《流体力学5》全册配套完整教学课件.pptx

1、 本章主要内容本章主要内容 1.1.蒸馏的基本原理蒸馏的基本原理 2. 2. 常用的蒸馏方法，运用相关的基本理论和常用的蒸馏方法，运用相关的基本理论和方法描述蒸馏过程。方法描述蒸馏过程。 3.3.结合二元连续精馏过程，关联精馏主要设结合二元连续精馏过程，关联精馏主要设计变量或操作条件与分离过程关系。计变量或操作条件与分离过程关系。 4. 4. 选择适宜设计变量或操作参数，进行精馏选择适宜设计变量或操作参数，进行精馏塔设计和实际精馏过程的分析诊断。塔设计和实际精馏过程的分析诊断。 概概 述述一、精馏的应用一、精馏的应用精馏广泛应用于石油、化工、轻工等工业生产中，是液体混合精馏广泛应用于石油、化工

2、、轻工等工业生产中，是液体混合物分离中首选分离方法。物分离中首选分离方法。在工业中，广泛应用蒸馏方法分离液体混合物，从石油工业、在工业中，广泛应用蒸馏方法分离液体混合物，从石油工业、酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，常常酒精工业直至焦油分离，基本有机合成，空气分离等等，常常采用蒸馏分离方法，特别是大规模的生产中蒸馏的应用更为广采用蒸馏分离方法，特别是大规模的生产中蒸馏的应用更为广泛。泛。蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单蒸馏是分离液体混合物的一种方法，是传质过程中最重要的单元操作之一。元操作之一。四、研究基本方法四、研究基本方法图图 1.1.1 气、液平衡气

3、、液平衡 iiiiCTBAp0lnC. C. 体系的分类体系的分类气液平衡的分类，既和混合物所受的压力有关，又和构成此气液平衡的分类，既和混合物所受的压力有关，又和构成此混合物的组分的化学结构相联系。混合物的组分的化学结构相联系。 Ppyiiiiixpp0泡点方程泡点方程露点方程露点方程 例例1.1.11.1.1 已知苯（已知苯（A A）和甲苯（）和甲苯（B B）的饱和蒸汽压可按）的饱和蒸汽压可按AntoineAntoine公式计算：公式计算： 试求总压力为试求总压力为 101.3 kPa101.3 kPa下，苯一甲苯溶液在下，苯一甲苯溶液在100100时的汽、时的汽、液相平衡组成。该溶液为理

4、想溶液。液相平衡组成。该溶液为理想溶液。36.525.27889.15ln0TpA67.535.3096014.16ln0TpB例例1.1.1 1.1.1 解：解：将将t t100100373 K373 K代入上述安妥因方程，可分别求得代入上述安妥因方程，可分别求得P PA A0 0=1344 mmHg=1344 mmHg179.2kPa179.2kPa；P PB B0 0554 mmHg554 mmHg73.86 kPa73.86 kPa 又又P P101.3k Pa101.3k Pa，得两相组成，得两相组成x x，y y（摩尔分数）（摩尔分数）例例1.1.21.1.2 已知双组分混合液中，

5、苯（已知双组分混合液中，苯（A A）占）占 8080，甲苯占，甲苯占 2020（摩尔百分率）。试求常压下与该液相相平衡的汽相组成及（摩尔百分率）。试求常压下与该液相相平衡的汽相组成及温度。苯、甲苯的饱和蒸汽压可按温度。苯、甲苯的饱和蒸汽压可按AntoineAntoine公式计算。公式计算。例例1.1.21.1.2解：解：由已知由已知x x0.80.8，P P101.3kPa101.3kPa，汽相平衡组成可利用下式计算：，汽相平衡组成可利用下式计算： 饱和蒸汽压和温度的关系已知，为求，需先确定温度饱和蒸汽压和温度的关系已知，为求，需先确定温度t t。因，因， 故故 此式可作为试差计算中所设温度是

6、否正确的判据。此式可作为试差计算中所设温度是否正确的判据。假设假设t t8585，由上述安妥因方程可求得，由上述安妥因方程可求得 P PA A0 0116.9kPa116.9kPa，P PB B0 045.8kPa45.8kPa。重设重设t t84.584.5，重复上述计算，可得，重复上述计算，可得P PA A0 0 115.2kPa115.2kPa， P PA A0 0 45kPa45kPa将将t-x-yt-x-y图平衡组成关系直接影射图平衡组成关系直接影射到直角坐标到直角坐标x-yx-y中，如图所示。或由中，如图所示。或由x-yx-y平衡数据直接标绘在平衡数据直接标绘在x-yx-y直接坐直

