液體精餾
蒸餾的目的及基本依據
蒸餾的目的是分離液體混合物, 它的基本依據 ( 原理 ) 是液體中各組分揮發度的不同。
主要操作費用
塔釜的加熱和塔頂的冷卻。
雙組份汽液平衡自由度
自由度為 2(P 一定, t ~ x 或 y ; t 一定, P ~ x 或 y) ; P 一定後, 自由度為 1 。
泡點
泡點指液相混合物加熱至出現第一個汽泡時的溫度。
露點
露點指氣相混合物冷卻至出現第一個液滴時的溫度。
非理想物系
汽液相平衡關係偏離拉烏爾定律的成為非理想物系。
總壓對相對揮發度的影響
壓力降低, 相對揮發度增加。
平衡蒸餾
連續過程且一級平衡。
簡單蒸餾
間歇過程且暫態一級平衡。
連續精餾
連續過程且多級平衡。
間歇精餾
時變過程且多級平衡。
特殊精餾
恒沸精餾、萃取精餾等加第三組分改變α。
實現精餾的必要條件
回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升, 實現汽液傳質、高度分離。
理論板
離開該板的汽液兩相達到相平衡的理想化塔板。
板效率
經過一塊塔板之後的實際增濃與理想增濃之比。
恒摩爾流假設及主要條件
在沒有加料、出料的情況下, 塔段內的汽相或液相摩爾流率各自不變。 組分摩爾汽化熱相近, 熱損失不計, 顯熱差不計。
加料熱狀態參數 q 值的含義及取值範圍
一摩爾加料加熱至飽和汽體所需熱量與摩爾汽化潛熱之比, 表明加料熱狀態。 取值範圍: q1 冷液。
建立操作線的依據
塔段物料衡算。
相平衡常數
相平衡方程
物料衡算
輕組分回收率
默弗裡板效率
q線方程
塔內氣液流率
精餾段操作方程
提餾段操作方程
最小回流比
芬斯克方程
氣液傳質設備
板式塔的設計意圖
①氣液兩相在塔板上充分接觸,②總體上氣液逆流,提供最大推動力。
對傳質過程最有利的理想流動條件
總體兩相逆流,每塊板上均勻錯流。
三種氣液接觸狀態
鼓泡狀態:氣量低,氣泡數量少,液層清晰。泡沫狀態:氣量較大,液體大部分以液膜形式存在於氣泡之間,但仍為連續相。噴射狀態:氣量很大,液體以液滴形式存在,氣相為連續相。
轉相點
由泡沫狀態轉為噴射狀態的臨界點。
板式塔內主要的非理想流動
液沫夾帶、氣泡夾帶、氣體的不均勻流動、液體的不均勻流動。
板式塔的不正常操作現象
夾帶液泛、溢流液泛、漏液。
篩板塔負荷性能圖
將篩板塔的可操作範圍在汽、液流量圖上表示出來。
濕板效率
考慮了液沫夾帶影響的塔板效率。
全塔效率
全塔的理論板數與實際板數之比。
操作彈性
上、下操作極限的氣體流量之比。
常用塔板類型
篩孔塔板、泡罩塔板、浮閥塔板、舌形塔板、網孔塔板等。
填料的主要特性參數
①比表面積a,②空隙率ε,③填料的幾何形狀。
常用填料類型
拉西環,鮑爾環,弧鞍形填料,矩鞍形填料,階梯形填料,網體填料等。
載點
填料塔內隨著氣速逐漸由小到大,氣液兩相流動的交互影響開始變得比較顯著時的操作狀態為載點。
泛點
氣速增大至出現每米填料壓降陡增的轉捩點即為泛點。
最小噴淋密度
保證填料表面潤濕、保持一定的傳質效果所需的液體速度。
等板高度 HETP
分離效果相當於一塊理論板的填料層高度。
填料塔與板式塔的比較
填料塔操作範圍小,宜處理不易聚合的清潔物料,不易中間換熱,處理量較小,造價便宜,較宜處理易起泡、腐蝕性、熱敏性物料,能適應真空操作。板式塔適合於要求操作範圍大,易聚合或含固體懸浮物,處理量較大,設計要求比較準確的場合。
