D P 即：N A pA1 pA2 RTZ pBM
——气相中稳态单向扩散时的传质速率方程式。
2018/10/6
一、分子扩散与费克定律
第五章 吸 收
二、稳态分子扩散 三、单相内的对流传质
第三节 四、两相间传质机理—双 吸收过程的传质速率
膜理论 五、传质速率方程式
2018/10/6
2018/10/6
吸收过程涉及两相间的物质传递，包括 三个步骤：
•溶质由气相主体扩散至两相界面气相
侧，即气相内的传质； •溶质在相界面上的溶解，由气相转入 液相，即界面上发生的溶解过程(平衡) •溶质由相界面液相侧扩散至液相主体
2018/10/6
，即液相内的传质。
分子扩散：借助于分子的无规则热运动来
相内 传递物质的过程 传质 涡流扩散：借助于流体质点的宏观运动来
传递物质的过程，又称湍流扩散。
传质方向：相同，高浓度→低浓度
静止或层流流体中：分子扩散 湍流流体中：涡流扩散+分子扩散
2018/10/6
一、分子扩散与费克定律
1、分子扩散： 是指物质在一相内部存在浓度差的条件下，由于流
N A kL (Ci C )
或
Ci C NA 1 kL
——液膜吸收速率方程
k L —以 C 为推动力的液膜吸收系数，m/s；
2018/10/6
当液相的组成以摩尔分率表示时
N A k x ( xi x)
k x —以 x 为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
当液相组成以摩尔比浓度表示时
JAE—涡流扩散速率，kmol/(m2· s)。 DE—涡流扩散系数，m2/s。
2、对流传质
指发生于运动流体与相界面之间的传质过程。
2018/10/6
对流传质过程是分子扩散和涡流扩散两种传质作用的总和。 传质速率：
dC A J ( D DE ) dZ
J—对流传质速率，kmol/(m2· s)。
N A J A J B NB
由菲克定律和状态方程，得：
dC A N A J A D dZ
D dp A RT dZ
2018/10/6
分离变量并进行积分，积分限为：
Z1 0
Z2 Z
pA pA1
pA p A2
PA 2 p A1
Z
0
N A dZ
2018/10/6
pA pA （N AM N BM） N pA pB P
N—总体流动的传质速率
同理
N BM
pB pB （N AM N BM） N pA pB P
N A J A N AM N B J B N BM
pA JA N P
pB JB N 0 P
1 1 m KY kY k X
2）总系数间的关系
1 1 1 K X k X mkY
a）气相总吸收系数间的关系
K y PKG
D ' Cm NA (Ci C ) Z L CSm
ZL——液相停滞膜层的厚度，m Ci——气液相界面处液相中溶质A的摩尔浓度，kmol/m3 C——液相主体中溶质A的摩尔浓度，kmol/m3
2018/10/6
四、两相间传质机理——双膜理论
2018/10/6
双膜理论
•气液两相接触时，两相间存在稳定的相界面，且
P ——漂流因子或漂流因数。反映总体流动对传质速率 pBm
的影响，其值恒＞1 。
液相中单向扩散的传质速率方程式：
D ' Cm NA CA1 CA2 Z CSm
D’ —溶质在溶剂中的分子扩散系数，m2/s。
2018/10/6
三、单相内的对流传质
1、涡流扩散
扩散速率 ：
J AE
dC A DE dZ
x * —与气相主体摩尔分数y成平衡的液相摩尔分数。
2018/10/6
c）以（C＊－ C）为总推动力的总传质速率方程式
N A K L (C * C )
C * —与气相液相主体分压浓度p成平衡的液相浓度，kmol/m3 。
KL—以(C＊－C)为推动力的液相总传质系数,kmol/(m2· s· kmol/m3)。
NA kX (Xi X )
k X —以 X 为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
2018/10/6
3、气液两相界面的溶质组成
N A kY (Y Yi ) k X ( X i X )
Y Yi kX X Xi kY
若已知Y、X及kX/kY，由上式及两相组成的平衡关系 Y 联立便可求出Yi、Xi
3、分子扩散系数
分子扩散系数简称扩散系数，它是物质的物性数据之
一。其值与混合体系的种类、温度、压力及浓度有关。扩 散系数一般由实验测定，从手册或资料中查得，也可借助 某些经验或半经验公式估算。
2018/10/6
二、稳态分子扩散
1、等分子反向扩散 1）等分子反向扩散
例如精馏过程
2018/10/6
2）传质速率 组分A在单位时间内通过单位面积的量，称为A的传质速率 ，以NA表示。 无气体的宏观运动，故数值相等：
J A JB
P N JA pB
2018/10/6
pA pB P NA JA JA N pB pB
气相中的稳态单向扩散，总体流动的传质速率=组分A的传质速率
DP dp A NA RTpB dZ
由P pA pB得：dpA dpB
