22/23华工考研答疑！欢迎提问

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821化工原理：质量传递基础！

7.板式塔：
有害因素：空间上的反向流动：泡沫夹带（增大板间距）、气泡夹带（增大降液管长度）；空间上的不均匀流动：气体，液体。如何提高效率：
《1》合理选择塔板孔径和开口率造成适宜气液接触状态；
《2》设置倾斜的进气装置
塔板压降：塔板上下对应位置的压力差（新型：泡罩塔板、浮阀塔板、筛孔塔板、舌型塔板、网型塔板、垂直塔板）

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821化工原理：质量传递基础！

8.填料塔：
主要特性数据：比表面积、孔隙率、添填料的几何形状（拉西环、鲍尔环、矩鞍型填料、阶梯环添料）

9.填料塔操作范围小，对液体负荷变化敏感；不易处理易聚合或含有固体悬浮物的物料；反应过程中需要冷却时，填料塔复杂，有侧线出料时，填料塔不如板式塔方便；板式塔设计简便安全；填料塔小时结构简单，造价低；易起泡物系、腐蚀性物系、热敏性物系，填料塔更合适；填料塔压降比板式塔小，真空操作方便。



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821化工原理：气体吸收！

1.吸收是将气体混合物与适当的液体接触，利用个组。分在液体中溶解度的差异而使气体中不同组分分离的操作。混合气体中，能够溶解于液体中的组分称为吸收质或溶质；不能溶解的组分称为惰性气体；吸收操作所用的溶剂称为吸收剂；溶有溶质的溶液称为吸收液或简称溶液；派出的气体称为吸收尾气。（分物理吸收——煤气脱苯，化学吸收——二氧化碳碳酸钾）

2.吸收操作是气体混合物的主要分离方法，化工生产。中它有以下几种具体的应用：

①化工产品；

②分离气体混合物；

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。

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821化工原理：气体吸收

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)。



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821化工原理：气体吸收！

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，*,1-cA,2)c/zcB,m。



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821化工原理：气体吸收！
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/*))。



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821化工原理：气体吸收！

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。

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821化工原理：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。

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821化工原理：蒸馏！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)；

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：*)]。


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821化工原理：蒸馏！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)。


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