化工原理教案（下册）

化工原理教案(册)
第章 蒸 馏 （册）
1 教学目
通章学掌握蒸馏基概念蒸馏程基计算方法
2 教学重点
（1）两组分理想物系汽液衡关系
（2）蒸馏程原理
（3）两组分连续精馏程计算（物料衡算进料热状况影响理板层数计算回流影响塔板效率）
3 教学难点
进料热状况参数 精馏影响侧线精馏塔理板层数求解间歇精馏计算
4 章学应注意问题
（1）汽液衡关系精馏程计算基础理解衡常数相挥发度等基概念熟练运汽液衡关系进行关计算
（2）两组分连续精馏程计算容物料衡算理板层数计算塔高塔径计算涉进料热状况回流回流塔板效率等诸概念理解述概念熟练掌握计算公式间联系
（3）两组分连续精馏程计算涉公式较学时机械记忆应注意掌握推导程
（4）塔板效率计算通常需联立操作线方程汽液衡方程塔板效率定义式应注意出关组成计算塔板效率出塔板效率计算关组成计算时应注意求塔板位置类型（理板实际板）
5 教学方法
课堂讲授辅课堂讨题课进行巩固强化训练
6 章学资料
(1)夏清等化工原理册 天津 天津学出版社 2005
(2)姚玉英等 化工原理册 天津 天津学出版社 1999
(3)连理工学 化工原理册 连 连理工学出版社 1992
(4) 贾绍义柴诚敬化工传质分离程北京：化学工业出版社2001
(5) 蒋维钧雷良恒刘茂林化工原理册北京：清华学出版社 1993

11 蒸馏程概述汽液衡关系
学目
通知识点学应掌握蒸馏程汽液衡关系表示方法
蒸馏程概述
1 蒸馏程化工中应
蒸馏分离液体混合物典型单元操作应广泛例原油蒸馏汽油煤油柴油重油等混合芳烃蒸馏苯甲苯二甲苯等液态空气蒸馏纯态液氧液氮等
蒸馏利液体混合物中组分挥发性差异进行分离种单元操作中较易挥发称易挥发组分（轻组分）较难挥发称难挥发组分（重组分）例容器中苯甲苯溶液加热部分汽化形成汽液两相汽液两相趋衡时苯挥发性甲苯强（苯沸点较甲苯低）汽相中苯含量必然较原溶液高蒸汽引出冷凝含苯较高液体残留容器中液体苯含量原溶液低甲苯含量原溶液高样溶液初步分离次进行述分离程获较纯苯甲苯
2 蒸馏分离特点
蒸馏目前应广类液体混合物分离方法具特点：
(1) 通蒸馏分离直接获需产品吸收萃取等分离方法外加溶剂需进步提取组分外加组分行分离蒸馏操作流程通常较简单
(2) 蒸馏分离适范围广仅分离液体混合物气态固态混合物分离例空气加压液化精馏方法获氧氮等产品脂肪酸混合物加热熔化减压建立汽液两相系统蒸馏方法进行分离
(3) 蒸馏程适种浓度混合物分离吸收萃取等操作提取组分浓度较低时较济
(4) 蒸馏操作通混合液加热建立汽液两相体系汽相需冷凝液化蒸馏操作耗较蒸馏程中节值重视问题
3 蒸馏程分类
工业蒸馏操作方法分类：
（1）蒸馏操作方式 分简单蒸馏衡蒸馏（闪蒸）精馏特殊精馏等简单蒸馏衡蒸馏单级蒸馏程常混合物中组分挥发度相差较分离求高场合精馏级蒸馏程适难分离物系分离求较高场合特殊精馏适某普通精馏难分离法分离物系工业生产中精馏应广泛
（2）蒸馏操作流程 分间歇蒸馏连续蒸馏间歇蒸馏具操作灵活适应性强等优点应规模品种某特殊求场合连续蒸馏具生产力产品质量稳定操作方便等优点应生产规模产品质量求高等场合间歇蒸馏非稳态操作连续蒸馏稳态操作
（3）物系中组分数目 分两组分精馏组分精馏工业生产中绝数组分精馏两组分精馏原理计算原样适组分精馏处理组分精馏程时更复杂常两组分精馏基础
（4）操作压力 分加压常压减压蒸馏常压气态（空气石油气）常压泡点室温混合物常采加压蒸馏常压泡点室温150℃左右混合液般采常压蒸馏常压泡点较高热敏性混合物（高温易发生分解聚合等变质现象）宜采减压蒸馏降低操作温度
章重点讨两组分物系连续精馏原理计算方法
二蒸馏程汽液衡关系
蒸馏操作汽液两相间传质程汽液两相达衡状态传质程极限汽液衡关系分析精馏原理解决精馏计算基础
（） 两组分理想物系汽液衡
谓理想物系指液相汽相应符合条件：
(1) 液相理想溶液遵循拉乌尔定律
(2) 汽相理想气体遵循道尔顿分压定律总压太高（般高104kPa）时汽相视理想气体
理想物系相衡相衡关系中简单模型严格讲理想溶液存化学结构相似性质极相组分组成物系苯—甲苯甲醇—乙醇常压150℃种轻烃混合物似理想物系处理
1 汽液衡相图
相图表达汽液衡关系较直观尤两组分蒸馏汽液衡关系表达更方便影响蒸馏素相图直接反映出蒸馏中常相图恒压温度—组成图汽相—液相组成图
（1）温度—组成 图恒定总压溶液衡温度组成变衡温度液（汽）相组成关系标绘成曲线图该曲线图温度组成图 图

图11示总压1013kPa苯—甲苯混合液衡温度—组成图图中x（y）横坐标t坐标图中两条曲线方曲线t–y线表示混合物衡温度t汽相组成y间关系称饱蒸汽线露点线方曲线t–x线表示混合物衡温度t液相组成x间关系称饱液体线泡点线述两条曲线t–x–y图分成三区域饱液体线区域代表未沸腾液体称液相区饱蒸汽线方区域代表热蒸汽称热蒸汽区两曲线包围区域表示汽液两相时存称汽液存区
恒定压力温度t1 组成x1（图中点A）混合液加热温度升高t2（点B）时溶液开始沸腾时产生第汽泡该温度泡点温度 继续升温t3（点C）时汽液两相存汽相组成y液相组成x两相互成衡样温度t5 组成y1（点E）热蒸汽冷温度降t4（点D）时热蒸汽开始冷凝时产生第液滴该温度露点温度 继续降温t3（点C）时汽液两相存
图片11见汽液两相呈衡时汽液两相温度相汽相组成（易挥发组分）液相组成汽液两相组成相时露点温度总泡点温度
（2）汽—液相组成图(x–y图) x–y图直观表达定压力处衡状态汽液两相组成关系蒸馏计算中应普遍

图12示总压101 kPa苯—甲苯混合物系x–y图图中x横坐标y坐标图中曲线代表液相组成衡汽相组成间关系称衡曲线已知液相组成x1衡曲线出衡汽相组成y1反然图中直线角线（xy）该线作参考线供计算时理想物系汽相组成y恒液相组成x衡线位角线方衡线偏离角线愈远表示该溶液愈易分离
应予指出xy曲线恒定压力测实验表明总压变化范围20~30xy曲线变动超2总压变化时外压xy曲线影响忽略xy图通txy图作出常见两组分物系常压衡数理化手册中查
2 汽液衡关系式
定量计算中采汽液衡关系式更方便
（1）拉乌尔定律实验表明理想溶液汽液两相呈衡时溶液方组分分压溶液中该组分摩尔分率成正

（11）

（12）
式11示关系称拉乌尔定律纯组分饱蒸汽压温度函数通常安托尼方程计算直接理化手册中查
简单起见常略式表示相组成标惯xy分表示易挥发组分液相汽相中摩尔分率( )（ ）分表示难挥发组分摩尔分率
溶液方总压P等组分分压

(13)

整理式

(14)
式14表示汽液衡时液相组成衡温度间关系称泡点方程根式计算定压力某液体混合物泡点温度
（2）衡常数表示汽液衡方程拉乌尔定律进行分析出衡常数表示汽液衡方程
设衡汽相遵循道尔顿分压定律

(15)

代入式14

(16)
式16表示汽液衡时汽相组成衡温度间关系称露点方程根式计算定压力某蒸汽混合物露点温度
令

(17)
式17衡常数表示汽液衡方程 称汽液相衡常数简称衡常数
（3）相挥发度表示汽液衡方程前已述蒸馏基混合液中组分挥发度差异纯组分挥发度指液体定温度饱蒸汽压溶液中组分挥发度蒸汽中分压衡液相中摩尔分率表示

(18)

(19)
式中 分溶液中AB两组分挥发度
理想溶液符合拉乌尔定律


挥发度表示某组分挥发力温度变太方便引出相挥发度概念惯易挥发组分挥发度难挥发组分挥发度称相挥发度 表示

(110)
理想物系汽相遵循道尔顿分压定律式改写

(111)
通常式111称相挥发度定义式理想溶液

(112)
温度着相方变化两者值变化计算时般 取作常数取操作温度范围均值
两组分溶液总压高时式111

略标整理

(113)
式113相挥发度表示汽液衡方程蒸馏分析计算中常式113表示汽液衡关系
根相挥发度 值判断某混合液否般蒸馏方法分离分离难易程度 >1表示组分A较B容易挥发 值偏离1程度愈挥发度差异愈分离愈容易 1式113知 时普通蒸馏方法加分离需采特殊精馏分离方法
（二）两组分非理想物系汽液衡
实际生产中遇数物系非理想物系非理想物系三种情况：
(1) 液相非理想溶液汽相理想气体
(2) 液相理想溶液汽相非理想气体
(3) 液相非理想溶液汽相非理想气体
精馏程般较低压力进行时汽相通常视理想气体数非理想物系视第种情况知识点简介绍第种情况汽液衡关系两种情况汽液衡关系参考书籍
1 汽液衡相图
种实际溶液理想溶液偏差程度相例乙醇—水苯—乙醇等物系具正偏差例子表现溶液某组成时两组分饱蒸汽压出现值应溶液泡点两纯组分沸点低具低恒沸点溶液图13图14分乙醇—水物系t–x–y图x–y图图中点M代表汽液两相组成相等常压恒沸组成0894低恒沸点7815℃该点溶液相挥发度 相反氯仿—丙酮溶液硝酸—水物系具负偏差例子图片15图片分硝酸—水混合液t–x–y图x–y图常压高恒沸点1219℃应恒沸组成0383图中点N溶液相挥发度



2 汽液衡方程
非理想溶液衡分压表示

(114)

(115)
式中 组分活度系数组分活度系数值组成关般通实验数求取热力学公式计算
总压太高汽相理想气体时衡汽相组成

令

(116)

应予指出采衡常数表示汽液衡方程时理想物系非理想物系汽液衡方程形式完全相衡常数表达式

应完成题
11正戊烷（C5H12）正已烷(C6H14)饱蒸汽压数列题附表试计算总压P133kPa该溶液汽液衡数均相挥发度假设该物系理想溶液
题11  附表
温度 T K
C5H12
2231
2330
2440
2510
2606
2751
2917
3093
C6H14
2482
2591
2769
2790
2890
3048
3228
3419
饱蒸汽压  p0 kPa
13
26
53
80
133
266
532
1013
12  某精馏塔沸器操作压力1050kPa釜液中含苯015（摩尔分率）余甲苯苯甲苯安托尼常数列题附表安托尼方程中温度单位℃压力单位kPa物系视作理想溶液求溶液泡点衡汽相组成
题12  附表
组分
A
B
C
苯
6023
120635
22024
甲  苯
6078
134394
21958

12  衡蒸馏简单蒸馏


学目
通知识点学应掌握衡蒸馏简单蒸馏概念计算方法
衡蒸馏
1 衡蒸馏装置流程
衡蒸馏称闪急蒸馏简称闪蒸种连续稳态单级蒸馏操作衡蒸馏装置流程图片17示分离混合液先加热器加热温度高分离器压力料液泡点然通减压阀压力降低规定值进入分离器热液体混合物分离器中部分汽化衡汽液两相分分离器顶部底部引出实现混合液初步分离


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2 衡蒸馏程计算
衡蒸馏计算应基关系物料衡算热量衡算汽液衡关系两组分衡蒸馏例分述
（1）物料衡算 图片17示衡蒸馏装置作物料衡算
总物料衡算

（117）
易挥发组分衡算

（118）
流股组成已知解汽相产品流量

（119）
设

式中 称原料液液化率 称原料液汽化率关系代入式119整理

（120）
式120表示衡蒸馏中汽液相组成关系 定值时该式直线方程x–y图代表通点 斜率 直线
（2）热量衡算

(121)
图17示减压阀分离器作热量衡算忽略热损失

(122)
式中
——分离器中衡温度℃
——均摩尔汽化潜热kJkmol
原料液离开加热器温度

(123)
（3） 汽液衡关系 衡蒸馏中汽液两相处衡状态两相温度相等组成互衡理想物系

应述三类基关系计算衡蒸馏中汽液相衡组成衡温度

二简单蒸馏
1 简单蒸馏装置流程
简单蒸馏称微分蒸馏种间歇单级蒸馏操作简单蒸馏装置流程图18示原料液蒸馏釜中通间接加热部分汽化产生蒸汽进入冷凝器中冷凝冷凝液作馏出液产品排入接受器中着蒸馏程进行釜液中易挥发组分含量断降低衡汽相组成（馏出液组成）降釜中液体泡点逐渐升高馏出液均组成釜液组成降低某规定值停止蒸馏操作批操作中馏出液分段收集组成馏出液简单蒸馏液体混合物初步分离


2 简单蒸馏计算
前已述简单蒸馏程中馏出液釜液中易挥发组分组成逐渐降低釜温逐渐升高简单蒸馏非稳态程简单蒸馏计算应该进行微分衡算
设某瞬间 釜液量Lkmol组成 微分时间 釜液量变 组成 蒸出汽相量 组成y
时间进行物料衡算
总物料衡算

易挥发组分衡算

联立两式略二阶穷量

范围积分

(124)
已知汽液衡关系该式确定FW 间关系
设汽液衡关系式113表示代入式积分

(125)
馏出液均组成 通批操作物料衡算求


例13 常压组成06（易挥发组分摩尔分率）某理想二元混合物分进行衡蒸馏简单蒸馏规定汽化率13试计算：
(1) 衡蒸馏汽液相组成
(2) 简单蒸馏易挥发组分均组成收率
假设操作范围汽液衡关系：
解：(1) 衡蒸馏
题意液化率



联立两式求衡汽液相组成分

(2) 简单蒸馏
题意



解
馏出液均组成

易挥发组分收率

分析：求解题关键熟练应物料衡算式汽液衡关系式进行衡蒸馏简单蒸馏计算理解易挥发组分收率概念


应完成题
13 常压含苯06（摩尔分率）苯—甲苯混合液进行蒸馏分离原料处理量100kmol物系均相挥发度26汽化率045试计算：
(1) 衡蒸馏汽液相组成
(2) 简单蒸馏馏出液量均组成
衡蒸馏简单蒸馏单级蒸馏操作程通常混合物中组分挥发度相差较分离求高场合