DP dpB NA RTpB dZ
dC A —浓度梯度，CA在Z方向上的变化率，kmol/m4。 dZ
DAB —分子扩散系数或扩散系数，m2/s。 下标AB表示组分A在组分B中扩散。 负号表示扩散沿组分A浓度降低的方向，与浓度梯度方向相反。
2018/10/6
3）分子扩散系数间的关系 对于双组分物系： C C C A B m
2018/10/6
2、一组分通过另一停滞组分的扩散
界面附近的气相总压略低于气相主体的总压，气相主体向界 面处流动，称为总体流动。
2018/10/6
总体流动中，A与B传质速率之比等于它们分压之比
N AM pA N BM pB N BM 整理，得：pB pA N AM
N BM N AM N BM 则 P pA pB pA pA pA N AM N AM N AM
2018/10/6
停滞膜：虚拟的层流膜层
2018/10/6
气相侧的对流传质速率：
D P NA ( p pi ) RTZ G pBM
ZG——气相停滞膜层的厚度，m p——气相主体中溶质A的分压，kPa pi——气液相界面处气相中溶质A的分压，kPa
2018/10/6
同理，液相侧的对流传质速率：
Y * —与液相主体摩尔比X成平衡的气相摩尔比。
2018/10/6
b）以（y－y＊）为推动力的总传质速率方程
N A K y ( y y* )
K y —以（y－y＊）为推动力的气相总传质系数，kmol/(m2· s)。
y * —与液相主体摩尔分数x成平衡的气相摩尔分数。
c）以（p－p＊）为推动力的总传质速率方程
i
f Xi
2018/10/6
Y
Yi
O
斜率＝－kX/kY
I
X
Xi
2018/10/6
4、总传质系数及相应的总传质速率方程式
1）以气相组成表示总推动力的总传质速率方程式 a）以 (Y Y *) 表示总推动力的总传质速率方程式
N A KY (Y Y *)
KY—以(Y－Y＊)为推动力的总传质系数，简称气相总传质系数， kmol/(m2· s) 。
KX—以(X＊－X)为推动力的总传质系数，简称液相总传质系数， kmol/(m2· s) 。 X * —与气相主体摩尔比Y成平衡的液相摩尔比。 b）以（x＊－x）为总推动力的总传质速率方程式
2018/10/6
N A kG ( p pi )
—— 气膜吸收速率方程式
k G ——气膜吸收系数， kmol/(m2.s.kPa)。
也可写成：
p pi 吸收推动力 NA 1 吸收阻力 kG
2018/10/6
当气相的组成以摩尔分数表示时
N A k y ( y yi )
k y —以 y 表示的气膜吸收系数，knoll/(m2.s)。
当气相组成以摩尔比浓度表示时
N A kY (Y Yi )
kY —以 Y 表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
2018/10/6
2、液膜吸收速率方程式
DCm NA (Ci C ) Z LCSm
令 D Cm k L Z LCSm
dC A dCB dZ dZ
P 常数 RT
J A J B
根据菲克定律：
J A DAB
dC A dCB dC A J B DBA DBA dZ dZ dZ
DAB DBA
由A、B两种气体所构成的混合物中，A与B的分子扩散系数相等， 统一以 D表示。 2018/10/6
在相界面处气液两相达到平衡；
•相界面两侧各有一层停滞膜，膜内的传质方式为
分子扩散；
•传质阻力全部集中在停滞膜内，膜外流体的流动
为高度湍流，即两相主体中物质的浓度均匀，传
质阻力为零。
2018/10/6
五、吸收速率方程式
1、气膜吸收速率方程式
D P NA ( p pi ) ZG RT PBm
令
D P 即：N A pA1 pA2 RTZ pB2 pB1 pB2 ln pB1
令：pBm pB2 pB1 pB2 ln pB1
D P 即：N A pA1 pA2 RTZ pBM
——气相中稳态单向扩散时的传质速率方程式。
2018/10/6
一、分子扩散与费克定律
第五章 吸 收
二、稳态分子扩散 三、单相内的对流传质
第三节 四、两相间传质机理—双 吸收过程的传质速率
膜理论 五、传质速率方程式
2018/10/6
2018/10/6
吸收过程涉及两相间的物质传递，包括 三个步骤：
•溶质由气相主体扩散至两相界面气相
侧，即气相内的传质； •溶质在相界面上的溶解，由气相转入 液相，即界面上发生的溶解过程(平衡) •溶质由相界面液相侧扩散至液相主体
2018/10/6
，即液相内的传质。
分子扩散：借助于分子的无规则热运动来
相内 传递物质的过程 传质 涡流扩散：借助于流体质点的宏观运动来
传递物质的过程，又称湍流扩散。
传质方向：相同，高浓度→低浓度
静止或层流流体中：分子扩散 湍流流体中：涡流扩散+分子扩散
2018/10/6
一、分子扩散与费克定律
1、分子扩散： 是指物质在一相内部存在浓度差的条件下，由于流
N A kL (Ci C )
或
Ci C NA 1 kL
