华东理工大学化工原理讲稿和ppt
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华东理工化工原理第一章01
连续性假定 -- 流体是由无数质点组成的，彼此 间没有间隙，完全充满所占空间的连续介质 目的：用微积分描述流体的各种参数
1.1.2 考察方法----拉格朗日法和欧拉法 拉格朗日法---选定流体质点,跟踪质点描述 状态参数 欧拉法---选定空间位置,考察区域内不同质点 状态与时间关系 ① 轨线与流线的区别(录像) 轨线 - 同一流体质点在 不同时刻 所占空间位置 的连线 流线 - 同一瞬时不同流体质点 的速度方向连线
PA
—
PB
= ( ρi − ρ ) gR
上式表明：当压差计两端的流体相同时， R直接反映的是虚拟压强差。
PA - PB = ( ρi - ρ ) gR - ( z A - z B ) gR
拓展：
2.4.2 烟囱拔烟：
pA= p2 +ρ冷gh pB= p2 +ρ热gh 由于ρ冷>ρ热, 则pA>pB 所以拔风 烟囱拔风的必要条件是什么？
流水的有无是静力学问题 流水的多少是动力学问题 判据是看z大小，还是p大小？ 同一水平高度比压强 p左=pA+ρgzA=PA p右=pB+ρgzB=PB
已知：ρA = ρB = ρ, ρi > ρ, 解：
= Hg ( ρi – ρ )
求： R 和 H 、pA 和pB间的关系；
PA – PB = Rg ( ρi – ρ )
ρHg = ?
2.3.2 基准 绝对压强：以绝对真空为基准 表压、真空度：以大气压为基准 表压 = 绝对压-大气压 真空度 =大气压-绝对压
表压 = 绝对压 - 大气压 真空度 = 大气压 - 绝对压
2.4 静力学方程的工程应用 2.4.1 测压： ① U型测压管 已知：R=180mm, h=500mm 求：pA=? (绝压)，(表压)
《化工原理绪论》课件
高度自动化
现代化工过程通常采用高度自动化的控制系 统，以实现高效、安全和可靠的生产。
化工过程的效率与能耗
效率
化工过程的效率是指输出有用产物与输入的原材料和能量之比，提高效率可以降低生产 成本和资源消耗。
能耗
化工过程的能耗是指生产过程中所消耗的能源和能量，降低能耗是化工过程的重要发展 方向，可以提高经济效益和环保性能。
VS
新技术
随着科技的不断发展，新技术也不断涌现 ，如微化工技术、3D打印技术等，这些 技术能够实现精细化工过程控制和产品制 造，提高化工过程的效率和安全性。
节能减排与可持续发展
节能减排
随着环保意识的不断提高，节能减排 成为了化工行业的重要发展方向，通 过优化化工过程和采用清洁能源，降 低能源消耗和减少污染物排放。
04
化工过程的优化与控制
化工过程的优化方法
数学模型法
通过建立数学模型描述化工过程 ，利用优化算法求解最优操作条
件。
实验优化法
通过实验设计、实验实施和实验数 据分析，找到最优的工艺参数。
人工智能法
利用机器学习、深度学习等人工智 能技术，对历史数据进行训练和学 习，自动找到最优操作条件。
化工过程的控制策略
化学反应
总结词：反应工程
详细描述：化学反应是化工生产的核 心，涉及到反应速率、反应条件以及 反应过程优化等，对于提高产品质量 和降低能耗具有重要意义。
03
化工过程的分类与特点
化工过程的分类
物理过程
物质状态变化或能量传递的过 程，如蒸发、冷凝、过滤等。
化学过程
物质发生化学反应的过程，如 燃烧、合成、分解等。
生物过程
生物发酵、酶催化等生物化学 过程。
现代化工过程通常采用高度自动化的控制系 统，以实现高效、安全和可靠的生产。
化工过程的效率与能耗
效率
