ch13化工传质与分离过程.ppt
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化工分离过程PPT课件
B 交错采出的逆 C 序流程
D
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C个组分，采用C-1个塔，分离序数为：
SC
C 1
S j SC j 或：SC
i1 (6 28)
[（2 C 1）]！ C！(C 1)!(6
29)
用（6—28）或（6—29）计算结果列入表6—2。
对于特殊精馏： 例萃取精馏：加质量分离剂，且数目多。
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返回
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第30页/共45页
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6.2.4 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏 1. 使操作向可逆精馏方向趋近 2. 采用中等温度的再沸器和冷凝器 图6—13 SRV蒸馏
特点：沿全塔布置的换热元件能大大降低塔 顶、塔釜负荷
提馏段：蒸汽流率自下而上稳定增加 精馏段：液体回流量自上而下稳定增加
出
n j[ xi, j ln（ i, j xi, j )] （6 11）
进
二元混合物分离成纯组分：
Wmin,T RT nF [ x A,F ln（ A,F x A,F） xB,F ln（ B,F xB,F）] （6 12）
例6-1； 例6-2
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传热速率： Q nk Hk n j H j Wmin，T
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使净功降低的方法：
降低压差 减少温差 减少浓度与平衡浓度差 1）塔设备
若N越多，使△P↑，不可逆性越大 可使：气速↓，液层高度↓；使△P ↓ 但是：气速↓，生产能力不变时D ↑，投资费↑
液层高度↓，板效率↓ 改进方式：1. 选择合适的塔径、液层高度
2. 改板式塔为高效填料塔
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D
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C个组分，采用C-1个塔，分离序数为：
SC
C 1
S j SC j 或：SC
i1 (6 28)
[（2 C 1）]！ C！(C 1)!(6
29)
用（6—28）或（6—29）计算结果列入表6—2。
对于特殊精馏： 例萃取精馏：加质量分离剂，且数目多。
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6.2.4 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏 1. 使操作向可逆精馏方向趋近 2. 采用中等温度的再沸器和冷凝器 图6—13 SRV蒸馏
特点：沿全塔布置的换热元件能大大降低塔 顶、塔釜负荷
提馏段：蒸汽流率自下而上稳定增加 精馏段：液体回流量自上而下稳定增加
出
n j[ xi, j ln（ i, j xi, j )] （6 11）
进
二元混合物分离成纯组分：
Wmin,T RT nF [ x A,F ln（ A,F x A,F） xB,F ln（ B,F xB,F）] （6 12）
例6-1； 例6-2
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传热速率： Q nk Hk n j H j Wmin，T
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使净功降低的方法：
降低压差 减少温差 减少浓度与平衡浓度差 1）塔设备
若N越多，使△P↑，不可逆性越大 可使：气速↓，液层高度↓；使△P ↓ 但是：气速↓，生产能力不变时D ↑，投资费↑
液层高度↓，板效率↓ 改进方式：1. 选择合适的塔径、液层高度
2. 改板式塔为高效填料塔
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化工分离过程ppt
自由度数与
相律：f c 2 c 2 2 c
组分数相当
计算类型 泡点温度 泡点压力 露点温度 露点压力
规定量（c个）
P, x1, x2 ,xc1 T , x1, x2 ,xc1 P, y1, y2 ,yc1 T , y1, y2 ,yc1