——液膜吸收速率方程
k L —以 C 为推动力的液膜吸收系数，m/s；
2018/10/6
当液相的组成以摩尔分率表示时
N A k x ( xi x)
k x —以 x 为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
当液相组成以摩尔比浓度表示时
JAE—涡流扩散速率，kmol/(m2· s)。 DE—涡流扩散系数，m2/s。
2、对流传质
指发生于运动流体与相界面之间的传质过程。
2018/10/6
对流传质过程是分子扩散和涡流扩散两种传质作用的总和。 传质速率：
dC A J ( D DE ) dZ
J—对流传质速率，kmol/(m2· s)。
N A J A J B NB
由菲克定律和状态方程，得：
dC A N A J A D dZ
D dp A RT dZ
2018/10/6
分离变量并进行积分，积分限为：
Z1 0
Z2 Z
pA pA1
pA p A2
PA 2 p A1
Z
0
N A dZ
2018/10/6
pA pA （N AM N BM） N pA pB P
N—总体流动的传质速率
同理
N BM
pB pB （N AM N BM） N pA pB P
N A J A N AM N B J B N BM
pA JA N P
pB JB N 0 P
1 1 m KY kY k X
2）总系数间的关系
1 1 1 K X k X mkY
a）气相总吸收系数间的关系
K y PKG
D ' Cm NA (Ci C ) Z L CSm
ZL——液相停滞膜层的厚度，m Ci——气液相界面处液相中溶质A的摩尔浓度，kmol/m3 C——液相主体中溶质A的摩尔浓度，kmol/m3
2018/10/6
四、两相间传质机理——双膜理论
2018/10/6
双膜理论
•气液两相接触时，两相间存在稳定的相界面，且
P ——漂流因子或漂流因数。反映总体流动对传质速率 pBm
的影响，其值恒＞1 。
液相中单向扩散的传质速率方程式：
D ' Cm NA CA1 CA2 Z CSm
D’ —溶质在溶剂中的分子扩散系数，m2/s。
2018/10/6
三、单相内的对流传质
1、涡流扩散
扩散速率 ：
J AE
dC A DE dZ
x * —与气相主体摩尔分数y成平衡的液相摩尔分数。
2018/10/6
c）以（C＊－ C）为总推动力的总传质速率方程式
N A K L (C * C )
C * —与气相液相主体分压浓度p成平衡的液相浓度，kmol/m3 。
KL—以(C＊－C)为推动力的液相总传质系数,kmol/(m2· s· kmol/m3)。
NA kX (Xi X )
k X —以 X 为推动力的液膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
2018/10/6
3、气液两相界面的溶质组成
N A kY (Y Yi ) k X ( X i X )
Y Yi kX X Xi kY
若已知Y、X及kX/kY，由上式及两相组成的平衡关系 Y 联立便可求出Yi、Xi
3、分子扩散系数
分子扩散系数简称扩散系数，它是物质的物性数据之
一。其值与混合体系的种类、温度、压力及浓度有关。扩 散系数一般由实验测定，从手册或资料中查得，也可借助 某些经验或半经验公式估算。
2018/10/6
二、稳态分子扩散
1、等分子反向扩散 1）等分子反向扩散
例如精馏过程
2018/10/6
2）传质速率 组分A在单位时间内通过单位面积的量，称为A的传质速率 ，以NA表示。 无气体的宏观运动，故数值相等：
J A JB
P N JA pB
2018/10/6
pA pB P NA JA JA N pB pB
气相中的稳态单向扩散，总体流动的传质速率=组分A的传质速率
DP dp A NA RTpB dZ
由P pA pB得：dpA dpB
DP dpB NA RTpB dZ
dC A —浓度梯度，CA在Z方向上的变化率，kmol/m4。 dZ
DAB —分子扩散系数或扩散系数，m2/s。 下标AB表示组分A在组分B中扩散。 负号表示扩散沿组分A浓度降低的方向，与浓度梯度方向相反。
2018/10/6
3）分子扩散系数间的关系 对于双组分物系： C C C A B m
2018/10/6
2、一组分通过另一停滞组分的扩散
界面附近的气相总压略低于气相主体的总压，气相主体向界 面处流动，称为总体流动。
2018/10/6
总体流动中，A与B传质速率之比等于它们分压之比
N AM pA N BM pB N BM 整理，得：pB pA N AM
N BM N AM N BM 则 P pA pB pA pA pA N AM N AM N AM
2018/10/6
停滞膜：虚拟的层流膜层
2018/10/6
气相侧的对流传质速率：
D P NA ( p pi ) RTZ G pBM
ZG——气相停滞膜层的厚度，m p——气相主体中溶质A的分压，kPa pi——气液相界面处气相中溶质A的分压，kPa
