1、第第1章章 流体流动流体流动本章主要内容：本章主要内容：(1)(1)静力学方程及其应用；静力学方程及其应用；(2)柏努力方程及其应用；柏努力方程及其应用；(3)(3)流动阻力及管路的计算；流动阻力及管路的计算；(4)(4)流速及流量的测量。流速及流量的测量。本章重点：本章重点：流体流动中的连续性方程及柏努力方程。并运用这流体流动中的连续性方程及柏努力方程。并运用这些基本理论去分析和解决流体的输送问题。些基本理论去分析和解决流体的输送问题。混合液体的密度：混合液体的密度：公式应用条件：混合前后体积不变，则公式应用条件：混合前后体积不变，则1kg混合液的体积混合液的体积等于各组分单独存在时的体积之
2、和。等于各组分单独存在时的体积之和。（3）气体密度的计算）气体密度的计算 气体的密度随温度和压强而变化气体的密度随温度和压强而变化 nwnBwBAwAmxxx 1wAxwBxwnx液体混合物中各组分的质量分数液体混合物中各组分的质量分数 当气体的压强不太高、温度不太低时当气体的压强不太高、温度不太低时，气体密度气体密度可按可按理想气体状态方程理想气体状态方程 来计算。来计算。上式中的上式中的0为标准状态下气体的密度为标准状态下气体的密度，T0、p0分别为标准分别为标准状态下气体的绝对温度和绝对压强。状态下气体的绝对温度和绝对压强。混合气体的密度：混合气体的密度：RTpMmmnnBBAAmyMy
3、MyMMRTpMVm000TppT（2）流体的粘度）流体的粘度液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升液体的粘度随温度升高而减小，气体的粘度则随温度升高而增大。高而增大。压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强压强变化时，液体的粘度基本不变；气体的粘度随压强增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。增加而增加的很少，在一般工程计算中可忽略不计。国际单位制中粘度的单位为国际单位制中粘度的单位为Pas 物理单位制的粘度单位物理单位制的粘度单位为为P（泊）和泊）和cP（厘泊），它们的换算关系如下：厘泊），它们的换算关系如下：1Pas=10P=1000cP（重点）重点）粘度与密度之
4、比称为运动粘度，以粘度与密度之比称为运动粘度，以表示表示混合气体和液体的黏度用混合气体和液体的黏度用P14 1-8 、1-9计算计算（1 1）压力的单位压力的单位 在在SISI制中，压力的制中，压力的单位是单位是N/mN/m2 2，称为帕斯卡，称为帕斯卡，以以PaPa表表示。也可用其它单位表示：示。也可用其它单位表示：atmatm（标准大气压）、标准大气压）、atat（工程大气压），某流体柱高度或（工程大气压），某流体柱高度或kgf/cmkgf/cm2 2等。等。（2 2）单位换算）单位换算1at=9.811at=9.8110104 4Pa=1.0kgf/cmPa=1.0kgf/cm2 2=1
5、0.0mH=10.0mH2 2O=735.6mmHgO=735.6mmHg1atm=1.0131atm=1.01310105 5Pa=1.033kgf/cmPa=1.033kgf/cm2 2=10.33mH=10.33mH2 2O=760mmHgO=760mmHg（3 3）压力的基准压力的基准 压力可以有不同的计量基准压力可以有不同的计量基准绝对压力绝对压力:以绝对真空以绝对真空(即零大气压）为基准。即零大气压）为基准。表压：以当地大气压为基准表压：以当地大气压为基准。表压绝对压力大气压力表压绝对压力大气压力真空度大气压力绝对压力真空度大气压力绝对压力（1 1）U U形压差计形压差计在正在正U
6、 U形管中要求指示剂密度大于工作介质密度形管中要求指示剂密度大于工作介质密度gZpp110gRgZpp0220)(021Rgppp一、压强与压强差的测量压强与压强差的测量1.3 流体流动的基本方程流体流动的基本方程1.3.1 流量与流速流量与流速(一一)流量流量（1）体积流量：）体积流量：单位时间内流体流经管道任一截单位时间内流体流经管道任一截面的流体的体积面的流体的体积，称为体积流量，以，称为体积流量，以 表示，其表示，其单位为单位为m3/s或或m3/h。（2）质量流量质量流量:单位时间内流体流经管道任一截面单位时间内流体流经管道任一截面的流体的质量的流体的质量，称为质量流量，以，称为质量流