化工过程的效率是指输出有用产物与输入的原材料和能量之比，提高效率可以降低生产 成本和资源消耗。
能耗
化工过程的能耗是指生产过程中所消耗的能源和能量，降低能耗是化工过程的重要发展 方向，可以提高经济效益和环保性能。
VS
新技术
随着科技的不断发展，新技术也不断涌现 ，如微化工技术、3D打印技术等，这些 技术能够实现精细化工过程控制和产品制 造，提高化工过程的效率和安全性。
节能减排与可持续发展
节能减排
随着环保意识的不断提高，节能减排 成为了化工行业的重要发展方向，通 过优化化工过程和采用清洁能源，降 低能源消耗和减少污染物排放。
04
化工过程的优化与控制
化工过程的优化方法
数学模型法
通过建立数学模型描述化工过程 ，利用优化算法求解最优操作条
件。
实验优化法
通过实验设计、实验实施和实验数 据分析，找到最优的工艺参数。
人工智能法
利用机器学习、深度学习等人工智 能技术，对历史数据进行训练和学 习，自动找到最优操作条件。
化工过程的控制策略
化学反应
总结词：反应工程
详细描述：化学反应是化工生产的核 心，涉及到反应速率、反应条件以及 反应过程优化等，对于提高产品质量 和降低能耗具有重要意义。
03
化工过程的分类与特点
化工过程的分类
物理过程
物质状态变化或能量传递的过 程，如蒸发、冷凝、过滤等。
化学过程
物质发生化学反应的过程，如 燃烧、合成、分解等。
生物过程
生物发酵、酶催化等生物化学 过程。
《化工原理》课件第一章讲稿8(第一章)(天大版)
2.排出管：
2 lb + Σleb ub Σh fb = h fb + h fb ′ = (λb +ζc) da 2
Vs dbub ρ ε ub = A → Reb = µ 、 ⇒ λb db b 其中：la = 50m、Σleb =le b闸阀 + le b 截止阀 + 3le b 标准弯头； ζ = ζ ； 出口 c 3.总管路：Σh f = Σh fa + Σh fb ⇒ N e = We ⋅ ws、N = N e / η
h
pa
操作条件下料液的物性： ρ = 890kg/m 3 µ = 1.3 × 10 −3 Pa ⋅ s 操作条件下料液的物性：
习题： 习题： 第20 、22题； 题 第20 题： 取贮槽液面为1-1截面，出口管内侧为 截面 截面； 取贮槽液面为 截面，出口管内侧为2-2截面； 截面
l + Σle p2 u2 We = z2 g + + Σhf 其中：Σhf = (λ + Σζ ) 2 d 2 qv du ρ ε u = A → Re = µ 、 ⇒ λ d ⇒ l总长 = 50m、 Σl = 2 × l +5 × l e e闸阀 e标准弯头；le闸阀 = 0.45m、le标准弯头 = 2.1m； Σζ = ζ 进口 + ζ 出口 + ζ 局部； ⇒ N e = We ⋅ ws、N = N e / η
4.管件与阀门 4.管件与阀门
蝶阀
（二）当量长度法 将流体流过管件或阀门的局部阻力， 将流体流过管件或阀门的局部阻力，折合成 直径相同、长度为 的直管所产生的阻力； 直径相同、长度为le的直管所产生的阻力；
化工原理完整教材课件
实验原理理解
深入理解实验的基本原理，为实验操作和结果分析提供理论依据。
实验数据处理与分析方法
数据记录与整理
掌握实验数据的记录方法，以及如何整理和筛选有效数据 。
误差分析
了解误差的来源和其对实验结果的影响，掌握误差分析和 减小误差的方法。
数据分析与处理
掌握常用的数据处理和分析方法，如平均值、中位数、标 准差等。
物质从高浓度区域向低浓度区域 的转移过程。
传质速率
表示物质转移快慢的物理量，与 扩散系数、浓度差和传质面积成
正比。
扩散系数
表示物质在介质中扩散快慢的物 理量，与物质的性质、温度和压
