化工原理重要知識點總結(jié)

一基本概念

1、連續(xù)性方程

2、液體和氣體混合物密度求取3、離心泵特性曲線的測定4、旋風(fēng)分離器的操作原理5、傳熱的三種基本方式

6、如何測定及如何提高對流傳熱的總傳熱系數(shù)K7、重力沉降與離心沉降8、如何強化傳熱9、簡捷法10、精餾原理11、亨利定律12、漏液

13、板式塔與填料塔14、氣膜控制與液膜控制15、絕熱飽和溫度

二、核心公式

第一章、流體流動與流體輸送機械

（1）流體靜力學(xué)基本方程（例1－9）

U型管壓差計

（2）柏努利方程的應(yīng)用（例1－14）（3）范寧公式

（4）離心泵的安裝高度（例2-5）

第二章、非均相物系的分離和固體流態(tài)化（1）重力沉降

滯流區(qū)的沉降公式、降塵室的沉降條件、在降塵室中設(shè)置水平隔板（例3－3）、流型校核、降塵室的生產(chǎn)能力（2）離心沉降

旋風(fēng)分離器的壓強降、旋風(fēng)分離器的臨界粒徑、沉降流型校核（離心沉降速度、層流）、多個旋風(fēng)分離器的并聯(lián)（例3－5）第三章、傳熱

（1）熱量衡算（有相變、無相變）K的計算、平均溫度差、總傳熱速率方程、傳熱面積的計算（判別是否合用）（例4－8）

（2）流體在圓形管內(nèi)作強制湍流流動時α計算式（公式、條件），粘度μ對α的影響。（3）實驗測K(例4－9)

（4）換熱器操作型問題（求流體出口溫度，例4－10）下冊第一章蒸餾

全塔物料衡算【例1－4】、精餾段、提餾段操作線方程、q線方程、相平衡方程、

逐板計算法求理論板層數(shù)和進料版位置（完整手算過程）進料熱狀況對汽液相流量的影響下冊第二章吸收吸收塔的物料衡算；

液氣比與最小液氣比求m【例2－8】

填料層高度的計算【傳質(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元數(shù)（脫吸因數(shù)法）】提高填料層高度對氣相出口濃度的影響

下冊干燥

濕度、相對濕度、焓

帶循環(huán)的干燥器物料衡算（求循環(huán)量）熱量衡算（求溫度）預(yù)熱器熱量【例5－5】

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一、流體力學(xué)及其輸送

1.單元操作：物理化學(xué)變化的單個操作過程，如過濾、蒸餾、萃取。2.四個基本概念：物料衡算、能量衡算、平衡關(guān)系、過程速率。

3.牛頓粘性定律：F=±τA=±μAdu/dy，(F：剪應(yīng)力；A：面積；μ：粘度；du/dy：速度梯度)。

4.兩種流動形態(tài)：層流和湍流。流動形態(tài)的判據(jù)雷諾數(shù)Re=duρ/μ；層流201*過渡4000湍流。當(dāng)流體層流時，其平均速度是最大流速的1/2。

5.連續(xù)性方程：A1u1=A2u2；伯努力方程：gz+p/ρ+1/2u2=C。

6.流體阻力=沿程阻力+局部阻力；范寧公式：沿程壓降：Δpf=λlρu2/2d，沿程阻力：Hf=Δpf/ρg=λlu2/2dg(λ：摩擦系數(shù))；層流時λ=64/Re，湍流時λ=F(Re，ε/d)，(ε：管壁粗糙度)；局部阻力hf=ξu2/2g，(ξ：局部阻力系數(shù)，情況不同計算方法不同)

7.流量計：變壓頭流量計(測速管、孔板流量計、文丘里流量計)；變截面流量計。孔板流量計的特點；結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，安裝方便，得到廣泛的使用。其不足之處在于局部阻力較大，孔口邊緣容易被流體腐蝕或磨損，因此要定期進行校正，同時流量較小時難以測定。

轉(zhuǎn)子流量計的特點恒壓差、變截面。

8.離心泵主要參數(shù)：流量、壓頭、效率（容積效率v：考慮流量泄漏所造成的能量損失；水力效率H：考慮流動阻力所造成的能量損失；機械效率m：考慮軸承、密封填料和輪盤的摩擦損失。）、軸功率；工作點(提供與所需水頭一致)；安裝高度(氣蝕現(xiàn)象，氣蝕余量)；泵的型號(泵口直徑和揚程)；氣體輸送機械：通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓縮機、真空泵。9.常溫下水的密度1000kg/m3,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度1.29kg/m31atm=101325Pa=101.3kPa=0.1013MPa=10.33mH2O=760mmHg（1）被測流體的壓力>大氣壓表壓=絕壓－大氣壓