7、量，以 表示，其单表示，其单位为位为kg/s或或kg/h。体积流量与质量流量之间的关系为体积流量与质量流量之间的关系为 SVSWSSVW（二）（二）流速流速 (1)(1)平均流速：流速是指单位时间内液体质点在流平均流速：流速是指单位时间内液体质点在流动方向上所流经的距离。动方向上所流经的距离。流量与流速关系为：流量与流速关系为：u uVs/AVs/A（重点）（重点）(2)(2)质量流速：单位时间内流体流经管道单位截面质量流速：单位时间内流体流经管道单位截面的质量的质量称为质量流速（称为质量流速（mass velocitymass velocity），以），以G G表示，表示，单位为单位为kg/
8、mkg/m2 2ss。G GWs/A=Ws/A=AuAu/A=/A=uu （重点）（重点）例例1-3 1-3 用内径用内径105mm105mm的钢管输送压力为的钢管输送压力为2atm2atm、温度为、温度为120120的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为的空气。已知空气在标准状态下的体积流量为630m630m3 3/h/h，试求此空气在管内的流速和质量流速（取，试求此空气在管内的流速和质量流速（取空气的平均分子量为空气的平均分子量为Mm=28.9Mm=28.9）。）。1.3.3 连续性方程式连续性方程式 根据质量守恒定律，从截面根据质量守恒定律，从截面1-11-1进入的流体质量流量进入的流
9、体质量流量应等于从截面应等于从截面2-22-2流出的流体质量流量流出的流体质量流量，即即 WsWs1 1WsWs2 2 1 1A A1 1u u1 12 2A A2 2u u2 2 此关系可推广到管道的任一截面，此关系可推广到管道的任一截面，即即 AuAu常数常数 。若液体不可压缩，若液体不可压缩，常数，则上常数，则上式可简化为式可简化为 AuAu常数常数 。对于圆形管道，可得对于圆形管道，可得 22112)(dduu（重点）（重点）H称为压头或扬程，其物理意义为单位重量流体流经称为压头或扬程，其物理意义为单位重量流体流经泵所获得的能量，单位为泵所获得的能量，单位为m。fehupgzWupgz
10、2222222111We为单位质量流体流经泵所获得的能量，也称为有为单位质量流体流经泵所获得的能量，也称为有效功，单位为效功，单位为J/kg。（非常重要）（非常重要）实际流体的柏努利方程式（单位质量）实际流体的柏努利方程式（单位质量）有效功率：单位时间输送设备所作的有效功。以有效功率：单位时间输送设备所作的有效功。以Ne表示：表示：SeeWWN eNN（重点）（重点）离心泵的轴功率用离心泵的轴功率用N表示：表示：fehupgzWupgz2222222111实际流体的柏努利方程式（单位体积）实际流体的柏努利方程式（单位体积）,单位为单位为Pa1.3.5 柏努力方程式的应用柏努力方程式的应用（1）
11、流量、流速；）流量、流速；（2）容器的相对位置；）容器的相对位置；（3）管路中的流体压强；）管路中的流体压强；（4）管路中所需的外加能量。）管路中所需的外加能量。Ws的单位必须是的单位必须是kg/s层流特点：质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运层流特点：质点始终沿着与管轴平行的方向作直线运动，质点之间互不混合。动，质点之间互不混合。圆管中的流体就如一层一层圆管中的流体就如一层一层的同心圆筒在平行地流动的同心圆筒在平行地流动。（滞流）。（滞流）湍流特点：流体质点除了沿着管道向前流动外，各质湍流特点：流体质点除了沿着管道向前流动外，各质点还作剧烈的径向脉动。（紊流）点还作剧烈的径向脉动。（紊流）层
12、流与湍流的区别：层流只有轴向运动，而湍流不仅层流与湍流的区别：层流只有轴向运动，而湍流不仅有轴向运动，而且还有径向运动。有轴向运动，而且还有径向运动。Re2000Re2000时，流动类型为层流；时，流动类型为层流；Re4000Re4000时，流动类型为湍流；时，流动类型为湍流；20002000ReRe40004000，过渡区，流动类型不稳定。，过渡区，流动类型不稳定。1.4.2 流体在圆管内流动时的速度分布流体在圆管内流动时的速度分布 层流流动时的速度分布为抛物线形状。层流流动时的速度分布为抛物线形状。管中心管中心的流速最大，向管壁的方向渐减，靠管壁的流速为的流速最大，向管壁的方向渐减，靠管壁
13、的流速为零。零。平均速度为最大速度的一半。平均速度为最大速度的一半。湍流速度分布：类似抛物线，顶部宽阔而平坦，管壁湍流速度分布：类似抛物线，顶部宽阔而平坦，管壁较陡。较陡。ReRe，顶部越平坦，管壁越陡。顶部越平坦，管壁越陡。（近似）（近似）u=0.82uu=0.82umax max 层流底层：层流底层：，在靠近管壁的区域，仍有一极薄的流在靠近管壁的区域，仍有一极薄的流体作层流流动，称为层流内层或层流底层。体作层流流动，称为层流内层或层流底层。流体的湍流体的湍流程度越大，层流底层越薄。层流底层的存在，对传流程度越大，层流底层越薄。层流底层的存在，对传质、传热有重要影响。质、传热有重要影响。u,