求解量 T , y1, y2,yc P, y1, y2,yc T , x1, x2 ,xc P, x1, x2 ,xc
2. lnPiS=Ai-Bi/(t+Ci)
3. 常压操作 解法1：用试差法计算
Ki Pi S
c
P ; Ki xi 1 i 1
T(设) ∑Kixi
70℃ 0.379
110℃ 1.344
98℃ 0.951
100℃ 1.00
15
2.2.1 泡点温度和压力的计算
解法2：用αiK计算（不试差，适用于完全理想系）
露点温度是在一定压力下降低温度，当出现第一个液滴 时的温度，露点压力是在一定温度下增加压力，当出现 第一个液滴时的压力。
5
泡点和露点的意义
泡点温度:一定组成的液体，在恒压下加热的过程中，出现第一个气泡时的温 度，也就是一定组成的液体在一定压力下与蒸汽达到汽液平衡时的温度。
露点温度:一定组成的汽体，在恒压下冷凝的过程中，出现第一个液滴时的温 度，也就是一定组成的蒸汽在一定压力下与液相达到汽液平衡时的温度。
c
f P Ki xi 1 0 i 1
11
2.2.1 泡点温度和压力的计算
1. 平衡常数与组成无关的泡点温度计算
Ki f (T , P)
泡点方程：
c
f T Ki xi 1 0 i 1
化工分离工程PPT课件
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
一、膜种类
二
天然膜 生物膜
、
天然物质改性膜 人工膜 无机膜 金属膜
设 备
非金属膜 有机膜 均质膜
微孔膜
管卷板 式式框
式
非对称性膜
复合膜
离子交换膜
➢ 膜性能：
1.分离透过性
a. 透过通量
单位时间通过单位膜面积的物理量。
b. 分离效率 用截留率表示： （R）
截留率：表示膜对溶质的截留能力，可用
操作中：
阳膜中带负电荷的基团“R SO3 ” 吸引溶液中带正电荷的离子，排斥带负电荷 的离子；
阴膜中带正电荷的基团“R N (CH3 )3 ” 吸引带负电荷的离子，排斥带正电荷的 离子
这种现象称：反粒子迁移
即：与膜所带电荷相反的离子穿过膜的现象 称反粒子迁移。
+++++++++++
1
Na
新型分离技术
第一节 膜分离技术 第二节 吸附分离 第三节 反应精馏
第一节 膜分离技术
➢ 膜的作用：
选择渗透
➢ 适用：
1.热敏性物质 ——可常温操作
2.特殊溶液 ——可用于大分子、无机盐、蛋
白质溶液等
第一节 膜分离技术
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5
分离用膜和膜分离设备 反渗透 超滤与微滤 电渗析 其它膜分离
J — 时间时的渗透通量 kg / m 2 h m — 率减系数（小数）
2. 物化稳定性
强度、耐温、耐压性等
二、分离设备 （1）板框式膜具
↑↑
（2）卷式膜具 由四层组成
化工分离过程
•y••i•′,•j
•xi,j •x••′i•,•j
•j
上的位置无关，令板上 的液层高度为Z， 液体在板上流动路程的长度为L，假定 液相组成在垂直方向上与Z无关，在水
•，•yi,j+1
•J
平方向上是L 的函数。当汽相通过板上 液层高度为dZ的微元时，组分i 的传质
•图5-2 点效率模型 量为：
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HETP指的是填料的理论板当量高度，即多少 米高的填料相当于一块理论板。
在工程设计计算中，填料层的理论高度计算就 依赖于HETP：
由于HETP受很多因素的影响，因此在计算或 选择使用HETP时要慎重考虑。
PPT文档演模板
化工分离过程
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
（3）使用HETP的注意要点
PPT文档演模板
化工分离过程
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
•流型和混合效应
塔板上任意一点的液体都可能存在三个方 向的混合：
▪①沿液体流动方向的混合，称为轴向混合； ▪②垂直于塔板液面、沿汽流方向的混合，通
常假定此方向的混合为完全混合； ▪③在塔板平面上与液流方向垂直的混合，称
为横向混合。
① 液相的塔顶分布和再分布：分布是否均匀直接影响填 料的润湿，从而影响传质效果使HETP增大。因此，在选 择HETP时应同时选择与之配套的液体分布形式。
② 气相进入填料层的初始分布：气体分布不均会导致填 料层中流动不均匀而出现传质情况不好。通常小径塔不需 要气体分布器，但大塔则必须要有。在选择HETP时要留 有适当的余地。
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
•默弗里板效率与点效率的主要区别
