化工原理知识点总结整理(2)

３．从气体中回收有用组分４．气体净化(原料气的净化和尾气、废气的净化)５．生化工程。一个完整地吸收分离过程一般包括吸收和解吸两部分。 3.溶剂的选择：（1）溶剂应对气体中被分离组分有较大溶解度；（2）溶剂对其他组分的溶解度要小（3）溶质在溶剂中的溶解度对温度变化敏感（4）容积蒸汽压低，减少回收时的损失（5）溶剂有较好的化学稳定性（6）溶剂有较低的粘度（7）溶剂价廉，无腐蚀性、无毒不易燃。吸收率η=(mA除/mA进)×100%≈[ (y1-y2)/y1]×100%，(y1，y2：进塔和出塔混合气中A的摩尔分数)。

4．.稀溶液中亨利定律：c*A=HpA，(c*A：溶解度；H：溶解度系数；pA：气相分压)；p*A=ExA，(xA：液相中溶质摩尔分数；E：亨利系数)；y*=mx，(平衡常数m=E/p)；E=ρs/HMs，(ρs，Ms：纯溶剂密度和相对分子质量)。 5.费克定律：jA=-DABdcA/dz，(jA：扩散速率；DAB：组分A在组分B中的扩散系数；dcA/dz：组分A在扩散方向z上的浓度梯度)；

等分子扩散速率：NA= jA=D(pA,1-pA,2)/RTz；单向扩散：NA=D(pA,1-pA,2)p/RTz pB,m，(p/pB,m：漂流因子，pB,m= (pB,2-pB,1)/ln(pB,2/pB,1)，即对数平均值)；同理，NA=D(cA,1-cA,2)c/zcB,m。

6.吸收塔操作线方程：qn(L)/qn(V)=(y1-y2)/(x1-x2)，(qn(V)：二元混合气摩尔流量；qn(L)：液相摩尔流量；x，y：任意一截面液气相摩尔流量)；

最小液气比[qn(L)/qn(V)]min=(y1-y2)/(x*1-x2),qn(L)/qn(V)= (1.1—2.0) [qn(L)/qn(V)]min；

低浓度时填料塔高度h=qn(V) [dy/(y-y*)]/KyaS=qn(L) [dx/(x*-x)]/KxaS=NOGHOG=NOLHOL，(K：传质系数；S：塔截面积；a：单位体积填料有效接触面积；NOG= [dy/(y-y*)]：气相总传质单元数；HOG =qn(V)/KyaS：气相总传质单元高度)；

相平衡线为直线时：NOG=ln[(1-S’)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S’]/(1-S’)，NOL=ln[(1-A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+A]/(1-A)，(吸收因数：A=1/S’= qm(V)/mqm(V))。

7.填料塔：液体上进下出，气体下进上出，其中设有液体在分布器，可使其均匀分布于填料表面，塔顶可按转除末器。填料塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行传热、传质的塔设备，可用于吸收（解吸）、精馏和萃取等分离过程。填料塔不仅结构简单，而且具有阻力小和便于用耐腐蚀材料制造等优点，尤其适用于塔直径较小地情形及处理有腐蚀性的物料或要求压强较小的真空蒸馏系统，此外，对于某些液气比较大的蒸馏或吸收操作，也宜采用填料塔。（气液逆流流动，增加传质推动力）

表征填料特性的主要参数有：1．比表面积；2．空隙度；3．单位堆体积内的填料数目n；4．堆积密度；5．干填料因子及填料因子；6．机械强度及化学稳定性 8.

六、蒸馏

1.蒸馏分类：操作方式：连续蒸馏、间歇蒸馏；对分离的要求：简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏（精馏还包括水蒸气精馏、间歇精馏、恒沸精馏、萃取精馏、反应精馏）；压力：常压蒸馏、加压蒸馏、减压蒸馏；组分：双组分蒸馏和多组分蒸馏(精馏)，常用精馏塔。精馏，加压提高蒸汽冷凝温度，降压降低沸点温度。

2.双组分溶液气液相平衡：液态泡点方程：xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]，(xA：液态组分A的摩尔分数；p (t)：压强关于温度的函数)；

气态露点方程：yA=pA/p=[pA(t)/p]×[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]； 平衡常数KA=yA/xA，理想溶液：KA=p°A/p，即组分饱和蒸气压和总压之比； 挥发度：υA=pA/xA，相对挥发度：αAB=υA/υB，最终可导出气液平衡方程：y=αx/[1+(a-1)x]；

气液平衡相图：p-x图(等温) 、t-x(y)图(等压)、x-y图。

3.平衡蒸馏：qn(F)，xF加热至泡点以上tF，减压气化，温度达到平衡温度te，两相平衡qn(D)，yD和qn(W)，xW； 物料衡算：yD=qxW/(q-1)-xF/(q-1)，(液化率：q=qn(W)/qn(F))； 热量衡算：tF=te+(1-q)γ/Cp,m，(Cp,m：原液的摩尔定压热容；γ：原液的摩尔气化潜热)；平衡关系：yD=αxW/[1+(α-1)xW]。 4.简单蒸馏：持续加热至釜液组成和馏出液组成达到规定时停止； 关系式：ln[n(F)/n(W)]= {ln(xF/xW)-αln[(1-xF)/(1-xW)]}/(α-1)；