14、u,湍动程度湍动程度，。1.5 流体在管内的流动阻力流体在管内的流动阻力流动阻力产生的内因是流体的粘性，外因是流动。流动阻力产生的内因是流体的粘性，外因是流动。流体在管内流动的总阻力流体在管内流动的总阻力=直管阻力直管阻力+局部阻力局部阻力直管阻力：指流体流经直管时，由于流体流动产生直管阻力：指流体流经直管时，由于流体流动产生的内摩擦力而产生的阻力。的内摩擦力而产生的阻力。局部阻力：指流体流经管件、阀门等由于改变方向局部阻力：指流体流经管件、阀门等由于改变方向产生旋涡而产生的阻力。产生旋涡而产生的阻力。fffhhh1.5.1 流体在直管中的流动阻力流体在直管中的流动阻力（1 1）计算圆形直管阻
15、力的通式（范宁公式）计算圆形直管阻力的通式（范宁公式）摩擦系数摩擦系数，与流体流动状况、管路粗糙度有关与流体流动状况、管路粗糙度有关22udlhf22udlhpff或或（2 2）管壁粗糙度对摩擦系数的影响）管壁粗糙度对摩擦系数的影响化工所用管道分为光滑管和粗糙管。化工所用管道分为光滑管和粗糙管。管径常以管径常以A*B表示，其中表示，其中A指管外径，指管外径，B指管壁厚度指管壁厚度（3）层流时的摩擦系数层流时的摩擦系数Re64232dlupf层流时的哈根层流时的哈根-波谡叶方程波谡叶方程（重点）（重点）（4）湍流时的摩擦系数）湍流时的摩擦系数P44层流区：层流区：Re2000Re2000，与与R
16、eRe为直线关系，而与为直线关系，而与/d/d无无关。关。阻力损失与速度的一次方成正比阻力损失与速度的一次方成正比。可计算，也可可计算，也可以查图。以查图。=64/Re=64/Re =f(Re)=f(Re)过渡区：过渡区：2000Re40002000Re100即可达到湍流；即可达到湍流；（6）需要被冷却物料一般选壳程需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。，便于散热。4-7-3 换热器的传热强化途径换热器的传热强化途径总传热速率方程：总传热速率方程：强化方法：强化方法：（一）增大传热面积（一）增大传热面积S 关于传热面积关于传热面积S的改变，不以增加换热器台数，改的改变，不以增加换热器台数，改变换
17、热器的尺寸来加大传热面积变换热器的尺寸来加大传热面积S，而是通过对传热而是通过对传热面的改造，如开槽及加翅片、以不同异形管代替光滑面的改造，如开槽及加翅片、以不同异形管代替光滑圆管等措施来加大传热面积以强化传热过程。圆管等措施来加大传热面积以强化传热过程。(二）增大传热平均温度差二）增大传热平均温度差（三）增大总传热系数（三）增大总传热系数K（设法减小对设法减小对K值影响较大值影响较大的热阻）的热阻）减小热阻的主要方法有减小热阻的主要方法有(1)加大流速；（加大流速；（2）防止结垢）防止结垢和及时地清除垢层。和及时地清除垢层。mtKSQmt5.1 湿空气的性质及湿度图湿空气的性质及湿度图 5-
18、1-1 湿空气的性质湿空气的性质 一、湿度一、湿度又称为湿含量。它以湿空气中所含水蒸气的质量与绝对干空气又称为湿含量。它以湿空气中所含水蒸气的质量与绝对干空气的质量之比表示，的质量之比表示，用符号表示，其单位为用符号表示，其单位为 kg水气水气/kg干干空气空气 pPpMnMnHggvv622.0 量湿空气中绝干空气的质的质量水气湿空气中 第第5 章章 干干 燥燥 二、相对湿度百分数二、相对湿度百分数1%100Spp湿空气为饱和空气湿空气为饱和空气0湿空气为绝干空气湿空气为绝干空气重点）(622.0SSpPpH三、比容三、比容（湿容积）（湿容积）Hv干空气湿空气kgmvH3在p总=101.3k
19、Pa时 273273)244.1772.0(tHH重点重点六、干球温度和湿球温度六、干球温度和湿球温度 对于某一定干球温度的湿对于某一定干球温度的湿空气，其相应的温度越低，空气，其相应的温度越低，湿球温度值越低，并且干球湿球温度值越低，并且干球温度大于湿球温度，温度大于湿球温度，而对于而对于饱和湿空气而言，其湿球温饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。度与干球温度相等。)(wttSQ)(,HHSkNwtSHwtNrQ)()(,HHcrtHHrkttwwwwtSHttStHw八、露点八、露点dt不饱和的湿空气在湿含量不变的情况下冷却，达到不饱和的湿空气在湿含量不变的情况下冷却，达到饱和状态时