13 精馏原理流程

学目
通知识点学应掌握精馏程基原理精馏操作流程
衡蒸馏简单蒸馏单级分离程仅液体混合物进行次部分汽化冷凝液体混合物进行初步分离液体混合物完全分离必须进行次部分汽化冷凝该程谓精馏
精馏程原理
1 次部分汽化冷凝

精馏程原理tx–y图说明图19示组成 温度 某混合液加热泡点该混合物部分汽化产生汽液两相组成分y1x1时 汽液两相分离组成y1汽相混合物进行部分冷凝组成y2汽相组成x2液相继续组成y2汽相进行部分冷凝组成y3汽相组成x3液相显然y3> y2> y1进行终汽相全部冷凝获高纯度易挥发组分产品时组成 液相进行部分汽化组成 汽相组成 液相继续组成 液相部分汽化组成 汽相组成 液相显然 进行终液相高纯度难挥发组分产品
见液体混合物次部分汽化冷凝便完全分离精馏程基原理
2 精馏塔模型
述次部分汽化冷凝程精馏塔进行图110示精馏塔模型图精馏塔通常装塔板定高度填料前者称板式塔者称填料塔现板式塔例说明塔进行精馏程

图111示精馏塔中意第n层塔板操作情况塔板设置升气道（筛孔泡罩浮阀等）层塔板（n+1板）升蒸汽通第n板升气道层塔板（n1板）液体通降液降第n板该板横流动流入层板蒸汽鼓泡穿液层液相进行热量质量交换
设进入第n板汽相组成温度分 液相组成温度分
呈衡液相组成 存温度差浓度差汽相发生部分冷凝难挥发组分更易冷凝汽相中部分难挥发组分冷凝进入液相时液相发生部分汽化易挥发组分更易汽化液相中部分易挥发组分汽化进入汽相结果离开第n板汽相中易挥发组分组成较进入该板时增高 离开该板液相中易挥发组分组成较进入该板时降低 见汽体通层塔板进行次部分汽化冷凝程层塔板进行次部分汽化冷凝程塔顶汽相中获较纯易挥发组分塔底液相中获较纯难挥发组分实现液体混合物分离
塔板汽液两相进行传热传质场层塔板必须汽相液相流实现述操作必须塔顶引入降液流（回流液）塔底产生升蒸汽流建立汽液两相体系塔顶液体回流塔底升蒸汽流精馏程连续进行必条件回流精馏普通蒸馏质区
二精馏操作流程
根精馏原理知单精馏塔尚完成精馏操作必须提供回流液塔顶冷凝器提供升蒸汽流塔底沸器附属设备设备进行安装组合构成精馏操作流程精馏程根操作方式分连续精馏间歇精馏两种流程
1 连续精馏操作流程

图112示典型连续精馏操作流程操作时原料液连续加入精馏塔连续沸器取出部分液体作塔底产品（称釜残液）部分液体汽化产生升蒸汽次通层塔板塔顶蒸汽进入冷凝器全部冷凝部分冷凝液泵（重力作）送回塔顶作回流液体余部分作塔顶产品（称馏出液）采出
通常原料液加入层塔板称进料板进料板塔段升汽相中难挥发组分液相中传递易挥发组分含量逐渐增高终达升汽相精制称精馏段进料板塔段（包括进料板）完成降液体中易挥发组分提出提高塔顶易挥发组分收率时获高含量难挥发组分塔底产品称提馏段
2 间歇精馏操作流程
图113示间歇精馏操作流程连续精馏处：原料液次加入精馏釜中间歇精馏塔精馏段提馏段精馏程中精馏釜釜液组成断变化塔底升蒸汽量塔顶回流液量恒定条件馏出液组成逐渐降低精馏釜釜液达规定组成精馏操作停止

14  两组分连续精馏计算（Ⅰ）
物料衡算进料热状况影响
学目
通知识点学应掌握精馏塔物料衡算方法掌握精馏段提馏段操作线方程掌握进料热状况基概念操作线方程影响

计算基假定
1 理板假定
谓理板指离开该板汽液两相互成衡塔板处液相组成均匀致理想化塔板理板作种假定作衡量实际板分离效率标准
2 恒摩尔流假定
精馏操作时精馏段提馏段层塔板升汽相摩尔流量降液相摩尔流量般相等简化精馏计算通常引入恒摩尔流动假定
（1）恒摩尔汽流恒摩尔汽流指精馏塔精馏段提馏段层塔板升汽相摩尔流量相等两段升汽相摩尔流量定相等
精馏段
提馏段
式中标表示塔板序号
（2）恒摩尔液流恒摩尔液流指精馏塔精馏段提馏段层塔板降液相摩尔流量分相等两段降液相摩尔流量定相等
精馏段
提馏段
二物料衡算操作线方程
1 全塔物料衡算
精馏塔股物料(包括进料塔顶产品塔底产品)流量组成间关系通全塔物料衡算确定

图114示连续精馏塔图片虚线范围作全塔物料衡算单位时间基准
总物料衡算

(126)
易挥发组分衡算

(127)
联立式126式127解馏出液采出率

(128)
塔顶易挥发组分回收率

(129)
2 操作线方程
精馏塔中意塔板（n 板）降液相组成 层塔板（n+1板）升蒸汽组成 间关系称操作关系描述间关系方程称操作线方程
(1) 精馏段操作线方程


图115虚线范围（包括精馏段第n+1层板塔段冷凝器）作物料衡算单位时间基准
总物料衡算

(130)
易挥发组分衡算

(131)
式130代入式131整理

(132)


(132a)
令
代入式

(133)
式中R 表示精馏段降液体摩尔流量馏出液摩尔流量称回流根恒摩尔流假定L定值稳态操作时D 定值R常量值般设计者选定
式132式133均称精馏段操作线方程式该式 相图直线斜率 截距
(2) 提馏段操作线方程


图116虚线范围（包括提馏段第m层板塔段沸器）作物料衡算单位时间基准
总物料衡算

(134)
易挥发组分衡算

(135)
式134代入式135整理

(136)


(136a)
式136式133a 称提馏段操作线方程式根恒摩尔流假设 定值稳态操作时W 定值式136式136a xy 相图直线斜率 截距
三进料热状况操作线方程影响
精馏塔操作程中精馏段提馏段汽液两相流量间关系精馏塔进料热状况关进料热状况精馏段提馏段操作线方程直接影响
1精馏塔进料热状况

根工艺条件操作求精馏塔物态进料图117示组成 原料进料状态种：（1）冷液进料（A点）（2）饱液体（泡点）进料（B点）（3）汽液混合物进料（C点）（4）饱蒸汽(露点)进料（D点）（5）热蒸汽进料（E点）

图118定性表示进料热状态进料板股流量影响图中出：
冷液进料：  
饱液体进料：
汽液混合物进料  
饱蒸汽进料
热蒸汽进料
2 进料热状况参数
定量分析进料量热状况精馏操作影响现引入进料热状况参数概念


图119示进料板进料板作物料热量衡算单位时间基准
总物料衡算

(137)
热量衡算

(138)
塔中液体蒸汽呈饱状态进料板处温度汽液相组成较相
≈   ≈
式138改写


式137代入式

(139)
令

(140)
q值称进料热状况参数式140进料热状况参数定义式该式计算种进料热状况q值
3 进料热状况操作线方程影响
式139式140

(141)
式137代入式141整理

(142)
式141式142表示精馏塔精馏段提馏段汽液相流量进料热状况参数间基关系式141代入式136提馏段操作线方程改写

(143)
根q 定义
冷液进料 　　　　　　　　　　　
饱液体（泡点）进料　　　　　　q1
汽液混合物进料　　　　　　　　
饱蒸汽（露点）进料　　　　　　q 0
热蒸汽进料　　　　　　　　　　q <0
实际生产中接泡点冷进料泡点进料者居
例14 连续精馏塔中分离某理想二元混合物已知原料液流量100kmolh组成05（易挥发组分摩尔分率）饱蒸汽进料馏出液组成098回流26求易挥发组分回收率96试计算：
(1) 釜残液摩尔流量
(2) 提馏段操作线方程
解： (1) 釜残液摩尔流量


解  kmolh

解  kmolh
(2) 提馏段操作线方程
 kmolh
 kmolh
饱蒸汽进料q0
 kmolh
 kmolh




分析：求解题关键熟练掌握总物料衡算式操作线方程
例15 常压操作连续精馏塔中分离含苯046（易挥发组分摩尔分率）苯—甲苯二元混合物已知原料液泡点925℃苯汽化潜热390kJkg甲苯汽化潜热361kJkg试求种进料热状况q值
（1）进料温度20℃
（2）饱液体进料
（3）饱蒸汽进料
解：（1）原料液均汽化潜热
kJkmol
进料温度20℃泡点925℃均温度
℃
手册中查5625℃时苯热容181 kJ(kg·℃)甲苯热容182kJ(kg·℃)原料液均热容
 kJ(kmol·℃)
q值定义式140计算
 

（2）饱液体进料定义

（3）饱蒸汽进料定义

分析：求解题关键熟练掌握进料热状况概念进料热状况参数 定义

应完成题
14 连续精馏塔中分离某理想二元混合液已知原料液流量100 kgh组成05 （易挥发组分摩尔分率）求釜液组成005馏出液回收率95试求馏出液流量组成
15 连续精馏塔中分离含甲醇045（摩尔分率）甲醇－水溶液流量100kmolh求馏出液中甲醇含量096釜液中甲醇含量003回流26试求：
（1）馏出液流量
（2）饱液体进料时精馏段提馏段操作线方程
16 连续精馏操作中已知加料量100kmolh中汽液半精馏段提馏段操作线方程分
　　y075x+024
　y125x00125
试求操作回流原料液组成馏出液流量组成
精馏程计算分设计型计算操作型计算两类知识点重点讨板式精馏塔设计型计算问题容包括： (1) 确定产品流量组成(2) 确定精馏塔理板层数适宜加料位置(3) 确定适宜操作回流(4) 计算冷凝器沸器热负荷等

15  两组分连续精馏计算（Ⅱ）
理板层数计算回流影响
学目
通知识点学应掌握理板层数求解方法掌握全回流回流概念回流计算方法掌握回流求解理板层数影响

理板层数计算
（）逐板计算法
逐板计算法通常塔顶开始计算程中次衡方程操作线方程逐板进行计算直满足分离求止

图120示连续精馏塔塔顶层塔板（序号1）升蒸汽全凝器全部冷凝成饱温度液体馏出液回流液组成均

根理板概念第层板降液相组成 互成衡衡方程

第二层塔板升蒸汽组成 符合操作关系精馏段操作线方程 求

理 衡关系衡方程 求 精馏段操作线方程 计算 交利衡方程精馏段操作线方程进行逐板计算直求 （泡点进料）时第n层理板便进料板通常进料板算提馏段精馏段需理板层数 应予注意进料热状态应计算 止（ 两操作线交点坐标值）
进料板改提馏段操作线方程 （记 ）求 利衡方程 求算 重复计算直计算 止间接蒸汽加热沸器汽液两相视衡沸器相层理板提馏段需理板层数(m–1)计算程中次衡关系便应层理板
逐板计算法计算结果准确概念清晰计算程繁琐般适计算机计算
（二）图解法
图解法称麦克布—蒂利法简称M—T 法方法逐板计算法基原理基础x–y 相图衡曲线操作线代衡方程操作线方程简便图解法求解理板层数该方法两组元精馏计算中广泛应
1 操作线作法
图解法求理板层数时需先x–y图作出精馏段提馏段操作线前已述精馏段提馏段操作线方程xy图均直线作图时先找出操作线角线交点然根已知条件求出操作线斜率（截距）作出操作线
（1）精馏段操作线作法


精馏段操作线方程角线方程 联解出精馏段操作线角线交点a（ ）根已知 求出精馏段操作线 轴截距 值 轴标出点 直线 精馏段操作线图121示然点a作斜率 直线ab精馏段操作线
（2）提馏段操作线作法理提馏段操作线方程角线方程 联解出提馏段操作线角线交点c（ ）找出提馏段操作线精馏段操作线交点 直线 提馏段操作线两操作线交点联解两操作线方程
精馏段操作线方程提馏段操作线方程分式131式135表示交点处两式中变量相略关变量标
 
式127式141式142代入整理

(144)
式144代表两操作线交点轨迹方程称q线方程进料方程该式直线方程式144角线方程联立解交点坐标 图片122点e示点e作斜率 直线精馏段操作线交点d联接cd提馏段操作线

（3）进料热状况q线操作线影响

进料热状况参数q 值q 线斜率q 线精馏段操作线交点变动影响提馏段操作线位置进料组成 操作回流R两产品组成 定时五种进料热状况q 线操作线影响示图123中
2 梯级图解法求理板层数
理板层数图解方法图124示角线点a开始精馏段操作线衡线间作水线铅垂线构成阶梯点a作水线衡线交点1该点代表离开第层理板汽液相衡组成（ ）点1确定 点1作铅垂线精馏段操作线交点 确定点 作水线衡线交点2点定出重复衡线精馏段操作线间作阶梯阶梯跨两操作线交点d时改提馏段操作线衡线间绘阶梯直阶梯垂线达跨点 止衡线阶梯顶点代表层理板跨点d阶梯进料板阶梯沸器总理板层数阶梯数减1图124中图解结果：需理板层数6中精馏段提馏段3第4板进料板
塔底点c开始作阶梯基致结果
(三) 适宜进料位置


前已述进料位置应两操作线交点d 梯级位置适宜进料位置实际进料位置移（梯级已跨两操作线交点d精馏段操作线衡线间绘梯级）移（未跨两操作线交点d 早更换操作线）需理板层数增跨两操作线交点d 更换操作线需理板层数少图125示
二回流影响选择
精馏塔设计中回流重参数设计者预先选定回流直接影响着理板层数塔径冷凝器沸器负荷正确选择回流精馏塔设计中关键问题回流两极限值限全回流（回流限）限回流操作回流介两极限值间
（）全回流理板层数
1 全回流概念
升塔顶蒸汽全凝器冷凝冷凝液全部回流塔该回流方式称全回流全回流时回流

全回流精馏段操作线斜率截距分


时x–y图精馏段操作线提馏段操作线角线重合全塔精馏段提馏段区分两段操作线合二

(145)
应予指出全回流操作塔顶产品D零般 均零塔进料塔取出产品装置生产力零正常生产实际意义精馏开工阶段实验研究时采全回流操作缩短稳定时间便程控制
2 理板层数
回流愈完成定分离务需理板层数愈少回流限两操作线角线重合时操作线距衡线远汽液两相间传质推动力需理板层数少N min表示
Nminx–y图衡线角线间直接作阶梯图解逐板计算法推芬斯克(Fenske)方程式计算芬斯克方程式推导程
汽液衡方程

