化工原理重要概念和公式

《化工原理》重要概念第八章气体吸收吸收的目的和基本依据吸收的目的是分离气体混合物，吸收的基本依据是混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。主要操作费溶剂再生费用，溶剂损失费用。解吸方法升温、减压、吹气。选择吸收溶剂的主要依据溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。相平衡常数及影响因素m、E、H均随温度上升而增大，E、H与总压无关，m反比于总压。漂流因子P/PBm表示了主体流动对传质的贡献。（气、液）扩散系数的影响因素气体扩散系数与温度、压力有关；液体扩散系数与温度、粘度有关。传质机理分子扩散、对流传质。气液相际物质传递步骤气相对流，相界面溶解，液相对流。有效膜理论与溶质渗透理论的结果差别有效膜理论获得的结果为k-D，溶质渗透理论考虑到微元传质的非定态性，获得的结果为k^D0.5。传质速率方程式传质速率为浓度差推动力与传质系数的乘积。因工程上浓度有多种表达，推动力也就有多种形式，传质系数也有多种形式，使用时注意一一对应。传质阻力控制传质总阻力可分为两部分，气相阻力和液相阻力。当mky<<kx时，为气相阻力控制；当mky>>kx时，为液相阻力控制。低浓度气体吸收特点①G、L为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。建立操作线方程的依据塔段的物料衡算。返混少量流体自身由下游返回至上游的现象。最小液气比完成指定分离任务所需塔高为无穷大时的液气比。NOG的计算方法对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。第九章液体精馏蒸馏的目的及基本依据蒸馏的目的是分离液体混合物，它的基本依据（原理）是液体中各组分挥发度的不同。主要操作费用塔釜的加热和塔顶的冷却。双组份汽液平衡自由度自由度为2（P一定，t〜x或y；t一定，P〜x或y）；P一定后，自由度为1。泡点泡点指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度。露点露点指气相混合物冷却至出现第一个液滴时的温度。非理想物系汽液相平衡关系偏离拉乌尔定律的成为非理想物系。总压对相对挥发度的影响压力降低，相对挥发度增加。平衡蒸馅连续过程且一级平衡。简单蒸馏间歇过程且瞬时一级平衡。连续精馅连续过程且多级平衡。间歇精馅时变过程且多级平衡。特殊精馅恒沸精馏、萃取精馏等加第三组分改变a。实现精馅的必要条件回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升，实现汽液传质、高度分离。理论板离开该板的汽液两相达到相平衡的理想化塔板。板效率经过一块塔板之后的实际增浓与理想增浓之比。恒摩尔流假设及主要条件在没有加料、出料的情况下，塔段内的汽相或液相摩尔流率各自不变。组分摩尔汽化热相近，热损失不计，显热差不计。加料热状态参数q值的含义及取值范围一摩尔加料加热至饱和汽体所需热量与摩尔汽化潜热之比，表明加料热状态。取值范围：q<0过热蒸汽，q=0饱和蒸汽，0<q<1汽液混和物，q=1饱和液体，q>1冷液。建立操作线的依据塔段物料衡算。第十章气液传质设备板式塔的设计意图①气液两相在塔板上充分接触，②总体上气液逆流，提供最大推动力。对传质过程最有利的理想流动条件总体两相逆流，每块板上均匀错流。三种气液接触状态鼓泡状态：气量低，气泡数量少，液层清晰。泡沫状态：气量较大，液体大部分以液膜形式存在于气泡之间，但仍为连续相。喷射状态：气量很大，液体以液滴形式存在，气相为连续相。转相点由泡沫状态转为喷射状态的临界点。板式塔内主要的非理想流动液沫夹带、气泡夹带、气体的不均匀流动、液体的不均匀流动。板式塔的不正常操作现象夹带液泛、溢流液泛、漏液。筛板塔负荷性能图将筛板塔的可操作范围在汽、液流量图上表示出来。湿板效率考虑了液沫夹带影响的塔板效率。全塔效率全塔的理论板数与实际板数之比。操作弹性上、下操作极限的气体流量之比。常用塔板类型筛孔塔板、泡罩塔板、浮阀塔板、舌形塔板、网孔塔板等。填料的主要特性参数①比表面积a,②空隙率£，③填料的几何形状。常用填料类型拉西环，鲍尔环，弧鞍形填料，矩鞍形填料，阶梯形填料，网体填料等。载点填料塔内随着气速逐渐由小到大，气液两相流动的交互影响开始变得比较显著时的操作状态为载点。泛点气速增大至出现每米填料压降陡增的转折点即为泛点。最小喷淋密度保证填料表面润湿、保持一定的传质效果所需的液体速度。等板高度HETP分离效果相当于一块理论板的填料层高度。填料塔与板式塔的比较填料塔操作范围小，宜处理不易聚合的清洁物料，不易中间换热，处理量较小，造价便宜，较宜处理易起泡、腐蚀性、热敏性物料，能适应真空操作。板式塔适合于要求操作范围大，易聚合或含固体悬浮物，处理量较大，设计要求比较准确的场合。第十一章液液萃取萃取的目的及原理目的是分离液液混合物。原理是混合物各组分溶解度的不同。溶剂的必要条件①与物料中的B组份不完全互溶，②对A组份具有选择性的溶解度。临界混溶点相平衡的两相无限趋近变成一相时的组成所对应的点。和点两股流量的平均浓度在相图所对应的点。差点和点的流量减去一股流量后剩余的浓度在相图所对应的点。分配曲线相平衡的yA~xA曲线。最小溶剂比当萃取相达到指定浓度所需理论级为无穷多时，相应的S/F为最小溶剂比。选择性系数p=(yA/yB)/(xA/xB)。操作温度对萃取的影响温度低，B、S互溶度小，相平衡有利些，但粘度大等对操作不利，所以要适当选择。第十二章其他传质分离方法溶液结晶操作的基本原理溶液的过饱和。造成过饱和度方法冷却，蒸发浓缩。晶习各晶面速率生长不同，形成不同晶体外形的习性。溶解度曲线结晶体与溶液达到相平衡时，溶液浓度随温度的变化曲线。超溶解度曲线溶液开始析出结晶的浓度大于溶解度，溶液浓度随温度的变化曲线为超溶解度曲线，超溶解度曲线在溶解度曲线之上。溶液结晶的两个阶段晶核生成，晶体成长。晶核的生成方式初级均相成核，初级非均相成核，二次成核。再结晶现象小晶体溶解与大晶体成长同时发生的现象。过饱和度对结晶速率的影响过饱和度△C大，有利于成核；过饱和度△C小，有利于晶体成长。吸附现象流体中的吸附质借助于范德华力而富集于吸附剂固体表面的现象。物理吸附与化学吸附的区别物理吸附靠吸附剂与吸附质之间的范德华力，吸附热较小；化学吸附靠吸附剂与吸附质之间的化学键合，吸附热较大。吸附分离的基本原理吸附剂对流体中各组分选择性的吸附。常用的吸附解吸循环变温吸附，变压吸附，变浓度吸附，置换吸附。常用吸附剂活性炭，硅胶，活性氧化铝，活性土，沸石分子筛，吸附树脂等。吸附等温线在一定的温度下，吸附相平衡浓度随流体相浓度变化的曲线。传质内扩散的四种类型分子扩散，努森扩散，表面扩散，固体(晶体)扩散。负荷曲线固定床吸附器中，固体相浓度随距离的变化曲线称为负荷曲线。浓度波固定床吸附器中，流体相浓度随距离的变化曲线称为浓度波。透过曲线吸附器出口流体相浓度随时间的变化称为透过曲线。第十四章固体干燥