20、的温度，称为该湿空气的露点饱和状态时的温度，称为该湿空气的露点，用符号，用符号 表示。表示。露点是湿空气的一个物理性质，当达到露点时，空气的湿度为露点是湿空气的一个物理性质，当达到露点时，空气的湿度为饱和湿度。当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸气便会以饱和湿度。当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸气便会以水的形式凝结出来。水的形式凝结出来。对于不饱和湿空气为对于不饱和湿空气为 对于饱和的湿空气则有对于饱和的湿空气则有 dt dwastttt dwastttt5.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算（本章重点）干燥过程的物料衡算与热量衡算（本章重点）5-2-1 湿物料中含水量的表示方法湿物料中含水
21、量的表示方法 一、湿基含水量一、湿基含水量 是是以湿物料为计算基准的水分的质量百分数以湿物料为计算基准的水分的质量百分数，即，即%100湿物料的总质量湿物料中水分的质量w二、干基含水量二、干基含水量 是以湿物料中绝对干物料为计算基准的水分的质量比，是以湿物料中绝对干物料为计算基准的水分的质量比，即即湿物料中水分质量与绝对干料的质量之比湿物料中水分质量与绝对干料的质量之比。量湿物料中绝干物料的质湿物料中水分的质量X 第一章第一章 蒸馏蒸馏本章重点：二组分连续精馏塔的本章重点：二组分连续精馏塔的计算计算 2）用相对挥发度表示的气液平衡关系）用相对挥发度表示的气液平衡关系蒸馏的依据是混合液中各组分挥
22、发度的不同。蒸馏的依据是混合液中各组分挥发度的不同。在一定在一定条件下纯组分的挥发度由该组分在给定条件下的饱和条件下纯组分的挥发度由该组分在给定条件下的饱和蒸气压表示。在混合溶液中，其挥发度用它在气相中蒸气压表示。在混合溶液中，其挥发度用它在气相中的分压与其液相中摩尔分率的比表示的分压与其液相中摩尔分率的比表示。AAAxpvBBBxpv=习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比习惯上将易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比称为相对挥发度，以称为相对挥发度，以 表示表示。BBAABAxpxpvv/=用相对挥发度表示的易挥发组分用相对挥发度表示的易挥发组分A的气液相平衡方程式的气液相
23、平衡方程式 xxy)1(1 在一定温度范围内，在一定温度范围内，可近似为常数。可近似为常数。值的大小反映了混值的大小反映了混合液分离的难易程度。若合液分离的难易程度。若=1，则表明这种混合液不能用普则表明这种混合液不能用普通方法分离。通方法分离。越大越大,分离越容易。分离越容易。3 两组分理想溶液的气液平衡相图两组分理想溶液的气液平衡相图蒸馏中常用的相图有恒压下的温度蒸馏中常用的相图有恒压下的温度-组成图和气液平衡相图。组成图和气液平衡相图。1）温度）温度-组成图（组成图（t-x-y图）图）蒸馏通常在一定外压下进行，溶液的温度随组成而变，故恒蒸馏通常在一定外压下进行，溶液的温度随组成而变，故恒
24、压下的温度组成图（压下的温度组成图（t-x-y图）对蒸馏过程的分析具有重要意图）对蒸馏过程的分析具有重要意义义。重点重点1.4 精馏原理和流程精馏原理和流程 1.4.1 精馏过程原理和条件精馏过程原理和条件精馏：精馏：利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分不断能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分
25、离，称该过程为精馏。中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。精馏的原理精馏的原理:多次部分汽化、多次的部分冷凝。多次部分汽化、多次的部分冷凝。精馏过程既传热又传质，属传质过程控制。精馏过程既传热又传质，属传质过程控制。1.5 两组分连续精馏的计算两组分连续精馏的计算计算内容：计算内容：馏出液及釜液的流量、塔板数馏出液及釜液的流量、塔板数或填料高度、或填料高度、进料口的位置、塔高、塔径等。进料口的位置、塔高、塔径等。1.5.1 理论板的概念及恒摩尔流假定理论板的概念及恒摩尔流假定1、理论板的概念、理论板的概念 理论板指离开该板的气相组成与离开该板的液相理论板指离开该板的气相组成与离开该板的