全塔效率
填料塔高度
液液萃取
萃取的目的及原理
目的是分離液液混合物。原理是混合物各組分溶解度的不同。
溶劑的必要條件
①與物料中的B組份不完全互溶,②對A組份具有選擇性的溶解度。
臨界混溶點
相平衡的兩相無限趨近變成一相時的組成所對應的點。
和點
兩股流量的平均濃度在相圖所對應的點。
差點
和點的流量減去一股流量後剩餘的濃度在相圖所對應的點。
分配曲線
相平衡的 y A ~x A 曲線。
最小溶劑比
當萃取相達到指定濃度所需理論級為無窮多時,相應的 S/F 為最小溶劑比。
選擇性係數
β =(y A /y B )/(x A /x B ) 。
操作溫度對萃取的影響
溫度低, B 、 S 互溶度小,相平衡有利些,但粘度大等對操作不利,所以要適當選擇。
分配係數
選擇性係數
單級萃取
;
;
其他傳質分離方法
溶液結晶操作的基本原理
溶液的過飽和。
造成過飽和度方法
冷卻,蒸發濃縮。
晶習
各晶面速率生長不同, 形成不同晶體外形的習性。
溶解度曲線
結晶體與溶液達到相平衡時,溶液濃度隨溫度的變化曲線。
超溶解度曲線
溶液開始析出結晶的濃度大於溶解度,溶液濃度隨溫度的變化曲線為超溶解度曲線,超溶解度曲線在溶解度曲線之上。
溶液結晶的兩個階段
晶核生成,晶體成長。
晶核的生成方式
初級均相成核,初級非均相成核,二次成核。
再結晶現象
小晶體溶解與大晶體成長同時發生的現象。
過飽和度對結晶速率的影響
過飽和度 Δ C 大,有利於成核;過飽和度 Δ C 小,有利於晶體成長。
吸附現象
流體中的吸附質借助于范德華力而富集於吸附劑固體表面的現象。
物理吸附與化學吸附的區別
物理吸附靠吸附劑與吸附質之間的范德華力,吸附熱較小;化學吸附靠吸附劑與吸附質之間的化學鍵合,吸附熱較大。
吸附分離的基本原理
吸附劑對流體中各組分選擇性的吸附。
常用的吸附解吸迴圈
變溫吸附,變壓吸附,變濃度吸附,置換吸附。
常用吸附劑
活性炭,矽膠,活性氧化鋁,活性土,沸石分子篩,吸附樹脂等。
吸附等溫線
在一定的溫度下,吸附相平衡濃度隨流體相濃度變化的曲線。
傳質內擴散的四種類型
分子擴散,努森擴散,表面擴散,固體 ( 晶體 ) 擴散。
負荷曲線
固定床吸附器中,固體相濃度隨距離的變化曲線稱為負荷曲線。
濃度波
固定床吸附器中,流體相濃度隨距離的變化曲線稱為濃度波。
透過曲線
吸附器出口流體相濃度隨時間的變化稱為透過曲線。
總物料衡算式
傳質區計算式
濕度
焓
比容
濕球溫度
絕熱飽和溫度
路易士規則
空氣-水系統
℃
,
固體乾燥
物料去濕的常用方法
機械去濕、吸附或抽真空去濕、供熱乾燥等。
對流乾燥過程的特點
熱質同時傳遞。
主要操作費用
空氣預熱、中間加熱。
t as 與 t W 在物理含義上的差別
t as 由熱量衡算匯出,屬於靜力學問題; t W 是傳熱傳質速率均衡的結果,屬於動力學問題。
改變濕空氣溫度、濕度的工程措施
加熱、冷卻可以改變濕空氣溫度;噴水可以增加濕空氣的濕度,也可以降低濕空氣的濕度,比如噴的是冷水,使濕空氣中的水分析出。
平衡蒸汽壓曲線
物料平衡含水量與空氣相對濕度的關係曲線。
結合水與非結合水
平衡水蒸汽壓開始小於飽和蒸汽壓的含水量為結合水,超出部分為非結合水。
平衡含水量
指定空氣條件下,物料被乾燥的極限為平衡含水量。
自由含水量
物料含水超出平衡含水量的那部分為自由含水量。
臨界含水量及其影響因素