2018/10/6
同理，液相侧的对流传质速率：
Y * —与液相主体摩尔比X成平衡的气相摩尔比。
2018/10/6
b）以（y－y＊）为推动力的总传质速率方程
N A K y ( y y* )
K y —以（y－y＊）为推动力的气相总传质系数，kmol/(m2· s)。
y * —与液相主体摩尔分数x成平衡的气相摩尔分数。
c）以（p－p＊）为推动力的总传质速率方程
i
f Xi
2018/10/6
Y
Yi
O
斜率＝－kX/kY
I
X
Xi
2018/10/6
4、总传质系数及相应的总传质速率方程式
1）以气相组成表示总推动力的总传质速率方程式 a）以 (Y Y *) 表示总推动力的总传质速率方程式
N A KY (Y Y *)
KY—以(Y－Y＊)为推动力的总传质系数，简称气相总传质系数， kmol/(m2· s) 。
KX—以(X＊－X)为推动力的总传质系数，简称液相总传质系数， kmol/(m2· s) 。 X * —与气相主体摩尔比Y成平衡的液相摩尔比。 b）以（x＊－x）为总推动力的总传质速率方程式
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化工原理第五章 萃取
图 连结线斜率的变化
二.相平衡关系在三角形相图上的表示方法
1.溶解度曲线与联接线 一定温度下，测定体 系的溶解度曲线时，实验 测出的联结线的条数（即 共轭相的对数）总是有限 的，此时为了得到任何已 知平衡液相的共轭相的数 据，常借助辅助曲线（亦 称共轭曲线） 。
图 辅助曲线
2.辅助曲线和临界混溶点
第二节
液液相平衡
一. 三角形坐标图及杠杆规则 1.三角形坐标图 等边三角形 等腰直角三角形 不等腰直角三角形
一般而言，在萃取过程中很少遇到恒摩尔流的简化情况， 故在三角形坐标图中混合物的组成常用质量分数表示。 习惯 上，在三角形坐标图中，AB边以A的质量分率作为标度，BS 边以B的质量分率作为标度，SA边以S的质量分率作为标度。 三角形坐标图的每个顶点分别代表一个纯组分，即顶点A表示 纯溶质A，顶点B表示纯原溶剂（稀释剂）B，顶点S表示纯萃 取剂S。 三角形坐标图三条边上的任一点代表一个二元混合 物系，第三组分的组成为零。例如AB边上的E点，表示由A、 B组成的二元混合物系，由图可读得：A的组成为0.40，则B 的组成为（1.0-0.40）= 0.60，S的组成为零。
3. 分配系数和分配曲线
（1）分配系数 一定温度下，某组分在互相平衡的 E 相与 R 相中的组成之比称为该组分的分配系数，以 yA k表示，即溶质A
kA
yB 原溶剂B k B xB
xA
式中 yA、yB ——萃取相E中组分A、B的质量分数； xA、xB——萃余相R中组分A、B的质量分数。
分配系数kA表达了溶质在两个平衡液相中的分
第五章
▲ 第一节 概述
萃取
▲ 第二节 液液相平衡 ▲ 第三节 萃取分离效果及主要影响因数
▲ 第四节 萃取过程的计算
化工原理第五章 吸收.
V，y2
塔底 x1增加
极限组成为：
x1max
x1*
y1 m
塔高无限 组成为y1的混合气 增加吸收剂用量L
塔顶y2降低
极限组成为：
y2min y2* mx2 V，y1
L，x2 L，x1
19.6.25
第五章 吸收
第三节 传质机理与吸收速率
一、分子扩散与菲克定律 二、气相中的稳定分子扩散 三、扩散系数 四、对流传质 五、吸收机理——双膜理论 六、吸收速率方程式
性低：减少设备的尺寸。 5.腐蚀性低：减少设备费用。 6.化学稳定性高； 7.无毒、无害、价廉、易于再生等。
总的选择原则是：经济、合理。
19.6.25
五、相组成表示法
1、质量分数与摩尔分数
质量分数：在混合物中某组分的质量占混合物总
质量的分数。
wA
mA m
摩尔分数：在混合物中某组分的摩尔数占混合 物总摩尔数的分数。
第五章 吸收
第一节 概述
一、吸收的有关概念 二、吸收在工业上的应用 三、吸收的分类 四、吸收的流程和溶剂 五、相组成表示方法
19.6.25
一、吸收的有关概念
传质过程：物质在相际间的转移——物质传递过程 传质过程的依据：混合物中各组分在两相间平衡分配不同。 以传质过程为特征的单元操作在化工升中应用甚广。如： (1)气体吸收：依据气体组分在液相中的溶解度差别来处理气
摩尔分数与摩尔比的关系：
x X 1 X
X x 1 x
y Y 1Y
Y y 1 y
19.6.25
3、质量浓度与摩尔浓度
质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量。
CA
mA V
化工原理第五章第三节
吸收推动力 吸收阻力
kG
当气相的组成以摩尔分数表示时
N A k y (y yi )
k y —以 y 表示的气膜吸收系数，knoll/(m2.s)。
当气相组成以摩尔比浓度表示时
N A kY (Y Yi )
kY —以 Y 表示推动力的气膜吸收系数，kmol/(m2.s)。
2020/4/4