26、液相组成之间互成平衡的理想化塔板。组成之间互成平衡的理想化塔板。2、恒摩尔流假定恒摩尔流假定（1）恒摩尔气流）恒摩尔气流 精馏段：精馏段：V1=V2=Vn=V 提馏段：提馏段：V1=V2=Vn=V（除饱和液体（除饱和液体进料外进料外,其余其余 VV）（2）恒摩尔液流）恒摩尔液流 精馏段精馏段：L1=L2=Ln=L 提馏段：提馏段：LLLLm21恒摩尔流假定成立的条件恒摩尔流假定成立的条件：(1)各组分的摩尔汽化潜热相等；（主要条件）各组分的摩尔汽化潜热相等；（主要条件）(2)气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；(3)塔设备保温良好，热损失可以忽略
27、不计。塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。1.5.2 物料衡算和操作线方程物料衡算和操作线方程1、全塔物料衡算全塔物料衡算 WDFWDFWxDxFx（重点）（重点）塔顶易挥发组分的回收率塔顶易挥发组分的回收率塔底难挥发组分的回收率塔底难挥发组分的回收率%100FDDFxDx%100)1()1(FwWxFxW2、精馏段操作线方程、精馏段操作线方程DLR（重点）（重点）例例 用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙用连续精馏方法分离乙烯、乙烷混合物。已知进料中含乙烯烯0.88（摩尔分数，下同），流量为（摩尔分数，下同），流量为200kmol/h。今。今要求馏出液要求馏出液中乙烯的回收率为
28、中乙烯的回收率为99.5%，釜液中乙烷的回收率为，釜液中乙烷的回收率为99.4%，试，试求所得馏出液、釜液的流量和组成。求所得馏出液、釜液的流量和组成。DLVDnnDxLxVy1111RxxRRyDnn3、提馏段操作线方程提馏段操作线方程1.5.3 进料热状况的影响进料热状况的影响（1）过冷液体（温度低于泡点）；）过冷液体（温度低于泡点）；q1（2）饱和液体（温度等于泡点）；）饱和液体（温度等于泡点）；q=1（3）气液混合物（温度在泡点和露点之间）；）气液混合物（温度在泡点和露点之间）；0q1（4）饱和蒸气（温度等于露点）；）饱和蒸气（温度等于露点）；q=0（5）过热蒸气（温度高于露点）。）过
29、热蒸气（温度高于露点）。q1 q=1q=01q=0q0 过冷液体进料过冷液体进料 饱和液体进料饱和液体进料 气液混合物进料气液混合物进料 饱和蒸气进料饱和蒸气进料 过热蒸气进料过热蒸气进料 qFLLFqVV)1(1.5.4 理论板层数的求法理论板层数的求法 相平衡关系相平衡关系 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 1、逐板计算法逐板计算法VWxxVLywmm1逐板计算法是利用相平衡方程和操作线方程，根据塔顶馏出液逐板计算法是利用相平衡方程和操作线方程，根据塔顶馏出液或塔釜液的组成，从塔顶或塔底开始向塔的进料板方向计算。或塔釜液的组成，从塔顶或塔底开始向塔的进料板方向计算
30、。计算精馏段理论板数，利用精馏段操作线方程和相平计算精馏段理论板数，利用精馏段操作线方程和相平衡方程；计算提馏段理论板数，利用提馏段操作线方衡方程；计算提馏段理论板数，利用提馏段操作线方程和相平衡方程。程和相平衡方程。精馏段理论板数与提馏段理论板数之和，精馏段理论板数与提馏段理论板数之和，即为全塔理论板数。即为全塔理论板数。xxy)1(1111RxxRRyDnn2、q 线方程线方程在进料板上，同时满足精馏段和提馏段的物料衡在进料板上，同时满足精馏段和提馏段的物料衡算，故两操作线的交点落在进料板上。当算，故两操作线的交点落在进料板上。当q为定值，为定值，改变塔操作的回流比时，两操作线交点轨迹即改
31、变塔操作的回流比时，两操作线交点轨迹即q线。线。当一定操作回流比条件当一定操作回流比条件下，不同热状态对提馏下，不同热状态对提馏段存在显著的影响段存在显著的影响 DDxLxVyWWxxLyV11qxxqqyF（重点）（重点）3 图解法图解法（1）在直角坐标系中绘出）在直角坐标系中绘出物系的相平衡曲线和对角线物系的相平衡曲线和对角线。（2）绘出精馏段操作线）绘出精馏段操作线（精馏段操作线通过（精馏段操作线通过D、C两点）。两点）。（3）绘出）绘出q线线 （q线与精线与精馏段操作线相交于馏段操作线相交于Q点点）（4）连接）连接W点与点与q线与精馏线与精馏段操作线的交点段操作线的交点Q，得到提馏得到