在恒定的空氣條件下,乾燥速率由恒速段向降速段轉折的對應含水量為臨界含水量 Xc 。它與物料本身性質、結構、分散程度、乾燥介質( u 、 t 、 H )有關。
乾燥速率對產品性質的影響
乾燥速率太大會引起物料表面結殼,收縮變形,開裂等等。
連續乾燥過程的特點
乾燥過程可分為三個階段,預熱段、表面汽化段、升溫段。
熱效率
熱效率 η等於汽化水分、物料升溫需熱 / 供熱。
理想乾燥過程的條件
①預熱段、升溫段、熱損失忽略不計;②水分都在表面汽化段除去。
提高熱效率的措施
提高進口氣溫 t 1 ,降低出口氣溫 t 2 ,採用中間加熱,廢氣再迴圈。
乾燥速率
恒速段速率
間隙乾燥
恒速段時間:
降速段時間:
(近似處理
)
連續乾燥
物料衡算
熱量衡算
;
預熱器
;
理想乾燥
熱效率
;當
時
芬斯克方程
氣液傳質設備
板式塔的設計意圖
①氣液兩相在塔板上充分接觸,②總體上氣液逆流,提供最大推動力。
對傳質過程最有利的理想流動條件
總體兩相逆流,每塊板上均勻錯流。
三種氣液接觸狀態
鼓泡狀態:氣量低,氣泡數量少,液層清晰。泡沫狀態:氣量較大,液體大部分以液膜形式存在於氣泡之間,但仍為連續相。噴射狀態:氣量很大,液體以液滴形式存在,氣相為連續相。
轉相點
由泡沫狀態轉為噴射狀態的臨界點。
板式塔內主要的非理想流動
液沫夾帶、氣泡夾帶、氣體的不均勻流動、液體的不均勻流動。
板式塔的不正常操作現象
夾帶液泛、溢流液泛、漏液。
篩板塔負荷性能圖
將篩板塔的可操作範圍在汽、液流量圖上表示出來。
濕板效率
考慮了液沫夾帶影響的塔板效率。
全塔效率
全塔的理論板數與實際板數之比。
操作彈性
上、下操作極限的氣體流量之比。
常用塔板類型
篩孔塔板、泡罩塔板、浮閥塔板、舌形塔板、網孔塔板等。
填料的主要特性參數
①比表面積a,②空隙率ε,③填料的幾何形狀。
常用填料類型
拉西環,鮑爾環,弧鞍形填料,矩鞍形填料,階梯形填料,網體填料等。
載點
填料塔內隨著氣速逐漸由小到大,氣液兩相流動的交互影響開始變得比較顯著時的操作狀態為載點。
泛點
氣速增大至出現每米填料壓降陡增的轉捩點即為泛點。
最小噴淋密度
保證填料表面潤濕、保持一定的傳質效果所需的液體速度。
等板高度 HETP
分離效果相當於一塊理論板的填料層高度。
填料塔與板式塔的比較
填料塔操作範圍小,宜處理不易聚合的清潔物料,不易中間換熱,處理量較小,造價便宜,較宜處理易起泡、腐蝕性、熱敏性物料,能適應真空操作。板式塔適合於要求操作範圍大,易聚合或含固體懸浮物,處理量較大,設計要求比較準確的場合。
全塔效率
填料塔高度
液液萃取
萃取的目的及原理
目的是分離液液混合物。原理是混合物各組分溶解度的不同。
溶劑的必要條件
①與物料中的B組份不完全互溶,②對A組份具有選擇性的溶解度。
臨界混溶點
相平衡的兩相無限趨近變成一相時的組成所對應的點。
和點
兩股流量的平均濃度在相圖所對應的點。
差點
和點的流量減去一股流量後剩餘的濃度在相圖所對應的點。
分配曲線
相平衡的 y A ~x A 曲線。
最小溶劑比
當萃取相達到指定濃度所需理論級為無窮多時,相應的 S/F 為最小溶劑比。
選擇性係數
β =(y A /y B )/(x A /x B ) 。
操作溫度對萃取的影響
溫度低, B 、 S 互溶度小,相平衡有利些,但粘度大等對操作不利,所以要適當選擇。
分配係數
選擇性係數