7、接坐标系中标系中可将可将x-yx-y平衡数据拟合成平衡关系平衡数据拟合成平衡关系经验表达式经验表达式y=f(x)y=f(x), , 挥发度挥发度 v v 表示某种纯物质在一定温度下蒸汽压大小，衡量组分挥发能力表示某种纯物质在一定温度下蒸汽压大小，衡量组分挥发能力的物理量。的物理量。在一定条件下纯组分的挥发度：在一定条件下纯组分的挥发度：v vi i= =p pi i0 0在混合物中在混合物中i i组分的挥发度组分的挥发度v vi i ： 相对挥发度相对挥发度 在混合物中各组分间挥发能力的差异定义为相对挥发度在混合物中各组分间挥发能力的差异定义为相对挥发度。BBiiBiiBx/px/pvv0B0

8、ABAABppvv对二元理想体系对二元理想体系： 存在负偏差存在负偏差分子间存在吸引力，分子间存在吸引力， 活度系数活度系数 r r 11，p pi i p pi i0 0出现最低蒸汽压或最高恒沸点出现最低蒸汽压或最高恒沸点M M，1 1 硝酸水、氯仿硝酸水、氯仿丙酮等系统丙酮等系统。 将将t-x-yt-x-y图平衡组成关系直接影射图平衡组成关系直接影射到直角坐标到直角坐标x-yx-y中，如图所示。或由中，如图所示。或由x-yx-y平衡数据直接标绘在平衡数据直接标绘在x-yx-y直接坐直接坐标系中标系中可将可将x-yx-y平衡数据拟合成平衡关系平衡数据拟合成平衡关系经验表达式经验表达式y=f(

9、x)y=f(x), , 挥发度挥发度 v v 表示某种纯物质在一定温度下蒸汽压大小，衡量组分挥发能力表示某种纯物质在一定温度下蒸汽压大小，衡量组分挥发能力的物理量。的物理量。在一定条件下纯组分的挥发度：在一定条件下纯组分的挥发度：v vi i= =p pi i0 0在混合物中在混合物中i i组分的挥发度组分的挥发度v vi i ： 相对挥发度相对挥发度 在混合物中各组分间挥发能力的差异定义为相对挥发度在混合物中各组分间挥发能力的差异定义为相对挥发度。BBiiBiiBx/px/pvv0B0ABAABppvv对二元理想体系对二元理想体系： 存在负偏差存在负偏差分子间存在吸引力，分子间存在吸引力，

10、活度系数活度系数 r r 11，p pi i x xF F x xW W ，因此进料应在塔体的某一适宜塔板上，因此进料应在塔体的某一适宜塔板上，此板上液体组成与进料组成相接近，其称为加料板，此板上液体组成与进料组成相接近，其称为加料板，加料板以上的塔段称为加料板以上的塔段称为精馏段精馏段，加料板以下（包括加，加料板以下（包括加料板）的塔段称为料板）的塔段称为提馏段提馏段。v冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。为精馏过程提供了相回流。为精馏过程提供了传质的必要条件传质的必要条件。xF1.3.4 1.3.4 塔内进行连续精馏的几个特点塔内

11、进行连续精馏的几个特点ynxnyn-1yn+1nn+1n-1xn+1xn-1 xmymxD浓度分布：塔顶浓度分布：塔顶 塔底，易挥发组分浓度塔底，易挥发组分浓度 难挥发组分浓度难挥发组分浓度 温度升高，压力升高温度升高，压力升高 xwxD, 相应的沸点相应的沸点tA(tD)PDv精馏塔是提供混合物气、液两相接精馏塔是提供混合物气、液两相接触条件、实现传质过程的设备。该设触条件、实现传质过程的设备。该设备可分为两类，一是板式塔，二是填备可分为两类，一是板式塔，二是填料塔料塔v板式精馏塔如图板式精馏塔如图 所示。所示。 气、液两相在塔内逆向流动，气相气、液两相在塔内逆向流动，气相从下至上流动，液相

12、依靠重力自上向从下至上流动，液相依靠重力自上向下流动，在塔板上接触进行传质。两下流动，在塔板上接触进行传质。两相在塔内各板逐级接触中两相的组成相在塔内各板逐级接触中两相的组成发生发生阶跃式阶跃式的变化，故称板式塔为的变化，故称板式塔为逐级接触设备逐级接触设备。 v填料精馏塔如图填料精馏塔如图 所示。所示。v塔内装有大比表面和高空隙率塔内装有大比表面和高空隙率的填料的填料v当气相从塔底进入时，在填料当气相从塔底进入时，在填料孔隙内沿塔高上升，与展在填料孔隙内沿塔高上升，与展在填料上的液沫连续接触，进行传质，上的液沫连续接触，进行传质，使气、液两相发生使气、液两相发生连续的连续的变化，变化，故称填