（2）被測流體的壓力

14.離心泵特性曲線：

HH管路he～qv1A泵","p":{"h":15.75,"w":15.75,"x":266.97,"y":440.2

4.助濾劑：若濾漿中所含固體顆粒很小，或者所形成的濾餅孔道很小，又若濾餅可壓縮，隨著過濾進行，濾餅受壓變形，都使過濾阻力很大而導(dǎo)致過濾困難�？刹捎弥鸀V劑以改善濾餅的結(jié)構(gòu)，增強其剛性。常用的助濾劑有：硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉等

dqK2p5.過濾速率基本方程uKd2(qqe)r恒速過濾，恒壓過濾

222q2qqeKV2VVeKA

6.過濾設(shè)備：板框壓濾機（間歇操作，構(gòu)造簡單，過濾面積大而占地省，過濾壓力高（可達1.5MPa左右），便于用耐腐蝕性材料制造，便于洗滌。它的缺點是裝卸、清洗勞動強度較大。

）、葉濾機（葉濾機也是間歇操作設(shè)備，具有過濾推動力大、單位地面所容納的過濾面積大、濾餅洗滌較充分等優(yōu)點。其生產(chǎn)能力比板框壓濾機大，而且機械化程度高，勞動力較省，密閉過濾，操作環(huán)境較好。其缺點是構(gòu)造較復(fù)雜、造價較高。）、廂式壓濾機、轉(zhuǎn)筒真空過濾機（操作連續(xù)、自動）

7.自由沉降:單個顆粒在流體中的沉降過程稱。干擾沉降：若顆粒數(shù)量較多，相互間距離較近，則顆粒沉降時相互間會干擾，稱為干擾沉降。

8.影響因素：當(dāng)顆粒濃度增加，沉降速度減少。容器的壁和底面，沉降速度減少。非球形的沉降速度小于球形顆粒的沉降速度。

9.流態(tài)化是一種使固體顆粒通過與流體接觸而轉(zhuǎn)變成類似于流體狀態(tài)的操作。分三個階段：(1)固定床階段：流體通過顆粒床層的表觀速度u較低，使顆�？障吨辛黧w的真實速度u1小于顆粒的沉降速度ut，則顆�；�本上保持靜止不動，顆粒層為固定床。流化床階段：在一定的表觀速度下，顆粒床層膨脹到一定程度后將不再膨脹，此時顆粒懸浮于流體中，床層有一個明顯的上界面，與沸騰水的表面相似，這種床層稱為流化床。（散式流態(tài)化，聚式流態(tài)化）。(3)顆粒輸送階段：如果繼續(xù)提高流體的表觀速度u，使真實速度u1大于顆粒的沉降速度ut，則顆粒將被氣流所帶走，此時床層上界面消失，這種狀態(tài)稱為氣力輸送。

10.氣力輸送的優(yōu)點

（1）系統(tǒng)封閉，避免物料飛揚，減少物料損失，改善勞動條件。

（2）輸送管路不限制，即使在無法鋪設(shè)道路或安裝輸送機械的地方，使用氣力輸送更加方便。（3）設(shè)備緊湊，易于實現(xiàn)連續(xù)化、自動化操作，便于同連續(xù)化工生產(chǎn)相銜接。（4）在氣力輸送過程中可同時進行粉料的干燥、粉碎、冷卻、加料等操作。

三、傳熱

1.傳熱方式：熱傳導(dǎo)(傅立葉定律)、對流傳熱(牛頓冷卻定律)、輻射傳熱(四次方定律)；熱交換方式：間壁式傳熱、混合式傳熱、蓄熱體傳熱(對蓄熱體的周期性加熱、冷卻)。

2.傅立葉定律：dQ=-λdA，(Q：熱傳導(dǎo)速率；A：等溫面積；λ：比例系數(shù)；：溫度梯度)；λ與溫度的關(guān)系：λ=λ0(1+at)，(a：溫度系數(shù))。

3.不同情況下的熱傳導(dǎo)：單層平壁：Q=(t1-t2)/[b/(CmA)]=溫差/熱阻，(b：壁厚；Cm=(λ1-λ2)/2)；

多層平壁：Q=(t1-tn+1)/[bi/(λiA)]；單層圓筒：Q=(t1-t2)/[b/(λAm)]，(A：圓筒側(cè)面積，C=(A2-A1)/ln(A2/A1))；多層圓筒：Q=2πL(t1-tn+1)/[1/λi[ln(ri+1/ri)]。

4.對流傳熱類型：強制對流傳熱(外加機械能)、自然對流傳熱、(溫差導(dǎo)致)、蒸汽冷凝傳熱(冷壁)、液體沸騰傳熱(熱壁)，前兩者無相變，后兩者有相變；牛頓冷卻定律：dQ=hdAΔt，(Δt＞0；h：傳熱系數(shù))。5.吸收率A+反射率R+透射率D=1；黑體A=1，鏡體R=1，透熱體D=1，灰體A+R=1；總輻射能E=Eλdλ，(Eλ：單色輻射能；λ：波長)；