32、提馏段操作线。段操作线。（5）在平衡线与精馏段操作线之间作梯级）在平衡线与精馏段操作线之间作梯级，当梯级跨过两操作，当梯级跨过两操作线的交点时，应改在提馏段操作线与平衡线之间作梯级，直至梯线的交点时，应改在提馏段操作线与平衡线之间作梯级，直至梯级达到或跨过点级达到或跨过点w为止。此时，为止。此时，梯级数梯级数N（含再沸器）含再沸器）为所求的为所求的理论塔板数理论塔板数N，跨过两操作线交点的板为进料板。跨过两操作线交点的板为进料板。qDqDxxyxRR1minminqqqDxyyxRmin（重点）（重点）3、适宜回流比适宜回流比以获得精馏总成本最低的回流以获得精馏总成本最低的回流比为最优回流比。
33、总成本为投资费比为最优回流比。总成本为投资费用和操作费用之和。用和操作费用之和。操作费用和投资费用之和最操作费用和投资费用之和最小的回流比为最适宜的回流比小的回流比为最适宜的回流比。这一回流比这一回流比R通常选最小回流比倍数通常选最小回流比倍数经验范围：大多数文献建议经验范围：大多数文献建议 R=（1.12.0）Rmin1.7 1.7 恒沸精馏和萃取精馏恒沸精馏和萃取精馏恒沸精馏和萃取精馏方法的应用条件：恒沸精馏和萃取精馏方法的应用条件：（1）一些具有恒沸点的非理想溶液；）一些具有恒沸点的非理想溶液；（2）有些相对挥发度接近）有些相对挥发度接近1的体系。的体系。1.7.1 恒沸精馏恒沸精馏在双
34、组分混合液中加入第三组分（称为夹带剂），该组分在双组分混合液中加入第三组分（称为夹带剂），该组分能与原溶液中的一个或两个组分形成一新的最低恒沸物，恒沸能与原溶液中的一个或两个组分形成一新的最低恒沸物，恒沸物从塔顶蒸出，塔底引出较纯产品，这种精馏称之为恒沸精馏物从塔顶蒸出，塔底引出较纯产品，这种精馏称之为恒沸精馏。乙醇乙醇-水常压下恒沸点为水常压下恒沸点为78.15，其恒沸点组成是，乙醇，其恒沸点组成是，乙醇0.894，水水0.006（摩尔分数）。当加入夹带剂苯时，即可形成更低沸点（摩尔分数）。当加入夹带剂苯时，即可形成更低沸点的三元恒沸物。其组成是：苯的三元恒沸物。其组成是：苯0.544，乙醇
35、，乙醇0.23，水，水0.226，沸点，沸点为为64.6。在较低温度下，苯与乙醇、水不互溶而分层，从而。在较低温度下，苯与乙醇、水不互溶而分层，从而苯被分离出来。苯被分离出来。对夹带剂的要求是：对夹带剂的要求是：夹带剂应能与被分离组分形成新的恒沸物，且该恒沸物易于和夹带剂应能与被分离组分形成新的恒沸物，且该恒沸物易于和塔底组分分离；塔底组分分离；新恒沸物中夹带剂的含量要少新恒沸物中夹带剂的含量要少；新恒沸物最好为非均相混合物新恒沸物最好为非均相混合物；价格低廉、安全可靠。价格低廉、安全可靠。1.7.2 萃取精馏萃取精馏 萃取精馏是向原料液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以萃取精馏是向原料液
36、中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原组分间的相对挥发度而达到分离要求的特殊精馏方法。改变原组分间的相对挥发度而达到分离要求的特殊精馏方法。萃萃取剂本身挥发性很小，不与混合物形成共沸物，却能显著地增大取剂本身挥发性很小，不与混合物形成共沸物，却能显著地增大原混合物组分间的相对挥发度，以便采用精馏方法加以分离。原混合物组分间的相对挥发度，以便采用精馏方法加以分离。常常压下环己烷与苯相对挥发度接近，若以糠醛作为萃取剂，则苯压下环己烷与苯相对挥发度接近，若以糠醛作为萃取剂，则苯由易挥发组分变为难挥发组分，且相对挥发度发生显著改变。由易挥发组分变为难挥发组分，且相对挥发度发生显著改变。苯苯的沸点
37、的沸点80.1，环己烷的沸点环己烷的沸点80.73 选择萃取剂的原则：选择萃取剂的原则：萃取剂应使原组分间相对挥发度发生显著的变化；萃取剂应使原组分间相对挥发度发生显著的变化；萃取剂本身的挥发性小，萃取剂本身的挥发性小，且不与原组分形成恒沸物；且不与原组分形成恒沸物；无毒、无腐蚀性，热稳定性高无毒、无腐蚀性，热稳定性高；来源方便，来源方便，价格低廉。价格低廉。与恒沸精馏相比，与恒沸精馏相比，萃取精馏具有以下特点：可以作为萃取精馏具有以下特点：可以作为萃取剂的物质较多，故萃取剂比夹带剂易于选择；萃取剂萃取剂的物质较多，故萃取剂比夹带剂易于选择；萃取剂以液态从塔顶加入，从塔底流出，不像夹带剂以气态