操作线方程式145表示

塔顶全凝器

第1层理板汽液衡关系

第1层第2层理板间操作关系


理第2层理板汽液衡关系


重复述计算程直塔釜（塔釜视作第N+1层理板）止

令 式写

全回流操作Nmin代式中N等式两边取数整理

(146)
两组分物系式略标AB写

(147)
式中
——全回流时理板层数（含沸器）
——全塔均相挥发度 变化时取塔顶 塔底 均值
式146式147称芬斯克方程式计算全回流少理板层数适条件全塔操作范围取均值塔顶全凝器塔釜间接蒸汽加热式中换取塔顶进料板间均值该式便计算精馏段少理板层数
（二）回流
1 回流概念


定分离务减操作回流精馏段操作线斜率变截距变两操作线衡线表示汽液两相间传质推动力减需理板层数增回流减某数值时两操作线交点d 落衡线图126示时衡线操作线间绘阶梯需穷阶梯达点d相应回流回流R min表示点d 前（通常进料板区域）板间汽液两相组成基发生变化没增浓作点d 称夹紧点区域称夹紧区（恒浓区）回流回流限回流较R min低时操作线q 线交点落衡线外精馏操作法完成指定分离程度
2 回流求法
(1) 作图法根衡曲线形状作图方法
衡曲线正常曲线（图片126中衡曲线）夹紧点出现两操作线衡线交点时精馏段操作线斜率求出回流

(148)
整理

(149)
式中 — 线衡线交点坐标图中读


衡曲线正常衡曲线图127示种情况夹紧点两操作线衡线交点前出现图(a)夹紧点g先出现精馏段操作线衡线相切位置图(b)中夹紧点g先出现提馏段操作线衡线相切位置两种情况应根精馏段操作线斜率求Rmin
(2) 解析法相挥发度 常量（取均值）物系 关系相衡方程确定直接式149计算Rmin
某进料热状态直接推导出相应Rmin计算式泡点进料时

(150)
饱蒸汽进料时

(151)
式中 ——饱蒸汽进料中易挥发组分摩尔分率
（三）适宜回流选择
前已述设计计算时回流应介 间选择原根济核算操作费设备费低操作费设备费低时回流称适宜回流


精馏程操作费取决沸器中加热介质消耗量塔顶冷凝器中冷介质消耗量两种介质输送程中动力消耗等消耗塔升蒸汽量V FqD定时V 均R变R加时加热介质冷介质量均增加精馏操作费增加操作费回流致关系图128中曲线1示
精馏装置设备费指精馏塔沸器冷凝器辅助设备购置费设备类型材质选定项费取决设备尺寸时需理塔板层数穷设备费穷稍理板层数便穷锐减某限值设备费锐减继续增加时理板层数减少减少趋势变缓方面增加塔汽液负荷增加塔径沸器冷凝器尺寸相应增增加某数值设备费反增加设备费回流致关系图128中曲线2示
总费操作费设备费总费回流关系图128中曲线3示总费低时应回流适宜回流
应予指出述确定适宜回流方法般原准确值较难确定精馏设计计算中般需进行济核算常采验值根实践总结适宜回流范围

(152)
例16 连续精馏塔分离某理想二元混合物已知进料组成04（易挥发组分摩尔分率）泡点进料馏出液组成09塔顶易挥发组分收率90％塔顶采全凝器操作回流回流15倍操作条件物系均相挥发度25试计算：
(1) 釜残液组成
(2) 精馏段操作线方程
解：（1）釜残液组成
设进料量100 kmolh物料衡算

中 kmolh
 kmolh

(2)精馏段操作线方程
先求回流

泡点进料

汽液衡方程


题意
精馏段操作线方程

分析：求解题关键理解求问题进料量关设进料量100 kmolh
例17 连续精馏塔分离某理想二元混合物已知进料量100 kmolh进料组成05（易挥发组分摩尔分率）泡点进料釜残液组成005塔顶采全凝器操作条件物系均相挥发度2303精馏段操作线方程 试计算：
（1）塔顶轻组分收率
（2）需理板层数
解：（1）塔顶轻组分收率

中 精馏段操作线方程求出

 
计算馏出液流量 总物料衡算方程
 kmolh

（2）需理板层数
汽液衡方程

定系列 值式计算出衡 值计算结果表：
x
0
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
y
0
0204
0365
0497
0606
0697
0776
0843
0902
0954
10


数绘成 图图解法求理板层数图解程见例附图图解结果
理板层数 （包括沸器）
进料板位置
分析：求解题关键已知精馏段操作线方程求出
应完成题
17 连续精馏塔中分离某理想二元混合液已知精馏段操作线方程 提馏段操作线方程 原料液露点温度进入精馏塔中试求原料液馏出液釜残液组成回流
18 连续精馏塔中分离苯－甲苯混合液原料饱液体中含苯05（摩尔分率）塔顶馏出液组成095塔底釜残液组成006回流26试求理板层数加料板位置苯－甲苯混合液衡数见例1－2附表
理板层数确定精馏计算容确定精馏塔效高度关键计算理板层数通常层采逐板计算法图解法

16 两组分连续精馏计算（Ⅲ）
简捷法求理板层数种特殊情况理板层数计算
学目
通知识点学应掌握简捷法求理板层数方法种特殊情况理板层数计算方法
简捷法求理板层数
精馏塔理板层数前述逐板计算法图解法求算外采简捷法计算现介绍种采验关联图简捷法方法应较广泛
1 吉利兰（Gilliland）关联图


吉利兰关联图双数坐标图关联RminRNminN 四变量间关系横坐标 坐标 中N Nmin分代表全塔理板层数理板层数（均含沸器）图片130见曲线左端延线表示回流操作情况时接零接1 曲线右端表示全回流操作状况时 接1（ ） 接零
吉利兰关联图八种物系面精馏条件逐板计算出结果绘制成条件：组分数目2~11进料热状况包括冷料热蒸气等五种情况Rmin053~70组分间相挥发度126~405理板层数24~431
吉利兰关联图两组分组分精馏计算条件应量述条件相似
便计算机计算图中曲线 范围式表达

(153)
式中
2 求理板层数步骤
简捷法求理板层数步骤：
（1）先设计条件求出回流Rmin选择操作回流R
（2）计算全回流少理板层数Nmin
（3）然利图片130式153计算全塔理板层数N
（4）精馏段理板层数 代全塔 确定适宜进料板位置
二种特殊情况理板层数计算
1 直接蒸汽加热

分离物系水溶液水难挥发组分采直接水蒸汽加热省掉沸器提高加热蒸汽利率
便计算通常设加热介质饱蒸汽恒摩尔流塔底蒸发量通入蒸汽量相等
直接蒸汽加热时理板层数求法原15述方法相精馏段操作情况常规塔没区操作线变q线作法常规塔作法相塔底中增股蒸汽提馏段操作线方程应予修正
图131示虚线范围作物料衡算
总物料衡算

易挥发组分衡算

式中 ——直接加热蒸汽流量kmolh
——加热蒸汽中易挥发组分摩尔分率般
塔恒摩尔流动适 式改写



(154)
式154直接蒸汽加热时提馏段操作线方程间接蒸汽加热时提馏段操作线处 图角线交点点 ）式154知 时 通横轴 点图片132g点示线精馏段操作线交点轨迹然q线图132点d联接点 直接蒸汽加热时提馏段操作线点a开始绘阶梯求解理板层数直 止
2 提馏塔



图133示提馏塔装置简图原料液塔顶加入塔然逐板流提供塔液相塔顶蒸汽冷凝全部作馏出液产品塔釜间接蒸汽加热提馏塔提馏段没精馏段种塔物系低浓度相挥发度较精馏段达希馏出液组成回收稀溶液中轻组分馏出液组成求高场合
设计型计算时定原料液流量 组成 加料热状况参数 规定塔顶轻组分回收率 釜残液组成 馏出液组成 流量D全塔物料衡算确定情况操作线方程般精馏塔提馏段操作线方程相

式中

操作线端 图点 端 线 交点坐标d确定图片134示然操作线衡线间绘阶梯确定理板层数
泡点进料时 操作线方程变

3 侧线精馏塔
工业生产中时常会遇分离原料液组成需产品组成种情况需采侧线精馏塔分离组分相浓度原料液应塔板位置设置相应进料口称侧线进料获规格精馏产品根求产品组成塔位置（精馏段提馏段）开设侧线出料口称侧线出料精馏塔i侧线（包括进料口）全塔分成 段段写出相应操作线方程式图解理板方法常规精馏塔相现侧线进料例进行说明


图135示两股组成料液分进塔相应位置塔分成三段段均物料衡算推出操作线方程第I段精馏段第III段提馏段操作线方程单股加料常规塔相两股进料板间塔段操作线方程图中虚线范围作物料衡算求
总物料衡算

(155)
易挥发组分衡算

(156)
式中
——两股进料间层板升蒸汽流量kmolh
——两股进料间层板降液体流量kmolh
标 两股进料间层板序号
式156

(157)
进料饱液体时

(158)
式157式158两股进料间塔段操作线方程直线方程式y轴截距 中D物料衡算求
股进料q线方程单股加料时相
双加料口精馏塔夹紧点I—II两段操作线交点出现II—III段两操作线交点设计计算时求出两回流取中较者作设计正常衡曲线夹紧点出现塔某中间位置
例18 常压连续提馏塔中分离含乙醇0036（摩尔分率）乙醇—水混合液饱液体进料直接蒸汽加热求塔顶产品中乙醇回收率98试求：
(1) 理板层数限时kmol进料需蒸汽量
(2) 蒸汽量取蒸汽量2倍时需理板层数两产品组成
假设塔汽液相恒摩尔流动常压气液衡数列题附表中
例18 附 表
x
0
00080
0020
00296
0033
0036
y
0
00750
0175
0250
0270
0288
解：例直接蒸汽加热提馏塔泡点进料根恒摩尔流假定

全塔物料衡算

(a)
乙醇组分衡算

(b)
代入式b
进料基准

(1) 进料需少蒸汽量理板穷时操作线端 衡线（应 例附图点a示操作线斜率


(2) 蒸汽量量两倍时需理板层数两产品组成


解
釜残液组成
操作线斜率
点 )作斜率408直线交q线点d联点cd操作线点d开始衡线操作线间绘阶梯跨点c止需理板层数46图解程见例附图


分析：求解题关键掌握提馏塔直接蒸汽加热物料衡算关系
例19 两股苯甲苯混合物组成分0503（苯摩尔分率）流量均50kmolh板式精馏塔进行分离第股物料泡点加入塔第二股饱蒸汽加料求馏出液组成095釜液组成004操作回流R回流18倍物系均相挥发度 取作25试求需理塔板层数加料板位置
解：进行全塔物料衡算
总物料衡算
苯物料衡算

联立两式解
求操作回流两加料口分求出回流
第股进料

汽液衡方程计算


第二加料口Rmin2两种方法计算
① 提馏段操作线斜率计算假设第Ⅲ段操作线第二进料口衡线相交（例附图1点k示）ck线斜率
(a)
式中


关数代入式a

解Rmin132
② 两侧口间操作线方程第二加料口衡方程联立求解Rmin2


代入式解

操作回流

(3) 图解法求理板层数确定适宜加料口位置精馏段操作线方程

该操作线y轴截距0281
理两侧口间操作线方程

该操作线y轴截距0094
直角坐标图绘制衡线角线例附图2示 面操作线截距作出三段操作线然段操作线衡线间绘阶梯理板层数13（包括沸器）第股料液塔顶数第5层塔板加入第9层塔板第二加料板


分析：求解题关键掌握侧线进料物料衡算进料口回流求法

应完成题
19 常压连续精馏塔分离甲醇－水溶液料液组成04 （甲醇摩尔分率）流量100kmolh泡点加入塔求馏出液组成096釜液组成004塔釜间接蒸汽加热回流R＝186Rmin
试求：(1) 需理板层数加料板位置
(2) 改直接水蒸汽加热均保持变馏出液中甲醇收率变化
110 常压连续精馏塔分离乙醇－水混合液原料液饱液体中含乙醇030（摩尔分率）馏出液组成低080釜液组成002操作回流25精馏某塔板处侧线取料摩尔流量馏出液摩尔流量12侧线产品饱液体组成06试求需理板层数进料板侧线取料口位置物系衡数见题附表

17 两组分连续精馏计算（Ⅳ）
塔高塔径计算连续精馏装置热量衡算
例110
例111

学目
通知识点学应掌握塔高塔径计算方法连续精馏装置热量衡算方法

塔高塔径计算
() 塔高计算
1 板式塔效高度计算
（1）基计算公式板式塔效高度指安装塔板部分高度计算方法先通板效率理板层数换算实际板层数选择合适板间距（指相邻两层实际板间距离）然式计算板式塔效高度

（159）
(2) 塔板效率塔板效率反映实际塔板汽液两相传质完善程度塔板效率全塔效率单板效率等表示方法
全塔效率称总板效率 表示定义

（160）
全塔效率反映塔中层塔板均效率理板层数校正系数值恒1定结构板式塔已知某种操作条件全塔效率便式160求实际板层数影响全塔效率素纳起方面：塔操作条件包括温度压力汽体升速度汽液流量等塔板结构包括塔板类型塔径板间距堰高开孔率等系统物性包括粘度密度表面张力扩散系数相挥发度等
单板效率称默弗里（Murphree）效率混合物实际板组成变化理板组成变化表示单板效率汽相组成表示液相组成表示分称汽相单板效率液相单板效率意第n层塔板表达式分
汽相单板效率

（161）
液相单板效率

（162）
般说层塔板 数值相等定简化条件通第n层塔板作物料衡算 关系

（163）
见操作线衡线行时 会相等
应予指出单板效率直接反映该层塔板传质效果层塔板单板效率通常相等塔板效率相等全塔效率数值等单板效率两者定义基准全塔效率基需理板数概念单板效率基该板理增浓程度概念
2 填料塔效高度计算
填料塔效高度指充填塔填料部分高度填料塔升蒸汽回流液体塔填料表面进行连续逆流接触两相塔组成连续变化填料层高度式计算

(164)
式中HETP——填料理板量高度等板高度m
（二）塔径计算
1 基计算公式
精馏塔直径塔升蒸汽体积流量通塔横截面空塔线速度求



(165)
空塔速度影响精馏操作重素适宜空塔速度确定方法参考关书籍
2 蒸汽体积流量计算
精馏段提馏段升蒸汽体积流量 两段 直径应分计算
（1）精馏段 计算已知精馏段摩尔流量 体积流量式计算