物料去湿的常用方法机械去湿、吸附或抽真空去湿、供热干燥等。对流干燥过程的特点热质同时传递。 主要操作费用空气预热、中间加热。tas与tW在物理含义上的差别tas由热量衡算导出，属于静力学问题；tW是传热传质速率均衡的结果，属于动力学问题。改变湿空气温度、湿度的工程措施加热、冷却可以改变湿空气温度；喷水可以增加湿空气的湿度，也可以降低湿空气的湿度，比如喷的是冷水，使湿空气中的水分析出。平衡蒸汽压曲线物料平衡含水量与空气相对湿度的关系曲线。结合水与非结合水平衡水蒸汽压开始小于饱和蒸汽压的含水量为结合水，超出部分为非结合水。平衡含水量指定空气条件下，物料被干燥的极限为平衡含水量。自由含水量物料含水超出平衡含水量的那部分为自由含水量。临界含水量及其影响因素在恒定的空气条件下，干燥速率由恒速段向降速段转折的对应含水量为临界含水量Xc。它与物料本身性质、结构、分散程度、干燥介质（u、t、H）有关。干燥速率对产品性质的影响干燥速率太大会引起物料表面结壳，收缩变形，开裂等等。连续干燥过程的特点干燥过程可分为三个阶段，预热段、表面汽化段、升温段。热效率热效率n等于汽化水分、物料升温需热/供热。理想干燥过程的条件①预热段、升温段、热损失忽略不计；②水分都在表面汽化段除去。提高热效率的措施提高进口气温t1，降低出口气温t2，采用中间加热，废气再循环。《化工原理》重要公式第八章气体吸收亨利定律Pe=Ex，Pe=HC；相平衡y=mx费克定律J=-DAdC1——、ABdz传递速率+Nx；ADCM8CBm(CA广CAPCCBmC-C—B2 B1,CInb2C对流传质Na=kL(C.(y-y.)=、(对流传质Na=kL(C.(y-y.)=、(xi-x)总传质系数Ky11m+kk传质速率方程式=K(y-ye)=K(x-x)吸收过程基本方程式H=HogNogGjyidy