四次方定律：E=C(T/100)4=εC0(T/100)4，(C：灰體輻射常數(shù)；C0：黑體輻射常數(shù)；ε=C/C0：發(fā)射率或黑度)；兩物體輻射傳熱：Q1-2=C1-2φA[(T1/100)4-(T2/100)4]，(φ：角系數(shù)；A：輻射面積；C1-2=1/[(1/C1)+(1/C2)-(1/C0)])6.總傳熱速率方程：dQ=KmdA，(dQ：微元傳熱速率；Km：總傳熱系數(shù)；A：傳熱面積)；1/K=1/h1+bA1/λAm+A1/h2A2，(h1，h2：熱、冷流體表面?zhèn)鳠嵯禂?shù))。7.換熱器：夾套換熱器、蛇管式換熱器、套管式換熱器、列管式換熱器。

8、（1）強化傳熱為了使物料滿足所要求的操作溫度進行的加熱或冷卻，希望熱量以所期望的速率進行傳遞；（2）削弱傳熱：為了使物料或設(shè)備減少熱量散失，而對管道或設(shè)備進行保溫或保冷。

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9.熱傳導(dǎo)物體各部分之間不發(fā)生相對位移時，依靠分子、原子及自由電子等微觀粒子的熱運動而產(chǎn)生的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)，又稱導(dǎo)熱。

10.對流傳熱：對流僅發(fā)生于流體中，它是指由于流體的宏觀運動使流體各部分之間發(fā)生相對位移而導(dǎo)致的熱量傳遞過程。11.

無相變對流傳熱有相變內(nèi)部流動強制對流傳熱外部流動大空間自然對流自然對流傳熱有限空間自然對流混合對流傳熱沸騰傳熱冷凝傳熱大容器沸騰管內(nèi)沸騰管外冷凝管內(nèi)冷凝

12.傳熱的基本方式:（1）熱傳導(dǎo)（2）對流傳熱熱對流（3）輻射傳熱

13.影響冷凝傳熱的因素和冷凝傳熱的強化①流體物性：冷凝液、、；潛熱r→②溫差：液膜層流流動時，t=ts－tW，,③不凝氣體：不凝氣體的存在會導(dǎo)致（1%不凝氣可使60%），所以應(yīng)該定期排放④蒸汽流速與流向(u>10m/s)：蒸汽與液膜同向時u,；反向時u,；u時(無論方向)。因此蒸汽進口一般設(shè)在換熱器上部，以避免蒸汽與液膜逆向流動使。⑤蒸汽過熱：包括冷卻和冷凝兩個過程。⑥冷凝面的形狀和位置：以減少冷凝液膜的厚度并作為目的。垂直板或管：可開縱向溝槽；水平管束：可采用錯列。

14.導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義：表示溫度梯度為1K/m或1℃/m時，單位時間通過單位面積的熱量。即：單位溫度梯度下

0為固體在0(10kt)的熱通量�！鏁r的導(dǎo)熱系數(shù)，k為溫度系數(shù)，1/℃,對大多數(shù)金屬材料為負(fù)值，對大多數(shù)非金屬固體材料

為正值。

15.在物體邊界上，傳熱邊界條件可分為以下三類：(1)已知物體邊界壁面的溫度，稱為第一類邊界條件；(2)已知物體邊界壁面的熱通量值，稱為第二類邊界條件；已知物體壁面處的對流傳熱條件，稱為第三類邊界條件。

L16.準(zhǔn)數(shù)的定義與物理意義：努塞爾準(zhǔn)數(shù)（Nusselt），Nu:對流傳熱與厚度為L的流體層內(nèi)的熱傳導(dǎo)之比。

努塞爾數(shù)越大，對流傳熱的傳熱強度也越大。它反映了固體壁面處的無因次溫度梯度的大小。

uLuL雷諾準(zhǔn)數(shù)（Reynold），Re:慣性力與粘性力之比。雷諾數(shù)小，表示流體的粘性力起控制作用，抑制流層的擾動，隨著雷諾數(shù)的增大，流體中流體微團的擾動加劇，壁面處的溫度梯度增大，對流傳熱系數(shù)增大。cp普朗特準(zhǔn)數(shù)（Prandtl），Pr:動量擴散與熱量擴散之比。它表征了流體的動量傳遞能力與熱量傳遞能力的格拉曉夫準(zhǔn)數(shù)（Grashof），Gr:

a浮升力與粘性力之比。

它反映了由于流體中溫度差引起密度差所導(dǎo)致的浮升力對對流傳熱的影響。它在自然對流中的作用與強制對流中雷諾數(shù)的作用相當(dāng)。

17.蒸汽與低于飽和溫度的壁面接觸時有膜狀冷凝和珠狀冷凝兩種

18.影響沸騰傳熱的因素及強化途徑：①液體的性質(zhì)：②溫差：③操作壓強：④加熱面：

19.輻射：物體通過電磁波來傳遞能量的過程。熱輻射：物體由于熱的原因以電磁波的形式向外發(fā)射能量的過程。20.熱輻射=反射+吸收+穿透（黑體，白體，透熱體，灰體）