單級萃取
;
;
其他傳質分離方法
溶液結晶操作的基本原理
溶液的過飽和。
造成過飽和度方法
冷卻,蒸發濃縮。
晶習
各晶面速率生長不同, 形成不同晶體外形的習性。
溶解度曲線
結晶體與溶液達到相平衡時,溶液濃度隨溫度的變化曲線。
超溶解度曲線
溶液開始析出結晶的濃度大於溶解度,溶液濃度隨溫度的變化曲線為超溶解度曲線,超溶解度曲線在溶解度曲線之上。
溶液結晶的兩個階段
晶核生成,晶體成長。
晶核的生成方式
初級均相成核,初級非均相成核,二次成核。
再結晶現象
小晶體溶解與大晶體成長同時發生的現象。
過飽和度對結晶速率的影響
過飽和度 Δ C 大,有利於成核;過飽和度 Δ C 小,有利於晶體成長。
吸附現象
流體中的吸附質借助于范德華力而富集於吸附劑固體表面的現象。
物理吸附與化學吸附的區別
物理吸附靠吸附劑與吸附質之間的范德華力,吸附熱較小;化學吸附靠吸附劑與吸附質之間的化學鍵合,吸附熱較大。
吸附分離的基本原理
吸附劑對流體中各組分選擇性的吸附。
常用的吸附解吸迴圈
變溫吸附,變壓吸附,變濃度吸附,置換吸附。
常用吸附劑
活性炭,矽膠,活性氧化鋁,活性土,沸石分子篩,吸附樹脂等。
吸附等溫線
在一定的溫度下,吸附相平衡濃度隨流體相濃度變化的曲線。
傳質內擴散的四種類型
分子擴散,努森擴散,表面擴散,固體 ( 晶體 ) 擴散。
負荷曲線
固定床吸附器中,固體相濃度隨距離的變化曲線稱為負荷曲線。
濃度波
固定床吸附器中,流體相濃度隨距離的變化曲線稱為濃度波。
透過曲線
吸附器出口流體相濃度隨時間的變化稱為透過曲線。
總物料衡算式
傳質區計算式
濕度
焓
比容
濕球溫度
絕熱飽和溫度
路易士規則
空氣-水系統
℃
,
固體乾燥
物料去濕的常用方法
機械去濕、吸附或抽真空去濕、供熱乾燥等。
對流乾燥過程的特點
熱質同時傳遞。
主要操作費用
空氣預熱、中間加熱。
t as 與 t W 在物理含義上的差別
t as 由熱量衡算匯出,屬於靜力學問題; t W 是傳熱傳質速率均衡的結果,屬於動力學問題。
改變濕空氣溫度、濕度的工程措施
加熱、冷卻可以改變濕空氣溫度;噴水可以增加濕空氣的濕度,也可以降低濕空氣的濕度,比如噴的是冷水,使濕空氣中的水分析出。
平衡蒸汽壓曲線
物料平衡含水量與空氣相對濕度的關係曲線。
結合水與非結合水
平衡水蒸汽壓開始小於飽和蒸汽壓的含水量為結合水,超出部分為非結合水。
平衡含水量
指定空氣條件下,物料被乾燥的極限為平衡含水量。
自由含水量
物料含水超出平衡含水量的那部分為自由含水量。
臨界含水量及其影響因素
在恒定的空氣條件下,乾燥速率由恒速段向降速段轉折的對應含水量為臨界含水量 Xc 。它與物料本身性質、結構、分散程度、乾燥介質( u 、 t 、 H )有關。
乾燥速率對產品性質的影響
乾燥速率太大會引起物料表面結殼,收縮變形,開裂等等。
連續乾燥過程的特點
乾燥過程可分為三個階段,預熱段、表面汽化段、升溫段。
熱效率
熱效率 η等於汽化水分、物料升溫需熱 / 供熱。
理想乾燥過程的條件
①預熱段、升溫段、熱損失忽略不計;②水分都在表面汽化段除去。
提高熱效率的措施
提高進口氣溫 t 1 ,降低出口氣溫 t 2 ,採用中間加熱,廢氣再迴圈。
乾燥速率
恒速段速率
間隙乾燥
恒速段時間:
降速段時間:
(近似處理
)
連續乾燥
物料衡算
熱量衡算
;
預熱器
;
理想乾燥
熱效率
;當
時