2、液膜吸收速率方程式
一、分子扩散与费克定律
第五章 吸收
二、稳态分子扩散 三、单相内的对流传质
第三节 吸收过程的传质速率
四、两相间传质机理—双
膜理论
五、传质速率方程式
2020/4/4
2020/4/4
吸收过程涉及两相间的物质传递，包括 三个步骤： •溶质由气相主体扩散至两相界面气相 侧，即气相内的传质； •溶质在相界面上的溶解，由气相转入 液相，即界面上发生的溶解过程(平衡) •溶质由相界面液相侧扩散至液相主体 20，20/4/4即液相内的传质。
c）气相总吸收系数与液相总吸收系数的关系
KG HK L , mKy Kx , mKY K X
2020/4/4
3）各种分系数间的关系
k y PkG
kx CmkL
6、传质速率方程的分析
1）溶解度很大时的易溶气体
1 1 kG HkL
1 1 1 KG kG Hk L
1 1 KG kG
即KG kG ——气膜控制
Y * —与液相主体摩尔比X成平衡的气相摩尔比。
2020/4/4
b）以（y－y＊）为推动力的总传质速率方程
NA Ky (y y*)
K y —以（y－y＊）为推动力的气相总传质系数，kmol/(m2·s)。 y * —与液相主体摩尔分数x成平衡的气相摩尔分数。
化工原理 第五章 气体吸收
Y
*
mX 1 (1 m) X
当溶液浓度很低时,上式右端分母约等于1,于是上式可简化为:
Y*=mX
20
三、 相平衡关系在吸收中的应用
（一）判断过程进行的方向
* pA pA * pA pA * pA pA
A由气相向液相传质，吸收过程 平衡状态
A由液相向气相传质，解吸过程
*或x* >x或 c * y
dc A —组分A在扩散方向z上的浓度梯度（kmol/m3）/m； dz
DAB——组分A在B组分中的扩散系数，m2/s。
负号：表示扩散方向与浓度梯度方向相反，扩散沿 着浓度降低的方向进行
28
理想气体：
pA cA RT
dc A 1 dp A = dz RT dz
DAB dpA JA RT dz
25
吸收过程： （1）A由气相主体到相界面，气相内传递； （2）A在相界面上溶解，溶解过程； （3）A自相界面到液相主体，液相内传递。
单相内传递方式：分子扩散；对流扩散 。
26
一、 分子扩散与菲克定律
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存 在浓度差，则因分子无规则的热运动使
该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，
物系一定， E T 2）E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
3）E的来源：实验测得；查手册
对于理想溶液，亨利常数即为纯溶质的饱和蒸汽压。亨利常数E值较大表示溶解度 较小。一般E值随温度的升高而增大，常压下压力对E值影响不大。
16
（二）亨利定律其它形式
cA 1）p H
体主体浓度线相交于一点E，则厚度zG为E到相界
面的垂直距离。
（二）气相传质速率方程
化工原理-精馏
y x 1 ( 1)x
y
思考： 若=1，则情形如何？
y x ，不能用普通蒸
馏方法分离提纯。
x
5.2.3．非理想溶液的汽液相平衡
正 偏 差 溶 液 负 偏 差 溶 液
与拉乌尔定律有偏差的溶液称为~。
此时， f A A f BB f AB
pA p*A xA
pB
pB* xB
(1)正偏差溶液
第二节 二元物系的汽液相平衡
5.2.1 相律
自由度=组分数-相数+2 即F = C –φ+2
t, P, y
A
B
t, x 溶液（A+B）
加热
故双组分气液平衡物系的自由度为2，在t、p、y、x 4个变量
中，任意确定其中的两个变量，则物系的状态被唯一地确定,余 下的参数已不能任意选择。
一般精馏在恒压（p一定）下操作，物系只剩下1个自由度。 故：
精馏
汽油
煤油
柴油 原 油
润滑油
石蜡
沥青
三. 蒸馏的分类
二元蒸馏 根据被蒸馏的混合物的组分数，可分为：多元蒸馏
连续蒸馏 根据操作过程是否连续，可分为：间歇蒸馏
常压蒸馏 根据操作压力，可分为加压蒸馏
减压蒸馏
简单蒸馏 根据操作方式，可分为：平衡蒸馏
精馏 四、蒸馏操作的费用
主要费用：加热和冷却费用，即能耗大
汽相线
I点：tI=101.5℃；饱和汽体
G
F
J点：tJ=120℃；过热汽体
泡点线 液相线
t－x 或 y 图
杠杆定律： M液CH=M汽HD
注意：
①纯物质在一定压力下饱和温度称为沸 点，是一定值，且无泡点、露点之分；
化工原理第五章第三节讲稿教程
y f ＜y1＜y2
2018/11/4
3、精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作
•精馏塔由若干块塔板构成，每块塔板均为理论板，其上温
度为泡点 ；
•人为地安排 x1
x2 ...... xn 1 xn xn 1 ....tn 1 tn tn 1 ...