13、料塔为故称填料塔为微分接触设备微分接触设备。理论板的概念理论板的概念 离开该塔板离开该塔板的两相在传热、传质方面都达到了平衡，的两相在传热、传质方面都达到了平衡，即汽液两相的温度相同、组成互呈平衡，常又称为即汽液两相的温度相同、组成互呈平衡，常又称为平衡级。平衡级。 t tn n=T=Tn n y yn n=f(x=f(xn n) )理论板具有最大的分理论板具有最大的分离能力，离能力，是塔分离的极限能力是塔分离的极限能力 恒摩尔流假设恒摩尔流假设各板上混合物的摩尔气化热近似相等各板上混合物的摩尔气化热近似相等 。 汽液接触时因温度不同交换的显热忽略汽液接触时因温度不同交换的显热忽略 热损失忽略

14、热损失忽略。但精馏段与提馏段之间两相流量但精馏段与提馏段之间两相流量不一定相等不一定相等。 L=LL=L; V=V; V=V (?)(?) 恒摩尔汽、液流：恒摩尔汽、液流： 精馏段精馏段: V1=V2= Vn=V; L1=L2= Ln=L; 提馏段提馏段: V1=V2=Vn=V; L1=L2=Ln=L1.1.全塔物料衡算全塔物料衡算xF%FxDxFD100%)x(F)x(WFW100111.4.1 1.4.1 物料衡算物料衡算F=W+DFxf=WxW+DxD馏出液采出率馏出液采出率: D/F: D/F釜液采出率釜液采出率: W/F : W/F 注意：计算时单位的一致注意：计算时单位的一致易挥发

15、组分回收率：易挥发组分回收率：难挥发组分回收率：难挥发组分回收率： 2 . 2 . 塔板上物料衡算塔板上物料衡算一类是带有进料和采出的塔板，一类是带有进料和采出的塔板， 一类是非进料和采出塔板一类是非进料和采出塔板。xFmmmmmmmFmmmmmmVyxLxLyVxFVLLVF111111a.a.进料塔板的物料衡算进料塔板的物料衡算设进料板为第设进料板为第m板板b.b.非进料和采出板物料衡算非进料和采出板物料衡算任意任意m非进料板物料衡算则有：非进料板物料衡算则有：nnnnnnnnnnnnyVxLxLyVVLLV111111V=L+D V=(R+1)D L=RD Vyn+1=Lxn+DxDDn

16、nDnnxRxRRyxVDxVLy11111wnnxWLWxWLLy1 2 . 2 . 塔板上物料衡算塔板上物料衡算一类是带有进料和采出的塔板，一类是带有进料和采出的塔板， 一类是非进料和采出塔板一类是非进料和采出塔板。xFmmmmmmmFmmmmmmVyxLxLyVxFVLLVF111111a.a.进料塔板的物料衡算进料塔板的物料衡算设进料板为第设进料板为第m板板b.b.非进料和采出板物料衡算非进料和采出板物料衡算任意任意m非进料板物料衡算则有：非进料板物料衡算则有：nnnnnnnnnnnnyVxLxLyVVLLV111111V=L+D V=(R+1)D L=RD Vyn+1=Lxn+DxD

17、DnnDnnxRxRRyxVDxVLy11111wnnxWLWxWLLy1 V LLVFVII LLII VFIV LLVFFxF y V L xy V L xIV=IV , IL=IL热原料液的千摩尔汽化潜要的热量进料变为饱和蒸汽所需将 kmolqIIIIFL LLVFV1q1q=1q=01q=0q011qxxqqyFVyn+1=Lxn+DxDv随进料温度的升高，随进料温度的升高，q值减小，值减小，提馏段操作线斜率增大，提馏段操作线斜率增大， 操作线操作线更靠近平衡曲线，将导致提馏段更靠近平衡曲线，将导致提馏段分离能力不断下降。即每块理论分离能力不断下降。即每块理论板的传质推动力减小。完成相

18、同板的传质推动力减小。完成相同分离任务，所需理论板数会增加分离任务，所需理论板数会增加。x)(xy11DnnxRxRRy1111体系相平衡关系体系相平衡关系 :精馏操作方程：精馏操作方程：提馏段操作线方程：提馏段操作线方程：wmmxW LWxW L Ly1操作线方程操作线方程y1=xDx1平衡方程平衡方程y2 x2y3 x2123c. 提馏段提馏段 理论板的图解法或理论板的图解法或M-T法也是逐板计算法，不过此方法采用法也是逐板计算法，不过此方法采用图解方法进行逐板计算。图解方法进行逐板计算。图解步骤图解步骤v在直角坐标中绘出体系相平衡曲线在直角坐标中绘出体系相平衡曲线xy，同时连对角线，同时