(166)
操作压力较低时汽相视理想气体混合物

(167)
（2）提馏段 计算 已知提馏段摩尔流量 均温度 均压力 式166式167方法计算提馏段体积流量
两段升蒸汽体积流量塔径相两段升蒸汽体积流量塔径相差太时塔结构简化两段宜采相塔径设计时通常选取两者中较者圆整作精馏塔塔径
二连续精馏装置热量衡算
连续精馏装置热量衡算通常指冷凝器沸器进行热量衡算通精馏装置热量衡算求冷凝器沸器热负荷冷介质加热介质消耗量
1 冷凝器热负荷
精馏塔冷凝方式全凝器冷凝分凝器—全凝器冷凝两种工业采前者全凝器作热量衡算单位时间基准忽略热损失


代入式整理

(168)
冷介质消耗量式计算

(169)
2 沸器热负荷
精馏加热方式分直接蒸汽加热间接蒸汽加热两种方式工业采者间接蒸汽加热沸器作热量衡算单位时间基准

(170)
似取

(171)
加热介质消耗量式计算

(172)
饱蒸汽加热冷凝液饱温度排出加热蒸汽消耗量式计算

(173)
例110 连续操作板式精馏塔中分离某两组分理想溶液全回流测塔中相邻两层塔板降液相组成分036025（均摩尔分率）试求中层塔板单板效率（汽相表示）例题条件汽液衡方程：
解：汽相表示单板效率

已知条件

全回流操作操作方程


气液衡方程


分析：求解题关键掌握全回流操作线方程理解相邻两层塔板间汽液相组成关系
例111 常压精馏塔分离某两组分理想溶液已知进料量100kmolh进料组成05（摩尔分率）馏出液组成098进料泡点进料塔顶采全凝器泡点回流操作回流回流18倍题范围汽液衡方程： 汽相默弗里板效率05求轻组分收率98％试计算：
（1）釜残液组成
（2）精馏段操作线方程
（3）塔顶第层实际板降液相组成
解：（1）题条件


解 kmolh
全塔物料衡算方程：

联立
（2）先计算

泡点进料
气液衡方程



精馏段操作线方程


（3）汽相默弗里板效率定义第层实际板汽相默弗里板效率
（1）
塔顶全凝器
气液衡方程
（2）
精馏段操作线方程
（3）
（2）（3）式代入（1）式

解
分析：求解题关键熟练运操作线方程汽液衡方程板效率定义式进行关计算

应完成题
111连续操作板式精馏塔中分离苯－甲苯混合液全回流条件测相邻板液相组成分025503850575试求三层板中较低两层单板效率EML
操作条件苯－甲苯混合液均相挥发度取作25
112 常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液已知进料量100kmolh组成035（易挥发组分摩尔分率）饱蒸汽进料塔顶全凝器泡点回流馏出液流量35kmolh物系均相挥发度25
已知精馏段操作线方程
试求：(1) 提馏段操作线方程
(2) 塔顶第1层板降液相组成090时汽相默弗里板效率
113常压连续精馏塔中分离某理想二元混合物已知完成规定分离务需理板层数12（包括沸器）该精馏塔全塔效率55％塔板间距045m试计算该精馏塔效高度
114常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液已知进料量100kmolh组成048馏出液组成098（均摩尔分率）饱液体进料塔顶全凝器泡点回流操作回流回流165倍题范围汽液衡方程 汽相默弗里板效率05馏出液采出率048
试求：(1) 釜残液组成
(2)塔顶第层实际板汽相组成变化

18  间歇精馏特殊精馏
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计算题
学目
通知识点学应间歇精馏特殊精馏程定解
间歇精馏
间歇精馏称分批精馏间歇精馏程中处理物料次加入精馏釜中然加热汽化塔顶引出蒸汽冷凝部分作馏出液产品部分作回流送回塔釜液组成降规定值停止精馏操作釜液次排出进行批精馏操作连续精馏相间歇精馏具特点：
(1) 间歇精馏非稳态程釜中液相组成精馏程进行断降低塔操作参数（温度组成）仅位置变时间变化
(2) 间歇精馏塔说恒塔底饱蒸汽进料间歇精馏塔精馏段
间歇精馏场合：精馏原料液分批生产时分离程分批进行组分混合液初步分离求获馏分（组成范围）产品时采间歇精馏
间歇精馏两种基操作方式：断加回流保持馏出液组成恒定二回流保持恒定馏出液组成逐渐减
() 回流恒定时间歇精馏
回流恒定间歇精馏程中釜液组成 馏出液组成 时降低操作初期馏出液组成必须高出均组成保证馏出液均组成符合质量求通常釜液组成达规定值停止精确操作
1确定理塔板层数
间歇精馏理板层数确定原连续精馏完全相恒回流间歇精馏时馏出液组成釜液组成具应关系计算中操作初态基准时釜液组成 初馏出液组成 根回流定义 汽液衡关系求出

式中 —— 呈衡汽相组成摩尔分率
操作回流 关系选取 图 R图解求理板层数
2 确定操作参数
（1）确定操作程中瞬间 关系间歇精馏操作程中回流变操作瞬间操作线斜率 相操作线彼行直线馏出液初始终组成范围意选定干 值通点（ ）作系列斜率 行线直线分应某 瞬间操作线然条操作线衡线间绘梯级等规定理板层数梯级达液相组成 相应 值
（2）确定操作程中 （ ）釜液量 馏出液量 间关系恒回流间歇精馏时 （ ）WD间关系应通微分物料衡算衡算结果简单蒸馏时导出式124相似时需式124中yx瞬时 代

(174)
式中 ——釜液组成 相应釜液量kmol
式174等号右边积分项中 均变量间关系作图法求出积分值图解积分法数值积分法求该式求出 相应釜液量
(3) 馏出液均组成 计算间歇精馏程进行物料衡算
总物料衡算

易发挥发组分衡算

联立二式解

(175)
（4）批精馏需时间间歇精馏程中回流恒定批操作汽化量V式计算

批精馏需操作时间

(176)
(二)馏出液组成恒定时间歇精馏
间歇精馏时釜液组成断降保持恒定馏出液组成回流必须断加种操作方式中通常已知原料液量 组成 馏出液组成 终釜液组成 求设计者确定理板层数回流范围汽化量等
1 确定理板层数
馏出液组成恒定间歇精馏操作终时釜液组成 低求分离程度高需理板层数应精馏终阶段进行计算
馏出液组成 终釜残液组成 式求回流
   
式中 —— 呈衡汽相组成摩尔分率
关系确定精馏阶段操作回流 图 图解求理板层数图解方法图片141示图中表示需4层理板
2确定关操作参数
(1) 确定 关系已知精馏程某时刻釜液组成 应 采试差作图方法求先假设 值然 图图解求理板层数梯级数定理板层数相等 求否重设 值直满足求止
(2) 批精馏需时间设 时间溶液汽化量 kmol馏出液量 kmol瞬间回流 根物料衡算

(177)
批操作中瞬间前馏出液量 物料衡算（忽略塔持液量）

(178)
微分式178

式代入式177

积分式应釜液组成 时汽化总量

(179)
批精馏需时间式176计算
二特殊精馏
某液体混合物组分间相挥发度接1形成恒沸物宜般精馏方法进行分离需采特殊精馏方法特殊精馏方法恒沸精馏萃取精馏盐效应精馏膜蒸馏催化精馏吸附精馏等
1 恒沸精馏
两组分恒沸液中加入第三组分（称夹带剂）该组分原料液中两组分形成新恒沸液原料液普通精馏方法予分离种精馏操作称恒沸精馏恒沸精馏分离具低恒沸点溶液具高恒沸点溶液挥发度相物系
分离乙醇—水混合液原料液中加入适量夹带剂苯苯原料液形成新三元非均相恒沸液（相应恒沸点6485℃恒沸摩尔组成苯0539乙醇0228水0233）苯加入量适原料液中水全部转入三元恒沸液中乙醇—水混合液分离
常压三组分恒沸液恒沸点6485℃塔顶蒸出塔底产品纯态乙醇塔顶蒸汽进入冷凝器4中冷凝部分液相回流塔1余进入分层器5器分轻重两层液体轻相返回塔1作补充回流重相送入苯回收塔2回收中苯塔2蒸汽塔顶引出进入冷凝器4中塔2底部产品稀乙醇送乙醇回收塔3中塔3中塔顶产品乙醇—水恒沸液送回塔1作原料塔底产品纯水操作中苯循环损耗隔段时间需补充定量苯
恒沸精馏中需选择适宜夹带剂夹带剂求：①夹带剂应分离组分形成新恒沸液恒沸点纯组分沸点低般两者沸点差10℃②新恒沸液含夹带剂量愈少愈便减少夹带剂量汽化回收时需量③新恒沸液非均相混合物便分层法分离④毒性腐蚀性热稳定性⑤源容易价格低廉
2 萃取精馏
萃取精馏恒沸精馏相似原料液中加入第三部分（称萃取剂溶剂）改变原组分间相挥发度达分离求特殊精馏方法求萃取剂沸点较原料液中组分沸点高组分形成恒沸液容易回收萃取精馏常分离801℃环烷沸点4pt'>8073℃苯环已烷溶液中加入萃取剂糠醛溶液相挥发度发生显著变化相挥发度萃取剂量加增高表11示
表11  苯—环烷溶液加入糠醛 变化
溶液中糠醛摩尔分率
0
02
04
05
06
07
相挥发度
098
138
186
207
236
27
分离苯—环烷溶液原料液进入萃取精馏塔1中萃取剂（糠醛）塔1顶部加入便层板苯相结合塔顶蒸出环已烷蒸汽回收微量糠醛蒸汽塔1部设置回收段2（萃取剂沸点高设回收段）塔底釜液苯—糠醛混合液送入苯回收塔3中常压苯沸点801℃糠醛沸点1617℃两者容易分离塔3中釜液糠醛循环精馏程中萃取剂基汽化原料液形成恒沸液异恒沸精馏
选择适宜萃取剂时应考虑：①萃取剂应原组分间相挥发度发生显著变化②萃取剂挥发性应低沸点应较原混合液中纯组分高原组分形成恒沸液③ 毒性腐蚀性热稳定性④ 源方便价格低廉
萃取精馏中萃取剂加入量般较保证层塔板足够添加剂浓度萃取精馏塔采饱蒸汽加料精馏段提馏段添加剂浓度基相
例112二硫化碳四氯化碳混合液常压操作板式塔进行间歇精馏分离原料液组成04（二硫化碳摩尔分率）批处理量50kmol求馏出液组成恒定09釜液组成降0092时停止操作塔釜汽化速率18kmolh试求：
(1) 需理板层数
(2) 批操作总汽化量
设终回流回流1534倍操作条件物系衡数列例附表1中
例112 附表1
液相中二硫化碳摩尔分率x
汽相中二硫化碳摩尔分率y
液相中二硫化碳摩尔分率x
汽相中二硫化碳摩尔分率y
0
00296
00615
01106
01435
02580
0
0823
01555
02660
03325
04950
03908
05318
06630
07574
08604
10
06340
07470
08290
08790
09320
10
解：(1)理板层数例附表1列衡数 图绘出衡线角线例附图示
图读： 时


操作线y轴截距 连结点 点 便操作线点 开始操作线衡线间绘阶梯6层理板（包括塔釜）便满足求
（2）汽化总量式179计算

截距 图作操作线然点 开始绘6阶梯级应液相组成 取干组绘图结果 计算值列例附表2
例112  附表2




备注
010
015
020
025
030
035
040
80
50
35
26
20
157
125
0092
0120
0165
0210
027
036
040
138
986
833
756
756
881
90




辛普森数值积分法


分析：求解题关键掌握馏出液组成恒定间歇精馏回流计算方法




第二章 气体吸收

吸收塔操作示意图
洗油脱煤气中粗苯流程简图
氨水中溶解度曲线
二氧化硫水中溶解度曲线
氧水中溶解度曲线
1 章学目
通章学掌握气体吸收基概念气体吸收程基计算方法
2 章重点掌握容
（1）气体吸收程衡关系
（2）气体吸收程速率关系
（3）低浓度气体吸收程计算
章应掌握容
（1）费克定律分子传质问题求解方法
（2）双膜模型
章般解容
（1）溶质渗透模型表面更新模型
（2）吸收系数
3 章学应注意问题
（1）表示吸收程衡关系亨利定律亨利定律表达形式学中应注意握间联系
（2）表示吸收程速率关系吸收速率方程吸收速率方程表达形式学中应注意握间联系
（3）学分子传质机械记忆程求解结果应注意握求解思路应背景
（4）学中应注意握传质机理吸收程机理间联系注意体会讲述传质机理吸收程机理目意义
4 章教学时数分配
授课学时数10 学学时数20
5 章学资料
参考书籍
（1）姚玉英等 化工原理册 天津 天津学出版社 1999
(2) 贾绍义 柴诚敬 化工传质分离程 北京 化学工业出版社 2001
(3) 王绍亭 陈涛 化工传递程基础 北京 化学工业出版社 1987
21 吸收程概述气液衡关系
1 学目
通知识点学应掌握气体吸收基原理吸收塔流程气液衡关系
2 知识点重点
吸收程气液衡关系
3 应完成题
21 25℃总压1013kPa条件氨水溶液相衡关系p*9390x kPa试求
(1) 100g水中溶解1g氨时溶液方氨气衡分压溶解度系数H
(2) 相衡常数m
22 已知20℃1013kPa测氨水中溶解度数：溶液方氨衡分压08kPa时气体液体中溶解度1g (NH3)1000g(H2O)试求温度压力亨利系数E相衡常数m溶解度系数H
23 总压1013kPa温度30℃条件含15（体积）SO2 混合空气含02（体积）SO2水溶液接触试判断SO2传递方已知操作条件相衡常数m479
吸收程概述
1 气体吸收原理流程
气体吸收典型化工单元操作程气体吸收原理根混合气体中组分某液体溶剂中溶解度气体混合物进行分离吸收操作液体溶剂称吸收剂S表示混合气体中够显著溶解吸收剂组分称吸收物质溶质A表示溶解组分统称惰性组分载体B表示吸收操作溶液称吸收液溶液溶质A溶剂S中溶液吸收排出气体称吸收尾气成分惰性气体B含少量未吸收溶质A

吸收程通常吸收塔中进行根气液两相流动方分逆流操作流操作两类工业生产中逆流操作吸收塔操作示意图图片21示
应予指出吸收程混合气中溶质溶解吸收剂中种溶液溶质存形态言然种混合物没纯度较高气体溶质工业生产中制取溶液产品目吸收(水吸收HCl气制取盐酸等)外吸收液进行解吸便纯净溶质吸收剂生循环解吸称脱吸溶质吸收液中释放出程解吸通常解吸塔中进行图片22示洗油脱煤气中粗苯流程简图图中虚线左侧吸收部分吸收塔中苯系化合物蒸汽溶解洗油中吸收粗苯洗油(称富油)吸收塔底排出吸收煤气吸收塔顶排出图中虚线右侧解吸部分解收塔中粗苯液相释放出水蒸汽带出冷凝分层获粗苯产品解吸出粗苯洗油(称贫油)冷送回吸收塔循环