1.4.1、精馏原理
1、液体混合物经过多次部份汽化后可变为高纯度 的难挥发组分
2018/11/4
t2
t1
tf
x2
y2 x1 y1
x2
x1
xf
x f ＞x1＞x2
2018/11/4
2、汽体混和物经过多次部分泠凝后可变为高纯
度的易挥发组分
2018/11/4
tf
t2
t1
x1
y1 x2
y2
y f y1 y2
回流的 作用:提板上汽液接触的条件
精馏塔
{
精馏段:精制轻组分 提馏段:提浓重组分
间歇精馏:只有精馏段,没有提馏段
2018/11/4
1、流程
冷凝器
精 馏 塔
再沸器
2018/11/4
xF 0.4 F
xD 0.98
xW 0.02
2018/11/4
精馏段
进料板
提馏段 1、为什么称精馏？
2、为什么称提馏？
2018/11/4
L
D
RL D
再沸器 1、为什么要回流？ 2、为什么要再沸？
2018/11/4
¤
回流
{
顶回流 底回流
理论板：若汽液两相在板面上进行充分有效的接触， 离开该板的汽液两相达到互成平衡状态时。 汽液两相的提供：顶回流提供下流液体，塔釜再沸器提供上升 气流。 塔板的作用: 提供汽液二相接触的场所. 二相接触的场所:塔板、填料等。
化工原理第四版课件(第五章吸收)
第五章：吸收 概述气液相平衡吸收过程的传质速率吸收塔的计算填料塔第一节：概述一、吸收吸收的定义：吸收是利用气态均相混合物中各组分在吸收剂中溶解度的差异来实现分离的单元操作。
吸收的目的：I.回收或捕获气体混合物中的有用物质，以制取产品II.除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理III.除去工业放空尾气中的有害气体，以免环境污染。
二、工业吸收了解工业生产中吸收及解吸过程、所需条件和典型设备例子工业上从合成氨原料混合气体中回收CO2乙醇胺脱硫法•需要解决的问题1.选择合适的溶剂2.提供适当的传质设备3.溶剂的再生三、溶剂的选择1.对溶质较大的溶解度；2.良好的选择性；3.温度变化的敏感性；4.蒸汽压要低；5.良好的化学稳定性；6.较低的黏度且不易生泡；7.廉价、无毒、易得、不易燃烧等经济和安全条件。
四、吸收的分类按有无化学反应：物理吸收和化学吸收按溶质气体的浓度：低浓度和高浓度吸收按溶质气体组分的数目：单组分和多组分吸收按有无热效应：等温和非等温吸收本章只讨论低浓度、单组分、等温的物理吸收过程。
五、吸收操作的经济性（费用）气液两相流经设备的能量损耗；溶剂的挥发及变质损失；溶剂的再生费用。
√六、吸收设备第二节：气液相平衡一、平衡溶解度恒温、恒压下，相互接触的气液两相的浓度不变时，气液两相之间的浓度关系。
气液两相组成的浓度分别用物质的摩尔分数来表示，即y= n i /Σn y 、x= n i /Σn x：气液两相中惰性组分的量不变,溶质与惰性组分摩尔比。
yy Y −=1xx X −=11.气体的溶解度气体在溶液中的溶解平衡是一个动态平衡，该平衡的存在是有条件的；平衡时气相中溶质的分压——平衡分压（或饱和分压），液相中溶质的浓度——平衡浓度（或饱和浓度），也即是气体在溶液中的溶解度；气体的溶解度是一定条件下吸收进行的极限程度；温度和压力对吸收操作有重要的影响；加压和降温对吸收有利；升温和降压对解吸有利。
化工原理第五章第三节
2013-8-14
4.36 10 T D P (v A
1
5
3 2(
1 1 MA MB
1 3 )2
1 )2
3
vB
2、物质在液体中的扩散系数
物质在液体中的散系数与组分的性质、温度、粘度以及 浓度有关。 对于很稀的非电解溶液，物质在液体中的扩散系数
DAB 7.4 10
2013-8-14
• （）2、下列关于分子扩散与分子热运动的比较与分析中不 正确的是 。
• A、没有分子热运动就不可能有分子扩散运动
• B、分子扩散与分子热运动都是一种无定向的运动
• C、分子扩散只能发生在非平衡体系 • D、无论体系平衡与否，分子热运动总是在进行
2013-8-14
• （）3、描述分子扩散的实验定律是
面与主体的微小压差，使得混合物向界面处的流动。
1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在整体移动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。
2013-8-14
传质速率
总体流动中物质B向右传递的通量为
J B N BM
气相整体移动中，A的量与B的量之比等于它们的分压力之比：
N AM p A N BM pB
kmol/（m2· kPa）。 s·
N A =传质系数×吸收的推动力