E21.物體的黑度：指同溫度下物體與黑體輻射能力之比。僅與自身特性有關(guān)。22.斯蒂芬波爾茨曼定律

)323gtLgLt1000──黑體輻射常數(shù)，=5.67×10-8W/(m2.K4)；克�；舴蚨�律：22E0oT4C0(T4E0EC0──黑體輻射系數(shù)，=5.67W/(m2.K4)

角系數(shù)落到表面Aj上的由表面Ai發(fā)出的輻射能ij由表面Ai發(fā)出的總輻射能23.氣體的熱輻射具有以下兩個主要特點：

E11Ebf(T)（1）氣體的輻射和吸收對波長具有強烈的選擇性（2）氣體的輻射和吸收是在整個容積內(nèi)進行

24.傳熱三步（:1）熱流體以對流傳熱方式將熱量傳給固體壁面；（2）熱量以熱傳導(dǎo)方式由間壁的熱側(cè)面?zhèn)鞯嚼鋫?cè)面；（3）

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冷流體以對流傳熱方式將間壁傳來的熱量帶走。

25.熱量衡算方程反映了冷、熱流體在傳熱過程中溫度變化的相互關(guān)系。根據(jù)能量守恒原理，在傳熱過程中，若忽略熱損失，單位時間內(nèi)熱流體放出的熱量等于冷流體所吸收的熱量。

Qmh(Hh1Hh2)mc(Hc2Hc1)熱量衡算方程

26.傳熱過程的平均溫差計算：恒溫差傳熱，變溫差傳熱

27.按照冷、熱流體之間的相對流動方向，流體之間作垂直交叉的流動，稱為錯流；如一流體只沿一個方向流動，而另一流體反復(fù)地折流，使兩側(cè)流體間并流和逆流交替出現(xiàn)，這種情況稱為簡單折流。

28.不同流動排布型式的比較：進出口溫度條件相同時，逆流的平均溫差最大，并流的平均溫差最小，對于其他的流動排布型式，其平均溫差介于兩者之間。在實際的換熱器中應(yīng)盡量采用逆流流動，而避免并流流動。但是在一些特殊場合下仍采用并流流動，以滿足特定的生產(chǎn)工藝需要。采用折流和其他復(fù)雜流動的目的是為了提高傳熱系數(shù)，然而其代

Q價是減小了平均傳熱溫差。

Qmax29.換熱器傳熱效率e的定義為實際傳熱速率Q與理論上可能的最大傳熱速率Qmax之比

四、質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)

1.質(zhì)量傳遞（簡稱傳質(zhì)）是指物質(zhì)從一處向另一處轉(zhuǎn)移，包括相內(nèi)傳質(zhì)和相際傳質(zhì)兩類，前者發(fā)生在同一個相內(nèi)，后者則涉及不同的兩相。

2.（1）氣（汽）－液系統(tǒng)：吸收：混合氣體中可溶組分由氣相傳遞到液相溶劑中的過程。解吸：為吸收的逆過程。蒸餾：不同物質(zhì)在氣液兩相間的相互轉(zhuǎn)移。氣體增(減）濕：濕分由液相（氣相）向氣相（液相）轉(zhuǎn)移。

（2）液-液系統(tǒng)：萃�。喝苜|(zhì)由一液相轉(zhuǎn)入另一液相。這是在液體混合物中加入另一不相溶的液相物質(zhì)，使原混合物組分在兩液相中重新分配的過程。

（3）氣（汽）－液系統(tǒng)：吸收：混合氣體中可溶組分由氣相傳遞到液相溶劑中的過程。解吸：為吸收的逆過程。蒸餾：不同物質(zhì)在氣液兩相間的相互轉(zhuǎn)移。氣體增(減）濕：濕分由液相（氣相）向氣相（液相）轉(zhuǎn)移。

（4）氣－固系統(tǒng)：干燥：加入熱量使液體氣化，從固體的表面或內(nèi)部轉(zhuǎn)入氣相。吸附：物質(zhì)由氣相趨附于固體表面（主要是多孔性固體的內(nèi)表面），吸附平衡是過程進行的極限。3.費可定律：實驗表明，在二元混合物（A+B）中，組分的擴散通量與其濃度梯度成正比，這個關(guān)系稱為費克（Fick）定律。

