化工原理下冊複習

2021-07-31 16:38:29 字數 6476 閱讀 4435

嗎第1章蒸餾

1、 蒸餾的特點、分類及原理(在雙組分溶液的氣液相平衡圖上進行分析)。

蒸餾的分離特點(1)蒸餾處理的物件—液體混合物,分離流程簡單;(2)應用廣泛、歷史悠久;(3)以熱能為推動力—熱能消耗大

分類:(1)按蒸餾方式分:①簡單蒸餾或平衡蒸餾:

一般用在混合物各組分揮發性相差大,對組分分離程度要求又不高的情況下。[\\mkern-13mu', 'altimg': '6a09b7c46a417221c84b05dc7720b274.

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' \\o\\ac(○,2)'}]精餾:在混合物組分分離純度要求很高時採用。[\\mkern-13mu', 'altimg':

'd05806a91d1fe4875a3b01149d08d6b3.png', 'w': '33', 'h':

'38', 'eqmath': ' \\o\\ac(○,3)'}]特殊精餾:混合物中各組分揮發性相差很小,或形成恆沸液(azeotrope),難以或不能用普通精餾加以分離時,借助某些特殊手段進行的精餾。

(2)按操作流程分

[\\mkern-13mu', 'altimg': 'a01534ebbcf78c67ab5c9d008d6fb498.png', 'w':

'33', 'h': '38', 'eqmath': ' \\o\\ac(○,1)'}]間歇精餾:

多用於小批量生產或某些有特殊要求的場合。[\\mkern-13mu', 'altimg': '6a09b7c46a417221c84b05dc7720b274.

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' \\o\\ac(○,2)'}]連續精餾:多用於大批量工業生產中。

(3)按操作壓力分:[\\mkern-13mu', 'altimg': 'a01534ebbcf78c67ab5c9d008d6fb498.

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' \\o\\ac(○,1)'}]常壓蒸餾:蒸餾在常壓下進行。[\\mkern-13mu', 'altimg':

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'38', 'eqmath': ' \\o\\ac(○,2)'}]減壓蒸餾:用於常壓下物系沸點較高,使用高溫加熱介質不經濟或熱敏性物質不能承受的情況。

減壓可降低操作溫度。[\\mkern-13mu', 'altimg': 'd05806a91d1fe4875a3b01149d08d6b3.

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' \\o\\ac(○,3)'}]加壓蒸餾:對常壓沸點很低的物係,蒸氣相的冷凝不能採用常溫水和空氣等廉價冷卻劑,或對常溫常壓下為氣體的物係(如空氣)進行精餾分離,可採用加壓以提高混合物的沸點。

(4)按混合物組分:[\\mkern-13mu', 'altimg': 'a01534ebbcf78c67ab5c9d008d6fb498.

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' \\o\\ac(○,1)'}]多組分精餾:例如**的分離。[\\mkern-13mu', 'altimg':

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'38', 'eqmath': ' \\o\\ac(○,2)'}]雙組分精餾:例如乙純-水體系的分離。

2、 畫出簡單蒸餾操作流程,原理及產品濃度特點。

簡單蒸餾也稱微分蒸餾,為持續加熱,逐漸蒸餾的過程,是間歇非穩態操作。加入蒸餾釜的原料液持續吸熱沸騰氣化,產生的蒸氣由釜頂連續引入冷凝器得餾出液產品。

特點:釜內任一時刻的氣、液兩相組成互成平衡。蒸餾過程中系統的溫度和氣、液相組成均隨時間改變。

任一時刻,易揮發組分在蒸氣中的含量 y 始終大於剩餘在釜內的液相中的含量 x,釜內組分含量 x 由原料的初始組成 xf 沿泡點線不斷下降直至終止蒸餾時組成 xe,釜內溶液的沸點溫度不斷公升高,蒸氣相組成 y 也隨之沿**線不斷降低。

3、 恆沸點,恆沸混合液,相平衡常數、揮發度,相對揮發度的概念。

恆沸點:乙醇-水溶液物係的泡點線和**線在m點重合,該點溶液的泡點比兩純組分的沸點都低,這是因為該溶液為具有較大正偏差的溶液,組成在m點時兩組分的蒸氣壓之和出現最大值。m點稱為恆沸點,此溶液稱為恆沸液。

相平衡常數:精餾計算中,通常用ki表示i組分的相平衡常數,其定義為

式中yi 和 xi 分別表示 i 組分在互為平衡的氣、液兩相中的摩爾分數。 對於易揮發組分,ki >1,即 yi > xi。ki 並非常數,當p一定時, ki 隨溫度而變化。