2013-8-14
（三）液相传质速率方程式
DAB c NA (c Ai c AL ) Z L cBm
DAB c 令k L Z L cBm
ci c N A k L (ci cA ) 1 k L ——液膜吸收速率方程
(aM )1/ 2 T 12
0.6
m2 / s
• （）1、下列对扩散系数的理解和认识中不对的是
4.36 10 T D P (v A
1
5
3 2(
1 1 MA MB
1 3 )2
1 )2
3
vB
2、物质在液体中的扩散系数
物质在液体中的散系数与组分的性质、温度、粘度以及 浓度有关。 对于很稀的非电解溶液，物质在液体中的扩散系数
DAB 7.4 10
2013-8-14
• （）2、下列关于分子扩散与分子热运动的比较与分析中不 正确的是 。
• A、没有分子热运动就不可能有分子扩散运动
• B、分子扩散与分子热运动都是一种无定向的运动
• C、分子扩散只能发生在非平衡体系 • D、无论体系平衡与否，分子热运动总是在进行
2013-8-14
• （）3、描述分子扩散的实验定律是
面与主体的微小压差，使得混合物向界面处的流动。
1）因分子本身扩散引起的宏观流动。 2）A、B在整体移动中方向相同，流动速度正比于摩尔分率。
2013-8-14
传质速率
总体流动中物质B向右传递的通量为
J B N BM
气相整体移动中，A的量与B的量之比等于它们的分压力之比：
N AM p A N BM pB
kmol/（m2· kPa）。 s·
N A =传质系数×吸收的推动力
2013-8-14
（三）液相传质速率方程式
DAB c NA (c Ai c AL ) Z L cBm
DAB c 令k L Z L cBm
ci c N A k L (ci cA ) 1 k L ——液膜吸收速率方程
(aM )1/ 2 T 12
0.6
m2 / s
• （）1、下列对扩散系数的理解和认识中不对的是
化工原理第五章(吸收过程的传质速率)
内通过垂直于传递方向的单位面积传递的物质的量 ，以符号N表示，单位为kmol/(m2· s)。 【表达式】在等分子反向扩散中， 物质的传递方式
仅为分子扩散，组分A的传质速率等于其扩散速率即
：
dc A N A J A D dz
2013-9-19
边界条件：z=0，cA=cA1；z=Z，cA=cA2；
J A J B
将以上关系式代入菲克定律式，得到：
组分A在组 分B中的扩 散系数
DAB=DBA=D
组分B在组 分A中的扩 散系数
【结论】在双组分混合物中，组分A在组分B中的扩
散系数等于组分B在组分A中的扩散系数。
2013-9-19
（4）等分子反向扩散的传质速率
【传质速率】在任一固定的空间位置上，单位时间
流体的湍动程度有关，也与流体质点的位置有关，
既不能使用公式计算，也难于用试验的方法测定。
（2）NA的表达式形式好看但不好用，并不能将NA的
表达式积分求出对流传质速率NA。
2013-9-19
4、有效层流膜模型 （1）对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的层 流膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散。 （2）层流膜外流体高度湍流，无浓度差（没有推动 力），故没有质量传递过程。 （3）层流膜的厚度ZL 层流内层分压梯度线延长线 与液相主体浓度线cA相交于一点L，L到相界面的垂
2013-9-19
整体流动
（5）单向扩散的传质速率方程 ①单向扩散的传质速率方程基本计算式
cA NA JA NA c
式中
JA——分子扩散（扩散流）所传递的量；
NAcA/c——主体流动所传递的量。
2013-9-19
②单向扩散传质速率方程的积分式 对于气相可推得：
仅为分子扩散，组分A的传质速率等于其扩散速率即
：
dc A N A J A D dz
2013-9-19
边界条件：z=0，cA=cA1；z=Z，cA=cA2；
J A J B
将以上关系式代入菲克定律式，得到：
组分A在组 分B中的扩 散系数
DAB=DBA=D
组分B在组 分A中的扩 散系数
【结论】在双组分混合物中，组分A在组分B中的扩
散系数等于组分B在组分A中的扩散系数。
2013-9-19
（4）等分子反向扩散的传质速率
【传质速率】在任一固定的空间位置上，单位时间
流体的湍动程度有关，也与流体质点的位置有关，
既不能使用公式计算，也难于用试验的方法测定。
（2）NA的表达式形式好看但不好用，并不能将NA的
表达式积分求出对流传质速率NA。
2013-9-19