力有关。
吸收
吸收过程
利用混合气体中各组分在液体溶剂中的溶解度差异，使气体混合 物中的有害组分或杂质组分被吸收除去的过程。
在制药工业和食品工业中，化工原理 涉及药物的合成、分离和提纯，以及 食品的加工和保藏等环节。
02
流体流动
流体静力学
总结词
描述流体在静止状态下的压力、密度和重力等特性。
详细描述
流体静力学主要研究流体在静止状态下的压力分布、流体对容器壁的压力以及 流体与固体之间的作用力。它涉及到流体的平衡性质和流体静压力的基本规律 。
利用气体在液体中的溶解度差异，通过鼓入空气或通入其他气体 产生泡沫而实现分离的方法。
05
化学反应工程
化学反应动力学基础
1 2 3
反应速率与反应机理
介绍反应速率的定义、计算方法以及反应机理的 基本概念，阐述反应速率的测定和影响因素。
反应动力学方程
介绍反应动力学方程的建立、求解及其在化学反 应工程中的应用，包括速率常数、活化能等参数 的确定方法。
对流传热速率方程
深入理解实验的基本原理，为实验操作和结果分析提供理论依据。
实验数据处理与分析方法
数据记录与整理
掌握实验数据的记录方法，以及如何整理和筛选有效数据 。
误差分析
了解误差的来源和其对实验结果的影响，掌握误差分析和 减小误差的方法。
数据分析与处理
掌握常用的数据处理和分析方法，如平均值、中位数、标 准差等。
物质从高浓度区域向低浓度区域 的转移过程。
传质速率
表示物质转移快慢的物理量，与 扩散系数、浓度差和传质面积成
正比。
扩散系数
表示物质在介质中扩散快慢的物 理量，与物质的性质、温度和压
力有关。
吸收
吸收过程
利用混合气体中各组分在液体溶剂中的溶解度差异，使气体混合 物中的有害组分或杂质组分被吸收除去的过程。
在制药工业和食品工业中，化工原理 涉及药物的合成、分离和提纯，以及 食品的加工和保藏等环节。
02
流体流动
流体静力学
总结词
描述流体在静止状态下的压力、密度和重力等特性。
详细描述
流体静力学主要研究流体在静止状态下的压力分布、流体对容器壁的压力以及 流体与固体之间的作用力。它涉及到流体的平衡性质和流体静压力的基本规律 。
利用气体在液体中的溶解度差异，通过鼓入空气或通入其他气体 产生泡沫而实现分离的方法。
05
化学反应工程
化学反应动力学基础
1 2 3
反应速率与反应机理
介绍反应速率的定义、计算方法以及反应机理的 基本概念，阐述反应速率的测定和影响因素。
反应动力学方程
介绍反应动力学方程的建立、求解及其在化学反 应工程中的应用，包括速率常数、活化能等参数 的确定方法。
对流传热速率方程
华东理工大学化工原理讲稿和ppt
力运动
1．固动，流静 2．固静，流动 3．固动，流动
阻力—曳力是一对力 流体受到固体给的力—阻力 固体受到流体给的力—曳力
静止流体中：
曳力=形体曳力+表面曳力
2.3 曳力和曳力系数
d p uρ
对于球体，爬流时( Re p =
µ
<2)
Stokes 理论解： 表面曳力=2πµdpu 形体曳力=πµdpu 表面曳力为主 斯托克斯定律 Fd=3πµdpu
非爬流时如何？ 按牛顿定律：F与单位 时间产生的动量有关
单位时间排开流体的量 m=Apuρ Ap指向下的最大投影面积 设排开速度u2与下落速度u成正比， 则FD∝mu∝Apρu2 2 定义曳力系数ζ ρu FD = ζAp ζ~ Rep
2
实验测定
用三段曲线来表示ζ~关系 24 ζ = Re<2 Re
6 4 2 4d p g ( ρ p − ρ ) ut = 为一般计算式 3 ρζ 6
p p p p
Re<2时, 斯托克斯区 π d 3 ( ρ − ρ ) g = 3πd µu p p p t 得