ki 值越大,組分在氣、液兩相中的摩爾分數相差越大,分離也越容易。

揮發度:溶液中各組份的揮發性由揮發度來衡量,其定義為組分在氣相中的平衡蒸氣壓(分壓)與在液相中的摩爾分數的比值。對雙組分物係

a、 b ——溶液中 a、b 兩組分的揮發度。對純組分液體,其揮發度就等於該溫度下液體的飽和蒸氣壓。

xa,xb——溶液中a、b組分的摩爾分數。

相對揮發度:溶液中易揮發組分的揮發度對難揮發組分的揮發度之比,稱為相對揮發度。用表示 。

是相平衡時兩個組分在氣相中的摩爾分數比與液相中摩爾分數比的比值,由其大小可以判斷該混合液能否用蒸餾方法加以分離以及分離的難易程度。

4、 精餾操作流程、精餾段,提餾段的概念及作用。

精餾操作流程:原料液經預熱器加熱到指定溫度後,送入精餾塔的進料板,在進料板上與自塔上部下降的回流液體匯合後,逐板溢流,最後流入塔底再沸器中。在每層板上,回流液體與上公升蒸氣互相接觸,進行熱和質的傳遞過程。

操作時,連續地從再沸器取出部分液體作為塔底產品(釜殘液),部分液體汽化,產生上公升蒸氣,依次通過各層塔板。塔頂蒸氣浸入冷凝器中被全部冷凝,並將部分冷凝液用幫浦送回塔頂作為回流液體,其餘部分經冷卻器後被送出作為塔頂產品(餾出液)。塔頂回流和塔底再沸器產生上公升蒸汽是精餾得以連續穩定操作的兩個必要條件。

精餾段:加料板以上的塔段稱為精餾段。其作用為:氣相中的重組分向液相(回流液)傳遞,而液相中的輕組分向氣相傳遞,從而完成上公升蒸氣的精製。

提餾段:加料板以下的塔段(包括加料板)成為提餾段。其作用為:

下降液體(包括回流液和料液中液體部分)中的輕組分向氣相(回流)傳遞,而氣相中的重組分向液相傳遞,從而完成下降液體重組分的提濃。

5、 回流比的概念、對精餾塔理論板數的影響及適宜回流比的選擇方法。

回流比:用r表示,r=回流量/塔頂產品量=l/d,回流比是精餾過程計算不可缺的重要引數,塔所需的理論板數,塔頂冷凝器和塔釜再沸器的熱負荷均與回流比有關。精餾過程的投資費用和操作費用都取決於回流比的值。

回流比對理論板數的影響:全回流時操作線和平衡線的距離為最遠,達到相同的分離程度所需的理論板數最少。r↓,達到指定分離程度所需理論板數將增多。

回流比的選擇:最適宜的回流比:精餾過程總費用(操作費用與裝置費用之和)最低時的回流比。根據實驗和生產資料統計。ropt=(1.2-2)rmin

第2章吸收

1、 吸收的概念、基本原理、推動力,吸收的用途。

吸收概念:使混合氣體與適當的液體接觸,氣體中的乙個或幾個組分便溶解於液體內而形成溶液,於是原混合氣體的組分得以分離。這種利用各組組分溶解度不同而分離氣體混合物的操作稱為吸收。

吸收的基本原理:當氣相中溶質的實際分壓高於與液相成平衡的溶質分壓時,溶質便由氣相向液相轉移,即吸收。利用混合氣體中各組分在液體中溶解度差異,使某些易溶組分進入液相形成溶液,不溶或難溶組分仍留在氣相,從而實現混合氣體的分離。

吸收的推動力:氣體吸收是混合氣體中某些組分在氣液相介面上溶解、在氣相和液相內由濃度差推動的傳質過程。

吸收操作的用途:(1) 製取產品用吸收劑吸收氣體中某些組分而獲得產品。如硫酸吸收so3制濃硫酸,水吸收甲醛制****液,碳化氨水吸收co2制碳酸氫氨等。

(2) 分離混合氣體吸收劑選擇性地吸收氣體中某些組分以達到分離目的。如從焦爐氣或城市煤氣中分離苯,從乙醇催化裂解氣中分離丁二烯等。

(3) 氣體淨化一類是原料氣的淨化,即除去混合氣體中的雜質,如合成氨原料氣脫h2s、脫co2等;另一類是尾氣處理和廢氣淨化以保護環境,如燃煤鍋爐煙氣,冶煉廢氣等脫除so2,硝酸尾氣脫除no2等。

2、 吸收劑、吸收液、解吸(脫吸)、物理吸收、化學吸收的概念。

吸收劑:吸收操作中所用的溶劑,以s表示。

吸收液(溶液):吸收操作後得到的溶液,主要成分為溶劑s和溶質a。

解吸或脫吸:與吸收相反的過程,即溶質從液相中分離而轉移到氣相的過程。

物理吸收:吸收過程溶質與溶劑不發生顯著的化學反應,可視為單純的氣體溶解於液相的過程。如用水吸收二氧化碳、用水吸收乙醇或丙醇蒸汽、用洗油吸收芳烴等。

化學吸收:溶質與溶劑有顯著的化學反應發生。如用氫氧化鈉或碳酸鈉溶液吸收二氧化碳、用稀硫酸吸收氨等過程。

化學反應能大大提高單位體積液體所能吸收的氣體量並加快吸收速率。但溶液解吸再生較難。

第3章蒸餾裝置

1、 液泛、漏液、液沫夾帶及汽泡夾帶的概念、原因及後果。

(1)液泛:塔內液體不能順暢逐板流下,持液量增多,氣相空間變小,大量液體隨氣體從塔頂溢位。(塔內若氣、液兩相中之一的流量增大,使降液管內液體不能順利下流,管內液體必然積累,當管內液體增高到越過溢流堰頂部,於是兩板間液體相連,該層塔板產生積液,並依次上公升,這種現象稱為液泛,亦稱淹塔。

)原因:[\\mkern-13mu', 'altimg': 'a01534ebbcf78c67ab5c9d008d6fb498.