4.化學(xué)反應(yīng)可分為兩類：一類是在整個相內(nèi)均勻發(fā)生的反應(yīng)，稱為均相反應(yīng)；另一類則是局限在某個特定區(qū)域內(nèi)的反應(yīng)，它可以是在相的內(nèi)部，也可以在邊界上，稱為非均相反應(yīng)。

5.對流傳質(zhì)通常指運動流體與固體壁面（或兩股直接接觸的流體之間）間的質(zhì)量傳遞，是相際傳質(zhì)的基礎(chǔ)。一般情況下，傳質(zhì)設(shè)備中流體的流動形態(tài)多為湍流。

6.傳質(zhì)過程應(yīng)用的設(shè)備有多種類型，其主要功能是給傳質(zhì)的兩相（或多相）提供良好的接觸機會，包括增大相界面面積和增強湍動強度，主要有填料塔和板式塔。

7.板式塔：有害因素：空間上的反向流動：泡沫夾帶（增大板間距）、氣泡夾帶（增大降液管長度）；空間上的不均勻流動：氣體，液體。如何提高效率：《1》合理選擇塔板孔徑和開口率造成適宜氣液接觸狀態(tài)《2》設(shè)置傾斜的進氣裝置塔板壓降：塔板上下對應(yīng)位置的壓力差（新型：泡罩塔板、浮閥塔板、篩孔塔板、舌型塔板、網(wǎng)型塔板、垂直塔板）8.填料塔：主要特性數(shù)據(jù)：比表面積、孔隙率、添填料的幾何形狀（拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍型填料、階梯環(huán)添料）9.填料塔操作范圍小，對液體負(fù)荷變化敏感；不易處理易聚合或含有固體懸浮物的物料；反應(yīng)過程中需要冷卻時，填料塔復(fù)雜，有側(cè)線出料時，填料塔不如板式塔方便；板式塔設(shè)計簡便安全；填料塔小時結(jié)構(gòu)簡單，造價低；易起泡物系、腐蝕性物系、熱敏性物系，填料塔更合適；填料塔壓降比板式塔小，真空操作方便。

五、氣體吸收

1.吸收是將氣體混合物與適當(dāng)?shù)囊后w接觸，利用個組。分在液體中溶解度的差異而使氣體中不同組分分離的操作�；旌蠚怏w中，能夠溶解于液體中的組分稱為吸收質(zhì)或溶質(zhì)；不能溶解的組分稱為惰性氣體；吸收操作所用的溶劑稱為吸收劑；溶有溶質(zhì)的溶液稱為吸收液或簡稱溶液；派出的氣體稱為吸收尾氣。（分物理吸收煤氣脫苯，化學(xué)吸收二氧化碳碳酸鉀）

2.吸收操作是氣體混合物的主要分離方法，化工生產(chǎn)。中它有以下幾種具體的應(yīng)用：１．化工產(chǎn)品２．分離氣體混合物

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３．從氣體中回收有用組分４．氣體凈化(原料氣的凈化和尾氣、廢氣的凈化)５．生化工程。一個完整地吸收分離過程一般包括吸收和解吸兩部分。3.溶劑的選擇：（1）溶劑應(yīng)對氣體中被分離組分有較大溶解度；（2）溶劑對其他組分的溶解度要�。�3）溶質(zhì)在溶劑中的溶解度對溫度變化敏感（4）容積蒸汽壓低，減少回收時的損失（5）溶劑有較好的化學(xué)穩(wěn)定性（6）溶劑有較低的粘度（7）溶劑價廉，無腐蝕性、無毒不易燃。吸收率η=(mA除/mA進)×100%≈[(y1-y2)/y1]×100%，(y1，y2：進塔和出塔混合氣中A的摩爾分?jǐn)?shù))。

4．.稀溶液中亨利定律：c*A=HpA，(c*A：溶解度；H：溶解度系數(shù)；pA：氣相分壓)；p*A=ExA，(xA：液相中溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)；E：亨利系數(shù))；y*=mx，(平衡常數(shù)m=E/p)；E=ρs/HMs，(ρs，Ms：純?nèi)軇┟芏群拖鄬Ψ肿淤|(zhì)量)。5.費克定律：jA=-DABdcA/dz，(jA：擴散速率；DAB：組分A在組分B中的擴散系數(shù)；dcA/dz：組分A在擴散方向z上的濃度梯度)；

等分子擴散速率：NA=jA=D(pA,1-pA,2)/RTz；單向擴散：NA=D(pA,1-pA,2)p/RTzpB,m，(p/pB,m：漂流因子，pB,m=(pB,2-pB,1)/ln(pB,2/pB,1)，即對數(shù)平均值)；同理，NA=D(cA,1-cA,2)c/zcB,m。

6.吸收塔操作線方程：qn(L)/qn(V)=(y1-y2)/(x1-x2)，(qn(V)：二元混合氣摩爾流量；qn(L)：液相摩爾流量；x，y：任意一截面液氣相摩爾流量)；