2 dp (ρ p − ρ )g ut = 18 µ
6
影响因素
ut是颗粒与流体的综合特性。 ut采用了极限处理方法
②强放热反应
③沙子炉石油热裂解
5 气力输送 1．优点：①密闭 ②不受地形的限制 ③连续化 ④结合其它操作 稀相输送：固气比小 密相输送：固气比大
2.输送装置 ①真空吸引式
②压送式
③吸-压回转式
改进判据： d p ut ρ 4d p ( ρ p − ρ ) g 由 Re = 和ζ = µ 3 ρut2 恰当组合，消去待求变量 组成新判据 2 ζRe 可消去ut ζ/Re2可消去dp
1．固动，流静 2．固静，流动 3．固动，流动
阻力—曳力是一对力 流体受到固体给的力—阻力 固体受到流体给的力—曳力
静止流体中：
曳力=形体曳力+表面曳力
2.3 曳力和曳力系数
d p uρ
对于球体，爬流时( Re p =
µ
<2)
Stokes 理论解： 表面曳力=2πµdpu 形体曳力=πµdpu 表面曳力为主 斯托克斯定律 Fd=3πµdpu
非爬流时如何？ 按牛顿定律：F与单位 时间产生的动量有关
单位时间排开流体的量 m=Apuρ Ap指向下的最大投影面积 设排开速度u2与下落速度u成正比， 则FD∝mu∝Apρu2 2 定义曳力系数ζ ρu FD = ζAp ζ~ Rep
2
实验测定
用三段曲线来表示ζ~关系 24 ζ = Re<2 Re
6 4 2 4d p g ( ρ p − ρ ) ut = 为一般计算式 3 ρζ 6
p p p p
Re<2时, 斯托克斯区 π d 3 ( ρ − ρ ) g = 3πd µu p p p t 得
2 dp (ρ p − ρ )g ut = 18 µ
6
影响因素
ut是颗粒与流体的综合特性。 ut采用了极限处理方法
②强放热反应
③沙子炉石油热裂解
5 气力输送 1．优点：①密闭 ②不受地形的限制 ③连续化 ④结合其它操作 稀相输送：固气比小 密相输送：固气比大
2.输送装置 ①真空吸引式
②压送式
③吸-压回转式
改进判据： d p ut ρ 4d p ( ρ p − ρ ) g 由 Re = 和ζ = µ 3 ρut2 恰当组合，消去待求变量 组成新判据 2 ζRe 可消去ut ζ/Re2可消去dp
华东理工大学化工原理课件
A
式中：A——垂直于流动方向的管截面积 已知速度分布 ur 的表达式，求平均流速：
∫ u dA u=
A r
A
（3）质量流速G
单位时间内流体流过管道单位截面积的流体质量称为 质量流速G，其单位为 Kg/(m 2 ⋅ s)。
qm G= = uρ A
（4）质量守恒方程
取截面1-1至2-2之间 的管段作为控制体 （欧拉法，截面固定）
1.3.2 机械能守恒
根据牛顿第二定律固体质点运动，无摩擦（理想条件） 机械能＝位能＋动能＝常数 流体流动，无摩擦（理想流体，无粘性μ＝0、F＝0、 τ＝0） 机械能＝位能＋动能＋压强能＝常数
u2 = 常数 单位质量流体所具有的机械能＝ gz + + ρ 2 p
1.3.2 机械能守恒
（1）沿轨线（拉格朗日考察法，是某一流体质点的轨迹）的机械能守 恒 1 ∂p 立方体微元所受各力平衡（静止）： X − =0 ρ ∂x 在运动流体中，立方体微元表面不受剪应力，微元受力与静止流 体相同，但受力不平衡造成加速度，即： 1 ∂p dux X− = ρ ∂x dt 设流体微元在dt时间力位移dl，它在x轴上的分量位dx，将dx乘 上式各项得： 1 ∂p du dx 1 2 X− dx = x dx = dux = ux dux = dux ρ ∂x dt dt 2
对于其他表面，也可以写出相应的表达式
②体积力