2 气体吸收工业应
气体吸收化工生产中应致种
(1) 净化精制气体 混合气净化精制常采吸收方法合成氨工艺中采碳酸丙烯酯(碳酸钾水溶液)脱合成气中二氧化碳等
(2) 制取某种气体液态产品气体液态产品制取常采吸收方法水吸收氯化氢气体制取盐酸等
(3) 回收混合气体中需组分回收混合气体中某组分通常采吸收方法洗油处理焦炉气回收中芳烃等
(4) 工业废气治理 工业生产排放废气中常含少量SO2H2SHF等害气体成分直接排入气环境造成污染排放前必须加治理工业生产中通常采吸收方法选碱性吸收剂害酸性气体
3 气体吸收分类
气体吸收程通常方法分类
(1) 单组分吸收组分吸收　　吸收程吸收组分数目分单组分吸收组分吸收混合气体中组分进入液相余组分溶（微溶）吸收剂种吸收程称单组分吸收反吸收程中混合气中进入液相气体溶质止样吸收称组分吸收
(2) 物理吸收化学吸收 吸收程中果溶质溶剂间发生显著化学反应吸收程成气体溶质单纯溶解液相溶剂物理程称物理吸收相反果吸收程中气体溶质溶剂(中活泼组分)发生显著化学反应称化学吸收
(3) 低浓度吸收高浓度吸收 吸收程中溶质气液两相中摩尔分率均较低（通常超01）种吸收称低浓度吸收反称高浓度吸收低浓度吸收程气相中溶质浓度较低传递液相中溶质量相气液相流率较流吸收塔气液相流率均视常数
(4) 等温吸收非等温吸收 　气体溶质溶解液体时常溶解热化学反应热产生热效应热效应液相温度逐渐升高种吸收称非等温吸收吸收程热效应然热效应较吸收设备散热效果时移出吸收程产生热量时液相温度变化显著种吸收称等温吸收
工业生产中吸收程低浓度吸收章讨单组分低浓度等温物理吸收程条件吸收程参考关书籍
4 吸收剂选择
吸收气体溶质吸收剂中溶解程吸收剂性优劣决定吸收效果关键选择吸收剂应注意点
(1) 溶解度 吸收剂溶质组分溶解度越传质推动力越吸收速率越快吸收剂耗量越少
(2) 选择性 吸收剂应溶质组分较溶解度混合气体中组分溶解度甚微否实现效分离
(3) 挥发度 吸收程中吸收尾气吸收剂蒸汽饱操作温度吸收剂蒸汽压低挥发度减少吸收剂损失量
(4) 粘度 吸收剂操作温度粘度越低塔流动阻力越扩散系数越助传质速率提高
(5) 选吸收剂应毒性腐蚀性易燃易爆发泡冰点低价廉易化学性质稳定
二吸收程气液衡关系
吸收程气液衡关系研究气体吸收程基础该关系通常气体液体中溶解度亨利定律表示
1 气体液体中溶解度
定温度压力定量吸收剂混合气体接触气相中溶质便液相溶剂中转移直液相中溶质组成达饱止时非没溶质分子进入液相时刻进入液相中溶质分子数液相逸出溶质分子数恰相等种状态称相际动衡简称相衡衡衡状态气相中溶质分压称衡分压饱分压液相中溶质组成称衡组成饱组成气体液体中溶解度指气体液体中饱组成
气体液体中溶解度通实验测定实验结果绘成曲线称溶解度曲线某气体液体中溶解度曲线关书籍手册中查


图23图24图25分总压高时氨二氧化硫氧水中溶解度曲线图分析知：
（1）溶剂（水）中相温度溶质分压气体溶解度差中氨水中溶解度氧水中溶解度表明氨易溶水氧难溶水二氧化硫居中
（2）溶质相气相分压溶解度温度升高减
（3）溶质相温度溶解度气相分压升高增
溶解度曲线显示述规律性出加压降温利吸收操作加压降温提高气体溶质溶解度反减压升温利解吸操作
2 亨利定律
稀溶液难溶气体定温度总压高(通常超500kPa)时互成衡气液两相组成间关系亨利（Henry）定律描述组成表示方法亨利定律表达形式
(1)～x 关系 溶质气液相中组成分分压摩尔分率x表示亨利定律写成形式

(21)
式21称亨利定律该式表明：稀溶液方溶质分压该溶质液相中摩尔分率成正例系数亨利系数
理想溶液压力高温度恒定条件 ~x关系整组成范围符合亨利定律亨利系数该温度纯溶质饱蒸汽压时亨利定律拉乌尔定律致实际吸收操作涉系统非理想溶液时亨利系数等纯溶质饱蒸汽压液相溶质组成低时常数亨利定律适范围溶解度曲线直线部分
亨利系数实验测定关手册中查表21列出某气体水溶液亨利系数供参考
表21 某气体水溶液亨利系数
气体
温度 (℃ )
种类
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
60
70
80
90
100
 
(E×10—6)(kPa)
H2
587
616
644
670
692
716
739
752
761
770
775
775
771
765
761
755
N2
535
605
677
748
815
876
936
998
105
110
114
122
127
128
128
128
空气
438
494
556
615
673
730
781
834
882
923
959
102
106
108
109
108
CO
357
401
448
495
543
588
628
668
705
739
771
832
857
857
857
857
O2
258
295
331
369
406
444
481
514
542
570
596
637
672
696
708
710
CH4
227
262
301
341
381
418
455
492
527
558
585
634
675
691
701
710
NO
171
196
221
245
267
291
314
335
357
377
395
424
444
445
458
460
C2H6
128
157
192
290
266
306
347
388
429
469
507
572
631
670
696
701
 
(E×105)(kPa)
C2H4
559
662
778
907
103
116
129









N2O

119
143
168
201
228
262
306








CO2
0378
08
105
124
144
166
188
212
236
260
287
346




C2H2
073
085
097
109
123
135
148









Cl2
0272
0334
0399
0461
0537
0604
0669
074
080
086
090
097
099
097
096

H2S
0272
0319
0372
0418
0489
0552
0617
0686
0755
0825
0689
104
121
137
146
150
 
(E×104)(kPa)
SO2
0167
0203
0245
0294
0355
0413
0485
0567
0661
0763
0871
111
139
170
201


定气体溶质溶剂亨利系数温度变化般说温度升高E增体现气体溶解度温度升高减变化趋势溶剂中难溶气体E值易溶气体E值
(2)p～c关系 溶质气液相中组成分分压 摩尔浓度c表示亨利定律写成形式

(22)
溶解度系数H温度函数定溶质溶剂H值温度升高减易溶气体H 值难溶气体H值
溶解度系数H亨利系数E关系推导：设溶液体积V m3浓度c kmol(A)m3密度kgm3溶质A总量cV kmol溶剂S总量 kmol (MAMS分溶质A溶剂S摩尔质量)溶质A液相中摩尔分率

(23)
式代入式21
　　
式式22较
　　
稀溶液c值 <<式简化

(24)
(3) ～x关系 溶质气液相中组成分摩尔分率yx表示亨利定律写成形式

(25)
定物系相衡常数m温度压力函数数值实验测m 值样较气体溶解度m 值越表明该气体溶解度越反溶解度越
系统总压P理想气体分压定律知 pPy
理
式代入式21
式式25较

(26)
式26代入式24H～m关系

(27)
(4) ～X关系 式25摩尔分率表示亨利定律摩尔分率指混合物中某组分摩尔数占混合物总摩尔数分率吸收程中混合物总摩尔数变化水吸收混空气中氨程氨作溶质溶水中空气水互溶（称惰性组分）着吸收程进行混合气体混合液体摩尔数变化混合气体混合液体中惰性组分摩尔数变时摩尔分率表示气液相组成计算方便引入惰性组分基准摩尔表示气液相组成
摩尔定义：
X＝(液相中溶质摩尔数)(液相中溶剂摩尔数)＝
(28)
Y＝(气相中溶质摩尔数)(气相中惰性组分摩尔数)＝
(29)
述二式变换

(210)

(211)
式210211代入式25
　　　 　
整理

(212)
溶液组成低时 <<1式212简化

(213)
式213表明液相中溶质组成足够低时衡关系Y~X图中似表示成条通原点直线斜率m
应予指出亨利定律种表达式描述互成衡气液两相组成间关系根液相组成计算衡气相组成根气相组成计算衡液相组成
例题解题指导
例21含10％（体积）C2H2某种混合气体水充分接触系统温度30℃总压1013kPa试求达衡时液相中C2H2摩尔浓度
解：混合气体理想气体处理理想气体分压定律知C2H2气相中分压
kPa
C2H2难溶水气体水溶液组成低气液衡关系符合亨利定律溶液密度纯水密度计算
查30℃水密度 9957 kgm3


查表21知30℃时C2H2水中亨利系数 kPa
kmolm3
分析：求解题关键熟练掌握亨利定律表达式系数间关系
例22总压1013kPa30℃氨水中溶解度172g (NH3)100g(H2O)氨水气液衡关系符合亨利定律相衡常数0764试求气相组成Y
解：先求液相组成

亨利定律求气相组成


分析：求解题关键熟练掌握亨利定律表达式摩尔定义






22 传质机理 分子扩散现象
吸收程传质通量关系
等分子反方扩散示意图
组分通停滞组分扩散示意图
1 学目
通知识点学应掌握质量传递两种基方式分子传质流传质掌握分子传质问题求解方法
2 知识点重点
(1) 费克定律 （2）分子传质问题求解方法
3 知识点难点
分子传质程中总体流动概念理解
4 应完成题
24 组分A通厚度z气膜扩散催化剂表面时立发生化学反应生成B离开催化剂表面气相扩散试推导稳态扩散条件组分AB扩散通量
25 假定某块板洒层厚度1mm水水温297K欲层水297K静止空气中蒸干试求需时间干已知气相总压1013kPa空气湿含量0002kg（kg干空气）297K时水饱蒸汽压2238 kPa假设水蒸发扩散距离5mm
吸收操作溶质气相液相转移程该程属相际间流传质问题相际间传质问题重研究传质速率影响素研究传质速率首先搞清传质机理
热量传递中导热流传热相应质量传递方式分分子传质流传质两类
分子传质（扩散）
1分子扩散现象费克（Fick）定律
分子传质称分子扩散简称扩散分子规热运动形成物质传递现象分子传质气相液相固相中均发生

图26示块隔板容器分左右两室两室中分充入温度压力相浓度AB两种气体设左室中组分A浓度高右室组分B浓度低右室隔板抽出气体分子规热运动左室中AB分子会窜 入右室时右室中AB分子会窜入左室左右两室交换分子数相等左室A浓度高右室时间A分子进入右室较返回左室较少理B 分子进入左室较返回右室较少净结果必然物质A左右传递物质B右左传递两种物质浓度降低方传递
述扩散程直进行整容器中AB两种物质浓度完全均匀止时通截面物质AB净扩散通量零扩散进行左右两方物质扩散通量相等系统处扩散动态衡中
描述分子扩散通量速率基定律费克定律数学表达式

(214)


(215)
两组分扩散系统组分AB摩尔浓度皆位置变化恒温总摩尔浓度常数
常数
(216)
式216

(217)
两组分扩散时关系成立

(218)


(219)
式219表明两组分扩散系统中组分A组分B相互扩散系数相等
应予指出费克定律适分子规热运动引起扩散程实际分子扩散时常伴流体总体流动液体吸收气体混合物中溶质组分程设AB组成二元气体混合物中 A溶质溶解液体中B液体中溶解样组分A通气液相界面进入液相组分 B进入液相 A分子断通相界面进入液相相界面气相侧会留空穴根流体连续性原混合气体便会动界面递补样发生AB两种分子行相界面递补运动种递补运动形成混合物总体流动显然通气液相界面组分 A传质通量应等分子扩散形成扩散通量总体流动形成总体流动通量时组分B通相界面组分B总体流动运动相界面分子扩散形式返回气相体中组分 B传质通量零该程图片27示

述扩散时伴混合物总体流动组分A传质通量

(220)


(221)
式221费克定律普遍表达形式
2气体中稳态分子扩散
(1)等分子反方扩散

图28示段直径均匀圆两容器连通两容器分充浓度AB两种气体中> < 设两容器混合气体温度总压相两容器均装搅拌器保持浓度均匀显然连通两端存浓度差连通发生分子扩散现象组分A右传递组分B左传递两容器总压相连通截面组分A传质通量组分B传质通量相等传质方相反称等分子反方扩散
等分子反方扩散程

关系代入式221

(222)
式222边界条件
（1）时
（2）时
求解式222代入边界条件

(223)

(224)
扩散系统处低压时气相理想气体混合物处理

述关系代入式223中

(225)
式223式225AB两组分作等分子反方稳态扩散时传质通量表达式式计算出组分A传质通量
(2)组分通停滞组分扩散

图29示设AB两组分组成二元混合物中组分A扩散组分组分B扩散组分（称停滞组分）组分A通停滞组分B进行扩散该扩散程吸收操作中遇例水吸收空气中氨程气相中氨（组分A）通扩散空气（组分B）扩散气液相界面然溶水中空气水中认溶解通气液相界面停滞动
组分B扩散组分
关系代入式221
整理

(226)
系统中取两面设组分A B 面 处摩尔浓度分 处摩尔浓度分> < 系统总摩尔浓度恒定式226边界条件
（1）时
（2）时
求解式226代入边界条件

(227)


(228)
式227式228组分A通停滞组分B稳态扩散时传质通量表达式计算组分A传质通量
式228变成式225相形式扩散程中总压变




令
称组分B数均分压

(229)
较式229式225知组分A通停滞组分B扩散传质通量较组分AB进行等分子反方扩散传质通量相差 反映体流动传质速率影响定义漂流数>pBM 漂流数>1表明体流动物质A传递速率较单纯分子扩散混合气体中组分A浓度低时» » 1式229简化式225
3 液体中稳态分子扩散
物质液体中扩散气体中扩散样具重意义液体中扩散机理较复杂扩散规律远气体研究充分仿效气体中速率关系式写出液体中相应关系式
(1)等分子反方扩散 气体中等分子反方扩散程类似写出液体中进行等分子反方扩散时传质通量方程

(230)
式中 ——组分A溶剂B中扩散系数m2s
(2) 组分通停滞组分扩散 溶质A停滞溶剂B中扩散液体扩散中重方式吸收萃取等操作中会遇例苯甲酸水溶液苯接触时苯甲酸（A）会通水（B）相界面扩散越相界面进入苯相中相界面处水扩散0气体中组分通停滞组分扩散程类似写出液体中组分通停滞组分扩散时传质通量方程

(231)