38、形式夹以液态从塔顶加入，从塔底流出，不像夹带剂以气态形式夹带组分从塔顶流出，故萃取精馏的能耗较少；萃取剂的加带组分从塔顶流出，故萃取精馏的能耗较少；萃取剂的加入量可以在较大范围内变动，而适宜夹带剂的量多为一定，入量可以在较大范围内变动，而适宜夹带剂的量多为一定，故萃取精馏的操作方式灵活，易控制；萃取精馏不宜采用故萃取精馏的操作方式灵活，易控制；萃取精馏不宜采用间歇操作，而恒沸精馏则可采用间歇操作方式。间歇操作，而恒沸精馏则可采用间歇操作方式。本章重点：填料吸收塔的工本章重点：填料吸收塔的工艺计算艺计算第第2章章 吸收吸收2-1-1 气体的溶解度气体的溶解度 在一定温度和压力下，气液两相接触时将
39、发生溶质气体向液在一定温度和压力下，气液两相接触时将发生溶质气体向液相转移，使其在液相中的浓度增加，当长期充分接触后，液相相转移，使其在液相中的浓度增加，当长期充分接触后，液相中溶质浓度不再增加达到饱和，这时两相达到相平衡。此时，中溶质浓度不再增加达到饱和，这时两相达到相平衡。此时，溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度。简称为溶解度。溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度。简称为溶解度。溶解度随温度和溶质气体的分压不同而不同，溶解度随温度和溶质气体的分压不同而不同，平衡时溶质在平衡时溶质在气相中的分压称为平衡分压气相中的分压称为平衡分压。溶质组分在两相中的组成服溶质组分在两相中的组成服从相平衡关系。从相
40、平衡关系。加压和降温有利于吸收操作，反之，升温和减压对解加压和降温有利于吸收操作，反之，升温和减压对解吸有利吸有利。但加压、减压费用太高一般不采用但加压、减压费用太高一般不采用。2.1 气体吸收的相平衡关系气体吸收的相平衡关系2-1-2 亨利定律亨利定律 （适用于稀溶液）（适用于稀溶液）当总压不高（一般小于当总压不高（一般小于500KPa500KPa）时，在一定温度下，稀溶时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着液上方气相中溶质的平衡分压与其在液相中的浓度之间存在着如下的关系：如下的关系：式中式中:Pi:Pi*-溶质溶质A A在气相中的平衡分压在气相中的平衡
41、分压,kPakPa xi-xi-溶质在液相中的摩尔分率溶质在液相中的摩尔分率 ,E,E亨亨利系数，利系数，kPakPa说明：同一溶剂中，易溶气体的说明：同一溶剂中，易溶气体的E值很小，难溶的很大。值很小，难溶的很大。亨利定律其它几种表达形式亨利定律其它几种表达形式:iiExp Hcpiiiimxy 亨利定律各系数之间的关系亨利定律各系数之间的关系:ssEMHPEm yyY1数气相中惰性气体的摩尔气相中溶质的摩尔数xxX1液相中溶剂的摩尔数液相中溶质的摩尔数iimXY（重点）（重点）H值随温度升高而减小，易溶气体值随温度升高而减小，易溶气体H值大，难溶则小值大，难溶则小2.1.3 吸收剂的选择：
42、吸收剂的选择：P48（）对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有）对被吸收的组分要有较大的溶解度，且有较好的选择性。较好的选择性。（）要有较低的蒸气压，（）要有较低的蒸气压，以减少吸收过程中溶以减少吸收过程中溶剂的挥发损失剂的挥发损失。（）（）要有较好的化学稳定性要有较好的化学稳定性，以免使用过程，以免使用过程中变质。中变质。（）（）腐蚀性要小腐蚀性要小,以减小设备费用和维修费。以减小设备费用和维修费。（5）吸收后的溶剂应易于再生。吸收后的溶剂应易于再生。2.1.4 相平衡关系在吸收过程中的应用相平衡关系在吸收过程中的应用P53P531 1判断传质进行的方向判断传质进行的方向 不平衡的气液两相接触
43、后所发生的传质过程是吸不平衡的气液两相接触后所发生的传质过程是吸收还是解吸，取决于相平衡关系。收还是解吸，取决于相平衡关系。iiiiXXYY或）(iiiiXXYY或）(iiiiXXYY或）(吸收过程吸收过程平衡过程平衡过程解吸过程解吸过程2确定传质的推动力确定传质的推动力在吸收过程中，通常在吸收过程中，通常以以实际的气、液相组成与实际的气、液相组成与其平衡组成的偏离程度其平衡组成的偏离程度来表示吸收过程推动力。来表示吸收过程推动力。实际组成偏离平衡组成实际组成偏离平衡组成越远，过程推动力越大，越远，过程推动力越大，过程速率也越快。过程速率也越快。iiYYYiiXXX以以气相表示的吸收过程推动力
44、气相表示的吸收过程推动力以以液相表示的吸收过程推动力液相表示的吸收过程推动力2.3 吸收塔的计算（本章重点）吸收塔的计算（本章重点）已知：已知：V-惰性气体的摩尔流量惰性气体的摩尔流量,kmol/h Y1-进塔气体中溶质摩尔比进塔气体中溶质摩尔比 Y2-离离 塔气体中溶质摩尔比塔气体中溶质摩尔比 X2-进塔吸收液中溶质的摩尔比进塔吸收液中溶质的摩尔比求：求：(1)完成分离任务所需吸收剂的用量完成分离任务所需吸收剂的用量L (2)出塔液体中溶质的摩尔比出塔液体中溶质的摩尔比X1 (3)所需的填料层高度所需的填料层高度Z (4)填料塔塔径填料塔塔径D2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程吸收塔的