设单位质量流体上的体积力在x方向的分量为x （N/Kg），则微元所受的体积力在x方向的分量 为 xρδxδyδz ，该流体处于静止状态，外力之和必 等于零、对x方向，有：
∂p δ x ∂p δ x (p− )δ yδ z − ( p + )δ yδ z + x ρδ xδ yδ z = 0 ∂x 2 ∂x 2
式中：A——垂直于流动方向的管截面积 已知速度分布 ur 的表达式，求平均流速：
∫ u dA u=
A r
A
（3）质量流速G
单位时间内流体流过管道单位截面积的流体质量称为 质量流速G，其单位为 Kg/(m 2 ⋅ s)。
qm G= = uρ A
（4）质量守恒方程
取截面1-1至2-2之间 的管段作为控制体 （欧拉法，截面固定）
1.3.2 机械能守恒
根据牛顿第二定律固体质点运动，无摩擦（理想条件） 机械能＝位能＋动能＝常数 流体流动，无摩擦（理想流体，无粘性μ＝0、F＝0、 τ＝0） 机械能＝位能＋动能＋压强能＝常数
u2 = 常数 单位质量流体所具有的机械能＝ gz + + ρ 2 p
1.3.2 机械能守恒
（1）沿轨线（拉格朗日考察法，是某一流体质点的轨迹）的机械能守 恒 1 ∂p 立方体微元所受各力平衡（静止）： X − =0 ρ ∂x 在运动流体中，立方体微元表面不受剪应力，微元受力与静止流 体相同，但受力不平衡造成加速度，即： 1 ∂p dux X− = ρ ∂x dt 设流体微元在dt时间力位移dl，它在x轴上的分量位dx，将dx乘 上式各项得： 1 ∂p du dx 1 2 X− dx = x dx = dux = ux dux = dux ρ ∂x dt dt 2
对于其他表面，也可以写出相应的表达式
②体积力
设单位质量流体上的体积力在x方向的分量为x （N/Kg），则微元所受的体积力在x方向的分量 为 xρδxδyδz ，该流体处于静止状态，外力之和必 等于零、对x方向，有：
∂p δ x ∂p δ x (p− )δ yδ z − ( p + )δ yδ z + x ρδ xδ yδ z = 0 ∂x 2 ∂x 2
化工原理_第三版_陈敏恒_课件_华东理工内部 第02章
2 p p u pK=pV时 H 0 V k H f 01 H f 1 K g max g g 2g p0 pV H g max H f 01 ( NPSH )C g g
规定必需汽蚀余量 (NPSH)r=(NPSH)c+Δ, 进泵样本，与流量有关 2 p u 实际汽蚀余量 NPSH 1 1 pV g 2 g g 须比(NPSH)r大0.5m以上， 最大允许安装高度[Hg]为
②管路特性曲线下移，
p ↓，图解思维 因 g
qV↑，H↓，η不定
例2 图示管路输送液体, 泵转速n=2900r/min时， 泵特性曲线为 He=40-0.1qV2 (He单位为m,qV单位为m3/h) 流量为10m3/h, 现欲采用 降低转速的办法使流量 减少30% (流动处于阻力 平方区) 。 求：转速n’应降至多少？
例如： H单=20-2qV2 2 H并=20-0.5qV
工作点 q V ’≠ 2 q V
如图：
串联 可见串联后压头并不是原来的两倍； 同样并联后流量也不是原来的两倍； 并且串并联的数量越多，增幅越小。
并联
(3)组合方式的选择
P H 单 max 时， 当 g
必须串联
本次讲课习题：
第二章 1, 2, 3，4，5
2.2.4.2 汽蚀余量NPSH
2 p1 u12 pk uk 由1至K：g 2 g g 2 g H f 1 K
pK=pV, 发生汽蚀, 这时p1最小, 定义临界汽蚀余量(NPSH)c
2 p1min u12 pV uk ( NPSH )C H f 1 K g 2 g g 2 g 2 p p u 由0至K： 0 H g H f 01 H k k f 1 K g g 2 g