(232)
4 扩散系数
　　分子扩散系数简称扩散系数物质特性常数扩散系数计算分子扩散通量关键物质扩散系数介质种类温度压力浓度变化气体中扩散浓度影响忽略液体中扩散浓度影响忽略压力影响忽略
物质扩散系数实验测关资料中查时公式计算详细容参考关书籍表22表23分列举物质空气水中扩散系数供计算时参考
表22 物质空气中扩散系数（0℃1013kPa）
扩散物质
扩散系数 （cm2s）
扩散物质
扩散系数 （cm2s）
H2
N2
O2
CO2
HCl
SO2
SO3
NH3
0611
0132
0178
0138
0130
0103
0095
0170
H2O
C6H6
C7H8
CH3OH
C2H5OH
CS2
C2H5OC2H5
0220
0077
0076
0132
0102
0089
0078
　 表23 物质水中扩散系数（20℃稀溶液）
扩散物质
扩散系数 （m2s）
扩散物质
扩散系数 （m2s）
O2
CO2
N2O
NH3
Cl2
Br2
H2
N2
HCl
H2S
H2SO4
180
150
151
176
122
120
513
164
264
141
173
HNO3
NaCl
NaOH
C2H2
CH3COOH
CH3OH
C2H5OH
C3H7OH
C4H9OH
C6H5OH
C12H22O11(蔗糖)
260
135
151
156
088
128
100
087
077
084
045
二流传质
1 涡流扩散
分子扩散固体静止层流流动流体会单独发生湍流流体中存旋涡运动引起部位流体间剧烈混合浓度差存条件物质便着浓度降低方进行传递种籍流体质点湍动旋涡传递物质现象称涡流扩散
涡流扩散扩散通量表达式

(233)
应予指出湍流流体中然强烈涡流扩散分子扩散时刻存涡流扩散通量远分子扩散通量般忽略分子扩散影响
应指出分子扩散系数物质物理性质仅温度压力组成等素关涡流扩散系数流体性质关湍动强度流道中位置壁面粗糙度等素关涡流扩散系数较难确定
2 流传质
运动流体固体表面间两限互溶运动流体间质量传递程统称流传质流传质速率仅质量传递特性素（扩散系数）关动量传递动力学素（流速）等密切相关
描述流传质基方程描述流传热基方程牛顿冷定律相应采式表述

(234)
式234称流传质速率方程中流传质系数浓度差定义浓度差采单位譬采摩尔分率分压（气相中）等表示根浓度差表示法定义出相应种形式流传质系数
式234适流体作层流运动情况适流体作湍流运动情况两种情况数值已般 界面形状流体物性流型浓度差等素关中流型影响显著确定方法流传热系数 确定方法类似
例题解题指导
例23某细中底部水恒定温度293K干空气中蒸发干空气总压1013×105 Pa温度293K水蒸汽扩散距离（液面顶部）15cm1013×105 Pa293K水蒸汽空气中扩散系数m2s试求稳态扩散时水蒸汽传质通量水293K时蒸汽压1754 mmHg
解：题组分A（水蒸汽）通停滞组分B（空气）稳态扩散问题
应式229

水面（zz10）处水饱蒸汽压
Pa
顶部（zz2015m）处水蒸汽分压视零

Pa
Pa
Pa
水蒸汽传质通量
kmol(m2·s)
分析：计算该题关键判断求扩散问题属种类型扩散合理选择计算公式

23 吸收速率
双膜模型示意图
溶质渗透模型示意图
界面浓度确定
气膜控制示意图
液膜控制示意图

1 学目
通知识点学应掌握吸收机理吸收速率方程式学吸收程计算奠定基础
2 知识点重点
(1) 双膜模型 （2）吸收速率方程式
3 知识点难点
溶质渗透模型表面更新模型理解
4 应完成题
26 采填料塔清水逆流吸收混空气中CO2已知25℃时CO2水中亨利系数166×105kPa现空气中CO2体积分率006操作条件25℃5066kPa吸收液中CO2组成试求塔底处吸收总推动力D pD cD X D Y
27 1013kPa20℃条件填料塔中清水逆流吸收混空气中甲醇蒸汽操作条件衡关系符合亨利定律甲醇水中溶解度系数H＝1995kmol(m3·kPa)塔某截面处甲醇气相分压6kPa液相组成25 kmolm3液膜吸收系数kL208×105ms气相总吸收系数KG＝1122×105 kmol(m2·s·kPa)求该截面处
(1) 膜吸收系数kGkykx
(2) 总吸收系数KLKXKY
(3) 气膜阻力占总阻力百分数
吸收程机理
前已述吸收操作气液两相间流传质程相际间流传质问题传质机理非常复杂问题简化通常流传质程作定假定谓吸收机理称传质模型
年学者吸收机理作量研究工作提出种传质模型中具代表性双膜模型溶质渗透模型表面更新模型
1 双膜模型
双膜模型惠特曼（Whiteman）1923年提出早提出种传质模型

(1) 双膜模型点 惠特曼两流体间流传质程设想成图片210示模式基点：
①气液两相相互接触时气液两相间存着稳定相界面界面两侧薄停滞膜气相侧称气膜液相侧称液膜溶质A两膜层传质方式分子扩散
②气液相界面处气液两相处衡状态
③气膜液膜外气液两相体中流体强烈湍动处浓度均匀致
双膜模型复杂相际传质程结两种流体停滞膜层分子扩散程模型相界面处两相体中均传质阻力存样整相际传质程阻力便全部集中两停滞膜层双膜模型称双阻力模型
（2）双膜模型求解 根双膜模型点停滞膜层进行分子传质组分A通气膜液膜扩散通量方程分式229式231写出


流传质速率方程分表示

(235)

(236)
较

(237)

(238)
式中分表示气液膜流传质系数见流传质系数通分子扩散系数（）气液膜厚度计算气液膜厚度模型参数
根双膜模型推导出流传质系数扩散系数次方成正∝（∝）双膜模型传质模型奠定初步基础该模型描述具固定相界面系统速度高两流体间传质程实际情况体符合模型确定传质速率关系传质设备设计该模型传质机理假定简单许传质设备特存固定相界面传质设备双膜模型反映出传质真实情况譬填料塔样具较高传质效率传质设备言（）次方成正
2 溶质渗透模型
溶质渗透模型希格（Higbie）1935年提出该模型非稳态模型

希格两流体间流传质描述成图片211示模式希格认液面数微流体单元构成气液两相处湍流状态相互接触时液相体中某流体单元运动界面便停滞气液未接触前 （≤0）流体单元中溶质浓度液相体浓度相等 （）接触开始（＞0）相界面处（0）立达气相衡状态（）着接触时间延长溶质 A通稳态扩散方式断流体单元中渗透时间越长渗透越深流体单元界面处暴露时间限 时间旧流体单元新流体单元置换回液相体中流体单元深处（）保持原体浓度（）流体单元断进行交换批流体单元界面暴露时间样
根溶质渗透模型 导出组分A传质通量

(239)
流传质速率方程表示

(240)
较

(241)
式241溶质渗透模型导出流传质系数计算式该式出流传质系数通分子扩散系数暴露时间计算暴露时间模型参数
式241出传质系数分子扩散系数方根成正 该结已施伍德等填料塔短湿壁塔中实验数证实
应予指出溶质渗透模型更准确描述气液间流传质程该模型模型参数求算较困难应受定限制
3 表面更新模型
表面更新模型丹克沃茨（Danckwerts）1951年提出该模型溶质渗透模型进行研究修正称渗透—表面更新模型
该模型样认溶质液相部传质非稳态分子扩散程否定表面流体单元相暴露时间认液体表面具暴露时间（称年龄）液面单元构成丹克沃茨提出年龄分布概念界面种年龄液面单元存年龄越者占例越针液面单元年龄分布丹克沃茨假定表面年龄分布函数定义：年龄段时间液面单元覆盖界面积占液面总面积分率液面总面积1单位面积基准年龄液面单元占表面积 年龄液面单元加

(242)
时丹克沃茨假定界面液面单元暴露时间长置换概率均等更新频率年龄关单位时间表面置换分率称表面更新率符号表示年龄液面单元时间置换分率均
根溶质渗透模型 导出组分A传质通量

(243)
式240较

(244)
式244表面更新模型导出流传质系数计算式该式见流传质系数通分子扩散系数表面更新率计算表面更新率模型参数显然表面更新模型出传质系数扩散系数间关系溶质渗透模型致
表面更新模型溶质渗透模型前进步首先没规定固定变停留时间外渗透模型中模型参数难测定表面更新模型参数通定方法测流体动力学条件系统形状关
应予指出传质模型建立仅流传质系数确定简化传质程设备进行分析确定适宜操作条件设备强化新型高效设备开发等作出指导工程应传质设备类型繁传质机理极复杂尚未建立种普遍化较完善传质模型
二 吸收速率方程式
描述吸收速率吸收推动力间关系数学表达式吸收速率方程式传热等传递程样吸收程速率关系遵循程速率＝程推动力程阻力般关系式中推动力指浓度差吸收阻力倒数称吸收系数吸收速率关系表示成吸收速率＝吸收系数×推动力形式
1 膜吸收速率方程式
稳态吸收操作吸收设备部位相界面两侧气液膜层中传质速率应相等(否会相界面处溶质积累)中侧停滞膜中传质速率代表该部位吸收速率单独根气膜液膜推动力阻力写出速率关系式称气膜液膜吸收速率方程式相应吸收系数称膜系数分系数
(1) 气膜吸收速率方程式 气相滞流膜层吸收速率方程式参式235写出

(245)
式245写成形式
气膜吸收系数倒数表示吸收质通气膜传质阻力表达形式气膜推动力(p－pi)相应
气相组成摩尔分率表示时相应气膜吸收速率方程式

(246)
理气膜吸收系数倒数表示吸收质通气膜传质阻力表达形式气膜推动力(y－yi)相应
气相总压高时道尔顿分压定律知


两式代入式245式246较

(247)
(2) 液膜吸收速率方程式 液相滞流膜层吸收速率方程式参式236写出

(248)
式248写成形式
液膜吸收系数倒数表示吸收质通液膜传质阻力表达形式液膜推动力(ci－c)相应
液相组成摩尔分率表示时相应液膜吸收速率方程式

(249)
理液膜吸收系数倒数表示吸收质通液膜传质阻力表达形式液膜推动力(xi－x)相应


两式代入式249式248较

(250)
(3) 界面浓度 膜吸收速率方程式中含界面浓度膜吸收速率方程式必须解决确定界面浓度问题
双膜理点知界面处气液组成符合衡关系稳态气液两膜中传质速率相等



(251)
式251表明直角坐标系中pi～ci关系条通定点A (cp)斜率 kL kG直线该直线衡线OE交点横坐标便分界面液相摩尔浓度ci气相分压pi图片212示

2 总吸收速率方程式
般言界面浓度难测定避开难题采类似间壁传热中处理方法研究间壁传热速率时避开难测定壁面温度引入总传热速率总传热系数总传热推动力等概念吸收程样采两相体组成某种差值表示总推动力写出相应总吸收速率方程式
吸收程发进行两相体组成尚未达衡旦相体组成相体组成达衡推动力便等零吸收程总推动力应该相体组成衡组成差值表示
（1）(p－)表示总推动力吸收速率方程式 吸收系统服亨利定律衡关系程涉组成范围直线

根双膜模型相界面两相互成衡
两式代入式248整理
气膜吸收速率方程式
两式相加
令

(252)


(253)
式253(p－)总推动力吸收速率方程式称气相总吸收速率方程式总吸收系数倒数 两膜总阻力式252出总阻力气膜阻力液膜阻力两部分组成
易溶气体H值kGkL数量级相接情况存关系

时传质总阻力绝部分存气膜中液膜阻力忽略式252简化

该式表明气膜阻力控制着整吸收程速率吸收总推动力克服气膜阻力种情况称气膜控制水吸收氨氯化氢等程通常视气膜控制吸收程

气膜控制图213示图片213出气膜控制程关系成立

（2）(－c)表示总推动力吸收速率方程式 理导出(－c)表示总推动力吸收速率方程式

(254)
中

(255)
总吸收系数倒数两膜总阻力式255出总阻力气膜阻力液膜阻力两部分构成
难溶气体H值kGkL数量级相接情况存关系

时传质阻力绝部分存液膜中气膜阻力忽略式255简化

该式表明液膜阻力控制着整吸收程速率吸收总推动力绝部分克服液膜阻力种情况称液膜控制水吸收氧二氧化碳等程通常视液膜控制吸收程

液膜控制图片214示图片214出液膜控制程关系成立

般情况具中等溶解度气体吸收程气膜液膜控制着整吸收程气膜阻力液膜阻力均忽略该程称双膜控制水吸收二氧化硫等程属双膜控制吸收程
（3）(y－)表示总推动力吸收速率方程式 气液衡关系符合亨利定律根双膜理 　　
式246
　　
两式相加
　　
令

(256)
 

(257)
式257(y－)总推动力吸收速率方程式气相总吸收速率方程式种表示形式式中总吸收系数倒数吸收总阻力两膜阻力
（4）(－x)表示总推动力吸收速率方程式 理导出(－x)表示总推动力吸收速率方程式

(258)
中

(259)
式259式256较

(260)
（5）(Y－)(－X)表示总推动力吸收速率方程式 吸收计算中溶质含量较低时通常采摩尔表示组成较方便常(Y－)(－X)表示总推动力吸收速率方程式
操作总压力P根道尔顿分压定律知
pPy


理
二式代入式253

整理

令

(261)


(262)
式262(Y－)表示总推动力吸收速率方程式式中总吸收系数倒数两膜总阻力
吸收质气相中组成低时Y式261右端分母接1

(263)
采类似方法导出(－X)表示总推动力吸收速率方程式

(264)
中

(265)
式265(－X)表示总推动力吸收速率方程式式中总吸收系数倒数两膜总阻力
溶质液相中组成低时X式265右端分母接1

(266)
3 吸收速率方程式结
前已述基形式推动力写出相应吸收速率方程式吸收速率方程式应注意点
（1）述种吸收速率方程式等效采吸收速率方程式均计算吸收程速率
（2）吸收系数单位kmol(m2·s·单位推动力)推动力次摩尔分率摩尔表示时吸收系数单位简化kmol(m2·s)吸收速率单位相
（3）必须注意吸收速率方程式中吸收系数吸收推动力正确搭配单位致性吸收系数倒数表示吸收程阻力阻力表达形式必须推动力表达形式相应
（4）述吸收速率方程式气液组成保持变前提适合描述稳态操作吸收塔横截面速率关系直接描述全塔吸收速率塔横截面气液组成相吸收速率相
（5）总吸收系数相应吸收速率方程式时整程涉组成范围衡关系须直线式252式255中H值应常数否膜系数(kGkL)常数总吸收系数组成变化便吸收塔计算
例题解题指导
例24已知某低浓度气体溶质吸收时衡关系服亨利定律气液膜吸收系数分 kmol(m2·s·kPa)ms溶解度系数 kmol(m3·kPa) 试求气相总吸收系数分析该吸收程控制素
解：系统符合亨利定律式252计算气相总吸收系数：