1、默弗里板效率中的是离开塔板的液体平均组成的平衡 气相组成，而点效率中的为塔板上某点的液相组成平衡的 气相组成； 2、点效率中的是离开塔板上某点的液体组成气相组成， 而默弗里板效率中的为离开液层的气相组成；
传质过程导论PPT课件
§8.2 扩散原理
15
化工原理
分压pA、 pB 沿扩散路径z的变化为直线函数
§8.2 扩散原理
16
化工原理
（二）一组分通过另一停滞组分的扩散（单向扩散）
如吸收：
溶质A
相界面
溶剂S
同时S不逆向通过（汽化）
对于截面F-F’：
扩散通量
传质通量
总体流动造成的传质通量 NA,b (bulk flow)
§8.2 扩散原理
摩尔比
X nA nB
x
1 x
换算关系：
化工原理
w w1 w
3. 浓度
质量浓度
CA
mA V
x X 1 X
kg/m3
摩尔浓度
cA
nA V
kmol/m3
§8.1 概述
9
换算关系：
CA
wA m V
wA
气体：
CA
M AnA V
M A pA RT
c p RT
cA
xAn V
xAc
cA
nA V
pA RT
6
• 相际传质的复杂性
举例: 吸收与传热的区别
①推动力不一样 传热是温度差；
化工原理
传质是浓度差。
②过程的最终状态不一样 传热是Δt=0；
相际间的传质不是浓度差=0，而是相平衡。
③温度的单位简单（K或℃）；
浓度（或组成）的表示和单位制有多种。
§8.1 概述
7
二、 相组成的表示方法
1. 质量分数和摩尔分数
现象方程（phenomenological equation）
通量= -（扩散系数）×（浓度梯度）
分子传递基本定律，在固体、静止或层流流动的流体内产生这种传递过程。
传质与分离过程概述
第七章传质分离过程概述第一节概述一、化工生产中的传质过程传质分离过程：利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的差异来造成一个两相物系，使其中某一组分或某些组分从一相转移到另一相，达到分离的目的，这一过程称为传质分离过程。
以传质分离过程为特征的基本单元操作在化工生产中很多，如：（1）气体吸收选择一定的溶剂（外界引入第二相）造成两相，以分离气体混合物。
如用水作溶剂来吸收混合在空气中的氨，它是利用氨和空气在水中溶解度的差异，进行分离。
（2）液体蒸馏对于液体混合物，通过改变状态，如加热气化，使混合物造成两相，它是利用不同组分挥发性的差异，进行分离。
（3）固体干燥对含一定湿分（水或其它溶剂）的固体提供一定的热量，使溶剂汽化，利用湿分压差，使湿分从固体表面或内部转移到气相，从而使含湿固体物料得以干燥。
（4）液-液萃取向液体混合物中加入某种溶剂，利用液体中各组分在溶剂中溶解度的差异分离液体混合物，在其分离过程中，溶质由一液相转移到另一液相。
（5）结晶对混合物（蒸汽、溶液或熔融物）采用降温或浓缩的方法使其达到过饱和状态，析出溶质，得到固体产品。
（6）吸附利用多孔固体颗粒选择性地吸附混合物（液体或气体）中的一个组分或几个组分，从而使混合物得以分离。
其逆过程为脱附过程。
（7）膜分离利用固体膜对混合物中各组分的选择性渗透从而分离各个组分。
二、相组成表示法1．质量分率与摩尔分率质量分率：质量分率是指在混合物中某组分的质量占混合物总质量的分率。
摩尔分率：摩尔分率是指在混合物中某组分的摩尔数n A占混合物总摩尔数n的分率。
2．质量比与摩尔比质量比是指混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组分）的质量之比。
摩尔比是指混合物中某组分A的摩尔数与惰性组分B（不参加传质的组分）的摩尔数之比。
3．质量浓度与摩尔浓度质量浓度定义为单位体积混合物中某组分的质量。
摩尔浓度是指单位体积混合物中某组分的摩尔数。
4．气体的总压与理想气体混合物中组分的分压总压与某组分的分压之间的关系为摩尔比与分压之间的关系为摩尔浓度与分压之间的关系为第二节质量传递的方式与描述一、双膜理论双膜理论基于双膜模型，它把复杂的对流传质过程描述为溶质以分子扩散形式通过两个串联的有效膜，认为扩散所遇到的阻力等于实际存在的对流传质阻力。
《化工分离工程》PPT课件-第3讲分离过程
描述系统的独立变量数可以由进出系统的物流和系统与 环境进行能量交换的情况确定具体的原则为： 环境进行能量交换的情况确定具体的原则为： 对一单相物流，其独立变量为： 对一单相物流，其独立变量为：
NV = C + 2
如果系统与环境有能量交换， 如果系统与环境有能量交换，则独立变量应该加上描述 能量交换的变量数， 一股热交换，又有一股功交换， 能量交换的变量数，如有 一股热交换，又有一股功交换， 则应该再加上两个设计变量， 则应该再加上两个设计变量，即：
1
确定装置变量郭氏原则
