化原总复习

)?G(Lmin

Y1?Y20.0309?0.00062?234??234?1.57?367.38kmol/hX1,max?X20.0193?0L?1.6Lmin?367.38?1.6?587.8kmol/h Y1?Y2L0.0309?0.00062587.8G*

?X1?X2*

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蒸 馏––––基本概念和基本原理

1.蒸馏与精馏原理 1)蒸馏:利用各组分 将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操作称为蒸馏。该分离操作是通过液相和气相之间的 传递过程来实现的。(方向)

精馏:用精馏操作依据是_____________,操作的必要条件是_______________。 精馏与普通蒸馏的本质区别_______。 2)蒸馏与吸收区别

对于均相物系,必须造成一个两相物系才能将均相混合物分离。蒸馏操作采用改变状态参数的办法(如加热和冷却)使混合物系内部产生出第二个物相(气相);吸收操作中则采用从外界引入另一相物质(吸收剂)的办法形成两相系统。

2.双组份溶液的汽液相平衡

?x1)

y?X1?0.0121 1?(??1)xα愈大,挥发度差异愈大,分离愈易;α=1时不能用普通精馏方法分离。 2)气液平衡相图

A.温度—组成(t-x-y)图 该图由饱和蒸汽线( 线)、饱和液体线( 线)组成,饱和液体线以下区域为 ,饱和蒸汽线上方区域为 ,两曲线之间区域为 。

气液两相呈平衡状态时,气液两相温度 ,但气相组成 液相组成;若气液两相组成相

同,则气相露点温度 液相泡点温度。

B.x-y图

x-y图表示液相组成x与之平衡的气相组成y之间的关系曲线图,平衡线位于对角线的上方。平衡线偏离对角线愈远,表示该溶液愈 分离。总压对平衡曲线影响不大。 3.

总物料衡算: F=D+W

易挥发组分: FxF=DxD+WxW

塔顶易挥发组分回收率: ηD=(DxD/FxF)x100%

塔底难挥发组分回收率: ηW=[W(1-xW)/F(1-xF)]x100% 4. 平衡关系和操作关系

xn yn

yn?1 xn当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时,该塔板称为理论板。 精馏塔中第n-1,n,n+1块理论板,yn+1xn-1。 精馏塔中第n-1,n,n+1块实际板,xn*yn。

Rx1)精馏段操作线方程

yn?1?xn?D R?1R?1 WxWL?qFym?1'?xm'?2)提馏段操作线方程 L?qF?WL?qF?W xFqy?x?3)q(进料)线方程 q?1q?1不同进料热状况下的q值 进料热状况 q值 冷液体 >1 饱和液体 1 气液混合物 0~1 饱和蒸汽 0 过热蒸汽 <0 对于饱和液体、气液混合物和饱和蒸汽进料而言,q值=进料中的液相分率。 c?t?rpq?R=L/D——回流比 L`=L+qF V` = V+(q—1)F

r

x?yqxD?yqRmin q线 Rmin?D?交点 yq?xq Rmin?1xD?xq 平衡线

练习:xF=,xD=96%, α=,汽液混合进料,气相分率1/3。R=,全凝器泡点回流。 (1)精馏段、提馏段操作线方程 (2)第二块塔板上升蒸汽组成

饱和液体进料时:xq=xF 饱和蒸汽进料时:yq=yF

回流比R增大或减小时所需理论板数如何变(定性)

精馏设计中,当回流比增大时所需理论板数减少,同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增加,塔顶冷凝器中冷却介质消耗量增加,操作费用相应增加,所需塔径增大。

精馏操作时,若F、D、xF、q、R、加料板位置都不变,将塔顶泡点回流改为冷回流,则塔顶产品组成xD 。

精馏设计中,回流比愈大,操作能耗 ,随着回流比逐渐增大,操作费和设备费的总和将呈现 。

练习:

设计精馏塔时,若F、xF、xD、xW均为定值,将进料热状况从q=1变为q>1,但回流比取值相同,则所需理论塔板数将_______,塔顶冷凝器热负荷______ ,塔釜再沸器热负荷______。

A变大,B变小, C不变, D不一定

q变化对NT影响及分离精度、热负荷影响:冷料,需NT少,分离精度↑、热负荷↑ 1)精馏塔中由塔顶向下的第n-1、n、n+I层塔板,其汽相组成关系为_________。

2)操作中的精馏塔,保持F、xF、q 、R不变,增加W,则L/V_______, V’ _______。 A. 增加; B. 不变;C. 不确定;D.减小。

3)某二元物系,相对挥发度α=3,对n-1、n两层理论板,在全回流条件下,xn=,则 yn+1=____。 4)操作中的精馏塔,保持F、xD、 q 、 xW 、 V’ 不变减小 xF ,则有_________。 A. D增加,R减小;B. D不变,R增加;C. D减小,R增加;D. D减小,R不变。