(m2·s·kPa) kmol
kmol(m2·s·kPa)
计算知液膜阻力 (m2·s·kPa) kmol气膜阻力 (m2·s·kPa) kmol 液膜阻力远气膜阻力该吸收程气膜控制
分析：求解该题关键熟练掌握总吸收系数膜吸收系数关系会判断吸收程控制素
24 低浓度气体吸收计算
逆流吸收塔物料衡算示意图 逆流吸收塔操作线
吸收塔液气
微元填料层物料衡算
气相总传质单元高度
NOG~关系图
梯级图解法求NOG
吸收塔理级数
克列姆塞尔算图
NT ~关系图
1 学目
通知识点学应掌握低浓度气体吸收程计算方法
2 知识点重点
(1) 物料衡算操作线方程
（2）液气适宜液气
（3）传质单元数法计算填料层高度
3 知识点难点
传质单元高度传质单元数概念理解
4 应完成题
28 1013kPa20℃清水填料塔逆流吸收空气中含二氧化硫气体单位塔截面混合气摩尔流量002 kmol (m2·s)二氧化硫体积分率003操作条件气液衡常数m349KYα0056 mol(m3·s)吸收液中二氧化硫组成饱组成75求回收率98求吸收剂摩尔流速填料层高度
29 已知某填料吸收塔直径1m填料层高度4m清水逆流吸收某混合气体中溶组分该组分进口组成8出口组成1（均mol）混合气流率30kmolh操作液气2操作条件气液衡关系 试求：
（1） 操作液气液气少倍
（2） 气相总体积吸收系数
（3） 填料层高度2m处气相组成
210 1013kPa27℃吸收塔清水吸收混空气中丙酮蒸汽混合气流量32kmolh丙酮体积分率001吸收剂流量120kmolh求丙酮回收率低96求需理级数设操作条件气液衡关系Y* 253 X
知识点低浓度气体吸收程象讨吸收程计算吸收程计算讨结合填料塔进行
物料衡算操作线方程
1 物料衡算

图215示处稳态操作逆流接触吸收塔标1表示塔底截面标2表示塔顶截面mn代表塔截面
吸收塔两端面间溶质A作物料衡算


(267)
通常进塔混合气组成流量吸收务规定吸收剂初始组成流量根生产工艺求确定果吸收务规定溶质回收率气体出塔时组成Y2

(268)
VY1LX2Y2均已知通全塔物料衡算式267便求塔底排出吸收液组成X1
2 吸收塔操作线方程
吸收塔横截面气液组成YX间关系称操作关系描述该关系方程操作线方程稳态操作情况操作线方程通组分A进行物料衡算获mn截面塔底端面间组分A进行衡算


(269)
理mn截面塔顶端面间作组分A衡算

(270)
式269式270等效皆称逆流吸收塔操作线方程

操作线方程知塔横截面气相组成Y液相组成X成线性关系直线斜率LV该直线通点B(X1Y1)点T(X2Y2)图片216中直线BT逆流吸收塔操作线操作线BT点A坐标(XY)代表塔相应截面液气组成XY端点B代表填料层底部端面塔底情况该处具气液组成称浓端端点T代表填料层顶部端面塔顶情况该处具气液组成称稀端图片216中曲线OE相衡曲线进行吸收操作时塔截面溶质气相中实际组成Y总高相接触液相衡组成吸收操作线BT总位衡线OE方反果操作线位相衡曲线方应进行脱吸程
应予指出讨针逆流操作言气液流操作情况吸收塔操作线方程操作线采样办法求逆流操作流操作吸收塔操作线方程操作线物料衡算求吸收系统衡关系操作条件设备结构型式等均牵连
二吸收剂量确定
吸收塔计算中通常气体处理量已知吸收剂量需通工艺计算确定气量定情况确定吸收剂量确定液气仿精馏中适宜（操作）回流确定方法先求出吸收程液气然根工程验确定适宜（操作）液气
1 液气

操作线斜率LV 称液气反映单位气体处理量溶剂消耗量图片217(a)示Y1Y2X2已知情况操作线端点T已固定端点BY＝Y1水线移动B点横坐标取决操作线斜率LVV值定取决吸收剂量L
V值定情况吸收剂量L减操作线斜率变点B便水线Y＝Y1右移动结果出塔吸收液组成增时吸收推动力相应减吸收剂量减恰点B移水线Y＝Y1衡线OE交点时 塔底流出液组成刚进塔混合气组成达衡理吸收液达高组成时吸收程推动力已变零需限相际接触面积吸收塔需限高填料层工程实现表示种极限情况种状况吸收操作线斜率称液气表示相应吸收剂量吸收剂量Lmin表示
液气图解法求图片217(a)

(271)

(271a)
衡关系表示直接式计算液气

(272)

(272a)
果衡曲线呈现图片217(b)示形状应点T作衡曲线切线找水线Y＝Y1切线交点B＇读出点B＇横坐标X1＇ 数值然式计算液气

(273)

(273a)
2 适宜液气
吸收务定情况吸收剂量越溶剂消耗输送回收等操作费减少吸收程推动力减需填料层高度塔高增设备费增加反增吸收剂量吸收程推动力增需填料层高度塔高降低设备费减少溶剂消耗输送回收等操作费增加分析见吸收剂量应设备费操作费两方面综合考虑选择适宜液气两种费根生产实践验般情况取吸收剂量量11～20倍较适宜

(274)

(274a)
应予指出填料吸收塔中填料表面必须液体润湿起传质作保证填料表面液体充分润湿液体量某低允许值果式274算出吸收剂量满足充分润湿填料起码求应采较液气
三塔径计算
工业吸收塔通常圆柱形吸收塔直径根圆形道流量公式计算

(275)
应予指出吸收程中溶质断进入液相混合气体流量塔底塔顶逐渐减计算塔径时般应塔底气量
式275知计算塔径关键确定适宜空塔气速u适宜空塔气速u确定方法参考关书籍
四吸收塔效高度计算
吸收塔效高度指塔进行气液传质部分高度填料层高度填料层高度计算分传质单元数法等板高度法现分予介绍
（）传质单元数法
传质单元数法传质速率方程计算填料层高度称传质速率模型法
1 基计算式
采传质单元数法计算填料层高度涉物料衡算传质速率相衡三种关系式应现连续逆流操作填料吸收塔例推导填料层高度基计算公式
填料塔种连续接触式设备着吸收进行填料层高度气液两相组成均断变化传质推动力相应改变塔截面吸收速率相前面讲吸收速率方程式适塔截面直接应全塔解决填料层高度计算问题需微元填料层进行物料衡算

图218示填料吸收塔意位置选取微元填料层高度dZ微元填料层组分A作物料衡算

(276)
微元填料层气液组成变化认吸收速率NA定值

(277)
吸收速率方程式
式代入式277

式276代入二式

整理

(278)
 
(279)
稳态操作条件低组成吸收程LVaW 皆时间变化截面位置改变KY KX 视常数式278式279全塔范围积分




(280)

(281)
式280式281填料层高度基计算公式应予指出述二式中效表面积a总填料表面积（单位体积填料层中填料总面积）流动液体膜层润湿填料表面提供气液接触效面积a 值仅填料形状尺寸填充状况关受流体物性流动状况影响般a数值难直接测量通常吸收系数积视体作完整物理量称体积吸收系数式280式281中KYaKXa分称气相总体积吸收系数液相总体积吸收系数单位均kmol(m3·s)体积吸收系数物理意义：推动力单位情况单位时间单位体积填料层吸收溶质量
2 传质单元高度传质单元数
(1) 传质单元高度传质单元数定义 传热计算中传热单元长度传热单元数概念类似吸收计算中引入传质单元高度传质单元数概念
式280分析知等号右端式程条件决定具高度单位定义气相总传质单元高度HOG表示

(282)
等号右端积分项中分子分母具相单位整积分次数值代表需填料层总高度Z相气相总传质单元高度HOG倍数定义气相总传质单元数NOG表示

(283)
式280改写

(284)
理式281写成形式

(285)
式中
HOL—— 液相总传质单元高度 m
NOL—— 液相总传质单元数 次
总吸收系数总推动力分膜系数相应推动力代时出

(286)

(287)
写出填料层高度计算通式
填料层高度＝传质单元数×传质单元高度
（2） 传质单元高度传质单元数物理意义 面气相总传质单元高度HOG例分析传质单元高度物理意义
图219(a)示假定某吸收程需填料层高度恰等气相总传质单元高度
式284知

整填料层吸收推动力(Y－Y*)变化总找某均值(Y－Y*)m代(Y－Y*)积分值保持变

均值(Y－Y*)m作常数提积分号外


见果气体流段填料层前组成变化(Y1－Y2)恰等段填料层气相组成差表示总推动力均值(Y－Y*)m图片219(b)示段填料层高度气相总传质单元高度
传质单元高度反映传质阻力填料性优劣润湿情况坏吸收程传质阻力越填料层效表面越传质单元相填料层高度越
传质单元数代表需填料层总高度Z相气相总传质单元高度HOG倍数反映吸收程进行难易程度生产务求气体组成变化越吸收程均推动力越意味着程难度越时需传质单元数越
3 传质单元数求法
计算填料层高度关键计算传质单元数传质单元数种计算方法现介绍种常方法
(1) 解析法
①脱吸数法 脱吸数法适吸收程涉组成范围衡关系直线情况设衡关系

定义式283
操作线方程
代入式
令

积分式化简

(288)
式中S 衡线斜率操作线斜率值称脱吸数次
方便计算半数坐标S参数式288标绘出NOG ~函数关系图片220示组曲线已知VLY1Y2X2衡线斜率m便求出S值进图中读出NOG数值

应予指出图片220NOG求取关吸收程分析估算十分方便>20S£ 075范围该图时读数较准确否误差较
理导出液相总传质单元数NOL计算式

(289)
式中脱吸数S倒数操作线斜率衡线斜率值称吸收数次式289解吸操作计算
较式288式289出二者具样函数形式式288中NOGS式289中分换成NOLA知图片220表示NOL ~关系(A参数)完全适
衡关系全塔物料衡算式式288式289进步简化

(288a)

(289a)
较式288 a式289 a

② 数均推动力法 现式288进行变换获数均推动力表示气相总传质单元数NOG计算式


式代入式288 a


(290)

(291)
D Ym塔顶塔底两截面吸收推动力D Y1D Y2数均值称数均推动力理导出液相总传质单元数NOL计算式

　
(292)
式中

(293)
应予指出数均推动力法适吸收程涉组成范围衡关系直线情况时算术均推动力代相应数均推动力计算简化
(2) 梯级图解法 吸收程涉组成范围衡关系直线弯曲程度曲线采述梯级图解法估算总传质单元数较简便 梯级图解法直接根传质单元数物理意义引出种似方法做贝克(Baker)法

图221示OE衡线BT操作线二线段间竖直线段BB*AA*TT*等表示塔相应横截面气相总推动力(Y－Y*)竖直线段中点连线曲线MN
代表塔顶端点T出发作水线交MN点F延长TFF' FF' ＝TF点F' 作竖直线交BT点A点A出发作水线交MN点S延长AS点S' SS' ＝AS点S' 作竖直线交BT点D点D出发……进行直达超操作线代表塔底端点B止画出梯级数气相总传质单元数
难证明述方法作梯级代表气相总传质单元
令操作线衡线间通FF' 两点竖直线分HH*AA*
FF' ＝FT
F'A＝2FH＝HH*
衡线A*T*段似视直线写出关系
HH*(TT*+AA*)2
HH*代表段气相总推动力(Y－Y*)算术均值F' A表示段气相组成变化(YA－YT)F' A＝HH*图214中三角形TF' A表示气相总传质单元
理三角形AS' D表示气相总传质单元类推
利操作线BT衡线OE间水线段中点轨迹线求液相总传质单元数步骤述求NOG步骤基相
(3) 数值积分法 吸收程涉组成范围衡关系曲线时应采数值积分法求传质单元数数值积分方法中常辛普森(Simpson)数值积分法
(294)
中　　
(二) 等板高度法
等板高度法理级概念计算填料层高度称理级模型法
1 基计算式

图222(a)示设填料层N级组成吸收剂塔顶进入第级逐级流动塔底第N级流出原料气塔底进入第N级逐级流动塔顶第级排出级气液两相密切接触溶质组分气相液相转移离开某级时气液两相组成达衡称该级理级
设完成指定分离务需理级NT需填料层高度式计算

（295）
谓等板高度HETP指分离效果理级作相填料层高度称量高度等板高度分离物系物性操作条件填料结构参数关般实验测定验公式计算详细容参考关书籍
2 理级数确定
采等板高度法计算填料层高度关键确定完成指定分离务需理级数理级数确定方法现介绍种常方法
(1) 梯级图解法 梯级图解法求理级数具体步骤：首先直角坐标系中标绘出操作线衡关系曲线图片222(b)示图中BT操作线OE衡线然操作线衡线间塔顶(塔底)开始逐次画阶梯直塔底(塔顶)组成相等超组成止画出阶梯数吸收塔需理级数
梯级图解法求理级数受限制气液组成表示方法摩尔YX摩尔分率yx者气相分压p液相摩尔浓度c法低组成气体吸收计算高组成气体吸收脱吸程计算
(2) 解析法
吸收程涉组成范围衡关系直线时采克列姆塞尔(Kremser A)等提出解析方法求理级数
参阅图222(a)～级间横截面塔顶间作组分A衡算

设衡关系
Y* mX+b

二式代入物料衡算式

式中刚进塔液相(X0)成衡气相组成
根吸收数定义式式改写

　　
(296)
　　　II～III两间横截面塔顶间作组分A衡算

代入式296整理

理推

两端减Y0 *


两端减1整理

(297)
式297克列姆塞尔方程参图片222(a)知：YN+1 Y1YI Y2知式297写成形式

(297a)
式297a左端表示吸收塔溶质吸收率理吸收率（塔顶达气液衡时吸收率）值称相吸收率表示（进塔液相纯溶剂时等溶质吸收率）
式297a写成形式

(297b)

(297c)

便计算式297b中NTA三者间函数关系绘成图片223示组曲线(NT参数)图称克列姆塞尔算图
式297b整理


整理

(297d)
式297d克列姆塞尔方程形式式半数坐标纸标绘理级数NT关系(脱吸数S参数)组曲线图224示图形状解析法求NOG线图相仿
例题解题指导
例25常压逆流吸收塔中清水吸收混合气体中溶质组分A进塔气体组成003（摩尔）吸收率99％出塔液相组成0013操作压力1013 kPa温度27℃操作条件衡关系（YX均摩尔）已知单位塔截面惰气流量54 kmol （m2·h）气相总体积吸收系数112 kmol （m3·h·kPa）试求需填料层高度
解：气相进塔组成
气相出塔组成
液相出塔组成
液相进塔组成






m
m
分析：计算题应注意两点（1）单位塔截面惰气流量概念（2）气相总体积吸收系数换算
例26逆流操作填料塔中循环溶剂吸收某混合气体中溶质气体入塔组成0025（摩尔）液气16操作条件气液衡关系 循环溶剂组成0001出塔气体组成00025现脱吸良循环溶剂组成变0 01试求时出塔气体组成
解： 原工况