45、物料衡算与操作线方程 )(11XVLYXVLY2121XXYYVL出塔气体摩尔比出塔气体摩尔比Y Y2 2 的给出形式的给出形式:（1 1）如果溶质是有害气体，一般直接规定）如果溶质是有害气体，一般直接规定Y Y2 2的值。的值。（2 2）如果吸收的目的是回收有用物质，则以回收率）如果吸收的目的是回收有用物质，则以回收率的形式给出。的形式给出。（重要）（重要）121 VY)YV(Y 进塔气体的溶质量被吸收的溶质量A 2.3.2 吸收剂的用量的决定吸收剂的用量的决定)1(12AYY（重要）（重要）2121min)(XXYYVL若若平衡关系可用平衡关系可用mXY 2121min)(XmYYYVL（
46、重点）（重点）吸收剂用量的大小从设备费和操作费两方面影响生产吸收剂用量的大小从设备费和操作费两方面影响生产过程的经济效益过程的经济效益，应权衡利弊，选择适宜液气比，使，应权衡利弊，选择适宜液气比，使总费用为最小。一般情况下总费用为最小。一般情况下P74例例2-8min)(0.21.1(VLVL2-3-3 塔径的计算塔径的计算uVuVDSS44Vs-在操作条件下混合气体的体在操作条件下混合气体的体积流量积流量，m3/s u-混合气体的空塔速度，混合气体的空塔速度，m/s 在吸收过程中，由于溶质不断进入液相，故混合气体在吸收过程中，由于溶质不断进入液相，故混合气体流量由塔底至塔顶逐渐渐小。流量由塔
47、底至塔顶逐渐渐小。在计算塔径时，一般应在计算塔径时，一般应以塔底的气体流量为依据。以塔底的气体流量为依据。2.3.4 填料层高度的计算填料层高度的计算塔截面积填料层体积Z)m/m(m1)m(323 2积填料提供的有效传质面总传质面积填料层体积 吸收速率方程传质速率物料衡算吸收负荷总传质面积)sm/molk()s/molk(21、填料层高度的基本计算式、填料层高度的基本计算式2）脱吸因数）脱吸因数(S)法（吸收因数法法（吸收因数法A)应用前提是：在吸收过程涉及的浓度范围内平衡关系应用前提是：在吸收过程涉及的浓度范围内平衡关系可以用线性方程可以用线性方程 Y*=mX+b(注：注：b可以可以0或或0
48、)表示的表示的情况情况。mVLA 吸收因数吸收因数脱吸因数脱吸因数LmVAS11212)(*YYYYOGbmXYdYYYdYNX=X2+V/L（Y-Y2）),()1(11*22*21*22*21YYYYSfSYYYYSLnSNOGAmXYmXYAANOG1)11(ln1112221（重点）（重点）P1183）对数平均推动力法）对数平均推动力法应用前提：在吸收过程涉及应用前提：在吸收过程涉及的浓度范围内平衡关系可以的浓度范围内平衡关系可以用线性方程用线性方程Y*=mX+b(注：注：b可以可以0或或0)表示的情况。表示的情况。)(2121YdYYYYdYmYYYYOGYYYYYLnYYYYYYdY
49、YYYYYdYN2121212121211212)(2121YYLnYYYmmoGYYYN21（重点）（重点）（重点）（重点）mY气相对数平均推动力。气相对数平均推动力。同理，液相总传质单元数为：同理，液相总传质单元数为：1221XXmOLXXXXdXN)ln()()(ln221122112121XXXXXXXXXXXXXm221YY221XX或或可用算术平均值代替对数平均可用算术平均值代替对数平均值。值。mX液相对数平均推动力液相对数平均推动力第第3 3章章 蒸馏和吸收塔设备蒸馏和吸收塔设备3.1 3.1 概述概述 1 1、塔设备基本功能、塔设备基本功能 （1 1）是为混合物的气、液两相提供
50、多级的充分、有）是为混合物的气、液两相提供多级的充分、有效的接触与及时、完全分离的条件；效的接触与及时、完全分离的条件；（2 2）在塔内使气、液两相最大限度接近逆流，以提）在塔内使气、液两相最大限度接近逆流，以提供最大的传质推动力。供最大的传质推动力。2 2、塔、塔设备性能评价指标设备性能评价指标生产能力、分离效率、操作弹性。生产能力、分离效率、操作弹性。3、塔设备的分类、塔设备的分类板式塔和填料塔板式塔和填料塔 3.2 板式塔板式塔板式塔性能要求：板式塔性能要求：生产能力大；生产能力大；塔板效率高；塔板效率高；具有适当的操作弹性；具有适当的操作弹性；塔板阻力小；塔板阻力小；塔结构简单，易于加