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总物料衡算：n(F)=n(W)+n(D)；易挥发组分衡算：n(F)xF =n(W)xW+n(D)xD；

推出：xD= [n(F)xF-n(W)xW]/[n(F)-n(W)]。

5.精馏：多次部分气化部分冷凝(连续、间歇)，泡点不同采取不同的压力操作，塔板数从上至下记； 塔顶易挥发组分回收率：ηD=qn(D)xD/qn(F)xF×100%，

釜中不易挥发组分回收率：ηW=qn(W)(1-xW)/[qn(F)(1-xF)]×100%； 精馏段总物料衡算：qn(V)=qn(D)+qn(L)；精馏段易挥发组分衡算：qn(V)yn+1=qn(D)xD+qn(L)xn；(V：各层上升蒸汽量；D：塔顶馏出液量；L：各板下降的液量；yn+1：第n+1块板上升的蒸汽中易挥发组分的摩尔分数；xn：第n块板下降的液体中易挥发组分的摩尔分数)，

精馏段操作线方程：yn+1=Rxn/(R+1) +xD/(R+1)，(回流比R= qn(L)/qn(D))；

提馏段总物料衡算：qn(L’)=qn(V’)+qn(W)；提馏段易挥发组分衡算：qn(L’)x’m=qn(V’)y’m+1 +qn(W)xW ；(W：釜液量)，提馏段操作线方程：y’m+1= qn(L’)x’m/qn(V’)-qn(W)xW/qn(V’)；

总的物料衡算：qn(F)+qn(V’)+qn(L)=qn(V)+qn(L’)，乘上各焓值Hx即为热量衡算，qn(V)=qn(V’)+(1-q)qn(F)，(精馏进料热状态参数q=(HV-HF)/(HV-HL)，即单位原料液变为饱和蒸汽所需要的热量与单位原料液潜热之比)；

进料方程：y=qx/(q-1)-xF/(q-1)；理论塔板的计算逐板法和图解法，回流比R增大理论塔板数减小，解析法：全回流理论塔板数Nmin={lg[xD(1-xw)/[xw(1-xD)]]}/lgam-1，(am：全塔平均挥发度)；

最小回流比Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)，(xq，yq：进料时)，R实=(1.1—2.0) Rmin； 全塔效率ET为理论塔板数与实际塔板数之比；

间歇精馏：分批精馏，一次进料待釜液达到指定组成后，放出残液，再次加料，用于分离量少而纯度要求高的物料，每批精馏气化物质的量n(V )= (R+1)n(D)，所需时间τ=n(V)/qn(V)；

特殊精馏：恒沸精馏(加第三组分，形成新的低恒沸物，增大相对挥发度) 、萃取精馏(加第三组分，增大相对挥发度)、加盐萃取精馏、分子蒸馏(针对高分子量、高沸点、高粘度、热稳定性极差的有机物)。

6.根据溶液的蒸汽压偏离拉乌尔定律的方向，一般可将非理想溶液分成两大类：１、正偏差溶液，２、负偏差溶液 7.精馏回流中，下降也体重的轻组分向气相传递，上升正其中的重组分向液相传递，塔下半部分完成了重组分的提浓，叫做提馏段。完整的精馏塔包括精馏段和提馏段。增加回流量，提高了上升蒸汽的量，但增加了能耗，突出最小回流比，回流比是塔顶回流量比塔顶产品量的比值。板式塔加料位置在第五块板效率最高。只有提馏段没有精馏段的叫回收塔。

8.加入第三组分和原溶液中的某一组份形成最低恒沸物，以新恒沸物的形式从塔顶蒸出叫做恒沸蒸馏（糠醛-水），若加入的第三组分仅改变各组分的相对挥发度叫做萃取精馏（乙醇-水）。恒沸精馏的挟带剂要符合能与混合组分钟至少一个形成最低恒沸物，新形成的恒沸物要便于分离，恒沸物中挟带剂的含量要少。萃取精馏添加剂要选择性高、挥发性小，与原溶液可以很好的互溶。相比较，萃取精馏添加剂的选择范围广，不用形成汽化物从塔顶蒸出能耗少，但其需要连续不断的加入，不能用于间歇精馏。 9.多组分精馏，获得n个产物需要n+1个塔。

五、吸收

1.吸收剂的要求：对溶质的溶解度大，对其他成分溶解度小、易于再生、不易挥发、粘度低、无腐蚀性、无毒不易燃、价低，吸收率η=(mA除/mA进)×100%≈[ (y1-y2)/y1]×100%，(y1，y2：进塔和出塔混合气中A的摩尔分数)。

2.稀溶液中亨利定律：c*A=HpA，(c*A：溶解度；H：溶解度系数；pA：气相分压)；p*A=ExA，(xA：液相中溶质摩尔分数；E：亨利系数)；y*=mx，(平衡常数m=E/p)；E=ρs/HMs，(ρs，Ms：纯溶剂密度和相对分子质量)。