最小液氣比[qn(L)/qn(V)]min=(y1-y2)/(x*1-x2),qn(L)/qn(V)=(1.12.0)[qn(L)/qn(V)]min；

低濃度時填料塔高度h=qn(V)[dy/(y-y*)]/KyaS=qn(L)[dx/(x*-x)]/KxaS=NOGHOG=NOLHOL，(K：傳質(zhì)系數(shù)；S：塔截面積；a：單位體積填料有效接觸面積；NOG=[dy/(y-y*)]：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)；HOG=qn(V)/KyaS：氣相總傳質(zhì)單元高度)；

相平衡線為直線時：NOG=ln[(1-S’)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S’]/(1-S’)，NOL=ln[(1-A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+A]/(1-A)，(吸收因數(shù)：A=1/S’=qm(V)/mqm(V))。

7.填料塔：液體上進下出，氣體下進上出，其中設(shè)有液體在分布器，可使其均勻分布于填料表面，塔頂可按轉(zhuǎn)除末器。填料塔是一種應(yīng)用廣泛的氣液兩相接觸并進行傳熱、傳質(zhì)的塔設(shè)備，可用于吸收（解吸）、精餾和萃取等分離過程。填料塔不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且具有阻力小和便于用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點，尤其適用于塔直徑較小地情形及處理有腐蝕性的物料或要求壓強較小的真空蒸餾系統(tǒng)，此外，對于某些液氣比較大的蒸餾或吸收操作，也宜采用填料塔。（氣液逆流流動，增加傳質(zhì)推動力）

表征填料特性的主要參數(shù)有：1．比表面積；2．空隙度；3．單位堆體積內(nèi)的填料數(shù)目n；4．堆積密度；5．干填料因子及填料因子；6．機械強度及化學(xué)穩(wěn)定性8.

六、蒸餾

1.蒸餾分類：操作方式：連續(xù)蒸餾、間歇蒸餾；對分離的要求：簡單蒸餾、平衡蒸餾(閃蒸)、精餾、特殊精餾（精餾還包括水蒸氣精餾、間歇精餾、恒沸精餾、萃取精餾、反應(yīng)精餾）；壓力：常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓蒸餾；組分：雙組分蒸餾和多組分蒸餾(精餾)，常用精餾塔。精餾，加壓提高蒸汽冷凝溫度，降壓降低沸點溫度。

2.雙組分溶液氣液相平衡：液態(tài)泡點方程：xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]，(xA：液態(tài)組分A的摩爾分?jǐn)?shù)；p(t)：壓強關(guān)于溫度的函數(shù))；

氣態(tài)露點方程：yA=pA/p=[pA(t)/p]×[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]；平衡常數(shù)KA=yA/xA，理想溶液：KA=p°A/p，即組分飽和蒸氣壓和總壓之比；揮發(fā)度：υA=pA/xA，相對揮發(fā)度：αAB=υA/υB，最終可導(dǎo)出氣液平衡方程：y=αx/[1+(a-1)x]；

氣液平衡相圖：p-x圖(等溫)、t-x(y)圖(等壓)、x-y圖。

3.平衡蒸餾：qn(F)，xF加熱至泡點以上tF，減壓氣化，溫度達到平衡溫度te，兩相平衡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))；熱量衡算：tF=te+(1-q)γ/Cp,m，(Cp,m：原液的摩爾定壓熱容；γ：原液的摩爾氣化潛熱)；平衡關(guān)系：yD=αxW/[1+(α-1)xW]。4.簡單蒸餾：持續(xù)加熱至釜液組成和餾出液組成達到規(guī)定時停止；關(guān)系式：ln[n(F)/n(W)]={ln(xF/xW)-αln[(1-xF)/(1-xW)]}/(α-1)；

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總物料衡算：n(F)=n(W)+n(D)；易揮發(fā)組分衡算：n(F)xF=n(W)xW+n(D)xD；

推出：xD=[n(F)xF-n(W)xW]/[n(F)-n(W)]。

5.精餾：多次部分氣化部分冷凝(連續(xù)、間歇)，泡點不同采取不同的壓力操作，塔板數(shù)從上至下記；塔頂易揮發(fā)組分回收率：ηD=qn(D)xD/qn(F)xF×100%，

釜中不易揮發(fā)組分回收率：ηW=qn(W)(1-xW)/[qn(F)(1-xF)]×100%；精餾段總物料衡算：qn(V)=qn(D)+qn(L)；精餾段易揮發(fā)組分衡算：qn(V)yn+1=qn(D)xD+qn(L)xn；(V：各層上升蒸汽量；D：塔頂餾出液量；L：各板下降的液量；yn+1：第n+1塊板上升的蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；xn：第n塊板下降的液體中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù))，