19、连对角线v通过通过D（xD,xD)、C(0, xD/(R+1)两点绘出精馏段操作线两点绘出精馏段操作线v通过通过b(xW,xW), 提馏操作线的截距提馏操作线的截距-W/(L-W)xW绘提馏段绘提馏段操作线操作线给出给出q线，线，q线通过线通过F(xF, xF)、G(0, xF/1-q)； 给出给出q线与精馏段操作线的交点线与精馏段操作线的交点Q(xq, yq)；提馏段操作线通过提馏段操作线通过b(xW, xW)、Q(xq, yq)。q q线方程（进料方程）线方程（进料方程）11qxxqqyF 因因 y y1 1=x=xD D，故从塔顶，故从塔顶D D点（点（x xD D,x,xD D) )开

20、始作水平线交平衡曲线开始作水平线交平衡曲线于于1 1点，求得呈平衡的液相组成点，求得呈平衡的液相组成x x1 1 ，由，由1 1点作垂线相交精点作垂线相交精馏段操作线，求得第二板蒸气组成馏段操作线，求得第二板蒸气组成y y2 2，同上，在平衡线与，同上，在平衡线与精馏段操作线之间作梯级。精馏段操作线之间作梯级。 当求得当求得 x xn nxqxq时，应由精馏更换提馏的操作线，即在平衡时，应由精馏更换提馏的操作线，即在平衡线与提馏段操作线之间作梯级，当求得液相组成线与提馏段操作线之间作梯级，当求得液相组成x xm mxxW W 时时结束。此时梯级数结束。此时梯级数N N（含再沸器）为所求的理论塔

21、板数（含再沸器）为所求的理论塔板数N N，跨过两操作线交点的板为最佳进料板跨过两操作线交点的板为最佳进料板 N NF F。 理论板的图解法或理论板的图解法或M-T法也是逐板计算法，不过此方法采用法也是逐板计算法，不过此方法采用图解方法进行逐板计算。图解方法进行逐板计算。图解步骤图解步骤v在直角坐标中绘出体系相平衡曲线在直角坐标中绘出体系相平衡曲线xy，同时连对角线，同时连对角线v通过通过D（xD,xD)、C(0, xD/(R+1)两点绘出精馏段操作线两点绘出精馏段操作线v通过通过b(xW,xW), 提馏操作线的截距提馏操作线的截距-W/(L-W)xW绘提馏段绘提馏段操作线操作线给出给出q线，线

22、，q线通过线通过F(xF, xF)、G(0, xF/1-q)； 给出给出q线与精馏段操作线的交点线与精馏段操作线的交点Q(xq, yq)；提馏段操作线通过提馏段操作线通过b(xW, xW)、Q(xq, yq)。q q线方程（进料方程）线方程（进料方程）11qxxqqyF 因因 y y1 1=x=xD D，故从塔顶，故从塔顶D D点（点（x xD D,x,xD D) )开始作水平线交平衡曲线开始作水平线交平衡曲线于于1 1点，求得呈平衡的液相组成点，求得呈平衡的液相组成x x1 1 ，由，由1 1点作垂线相交精点作垂线相交精馏段操作线，求得第二板蒸气组成馏段操作线，求得第二板蒸气组成y y2 2

23、，同上，在平衡线与，同上，在平衡线与精馏段操作线之间作梯级。精馏段操作线之间作梯级。 当求得当求得 x xn nxqxq时，应由精馏更换提馏的操作线，即在平衡时，应由精馏更换提馏的操作线，即在平衡线与提馏段操作线之间作梯级，当求得液相组成线与提馏段操作线之间作梯级，当求得液相组成x xm mx1q1变为变为q=1,q=1,则所需理论板数将则所需理论板数将 。5.5.恒沸精馏与萃取精馏主要针对恒沸精馏与萃取精馏主要针对 和和 的物的物系系, , 采用加入第三组分的办法采用加入第三组分的办法, ,以改变原物系的以改变原物系的 。填空题：填空题：6.6.在全回流下在全回流下, ,进入第四块理论板进入

24、第四块理论板( (板序由塔顶往下数板序由塔顶往下数) )的液相组成为的液相组成为0.72(mol 0.72(mol 分率分率, ,下同下同),),则流出第四块理论板的液相组成为则流出第四块理论板的液相组成为。进入第四。进入第四块理论板的汽相组成为块理论板的汽相组成为 该物系该物系=2.=2.7.7.精馏塔塔顶理论板上离开的汽相露点温度为精馏塔塔顶理论板上离开的汽相露点温度为t4, t4, 离开的液相泡点温度为离开的液相泡点温度为t3, t3, 塔底某理论板上汽相露点温度为塔底某理论板上汽相露点温度为t2, t2, 汽相泡点温度为汽相泡点温度为t1.t1.存在以下关存在以下关系系:( ) :(