5)精馏塔设计中,回流比越_____所需理论板数越少,操作能耗__________ 。但随着回流比的逐渐增大,操作费用设备费的总和将呈现_____ ___变化过程。

6)操作中,若提馏段上升蒸汽量V’增加,而回流量和进料状态(F,xF,q)仍保持不变,则R_____,xD_____,xw_____,L′/V′_____。

7)连续精馏塔操作时,若减少塔釜加热蒸汽量,而保持馏出量D和进料状况(F, xF,q)不变时,则L/V___ ,L′/V′__,xD______ ,xW______ 。

A变大, B变小, C不变, D不一定 5.板效率和实际塔板数

**

单板效率(默弗里效率)EmG=(yn—yn+1)/(yn—yn+1) EmL=(xn-1—xn)/(xn-1—xn) 全塔效率E=(NT/NP)x100% 练习:

1. 在常压连续精馏塔内分离某理想二元混合物。已知进料量为 100 kmol/h, 其组成为(摩尔分率,下同);釜残液流量为45 kmol/h,其组成为;进料为泡点进料;塔顶采用全凝器,泡点回流,操作回流比为最小回流比的倍;物系的平均相对挥发度为。 (1)计算塔釜重组分的收率; (2)求出提馏段操作线方程。

2. 在一连续精馏塔中分离某二元理想混合物。已知原料液的流量为100 kmol/h,组成为(易挥发组分的摩尔分率,下同),泡点进料;塔顶采用全凝器,泡点回流,操作回流比为最小回流比的 倍;操作条件下平均挥发度为 ;测得现场操作数据:xn-1=, xn= 。若要求轻组分的回收率为97% ,塔釜残液组成为 。试求: (1)塔顶产品的流量和组成; (2)操作回流比;

(3)第n块塔板的气相默弗里板效率。

3. 某二元混合物以饱和蒸汽状态加入精馏塔的中部,已知 xF=,x D =,xw= ,平均相对挥发度 α=3,操作回流比为最小回流比的 2倍。塔底直接蒸汽加热,每层塔板的单板效率EMV =,。试求: (1)塔顶采出率D/F

(2)进入第一块实际板(由塔顶向下)的汽相组成。

6. 负荷性能图

如板式塔设计不合理或操作不当,可能产生 、 、 等不正常现象,使塔无法正常工作。

负荷性能图五条线:分别是 、 、 、 和 。 塔板的操作弹性是指_ __。

在板式塔:筛板塔、浮阀塔和泡罩塔中操作弹性最大的是 。

例:如图所示为某塔板的负荷性能图,A点为操作点。试根据该图 (1)确定塔板的气、液负荷;

(2)判断塔板的操作上、下限各为什么控制; (3)计算塔板的操作弹性。

33

解:操作点A的坐标值即为塔板的气液负荷,由附图查得 Vh=2300m/h, Lh=8.5m/h

(2)连接OA,即作出操作线。由操作线与负荷性能图上曲线的交点B、C可知,该筛板的操作上限为液泛控制,操作下限为漏液控制。

(3)由图中交点B、C查得 操作弹性:

P292-293 作业6-8 6- 11 6- 15

干 燥––––基本概念和基本原理

1.干湿球温度计工作原理

不饱和湿空气 水分汽化:向气相主体传递 温度差

t (汽化热为水分本身温度降

热量传递 低放出的显热) 水

气体 (l→g) tw 湿度差 热量由气相主气相温度下降 体传递给水分 不饱和湿空气tW 质量传递 达平衡 (g → l) 温度维持恒定

2. H-I图及应用:

1)湿空气H–I图构成:由( )线群、( )线群、( )线群、( )线群和( )线组成。

练习:不饱和湿空气当温度升高时,湿球温度 ,绝对湿度 ,相对湿度 ,露点 ,焓 。

td: 等H至=100% tas: 等I至=100%

不饱和空气:t>tas(或tw)>td. 饱和空气:t=tas=td.

2)如何判断湿空气的两个性质参数是否相互独立

注:pV、 td 、H----不是独立参数; tW、 tas 、I----不是独立参数 其它两个参数均可确定空气的状态点

练习:若已知湿空气的性质参数( ),则可在H–I图确定湿空气的状态。 ① H、t ② H、td ③ I、tw ④ I、 ⑤ H、tw ⑥ H、pV ⑦ H、

例:已知湿空气的下列任一对参数:t-tw,t-td,t-,可由湿焓图查得其它参数。

A(t , tw) A(t , td) A(t , )

练习:在总压为下,已知湿空气的某些参数。利用湿空气的H–I图查出附表中空格项的数值,并绘出分题4的求解过程示意图。

湿度焓序干球湿球温相对/(kg/kg绝/(kg/kg绝号 温度/(℃) 度/(℃) 湿度/(%) 干气) 干气) 1 2 3 4 60 40 20 30 35 25 18 27 37 35 75 90 140 80 50 95 水汽露分压点/(℃) /(kPa) 4 35 25 18 P325 作业7-4 7-5

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