按每一股单相物流有（ 按每一股单相物流有（C+2）个变量， ）个变量， 计算进料物流所确定的固定设计变量。 计算进料物流所确定的固定设计变量。 确定装置中具有的不同压力的数目。 确定装置中具有的不同压力的数目。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 将串级单元数，分配器数， 将串级单元数，分配器数，侧线采出单 元数以及传热单元的数目相加为装置的 可调设计变量数。 可调设计变量数。
简单吸收塔的设计变量
N
设计变量 可以规定为: 可以规定为 固定设计变 量: 两股进 2C+4 料 每级压力 N 可调设计变 量 理论级数 1
该装置由N个绝热操作的简单平衡级构 该装置由 个绝热操作的简单平衡级构 因此有: 成,因此有 e 因此有
i
VN=D
LN+1=S
= 2c + 5
Nr = 1
N N-1 N-2 N-3
N V = C + 2 + 能量交换增加的变量数
独立变量之间约束关系
独立变量之间的约束关系包括： 独立变量之间的约束关系包括： 1 物料平衡关系（对C组分体系有 个） 组分体系有C个 组分体系有 2 能量平衡关系（对一个体系只有一个） 对一个体系只有一个） 3 相平衡关系（对C组分 相体系有 （ π+1）个） 组分π相体系有C（ 组分 ） 4 化学平衡关系（分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 5 内在关系 （指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等） 指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等）
NV = C + 2
如果系统与环境有能量交换， 如果系统与环境有能量交换，则独立变量应该加上描述 能量交换的变量数， 一股热交换，又有一股功交换， 能量交换的变量数，如有 一股热交换，又有一股功交换， 则应该再加上两个设计变量， 则应该再加上两个设计变量，即：
1
确定装置变量郭氏原则
按每一股单相物流有（ 按每一股单相物流有（C+2）个变量， ）个变量， 计算进料物流所确定的固定设计变量。 计算进料物流所确定的固定设计变量。 确定装置中具有的不同压力的数目。 确定装置中具有的不同压力的数目。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 将串级单元数，分配器数， 将串级单元数，分配器数，侧线采出单 元数以及传热单元的数目相加为装置的 可调设计变量数。 可调设计变量数。
简单吸收塔的设计变量
N
设计变量 可以规定为: 可以规定为 固定设计变 量: 两股进 2C+4 料 每级压力 N 可调设计变 量 理论级数 1
该装置由N个绝热操作的简单平衡级构 该装置由 个绝热操作的简单平衡级构 因此有: 成,因此有 e 因此有
i
VN=D
LN+1=S
= 2c + 5
Nr = 1
N N-1 N-2 N-3
N V = C + 2 + 能量交换增加的变量数
独立变量之间约束关系
独立变量之间的约束关系包括： 独立变量之间的约束关系包括： 1 物料平衡关系（对C组分体系有 个） 组分体系有C个 组分体系有 2 能量平衡关系（对一个体系只有一个） 对一个体系只有一个） 3 相平衡关系（对C组分 相体系有 （ π+1）个） 组分π相体系有C（ 组分 ） 4 化学平衡关系（分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 5 内在关系 （指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等） 指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等）
01. 第一章(01)
案例教学 2 读数报告 2 期中考试 2 机动 2
教 学 安 排
二、教师安排 授课教师 贾绍义 助课教师 张 伟 三、作业安排 （1）每周三课后收、发作业 （2 ）题目有两种类型：思考题、作业题。思考题 供课后复习思考不上交；作业题必须独立完 成上交。
教 学 安 排
四、考试安排 （1）期末考试采用闭卷考试形式。 （2）期末成绩占60％ 平时成绩占40％(包括作业、出勤情况、期中 考试、案例教学和读书报告等) 五、教材 主 编：贾绍义, 柴诚敬 书 名：化工传质与分离过程 出版社：化学工业出版社 版 次：第二版（ 2007年 ）
相界面
二、对流传质
2.对流传质速率方程 描述对流传质的基本方程
N k c A c A
kmol/(m2·s
)
对流传质 速率方程
kc
—对流传质系数，kmol/(m2· s· △c)
练 习 题 目
思考题 1.何为均相物系，如何实现均相物系的分离？ 2.传质过程与化工分离过程有何联系？ 3.引出质量比和摩尔比有何意义?