六、干燥

1.绝对湿度δ=0.622pV/(p-pV)，(pV：水蒸汽分压)；相对湿度φ= pV/pS，(pS：水蒸汽饱和分压)；湿焓I=Ig+δIv，(Ig：绝干空气的焓；Iv：水蒸汽的焓)。

2.物料的干基湿含量X=m水/m绝干，是基湿含量ω=m水/m总×100%，ω=X/(1+X)；物料分类：非吸湿毛细孔物料、

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吸湿多孔物料和胶体无孔物料；物料与水分：总水分、平衡水分、自由水分、非结合水分、结合水分。

3.干燥过程物料衡算：qm,c(X1-X2)=qm,L(δ2-δ1)=qm,W，(qm,c：绝对干料的质量流量；qm,L：绝干空气质量流量；qm,W：干料蒸发出水分的质量流量)，即湿物料减少水分等于干空气中增加的水分；

热量衡算：q=qD+qP=qm,L(I2-I0)+qm,c(I’2-I’1)+qL，(qD：单位时间干燥器热量；qP：单位时间预热气热量；qL：单位时间热损失；I2：出干燥器的空气的焓；I0：进预热器的空气的焓；I’2，I’1：进出干燥器物料的焓)，qD=qm,L(I1-I0) =qm,L(1.01+1.88δ0) (t1-t0)，qD=qm,L(I2-I1)+qm,c(I’2-I’1)+qL；

干燥器热效率：η=qd/qP×100%，(qd=qm,L(1.01+1.88δ0) (t1-t2))。 4.干燥速率U=h(t-tW)/rtw，(h：对流表面传热系数；t：恒定干燥条件下空气平均温度；tW：初始状态空气湿球温度；r：饱和蒸汽冷凝潜热)；

恒速干燥阶段时间：τ1=qm,c(X1-Xc)/UcS，(Xc：临界湿含量；S：干燥面积)，

降速干燥阶段时间：τ2=qm,c(Xc-X*)ln[(Xc-X*)/( X2-X*)]/UcS。

5.干燥器分类：厢式干燥器、隧道干燥器、转筒干燥器、带式干燥器、转鼓干燥器、喷雾干燥、流化床干燥器、气流干燥器、微波高频干燥。

七、新型分离技术

1.超临界萃取：以超临界流体作萃取剂(密度接近于液体，而粘度接近于气体，扩散系数位于两者之间)，其具有很强的选择性和溶解能力，传质速率大；流程可分为：等温法、等压法和吸附吸收法。

2.膜分离技术：微滤、超滤、纳滤、反渗透、透析、电渗析、气膜膜分离、渗透气化(溶质发生相变化，再透过侧以气相状态存在)。

3.液液萃取（石油馏分氧化的稀醋酸提浓）：与分离液体混合物的整流方法比较，下列情况采用是可取的：

（1）溶质A的浓度很小而稀释剂的浓度B易挥发组分时，直接用蒸馏的方法能耗是很大，这时可以先萃取，使溶质A富集于萃取剂S中，然后对萃取相进行蒸馏，如以氯仿为萃取剂从咖啡因水溶液中分离咖啡因。

（2）恒沸物或沸点相近组分的分离，此时普通整流方法不适用，如催化重整油中芳烃与烷烃的分离因沸点相近而需要塔板数太多，工业上常用环丁砜为萃取剂融解苯、甲苯、二甲苯以及其他芳烃衍生物。

（3）需分离的组分不耐热，蒸馏时易分解、聚合或发生其他变化，如从发酵液中提取青霉素时采用醋酸丁酯为萃取剂进行萃取。

溶剂需满足：溶剂不能与被分离混合物完全互溶，只能部分互溶；溶剂对A、B两种组分有不同的溶解能力，有选择性。对被分离组分A相对挥发度高。

混合液相对挥发度小，浓度稀，含热敏物质宜采用液液萃取。（两相接触方式分微分接触，级式接触） （三角形图、溶解度曲线）主要设备：筛板塔、填料塔、脉冲填料塔脉冲筛板塔、转盘塔等。 八、结晶

1.由蒸汽、溶液或熔融物中析出固体晶态的操作叫结晶。

2.吸附多孔性固体表面的分子或原子因受力不均而具有剩余的表面能，当流体中的某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的作用就会停留在固体表面上。具有吸附作用的物质，称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。常见的吸附剂有活性炭、磺化煤、焦碳、木炭、白土、炉渣及大孔径吸附树脂等。 3.吸附的应用（1）气体和液体的深度干燥；（2）食品、药品和有机石油产品的脱色、除臭；（3）有机烷烃的分离和精制；（4）气体的分离和精制；（5）从废水或废气中除去有害的物质。 4.膜分离是以对组分具有选择性透过功能的膜为分离截至，通过在膜两侧施加（或存在）一种或多种推动力，使原料中的膜组分选择性地优先透过膜，从而达到混合物分离，并视线产物地提取、浓缩、纯化等目的的一种新型分离过程。

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