精餾段操作線方程：yn+1=Rxn/(R+1)+xD/(R+1)，(回流比R=qn(L)/qn(D))；

提餾段總物料衡算：qn(L’)=qn(V’)+qn(W)；提餾段易揮發(fā)組分衡算：qn(L’)x’m=qn(V’)y’m+1+qn(W)xW；(W：釜液量)，提餾段操作線方程：y’m+1=qn(L’)x’m/qn(V’)-qn(W)xW/qn(V’)；

總的物料衡算：qn(F)+qn(V’)+qn(L)=qn(V)+qn(L’)，乘上各焓值Hx即為熱量衡算，qn(V)=qn(V’)+(1-q)qn(F)，(精餾進料熱狀態(tài)參數(shù)q=(HV-HF)/(HV-HL)，即單位原料液變?yōu)轱柡驼羝�所需要的熱量與單位原料液潛熱之比)；

進料方程：y=qx/(q-1)-xF/(q-1)；理論塔板的計算逐板法和圖解法，回流比R增大理論塔板數(shù)減小，解析法：全回流理論塔板數(shù)Nmin={lg[xD(1-xw)/[xw(1-xD)]]}/lgam-1，(am：全塔平均揮發(fā)度)；

最小回流比Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)，(xq，yq：進料時)，R實=(1.12.0)Rmin；全塔效率ET為理論塔板數(shù)與實際塔板數(shù)之比；

間歇精餾：分批精餾，一次進料待釜液達到指定組成后，放出殘液，再次加料，用于分離量少而純度要求高的物料，每批精餾氣化物質(zhì)的量n(V)=(R+1)n(D)，所需時間τ=n(V)/qn(V)；

特殊精餾：恒沸精餾(加第三組分，形成新的低恒沸物，增大相對揮發(fā)度)、萃取精餾(加第三組分，增大相對揮發(fā)度)、加鹽萃取精餾、分子蒸餾(針對高分子量、高沸點、高粘度、熱穩(wěn)定性極差的有機物)。

6.根據(jù)溶液的蒸汽壓偏離拉烏爾定律的方向，一般可將非理想溶液分成兩大類：１、正偏差溶液，２、負(fù)偏差溶液7.精餾回流中，下降也體重的輕組分向氣相傳遞，上升正其中的重組分向液相傳遞，塔下半部分完成了重組分的提濃，叫做提餾段。完整的精餾塔包括精餾段和提餾段。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，回流比是塔頂回流量比塔頂產(chǎn)品量的比值。板式塔加料位置在第五塊板效率最高。只有提餾段沒有精餾段的叫回收塔。

8.加入第三組分和原溶液中的某一組份形成最低恒沸物，以新恒沸物的形式從塔頂蒸出叫做恒沸蒸餾（糠醛-水），若加入的第三組分僅改變各組分的相對揮發(fā)度叫做萃取精餾（乙醇-水）。恒沸精餾的挾帶劑要符合能與混合組分鐘至少一個形成最低恒沸物，新形成的恒沸物要便于分離，恒沸物中挾帶劑的含量要少。萃取精餾添加劑要選擇性高、揮發(fā)性小，與原溶液可以很好的互溶。相比較，萃取精餾添加劑的選擇范圍廣，不用形成汽化物從塔頂蒸出能耗少，但其需要連續(xù)不斷的加入，不能用于間歇精餾。9.多組分精餾，獲得n個產(chǎn)物需要n+1個塔。

五、吸收

1.吸收劑的要求：對溶質(zhì)的溶解度大，對其他成分溶解度小、易于再生、不易揮發(fā)、粘度低、無腐蝕性、無毒不易燃、價低，吸收率η=(mA除/mA進)×100%≈[(y1-y2)/y1]×100%，(y1，y2：進塔和出塔混合氣中A的摩爾分?jǐn)?shù))。

2.稀溶液中亨利定律：c*A=HpA，(c*A：溶解度；H：溶解度系數(shù)；pA：氣相分壓)；p*A=ExA，(xA：液相中溶質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)；E：亨利系數(shù))；y*=mx，(平衡常數(shù)m=E/p)；E=ρs/HMs，(ρs，Ms：純?nèi)軇┟芏群拖鄬Ψ肿淤|(zhì)量)。

六、干燥

1.絕對濕度δ=0.622pV/(p-pV)，(pV：水蒸汽分壓)；相對濕度φ=pV/pS，(pS：水蒸汽飽和分壓)；濕焓I=Ig+δIv，(Ig：絕干空氣的焓；Iv：水蒸汽的焓)。

2.物料的干基濕含量X=m水/m絕干，是基濕含量ω=m水/m總×100%，ω=X/(1+X)；物料分類：非吸濕毛細(xì)孔物料、

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吸濕多孔物料和膠體無孔物料；物料與水分：總水分、平衡水分、自由水分、非結(jié)合水分、結(jié)合水分。