规定必需汽蚀余量 (NPSH)r=(NPSH)c+Δ, 进泵样本，与流量有关 2 p u 实际汽蚀余量 NPSH 1 1 pV g 2 g g 须比(NPSH)r大0.5m以上， 最大允许安装高度[Hg]为
②管路特性曲线下移，
p ↓，图解思维 因 g
qV↑，H↓，η不定
例2 图示管路输送液体, 泵转速n=2900r/min时， 泵特性曲线为 He=40-0.1qV2 (He单位为m,qV单位为m3/h) 流量为10m3/h, 现欲采用 降低转速的办法使流量 减少30% (流动处于阻力 平方区) 。 求：转速n’应降至多少？
例如： H单=20-2qV2 2 H并=20-0.5qV
工作点 q V ’≠ 2 q V
如图：
串联 可见串联后压头并不是原来的两倍； 同样并联后流量也不是原来的两倍； 并且串并联的数量越多，增幅越小。
并联
(3)组合方式的选择
P H 单 max 时， 当 g
必须串联
本次讲课习题：
第二章 1, 2, 3，4，5
2.2.4.2 汽蚀余量NPSH
2 p1 u12 pk uk 由1至K：g 2 g g 2 g H f 1 K
pK=pV, 发生汽蚀, 这时p1最小, 定义临界汽蚀余量(NPSH)c
2 p1min u12 pV uk ( NPSH )C H f 1 K g 2 g g 2 g 2 p p u 由0至K： 0 H g H f 01 H k k f 1 K g g 2 g
化工原理_第三版_陈敏恒_课件_华东理工内部 第01章
=1.204×105Pa(绝压) 5 5 4 pA=1.204×10 -1.013×10 =1.91×10 Pa(表压)
1.2.4.2 烟囱拔烟
pA=p2+ρ冷gh pB=p2+ρ热gh 由于ρ冷>ρ热,则pA>pB 所以拔风 烟囱拔风的必要条件是什么？
1.2.4.3 浮力的本质
物体上下所受压强不同 取微元： 压差力=(p2-p1)dA=ρghdA=ρgdV排 V排=ΣdV排
4）质量守恒方程（连续性方程） 取控制体作物料衡算（欧拉法）
1u1 A1 2 u 2 A2 .dV t V 定态流动： .dV 0 t V
1u1 A1 2 u 2 A2 c
即：q m 1 q m 2 c — —连续性方程式 对不可压缩流体： c，q v1 q v 2 c u1 A1 u 2 A2 c,
分析方法（数学分析法） ①取控制体 ②作力衡算 ③结合本过程的特点，解微分方程 1.2.1.4 静力学方程应用条件 ①同种流体且不可压缩(气体高差不大时仍可用) ②静止(或等速直线流动的横截面---均匀流) ③重力场 ④单连通 1.2.2 流体的总势能 总势能 （压强能与位能之和） 虚拟压强
1.2.3 压强的表示方法 1.2.3.1 单位
流线演示：
返回
流体黏性：
返回
1.3 流体流动中的守恒原理 1.3.1 质量守恒
1）流量、流速 流量——质量流量qm， kg/s （ρ· qv ） 体积流量qv， m3/s 流速——质量流速G， kg/m2s（ qm /A） 体积流速u， m/s （ qv /A） 2）点速度u 圆管：粘性，速度分布 工程处理方法：平均值
积分得 p+ρgz=常数 或 p1 p2 gz1 gz 2 等高等压，等压面
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+
xD R+1
②提馏段操作方程
V yn+1 = Lxn + DxD − FxF
yn
=
L V
xn−1
+
DxD − V
FxF
yn
=
(R
RD + 1)D
+ −