25、) A: t4t3t2=t1 B:t4t3t2t1 C: t4t3t2=t1 D: A: t4t3t2=t1 B:t4t3t2t1 C: t4t3t2=t1 D: t4=t3t2=t1 E: t4=t3t2=t1 E: t4=t3S中中S易易反映溶质吸收率的高低相对吸收率反映溶质吸收率的高低相对吸收率1221L22211121,A1A1lnA-111AmXYmXYfNXmYXXNAYYYYANmVLAOOLeeOL时，当时，当吸收因数平衡线方程为曲线平衡线方程为曲线一、概述一、概述1、作用、作用: 1) 吸收剂的再生，以便循环使用吸收剂的再生，以便循环使用; 2) 用于分离混合气体。用于分离混

26、合气体。2 2、解吸常用的方法：、解吸常用的方法：压力低，温度高，有利于脱吸压力低，温度高，有利于脱吸 加热溶液加热溶液，增大溶液中溶质的平衡分压；，增大溶液中溶质的平衡分压； 用水蒸汽用水蒸汽，降低气相中溶质的分压；，降低气相中溶质的分压； 通惰性气体通惰性气体，降低操作压力。，降低操作压力。从从G=N NA AS=KS=KY Y Y YS S可以看出可以看出, ,影响吸收的主要因素影响吸收的主要因素: K KY Y、吸收推动力、吸收推动力 Y Y和相接触面积和相接触面积S S。吸收过程的主要阻力集中在滞流膜上。要提高吸收吸收过程的主要阻力集中在滞流膜上。要提高吸收总系数总系数, ,必须设法

27、降低气膜和液膜的厚度。通过加必须设法降低气膜和液膜的厚度。通过加大流体的流动速度大流体的流动速度, ,增加流体的湍动程度增加流体的湍动程度, ,则可减小则可减小滞流膜层的厚度。滞流膜层的厚度。一、提高吸收总系数一、提高吸收总系数K KY Y( (或或K KG G) )或或K KX X( (或或K KL L) ) 1212YYYYOGmXYdYYdYN 22YYLVXX 1222S1SSLmVYYOGmXSYYdYN称为解吸因数，令1121222122211S1lnS111SmXYYYmXYYYNSYYYYSNOGeeOG时，当时，当（1 1）（2 2）（3 3） 2221,mXYmXYSLmV

28、fNOG2221mXYmXY Z,N,mXYmXY,Y,YYYOG22212121 吸吸收收率率OGNmXYmXYLmVS,S2221一定，小吸收过程推动力的大操作线的斜率平衡线的斜率S难难S中中S易易反映溶质吸收率的高低相对吸收率反映溶质吸收率的高低相对吸收率1221L22211121,A1A1lnA-111AmXYmXYfNXmYXXNAYYYYANmVLAOOLeeOL时，当时，当吸收因数平衡线方程为曲线平衡线方程为曲线一、概述一、概述1、作用、作用: 1) 吸收剂的再生，以便循环使用吸收剂的再生，以便循环使用; 2) 用于分离混合气体。用于分离混合气体。2 2、解吸常用的方法：、解吸常

29、用的方法：压力低，温度高，有利于脱吸压力低，温度高，有利于脱吸 加热溶液加热溶液，增大溶液中溶质的平衡分压；，增大溶液中溶质的平衡分压； 用水蒸汽用水蒸汽，降低气相中溶质的分压；，降低气相中溶质的分压； 通惰性气体通惰性气体，降低操作压力。，降低操作压力。Y=mXBAX1 X2Y2*Y2Y11、 物料衡算：物料衡算：)XX( L)YY( V121211YYXXLV1*212minYYXXLV二二 、解吸塔的计算：、解吸塔的计算：解吸过程的操作线总是在平衡线的下方，解吸过程的操作线总是在平衡线的下方，解吸过程的推动力是吸收的相反值。解吸过程的推动力是吸收的相反值。 2 2、 操作线方程：操作线方

30、程：3 3、最小气液比：、最小气液比：填料层高度的求法：填料层高度的求法： Z=HOGNOG=HOLNOL（1）：对数平均推动力法）：对数平均推动力法（2）：吸收因数法：）：吸收因数法：*XXX,YYYAYYYY)A1(lnA11N*11*21OL从从G=N NA AS=KS=KY Y Y YS S可以看出可以看出, ,影响吸收的主要因素影响吸收的主要因素: K KY Y、吸收推动力、吸收推动力 Y Y和相接触面积和相接触面积S S。吸收过程的主要阻力集中在滞流膜上。要提高吸收吸收过程的主要阻力集中在滞流膜上。要提高吸收总系数总系数, ,必须设法降低气膜和液膜的厚度。通过加必须设法降低气膜和液