Xi
wi 1 wi
三、质量比与摩尔比
2.摩尔比 摩尔比定义
液相
ni Xi n ni
xi Xi 1 xi
ni Yi n ni
yi Yi 1 yi
气相
摩尔比与摩尔分数的关系
一、分子传质
1.分子传质的概念 由于分子的无规则热运动而形成的物质传递 现象—分子传质。
实现均相物系的分离 相际传质过程
均相物系分离
二、相际传质过程与分离
示例：空气和氨分离 空气
水
吸 收 塔
空气＋氨 氨水
三、传质单元操作的主要类型 吸收
化工原理课件-7传质
四、扩散系数
简单分子的扩散体积
v
物 质
H2
D2
/（cm3/mol）
7.07
6.70
物 质
CO
CO2
v
/（cm3/mol）
18.90
26.90
He
N2 O2 air Ar
2.88
17.90 16.60 20.10 16.10
N2O
NH3 H2O （CCl2F2） (SF6)
35.90
14.90 12.70 114.80 69.70
第七章 传质与分离过程概论
学习目的 与要求
通过本章学习，应掌握传质与分离过程的基 本概念和传质过程的基本计算方法，为以后各章 传质单元操作过程的学习奠定基础。
第七章 传质与分离过程概论
7.1 概述 7.1.1 传质分离过程
一、分离过程在化工中的应用
反应过程 分离过程 目的产物 副产物
原料
反应产物
增湿 （减湿）
三、传质分离方法
（2）汽液传质过程 汽液传质过程是指物 质在汽、液两相间的转移， 该汽相是由液相经过汽化 而得，它主要包括蒸馏 （或精馏）单元操作过程。 蒸馏 （精馏）
三、传质分离方法
（3）液液传质过程
液液传质过程是指 物质在两个不互溶的液 相间的转移，它主要包 括液体的萃取等单元操 作过程 。
一、分子扩散现象与费克定律
相界面
气相（A＋B）
JA
液相 S
N A J Ny
A
A
N B J Ny
B
主体 Ny A u m 流动 Ny
B
B
0
NA
NB 0
J
B
Ny
化工原理：第七章 传质与分离过程概论
由于扩散过程中总压不变
pB1
p
总
p A1
pB2
p
总
pA2
pB2 pB1 p A1 p A2
Dp
NA
AB 总
RTz
pA1 pA2 ln pB2 pB2 pB1 pB1
二、气体中的稳态分子扩散
令
pBM
pB2 pB1 ln pB2
pB1
据此得
组分 B的对 数平均分压
Dp
NA
AB 总
RTzpBM
2.一组分通过另一停滞组分的扩散
参照气体中的一组分通过另一停滞组分的扩散 过程，可写出
D c
NA
AB 总
zcBM
(cA1 cA2 )
D c
或
NA
AB 总
zxBM
(xA1 xA2 )
三、液体中的稳态分子扩散
其中
cBM
cB2 cB1 c
ln B2
c
B1
xBM
xB2
xB1 x
ln B2
x
B1
停滞组分 B 对数平均物 质的量浓度
一、分子扩散现象与费克定律
相界面
气相（A＋B） 液相 S
JA
主体 NyA um
流动 NyB
NA NB 0
JB
NA
J
A
Ny
A
NB
J
B
Ny
B
0
J Ny
B
B
二、气体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散
设由A、B两组分组成的二元混合物中，组 分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相 等，则称为等分子反方向扩散。
思考题
P23 1、2