Kay2y-ye£2Lz4KaAy对数平均推动力颂=°广m1）一3广m。m ln七一miy-mx吸收因数法1 ~N吸收因数法1 ~N=——ln[(1-

ogmG

1-—

LmG)利]-mx2+mG】

Ly2-mx2L最小液气比物料衡算式 G(最小液气比物料衡算式 G(y-y)=L(x-x)1 2 1 2第九章液体精馏相平衡常数物料衡算=二xA相平衡常数物料衡算=二xAF=D+W相平衡方程axy= 1+(a-1)xFxfFxfDx轻组分回收率nA=f/f默弗里板效率EmV「Li

y*默弗里板效率EmV「Li

y*-y1

n n+1q线方程qxy=x——f-q-1q-1塔内气液流率L=L+qF=RD+qFV=V-(1-q)F=(R+1)D-(1-q)F精馏段操作方程LWx提馏段操作方程y=vx-~vw最小回流比精馏段操作方程LWx提馏段操作方程y=vx-~vw最小回流比r=—Dy^miny—xln(r^乎)芬斯克方程 N= -xD一^^w一min Ina第十章气液传质设备全塔效率E=Nt（不含釜）T

实际填料塔高度H=N/ETP第■一章液液萃取y分配系数 k=aAxA选择性系数P=亨A=生dyB/xB xa/(1-xa)单级萃取 F+S=R单级萃取 F+S=R+E；FxA+Sza=RxA+EyA；SzS第十二章其他传质分离方法总物料衡算式Lu(c-C.)=0-0.5乙°)PB(x1-x2)传质区计算式yf第十三章热、质同时传递的过程湿度H=—水 P水汽——=0.622—"水汽—湿度M空气p-p水汽 p-p水汽相对湿度9=相对湿度9="水汽 当pVp；当PS比容湿球温度=t-kHrw(Hw-H)绝热饱和温度taS=t-写(H 比容湿球温度=t-kHrw(Hw-H)绝热饱和温度taS=t-写(H -H)CaS

H路易斯规则空气-水系统mL09kJ/kgC«CpHHtaS