31、膜的厚度。通过加大流体的流动速度大流体的流动速度, ,增加流体的湍动程度增加流体的湍动程度, ,则可减小则可减小滞流膜层的厚度。滞流膜层的厚度。一、提高吸收总系数一、提高吸收总系数K KY Y( (或或K KG G) )或或K KX X( (或或K KL L) )98. 05 . 2)(1212*121minmmYYYXXYYVL121min)(2.1XYYVLVL0267. 05 . 22 . 108. 02 . 1)(2 . 11min211mYVLYYXn【例例2-22-2】在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收氨空气在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收氨空气混合气中的氨，混合气进塔时氨的浓度混合

32、气中的氨，混合气进塔时氨的浓度Y Y1 1=0.01=0.01（摩尔（摩尔比），吸收率比），吸收率9090，操作压力，操作压力760mmHg, 760mmHg, 溶液为稀溶液，溶液为稀溶液，系统平衡关系服从拉乌尔定律，操作温度下，氨在水溶液系统平衡关系服从拉乌尔定律，操作温度下，氨在水溶液的饱和蒸汽压力为的饱和蒸汽压力为684mmHg684mmHg，传质单元高度为，传质单元高度为0.50.5米。米。n求：最小单位吸收剂用量求：最小单位吸收剂用量n当吸收剂用量为最小用量的当吸收剂用量为最小用量的2 2倍时，填料层的高度为多少倍时，填料层的高度为多少米？米？ 81.0)(1212*121minmm

33、YYYXXYYVL101121YY62. 3 ) 1ln(1121SYYSSNOG【例 3-1】 在填料塔中用清水吸收氨与空气的混合气中的氨。混合气流量为 1500 标13hm，氨所占体积分率为5%，要求氨的回收率达95%。已知塔内径为0.8m，填料单位体积有效传质面积3293mma，吸收系数1121 . 1atmhmkmolKG。取吸收剂用量为最少用量的1.5倍。该塔在30和23 .101mkN压力下操作，在操作条件下的平衡关系为278. 5mkNCpe，试求：（1）出塔溶液浓度x1 ；（2）用平均推动力法求填料层高度Z ；（3）用吸收因数法求Z 。（已知吸收为逆流吸收过程。）首先列出已知条

34、件，并用公式符号和标准单位表达出来。78.5/1, m93, 95.06722.41500,0.05 , 013-2112kmolkNmHmahkmolVyx此题中：思路就是由所求目标推至已知条件。（1）求 x1 2121xxyyVL 121211yyyyy或 2121min/5 .15 .1xmyyyVLVL PHMPEmss 解题过程是由已知到未知。即求出12xyVLm（2）求 Z（平均推动力法） myyyyaKVZ21 PaKaKGy 221,yVmyy（3）求 Z（吸收因数法）LmVxxyyLmVLmVaKVZy21211ln11 按前述计算结果代入即可。y2x2y1x1V L 010

35、5.0025.005.052.41518.4017.305.00025.005.05.15.117.33.1011878.510000025.005.095.01112112121211312yyLVxxmyyyVLmkNkmolkgkmolkNmmkgPHMmyyss mmhmkmolhkmolyyyaKVZymxyyyymxyyyyhmkmolatmmmatmhmkmolPaKaKmymeeGy29.800748.00025.005.08.043.1026700748.00025.00167.0ln0025.00167.00025.00167.00105.017.305.03.102193

36、1.12221312122222111111332112LmVmxymxyLmVLmVPaKVZG22211ln11解题过程：解题过程：一、求现有条件下的一、求现有条件下的 KG113122221121221214615. 042. 00006. 006. 042. 01ln8 .42209 . 0113 .1013201ln118 .4218/7702029/5803 .101 , 3 , 0 , 9 . 00006. 006. 099. 011 , 06. 0kPahmkmolkPamhmkmolaKLmVmxymxyLmVLmVPaKVZhmkmolVhmkmolVkPaPmZxmyyy

37、GG mLVmxmyxmyLVmLVmPaKVZPmPmPmmPEPEExPkPaPG184. 121. 00006. 006. 021. 01ln8 .422045. 0116 .2024615. 0201ln1145. 06 .202/3 .1019 . 0/,6 .20212221 无关与时，由于亨利定律中 mZLLLmVmxymxyLmVLmVPaKVZG37. 221. 00006. 006. 021. 01ln6 .85209 . 0113 .1014615. 0206 .858 .42221ln1122221 mLVmyyLVmLVmPaKVZhmkmolVVaKVVaKGGG6