qF (1 −
q)F
xn−1
+
(R
DxD − FxF + 1)D − (1 − q)F
③操作线
精馏段过(xD, xD)点,截距
提馏段过(xW, xW)点, 斜率
⑷由上往下按平衡关系、操作关系依次交替作阶 梯
④最优加料位置的确定 xm−1 < xq < xm 为最佳加料位置, 过前或过后N↑
5.2 设计型计算命题
已知：F, xF, xD, xW 选择：P, q, R
求：N, m
①总压 P 的选择与加热、冷凝温度、α有关
②回流比的选择
经济上，R↑, 能耗↑
f (P,t)
道尔顿分压定律
yA
=
pA P
=
PA0 ( P
t
)
x
A
相∴平K衡A常= 数PA0定,义注为意KKAA并= 非xyAA常数
①泡点线(液相线)
xA
=
P − PB0 (t ) PA0 (t ) − PB0 (t )
②露点线(汽相线)
yA
=
PA0 P
P− PA0 (t )
PB0 (t ) − PB0 (t )
= α1α 2 Λ
αN
xN 1− xN
由y1=xD，xN=xW(塔釜)
且记 α = N α1α 2 Λ α N ，N=Nmin
芬斯克方程
ln( xD 1 − xW )
Nmin =
1 − xD xW
lnα
近似 α = α顶α底
⑵最小回流比Rmin与NT=∞ 平衡线与操作线出现挟点
或5个变量(
D ,W FF
, xF , xD , xW )已知3个求2个
DW
①已知
xF , xD , xW
，求
, FF
以xW为支点，FD
=
xF xD
− −
xW xW
,
W =1− D
F
F
②已知
xF
,
xD
,
D F
(塔顶采出率),
求： xW
,W F
W F
=1− D F
，
xW
=
FxF − DxD W
=
xF
− xDD/ F W /F
⑤理论加料板的描述
Fx f + V ym+1 + Lxm−1 = Vym + Lxm ym = f ( xm )
得 L− L = I −if
F I−i
定义 q = I − i f
I−i
两相流量关系
q为加料热状态参数(液化率) q=0 饱和蒸汽加料 0<q<1汽液混合加料 q=1 泡点加料 q>1 冷液加料 q = 1 + CP (tS − tF )
xF )
D F
=
ηA
xF x
,
W =1− D
F
F
4.3 回流比和能耗 定义：回流比 R = L ，
D
R↑, L↑, xD↑, 分离能力提高 但D一定，L↑, V=L+D，V ↑ ，塔釜蒸汽量↑ 以能耗为代价换取分离能力 4.4 逆流多级传质操作
本章侧重板式塔(级式接触设备)
4.5 过程的数学描述 L, V– kmol/s I, i – kJ/kmol r –汽化潜热 ①单板物料衡算 总物料：Vn+1 + Ln−1 = Vn + Ln 轻组分： Vn+1 yn+1 + Ln−1 xn−1 = Vn yn + Ln xn ②热量衡算
1.3 工业蒸馏过程 ①平衡蒸馏(闪蒸)
②简单蒸馏 ①②只能达到有限的分离
③精馏 多次汽化多次冷凝，达到高纯度分离 例如，石油加工中，环丁砜抽提后得到芳烃
1.4 精馏操作的经济性 操作费用：加热沸腾、冷却冷凝
沸腾和冷凝的温度与操作压强有关 加压精馏：如空气分离；
P↑,t↑,冷凝费用降低 真空精馏：P↓,t↓,
R R+
1
=
1
1 +
1
R
R=∞, R = 1 对角线
R+1
R↑, N↓, 设备费↓
⑴全回流与最少理论板数Nmin
R=∞操作线与对角线重叠，不进料，不出料
yn+1 = xn
yn 1 − yn
=
α
n
1
xn − xn
=
α
n
1
yn+1 − yn+1
y1 1 − y1
=
α
1
1
y2 − y2