3.干燥過程物料衡算：qm,c(X1-X2)=qm,L(δ2-δ1)=qm,W，(qm,c：絕對干料的質(zhì)量流量；qm,L：絕干空氣質(zhì)量流量；qm,W：干料蒸發(fā)出水分的質(zhì)量流量)，即濕物料減少水分等于干空氣中增加的水分；

熱量衡算：q=qD+qP=qm,L(I2-I0)+qm,c(I’2-I’1)+qL，(qD：單位時間干燥器熱量；qP：單位時間預(yù)熱氣熱量；qL：單位時間熱損失；I2：出干燥器的空氣的焓；I0：進預(yù)熱器的空氣的焓；I’2，I’1：進出干燥器物料的焓)，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；

干燥器熱效率：η=qd/qP×100%，(qd=qm,L(1.01+1.88δ0)(t1-t2))。4.干燥速率U=h(t-tW)/rtw，(h：對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；t：恒定干燥條件下空氣平均溫度；tW：初始狀態(tài)空氣濕球溫度；r：飽和蒸汽冷凝潛熱)；

恒速干燥階段時間：τ1=qm,c(X1-Xc)/UcS，(Xc：臨界濕含量；S：干燥面積)，

降速干燥階段時間：τ2=qm,c(Xc-X*)ln[(Xc-X*)/(X2-X*)]/UcS。

5.干燥器分類：廂式干燥器、隧道干燥器、轉(zhuǎn)筒干燥器、帶式干燥器、轉(zhuǎn)鼓干燥器、噴霧干燥、流化床干燥器、氣流干燥器、微波高頻干燥。

七、新型分離技術(shù)

1.超臨界萃�。阂猿�臨界流體作萃取劑(密度接近于液體，而粘度接近于氣體，擴散系數(shù)位于兩者之間)，其具有很強的選擇性和溶解能力，傳質(zhì)速率大；流程可分為：等溫法、等壓法和吸附吸收法。

2.膜分離技術(shù)：微濾、超濾、納濾、反滲透、透析、電滲析、氣膜膜分離、滲透氣化(溶質(zhì)發(fā)生相變化，再透過側(cè)以氣相狀態(tài)存在)。

3.液液萃�。ㄊ�油餾分氧化的稀醋酸提濃）：與分離液體混合物的整流方法比較，下列情況采用是可取的：

（1）溶質(zhì)A的濃度很小而稀釋劑的濃度B易揮發(fā)組分時，直接用蒸餾的方法能耗是很大，這時可以先萃取，使溶質(zhì)A富集于萃取劑S中，然后對萃取相進行蒸餾，如以氯仿為萃取劑從咖啡因水溶液中分離咖啡因。

（2）恒沸物或沸點相近組分的分離，此時普通整流方法不適用，如催化重整油中芳烴與烷烴的分離因沸點相近而需要塔板數(shù)太多，工業(yè)上常用環(huán)丁砜為萃取劑融解苯、甲苯、二甲苯以及其他芳烴衍生物。

（3）需分離的組分不耐熱，蒸餾時易分解、聚合或發(fā)生其他變化，如從發(fā)酵液中提取青霉素時采用醋酸丁酯為萃取劑進行萃取。

溶劑需滿足：溶劑不能與被分離混合物完全互溶，只能部分互溶；溶劑對A、B兩種組分有不同的溶解能力，有選擇性。對被分離組分A相對揮發(fā)度高。

混合液相對揮發(fā)度小，濃度稀，含熱敏物質(zhì)宜采用液液萃取。（兩相接觸方式分微分接觸，級式接觸）（三角形圖、溶解度曲線）主要設(shè)備：篩板塔、填料塔、脈沖填料塔脈沖篩板塔、轉(zhuǎn)盤塔等。八、結(jié)晶

1.由蒸汽、溶液或熔融物中析出固體晶態(tài)的操作叫結(jié)晶。

2.吸附多孔性固體表面的分子或原子因受力不均而具有剩余的表面能，當(dāng)流體中的某些物質(zhì)碰撞固體表面時，受到這些不平衡力的作用就會停留在固體表面上。具有吸附作用的物質(zhì)，稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。常見的吸附劑有活性炭、磺化煤、焦碳、木炭、白土、爐渣及大孔徑吸附樹脂等。3.吸附的應(yīng)用（1）氣體和液體的深度干燥；（2）食品、藥品和有機石油產(chǎn)品的脫色、除臭；（3）有機烷烴的分離和精制；（4）氣體的分離和精制；（5）從廢水或廢氣中除去有害的物質(zhì)。4.膜分離是以對組分具有選擇性透過功能的膜為分離截至，通過在膜兩側(cè)施加（或存在）一種或多種推動力，使原料中的膜組分選擇性地優(yōu)先透過膜，從而達到混合物分離，并視線產(chǎn)物地提取、濃縮、純化等目的的一種新型分離過程。

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