38、7. 864.174914. 084. 00006. 006. 084. 01ln8 .42409 . 0113 .1018035. 0401ln11)(4028035. 04615. 0741. 14615. 02321128 . 08 . 0 mLVmyyLVmLVmPaKVZhmkmolVVaKVVaKGGG67. 864.174914. 084. 00006. 006. 084. 01ln8 .42409 . 0113 .1018035. 0401ln11)(4028035. 04615. 0741. 14615. 02321128 . 08 . 0 此题复习了以下此题复习了以下几点内

39、容几点内容：1、总压对相平衡常数的影响，、总压对相平衡常数的影响，P增加，增加，m减小，平衡线远减小，平衡线远离操作线，推动力增大，离操作线，推动力增大，Z减小，由减小，由3m减少至减少至1.184m2、液体流量增大，斜率增大，推动力增大，、液体流量增大，斜率增大，推动力增大，Z减小减小3、气体流量增大，斜率、气体流量增大，斜率L/V减小，推动力减少，减小，推动力减少，NOG增大增大气体流量增大，总传质系数气体流量增大，总传质系数KGa也增大也增大20.8, HOG增大增大 20.2第三章第三章 塔设备塔设备概概 述述气、液传质设备功能气、液传质设备功能: : 为混合物的气、液两为混合物的气、

40、液两相提供多级的充分、有效的接触与及时、完相提供多级的充分、有效的接触与及时、完全分离的条件全分离的条件一是板式塔一是板式塔: :气液两相逐级接触，浓度发生气液两相逐级接触，浓度发生阶跃式变化，阶跃式变化，二是填料塔二是填料塔: : 气、液两相是微分接触，组成气、液两相是微分接触，组成则发生连续变化。则发生连续变化。3.1 3.1 板式塔板式塔塔板类型塔板类型溢流式塔板溢流式塔板板上有降液管；板上有降液管；液体横向流过塔板，经降液管液体横向流过塔板，经降液管流向下一层塔板；流向下一层塔板；气体垂直穿过塔板及液层（错气体垂直穿过塔板及液层（错流塔板）；流塔板）；特点：特点：分离效率高；分离效率高

41、；板上有板上有液位差液位差，引起，引起气体分布气体分布不均匀不均匀；目前常用目前常用穿流式塔板穿流式塔板板上无降液管；板上无降液管；气液相同时通过板上孔道逆向穿流而过（逆流塔板）。气液相同时通过板上孔道逆向穿流而过（逆流塔板）。特点：特点：结构简单；结构简单；操作范围小；操作范围小；分离效率低。分离效率低。应用较少应用较少3.1.1 3.1.1 气液相流程气液相流程v从全塔来看，气相在塔内逐级上升，液相由塔顶从全塔来看，气相在塔内逐级上升，液相由塔顶逐级下降。在下降中与上升气相进行接触传质。逐级下降。在下降中与上升气相进行接触传质。v 液体横向流过塔板，经溢流堰溢流进入降液管，液体横向流过塔板

42、，经溢流堰溢流进入降液管，液体在降液管内释放夹带的气体，从降液管底隙流液体在降液管内释放夹带的气体，从降液管底隙流至下一层塔板。至下一层塔板。v 塔板下方的气体穿过塔板上气相通道，如筛孔、塔板下方的气体穿过塔板上气相通道，如筛孔、浮阀等，进入塔板上的液层鼓泡，气、液接触进行浮阀等，进入塔板上的液层鼓泡，气、液接触进行传质。气相离开液层而奔向上一层塔板，进行多级传质。气相离开液层而奔向上一层塔板，进行多级的接触传质的接触传质。1 1）鼓泡接触状态）鼓泡接触状态 当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不当气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，气液两相接触的表面积不大

43、，传质效率很低。多，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。2 2）蜂窝状接触状态）蜂窝状接触状态 随着气速的增加，气泡的数量不断增加，在液层中累积。气泡随着气速的增加，气泡的数量不断增加，在液层中累积。气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡。此时气泡之间相互碰撞，形成各种多面体的大气泡。此时气泡不易破裂不易破裂，表面得不到更新，不利于传热和传质。表面得不到更新，不利于传热和传质。3 3）泡沫接触状态）泡沫接触状态 当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破当气速继续增加，气泡数量急剧增加，气泡不断发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间。泡沫接裂，此时板上液

44、体大部分以液膜的形式存在于气泡之间。泡沫接触状态的触状态的表面积大表面积大，并，并不断更新不断更新，为两相传热与传质提供了良好，为两相传热与传质提供了良好的条件。的条件。4 4）喷射接触状态）喷射接触状态 当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成当气速继续增加，由于气体动能很大，把板上的液体向上喷成大小不等的液滴。此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相。大小不等的液滴。此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相。液滴的液滴的不断分散不断分散和和反复形成反复形成，使，使传质面积大大增加传质面积大大增加，表面不断更，表面不断更新，有利于传质与传热进行。新，有利于传质与传热进行。泡沫状态泡