=
α
1α
2
1
y3 − y3
A21 xB A12 xA + A21 xB
2
lnγ B
=
A21
A12 xA A12 xA + A21 xB
2
A12和A21为模型参数
马古斯方程(A、B分子体积大小相差较小)
lnγA=[A12+2(A21-A12)xA]x2B lnγB=[A21+2(A12-A21)xB]x2A A12和A21为模型参数
2.4 非理想溶液的汽液相平衡 强正偏差pA>p0AxA， 出现最低恒沸物
注意温度高低的排序
强负偏差pA<p0AxA ， 出现最高恒沸物
注意温度高低的排序
常用相平衡计算方法
PyA=p0AxAγA, PyB=p0BxBγB
活度系数γA, γB
范拉方程(A、B分子体积大小相差较大)
lnγ
A
=
A12
第九章 液体精馏
1 概述
1.1 蒸馏的目的
分离液体混合物
1.2 基本依据(原理)
液体中各组分挥发度的不同
恒定温度、压力，气液相平衡
A组分比B组分易挥发：
A为轻组分,B为重组分，
yA > xA ， yB < xB
或
yA / yB > 1 xA / xB
汽相冷凝后，A的浓度高
轻重组分是相对的： 苯、甲苯混合液中，甲苯为重组分； 甲苯、二甲苯混合液中，甲苯为轻组分
如高沸点物质、热敏物质分离
2 双组分溶液的汽液相平衡 2.1 理想物系汽液相平衡
双组份汽液平衡的自由度
F=N–Φ+2 组分数 相数
F=2, P, t 一定, 组成就定了
P, x 一定, t 就定了
如：苯-甲苯(101.3kPa下)
80.2℃ 110.6℃
安托因方程
ln P 0 = A − B
t+C
可取
α
=
1 2
(α
1
+α2)
α=1时，y = x，能否进行分离？
操作压强对相对挥发度的影响 P↑， α ↓
2.2 泡点计算：
2.3 露点计算：
为什么不用沸点来衡量挥发性？ 例：101.3kPa下，乙醇沸点：78.3℃
水沸点：100℃ 2%乙醇的水溶液，蒸发后留水 98%乙醇的水溶液，蒸发后留乙醇
4 精馏 4.1 精馏原理 利用两组分挥发度的差异实现连续的高纯度分离 工程手段：回流—构成汽液两相接触的必要条件
塔顶凝液是否必须全部回入？
L
( V
)min
=
xD xD
− −
ye xe
由ye>xe可知
L<1 V
不必全部回入
4.2 全塔物料衡算
F=D+W
FxF=DxD+WxW 6个变量, 已知4个, 求2个
③y~x的近似表达式
挥发度 vA
=
pA ，
xA
vB
=
pB xB
相对挥发度α α = vA = pA / xA = yA / xA
vB pB / xB yB / xB
α = y /(1 − y)
x /(1 − x)
相平衡方程
y
=
1
+
αx (α −
1) x
理想物系
α
=
PA0 PB0
=
f (t)
在操作温度范围(纯A、纯B沸点)，若α变化不大
③已知 xF , xD ，轻组分回收率
求：xW
,W F
ηA(
=
DxD FxF
)，
D F
=
ηA
xF xD
，W
F
=1− D F
∵ WxW
FxF
= 1− ηA
∴
xW
=
(1 − ηA )xF W /F
④已知: xF，轻组分回收率ηA ，重组分回收率ηB
求：W
F
,
D F
,
xW
,
xD
ηA
=
DxD FxF
， ηB
交点：yq
=
RxF R
+ qxD +q
xq = (R + 1)xF + (q − 1)xD
④ q 线方程
由xq与yq消去xD，得
yq
=
q q−1
xq
−
xF q−1
q线方程
⑤理论板增浓
⑥实际板效率
⑦逐板计算求解(设计型)
已知：xD, xW, xF, F, W, D, L, V, L,V 求：m, N