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' \\o\\ac(○,1)'}]氣速一定,液體流量時, 、how、hf 及 h ,hd ,即塔板具有自動調節功能.[\\mkern-13mu', 'altimg': '6a09b7c46a417221c84b05dc7720b274.

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' \\o\\ac(○,2)'}]上層塔板溢流堰上緣為 hd 極限。若再加大液體流量, hd 與板上液面同時公升高,降液管調節功能消失,板上累積液量增加,最終引起溢流液泛。[\\mkern-13mu', 'altimg':

'd05806a91d1fe4875a3b01149d08d6b3.png', 'w': '33', 'h':

'38', 'eqmath': ' \\o\\ac(○,3)'}]若氣速過高,液體中的氣泡夾帶加重,降液管內的泡沫層隨之增高,也易造成溢流液泛。[\\mkern-13mu', 'altimg':

'289b460b6f36c7bbc07754bd0bc0403b.png', 'w': '33', 'h':

'38', 'eqmath': ' \\o\\ac(○,4)'}]板壓降hf 過大必導致 hd 大,易發生液泛。如降液管設計過小或發生部分堵塞, h 急劇增大,也會導致溢流液泛。

[\\mkern-13mu', 'altimg': '809d4c472124c491478f6577f76f193a.png', 'w':

'33', 'h': '38', 'eqmath': ' \\o\\ac(○,5)'}]夾帶液泛與溢流液泛互為誘因,互動影響。

過量液沫夾帶阻塞氣體通道,板阻急增,降液管中泡沫層堆積,從而引發溢流液泛。而溢流液泛發生時,塔板上鼓泡層增高,分離空間降低,夾帶液泛也將隨之發生。後果:

塔板壓降上公升,全塔操作被破壞。液泛使整個塔不能正常操作,甚至發生嚴重的裝置事故,要特別注意防範。

(2)漏液:部分液體不是橫向流過塔板後經降液管流下,而是從閥孔直接漏下。

原因:氣速較小時,氣體通過閥孔的速度壓頭小,不足以抵消塔板上液層的重力;氣體在塔板上的不均勻分布也是造成漏液的重要原因。

後果:嚴重的漏液使塔板上不能形成液層,氣液無法進行傳熱、傳質,塔板將失去其基本功能。

(3)液沫夾帶:氣體鼓泡通過板上液層時,將部分液體分散成液滴而部分液滴被上公升氣流帶入上層塔板。

原因:影響的主要因素有空塔速度和板間距。空塔氣速增高,液沫夾帶量增大;塔板間距增大,可使液沫夾帶量減少。

後果:液沫的生成固然可增大氣、液兩相的傳質面積,但過量的液沫夾帶造成液相在塔板間的返混,嚴重時會造成液沫夾帶液泛,從而導致塔板效率嚴重下降。

(4)氣泡夾帶:液體在降液管中停留時間太短,大量氣泡被液體捲進下層塔板。

後果:液沫夾帶是液體的返混,氣泡夾帶是氣體的返混,均對傳質不利。嚴重時可誘發液泛,完全破壞塔的正常操作。

液沫夾帶和氣泡夾帶是不可避免的,但夾帶量必需嚴格地控制在最大允許值範圍內。

2、 填料特性引數(比表面、空隙率、填料因子)的定義

比表面積 a:單位體積填料層所具有的表面積(m2/m3)。被液體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。

大的 a 和良好的潤濕性能有利於傳質速率的提高。對同種填料,填料尺寸越小,a 越大,但氣體流動的阻力也要增加。

空隙率 :單位體積填料所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的是氣液兩相流動的通道, 大,氣、液通過的能力大,氣體流動的阻力小。 = 0.45~0.95。

填料因子 :填料比表面積與空隙率三次方的比值(1/m),a/ 3,表示填料的流體力學效能,值越小,流動阻力越小。液泛速度可以提高。

第4章液——液萃取

1、 液——液萃取的操作原理、特點(用三角形座標圖及溶解度曲線進行分析說明)

化工原理複習

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化工原理複習小結

流體流動 基本概念與基本原理 一 流體靜力學基本方程式 或注意 1 應用條件 靜止的連通著的同一種連續的流體。2 壓強的表示方法 絕壓 大氣壓 表壓表壓常由壓強表來測量 大氣壓 絕壓 真空度真空度常由真空表來測量。3 壓強單位的換算 1atm 760mmhg 10.33mh2o 101.33kpa ...

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