45、沫状态和和喷射状态喷射状态均是优良的塔板接触状态。均是优良的塔板接触状态。hW3.1.2 3.1.2 塔板的结构塔板的结构 2、溢流装置、溢流装置平直堰平直堰型式。型式。齿形堰齿形堰操作线操作线 确定设计点确定设计点 ，过，过opop作操作线交作操作线交 VminVmin，VmaxVmax。为该塔板。为该塔板操作负荷的上、下限。操作负荷的上、下限。两者之比为塔的操作弹性：两者之比为塔的操作弹性：VL abcminmaxVVv塔板操作弹性并非恒定不塔板操作弹性并非恒定不变，而与操作条件有关变，而与操作条件有关va a工况受液相下限及液沫夹工况受液相下限及液沫夹带线控制。带线控制。b b工况则受漏

46、液工况则受漏液限及降液管液泛线控制。限及降液管液泛线控制。c c工况则受漏液线及液相上限工况则受漏液线及液相上限控制。控制。F1型型V4型型十字架型十字架型A型型方形浮阀型方形浮阀型（I）斜孔塔板）斜孔塔板(4) 其他型式的塔板其他型式的塔板（II）网孔塔板）网孔塔板（III）多降液管塔板）多降液管塔板（IV）林德筛板）林德筛板冲制栅板冲制栅板 由金属条组成的栅板由金属条组成的栅板 无溢流筛板无溢流筛板（V）无溢流栅板和筛板）无溢流栅板和筛板v板式塔从总体上看汽、液两相呈板式塔从总体上看汽、液两相呈_ _ 接触，在板上汽接触，在板上汽液两相呈液两相呈_接触。（逆流，并流，错流）接触。（逆流，并

47、流，错流） 逆流错流逆流错流 v板式塔不正常操作现象通常有板式塔不正常操作现象通常有 _ _ 、_ _ 和和 _。过量雾沫夹带漏液液泛过量雾沫夹带漏液液泛v下列命题不正确是下列命题不正确是_。 （4 4）错）错（）（） 上升气速过大会使板效率下降。上升气速过大会使板效率下降。（）（） 上升气速过大会引起液泛。上升气速过大会引起液泛。（）（） 上升气速过大会造成过量的液沫夹带。上升气速过大会造成过量的液沫夹带。（）（） 上升气速过大会造成过量的气泡夹带。上升气速过大会造成过量的气泡夹带。3.2.1 3.2.1 填料塔的结构特点填料塔的结构特点填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传填料塔是

48、以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。质设备。优点：优点：生产能力大，分离效率高，压降小，持液量生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大。小，操作弹性大。缺点：缺点：填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面；不能直接用于有悬浮物或容易聚合润湿填料表面；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。3.2.2 3.2.2 填料填料填料填料填料塔的核心部件填料塔的核心部件作用作用：提供塔内气液两相接：提供塔内气液两相接触而进行传质和（或）传热的触而进行传质

49、和（或）传热的表面表面 塔填料与塔内件一起决定填料塔填料与塔内件一起决定填料塔的性能塔的性能传质面积传质面积：被湿润的填料表面：被湿润的填料表面1. 1. 填料的几何特性填料的几何特性 （1 1） 公称直径公称直径 dpdp （2 2） 比表面积比表面积 a at t, , （3 3） 空隙率空隙率 ， 与填料结构以及装填方式有关与填料结构以及装填方式有关 （4 4） 堆积密度：堆积密度： （5 5） 填料因子填料因子 ：填料的比表面积与空隙率三次填料的比表面积与空隙率三次方的比值。它表示填料的流体力学性能，其值越小，方的比值。它表示填料的流体力学性能，其值越小，表明流动阻力越小。表明流动阻力

50、越小。32/mmat填料层的体积填料的表面积填料层体积填料的空隙体积通量大大，,p填料体积重量p陶瓷、金属、塑料陶瓷、金属、塑料金属丝金属丝环形填料环形填料弧鞍弧鞍矩鞍、矩鞍、鞍型填料鞍型填料环矩鞍、环矩鞍、组合环、组合环、环鞍结合型填料环鞍结合型填料环、鞍型填料环、鞍型填料TRI球、球、TopPak、 MellaringVSP、球形填料球形填料散堆填料散堆填料拉西环、鲍尔环、拉西环、鲍尔环、阶梯环、共軛环、阶梯环、共軛环、QH扁环扁环1 1）拉西环填料）拉西环填料4 4）三叶环填料）三叶环填料共轭环共轭环华南理工大学化工学院研制华南理工大学化工学院研制双鞍环双鞍环RICRICTMTM填料填料