4、有效层流膜模型 （1）对流传质的传质阻力全部集中在一层虚拟的层 流膜层内，膜层内的传质形式仅为分子扩散。 （2）层流膜外流体高度湍流，无浓度差（没有推动 力），故没有质量传递过程。 （3）层流膜的厚度ZL 层流内层分压梯度线延长线 与液相主体浓度线cA相交于一点L，L到相界面的垂
2013-9-19
整体流动
（5）单向扩散的传质速率方程 ①单向扩散的传质速率方程基本计算式
cA NA JA NA c
式中
JA——分子扩散（扩散流）所传递的量；
NAcA/c——主体流动所传递的量。
2013-9-19
②单向扩散传质速率方程的积分式 对于气相可推得：
化工原理 第五章 搅拌机械
图5-11 标准搅拌器构型
二、功率关联式
• 若假定液体混合搅拌器的搅拌槽尺寸和叶轮直径d成比例，则利用前述的结 论，应用因次分析法可得如下功率关联式：
N d 2 n x n 2 d y K( ) ( ) 3 5 n d g
（5-9）
Po K Re x Fr y
（5-10）
Po / Fr y K Re x （5-11）
uT n d
• 以圆盘涡轮式为例，依据末梢速度范围划分的搅拌强度为：
uT =2.5～3.3m/s （低度搅拌）
uT =3.3～4.1m/s （中度搅拌）
uT =4.1～5.6m/s （高度搅拌）
四、搅拌器的液体循环量、压头及功率消耗
• 对于几何相似的叶轮，其排液量、叶轮直径与转速之间有如下关系：
带刮壁机构的导流筒
（二）搅拌装置中液体的流型 • 打漩现象消除后，槽内液体的流型（即流动型式）取决于叶轮的 型式。叶轮旋转时，带动槽内液体进行三维流动（径向、轴向、 周向）且具有随机性。
图5-6径向流型
图5-7 轴向流型
• 根据大致流型的不同，搅拌器可划分为： • 1、径向流型：平叶浆式、圆盘涡轮式、三叶后掠式等。 • 2、轴向流型：推进式及螺旋式（包括螺带式、螺杆式）。 • 3、周向流型：锚式、框式等。
lg Re
（5-20）
• φ 仍通过查取相应的功率曲线，α、β值可查表确定：
四、非均相物系搅拌功率的计算
• 前述搅拌功率计算方法是针对搅拌对象为均相液体而言的。然而，工业 上多数搅拌过程的搅拌对象为非均相系。非均相物系的搅拌功率计算相 比前者要复杂，为简化计算起见，通常将其视为均相系加以计算。 （一）不互溶液―液相的搅拌功率 • 对此类物系按均相液体搅拌功率的计算方法求解，但计算公式中的密度 和粘度需用两相的平均密度和平均粘度替代。 （二）气―液相的搅拌功率 • 由于气泡的存在，使液体的表观密度降低，因而通气搅拌功率Ng比均相 物系搅拌功率N要低。Ng/N的数值取决于通气系数Na的大小。 • 若通气速率为Qg，m3/s，则有
二、功率关联式
• 若假定液体混合搅拌器的搅拌槽尺寸和叶轮直径d成比例，则利用前述的结 论，应用因次分析法可得如下功率关联式：
N d 2 n x n 2 d y K( ) ( ) 3 5 n d g
（5-9）
Po K Re x Fr y
（5-10）
Po / Fr y K Re x （5-11）
uT n d
• 以圆盘涡轮式为例，依据末梢速度范围划分的搅拌强度为：
uT =2.5～3.3m/s （低度搅拌）
uT =3.3～4.1m/s （中度搅拌）
uT =4.1～5.6m/s （高度搅拌）
四、搅拌器的液体循环量、压头及功率消耗
• 对于几何相似的叶轮，其排液量、叶轮直径与转速之间有如下关系：
带刮壁机构的导流筒
（二）搅拌装置中液体的流型 • 打漩现象消除后，槽内液体的流型（即流动型式）取决于叶轮的 型式。叶轮旋转时，带动槽内液体进行三维流动（径向、轴向、 周向）且具有随机性。
图5-6径向流型
图5-7 轴向流型
• 根据大致流型的不同，搅拌器可划分为： • 1、径向流型：平叶浆式、圆盘涡轮式、三叶后掠式等。 • 2、轴向流型：推进式及螺旋式（包括螺带式、螺杆式）。 • 3、周向流型：锚式、框式等。
lg Re
（5-20）
• φ 仍通过查取相应的功率曲线，α、β值可查表确定：
四、非均相物系搅拌功率的计算
• 前述搅拌功率计算方法是针对搅拌对象为均相液体而言的。然而，工业 上多数搅拌过程的搅拌对象为非均相系。非均相物系的搅拌功率计算相 比前者要复杂，为简化计算起见，通常将其视为均相系加以计算。 （一）不互溶液―液相的搅拌功率 • 对此类物系按均相液体搅拌功率的计算方法求解，但计算公式中的密度 和粘度需用两相的平均密度和平均粘度替代。 （二）气―液相的搅拌功率 • 由于气泡的存在，使液体的表观密度降低，因而通气搅拌功率Ng比均相 物系搅拌功率N要低。Ng/N的数值取决于通气系数Na的大小。 • 若通气速率为Qg，m3/s，则有