新工况




解出：
分析：计算题关键理解两种工况变填料层高度变两种工况变

25 吸收系数
选择填空
计算题
1 学目
通知识点学应掌握吸收系数获取途径计算方法
2 知识点重点
吸收系数准数关联式中常准数
3 应完成题
211 填料塔中装直径15mm乱堆瓷环填料20℃1013kPa该填料塔吸收混空气中氨气已知混合气中氨均分压65 kPa气体空塔质量速度G＝40kg(m2·s)操作条件氨空气中扩散系数189×10m2s气体粘度181×10Pa·s密度1205kgm3试计算气膜吸收系数kG
212 装填25mm拉西环填料塔中清水吸收空气中低含量氨操作条件20℃1013kPa操作时气液相质量速度分06kg(m2·s)45kg(m2·s)衡关系Y* 12X已知：20℃1013kPa时氨空气中扩散系数 m2s20℃氨水中扩散系数 m2s试估算传质单元高度HGHL气相体积吸收总系数KYa
吸收系数吸收程计算具十分重意义没准确吸收系数数述涉吸收速率计算公式方法失实际价值
般说传质程影响素较传热程复杂吸收系数仅物性设备类型填料形状规格等关塔流体流动状况操作条件密切相关迄尚通计算公式方法目前进行吸收设备计算时获取吸收系数途径三条：实验测定二选适验公式进行计算三选适准数关联式进行计算
吸收系数测定
实验测定获吸收系数根途径实验测定般已知径填料层高度中间实验设备生产装置进行实际操作物系选定定操作条件进行实验稳态操作状况测进出口处气液流量组成根物料衡算衡关系算出吸收负荷GA均推动力DYm具体设备尺寸算出填料层体积VP 便式计算总体积吸收系数KYa

（298）
测定时针全塔进行针塔段进行测定值代表测范围总吸收系数均值
测定气膜液膜吸收系数时总设法相阻力忽略推算条件进行试验采方法求水吸收低含量氨气时气膜体积吸收系数kGa：
首先测定体积吸收总系数KGa然式计算气膜体积吸收系数kGa数值

中液膜体积吸收系数kLa根相条件水吸收氧气时液膜体积吸收系数推算

氧气水中溶解度甚微水吸收氧气时气膜阻力忽略测KLa等kLa
二吸收系数验公式
计算吸收系数验公式较现介绍计算体积吸收系数验公式
1 水吸收氨
水吸收氨属易溶气体吸收吸收阻力气膜中液膜阻力约占10％根实验数出计算气膜体积吸收系数验公式

(299)
式299适条件：
（1）物系水吸收氨
（2）填料直径125mm陶瓷环形填料
2 常压水吸收二氧化碳
水吸收二氧化碳属难溶气体吸收吸收阻力集中液膜中根实验数出计算液膜体积吸收系数验公式

(2100)
式2100适条件：
（1）物系水吸收二氧化碳
（2）填料直径10～32mm陶瓷环
（3）液体喷淋密度3～20m3(m2·h)
（4）气相空塔质量速度130～580kg(m2·h)
（5）操作温度21～27℃
3 水吸收二氧化硫
水吸收二氧化硫属中等溶解度气体吸收气膜阻力液膜阻力总阻力中占相例根实验数出计算体积吸收系数验公式

(2101)

(2102)
式2102中a 常数数值列表24
表24 式2102中a 取值
温度℃
10
15
20
25
30
a
00093
00102
00116
00128
00143
式2101式2102适条件：
（1）物系水吸收二氧化硫
（2）气相空塔质量速度G＝320～150kg(m2·h)
（3）液相空塔质量速度W4400～58500kg(m2·h)
（4）填料直径25mm环形填料
应予指出吸收系数验公式特定系统特定条件实验数关联出受实验条件限制适范围较窄规定条件计算结果
三吸收系数准数关联式
前已述吸收系数验公式特定条件结果局限性较广泛物系设备操作条件取实验数整理出干次数群间关联式描述种影响素吸收系数间关系种准数关联式具较概括性适范围广计算精度较差
1 吸收系数准数关联式中常准数
（1）施伍德（Sherwood）准数 含吸收系数准数施伍德准数表示传热中努塞特准数相
气相施伍德准数表达式

(2103)
液相施伍德准数表达式

(2104)
（2）施密特（Schmidt）准数 反映物性吸收程影响准数施密特准数表示传热中普兰特准数相
气相施密特准数表达式

(2105)
符合意义单位前
液相施密特准数表达式

(2106)
（3）雷诺（Reynolds）准数 反映流动状况吸收程影响准数雷诺准数表示
气体通填料层时雷诺准数表达式

(2107)
填料层量直径

(2108)
式2107代入雷诺准数表达式中

(2109)
理液体通填料层雷诺准数表达式

(2110)
（4）伽利略（Gallilio）准数 反映液体重力作填料表面流动时受重力吸收程影响准数伽利略准数表示表达式

(2111)
2 计算气膜吸收系数准数关联式
计算填料塔气膜吸收系数准数关联式

(2112)


(2112a)
式湿壁塔中实验适范围：＝2×103～35×10406～25P＝101～303kPa(绝压)式中a ＝0023b ＝083g ＝044特征尺寸l湿壁塔塔径式应采拉西环填料塔时a ＝0066b ＝08g ＝033特征尺寸l单拉西环填料外径
3 计算液膜吸收系数准数关联式
计算填料塔液膜吸收系数准数关联式

(2113)


(2113a)
4 计算气相液相传质单元高度关联式
溶质含量较低情况计算气相传质单元高度采关联式

(2114)
a b g ——— 填料类型尺寸关常数值列表25中
表25 式2114中常数值
填 料
　 　　　　常 数
质 量 速度 范 围
类 型
尺寸mm
a
b
g
气 相G[kg(m2·s)]
液 相W[kg(m2·s)]
　
13
0541
030
－047
0271～0950
0678～2034
弧 鞍
13
0367
030
－024
0271～0950
2034～610
　
25
0461
036
－040
0271～1085
0542～610
　
38
0652
032
－045
0271～1356
0542～610
　
95
0620
045
－047
0271～0678
0678～2034
　
25
0557
032
－051
0271～0814
0678～610
拉西环
38
0830
038
－066
0271～0950
0678～2034
　
38
0689
038
－040
0271～0950
2034～610
　
50
0894
041
－045
0271～1085
0678～610
溶质含量气速均较低时计算液相传质单元高度采关联式

(2115)
式2114式2115出填料类型尺寸气液质量速度相情况两种溶质AA¢ 吸收程传质单元高度施密特准数05次方成正

(2116)
表26 式2115中常数值
填 料
常 数
液相质量速度范围
类型
尺寸mm
a ×104
b
W[kg(m2·s)]
　
95
321
046
0542～2034
　
13
718
035
0542～2034
拉西环
25
236
022
0542～2034
　
38
261
022
0542～2034
　
50
293
022
0542～2034
　
13
1456
028
0542～2034
弧 鞍
25
1285
028
0542～2034
　
38
1366
028
0542～2034
已知溶质A液相传质单元高度HL液膜体积吸收系数kLa式2116推算相吸收条件溶质A¢ 液相传质单元高度HL液膜体积吸收系数kLa外式2114式2115传质单元高度定义式知膜吸收系数溶质扩散系数05次方成正
应予指出吸收系数验公式吸收系数准数关联式特定适条件范围选时应特加注意
例题解题指导
例2730℃1013kPa水吸收混空气中氨气填料直径25mm乱堆瓷环表面积190m2m3已知混合气中氨均分压80 kPa气体空塔质量速度G＝100kg(m2·s)操作条件氨空气中扩散系数198×10m2s气体粘度186×10Pa·s密度114kgm3试计算气膜吸收系数kG
解：根题中条件选式2112a计算气膜吸收系数

中a ＝0066b ＝08g ＝033
氨易溶气体认界面处氨气分压似零

kPa



kmol(m2·s·kPa)
分析：计算题关键合理选择吸收系数计算公式
章结
章讨气体吸收基概念（包括吸收程衡关系传质机理吸收程机理吸收速率等）气体吸收程计算位学员认真学章容基定义公式记牢熟练掌握低浓度气体吸收程计算方法
思 考 题
1 温度压力吸收程衡关系影响
2 亨利定律具表达形式
3 摩尔摩尔分数间关系
4 分子传质(扩散)分子传热(导热)异
5 进行分子传质时总体流动形成总体流动分子传质通量影响
6 讨传质机理吸收程机理意义什
7 双膜模型溶质渗透模型表面更新模型点什模型求传质系数扩 散系数关系模型参数什
8 吸收速率方程具表达形式
9 传质单元高度传质单元数物理意义
问题解答
问：组分系统中AB两组分混合物中进行传质余组分惰性组分时应摩尔表示组成？
答：组分A摩尔

组分B摩尔

问：分子传质中总体流动形成？
答：现液体吸收气体混合物中溶质组分程说明问题设AB组成二元气体混合物中 A溶质溶解液体中B液体中溶解样组分A通气液相界面进入液相组分 B进入液相 A分子断通相界面进入液相相界面气相侧会留空穴根流体连续性原混合气体便会动界面递补样发生AB两种分子行相界面递补运动种递补运动形成混合物总体流动显然通气液相界面组分 A通量应等分子扩散形成组分 A通量总体流动形成组分 A通量时组分B通相界面组分B体流动运动相界面分子扩散形式返回气相体中
问：费克定律求解稳态分子传质问题时扩散方扩散面积变化应解决？
答：稳态分子传质扩散速率（kmolm3）常数扩散通量[ kmol（m2·s）]定常数扩散方扩散面积变常数否常数时应方法求解：

根数学知识确定出关系关系代入式分离变量

积分求出扩散速率
问：什吸收程机理讨吸收程机理意义什？
答：吸收操作气液两相间流传质程相际间流传质问题传质机理非常复杂问题简化通常流传质程作定假定谓吸收程机理称传质模型讨吸收程机理意义复杂流传质问题化成分子传质问题求解
问：推导传质单元数法计算填料层高度基计算式时采微元填料层高度衡算式276右侧负号？
答：填料塔种连续接触式设备着吸收进行填料层高度气液两相组成均断变化传质推动力相应改变塔截面吸收速率相推导填料层高度基计算式时需微元填料层进行物料衡算
式276右侧负号表示着填料层高度增加均减
问：计算填料层高度传质单元数法等板高度法两种方法计算中选？
答：根已知数确定已知吸收系数数采传质单元数法已知等板高度数采等板高度法章重点掌握传质单元数法
学生测
选择填空 （30分）
1 吸收操作原理__________________
2 接常压低浓度溶质气液衡系统总压增时亨利系数_____相衡常数_____溶解度系数_____
A 增 B 变 C 减 D 确定
3 吸收操作中液相浓度差表示吸收塔某截面总推动力_____
A B C D
4 等分子反方扩散通常发生_______单元操作程中组分通停滞组分扩散通常发生_______单元操作程中
5 双膜模型溶质渗透模型表面更新模型模型参数分_______________
6 增加吸收剂量操作线斜率_____________吸收推动力_____________
7 脱吸数定义式______________表示___________
8 逆流吸收塔中吸收程气膜控制进塔液体组成增条件变气相总传质单元高度_____
A 变 B 确定 C 减 D 增
9 推动力（）吸收系数_____相应
A B C D
二计算题 （70分）
1 压力1013kPa 温度30℃操作条件某填料吸收塔中清水逆流吸收混合气中NH3已知入塔混合气体流量 220 kmolh中含NH312 ( 摩尔分数)操作条件衡关系Y 12X（XY均摩尔）空塔气速125ms气相总体积吸收系数006 kmol (m3·s)水量量1 5倍求NH3回收率95试求：
（1）水量
（2）填料塔直径填料层高度（25分）
2 已知某填料吸收塔直径1m填料层高度4m清水逆流吸收某混合气体中溶组分该组分进口组成8出口组成1（均mol）混合气流率30kmolh操作液气2操作条件气液衡关系 试求：
（1） 操作液气液气少倍
（2）气相总体积吸收系数
（3）填料层高度2m处气相组成（25分）
3 逆流操作填料塔中循环溶剂吸收某混合气体中溶质气体入塔组成0025（摩尔）液气16操作条件气液衡关系 循环溶剂组成0001出塔气体组成00025现脱吸良循环溶剂组成变0 01试求时出塔气体组成（20分）


第三章 蒸馏吸收塔设备
1．章学目
通章学掌握气液传质设备结构特点流体力学特性操作特性
2．章重点掌握容
（1）板式塔流体力学特性操作特性
（2）填料塔流体力学特性操作特性
应掌握容
（1）板式塔结构（2）塔板类型结构特点（3）板式塔操作分析
（4）填料塔结构特点（5）填料类型结构特点
3．章学中应注意问题
章学中紧紧围绕提高传质速率中心理解种塔板填料结构设计特点评价塔设备性指标种塔设备操作特性（包括流体力学传质特性）
4． 章教学时数分配
   授课学时数 4       学学时数8
5． 章学资料
参考书籍
（1）贾绍义柴诚敬 化工传质分离程 北京 化学工业出版社2001
（2）蒋维钧等 化工原理•册 北京 清华学出版社 1993
（3）王树楹等 现代填料塔技术指南 北京 中国石化出版社 1998
（4）时钧 等 化学工程手册•卷 第二版 北京 化学工业出版社1996
（5）姚玉英等 化工原理•册 天津 天津学出版社 1999 (第三章 蒸馏吸收塔设备)
3–1 板式塔
1．学目
解板式塔结构塔板类型特点板式塔流体力学特性操作特性
2．知识点重点
板式塔流体力学特性操作特性
3．应完成题
31 图示某塔板负荷性图已知操作时气相负荷2500m3h液相负荷72m3h试判断塔板操作限什控制计算操作弹性

题31 附图
板式塔结构
图31示板式塔逐级接触式气液传质设备圆柱形壳体塔板溢流堰降液受液盘等部件构成

操作时塔液体重力作层塔板降液流层塔板受液盘然横流塔板侧降液流层塔板溢流堰作塔板保持定厚度液层气体压力差推动穿层塔板气体通道（泡罩筛孔浮阀等）分散成股气流鼓泡通层塔板液层塔板气液两相密切接触进行热量质量交换板式塔中气液两相逐级接触两相组成塔高呈阶梯式变化正常操作液相连续相气相分散相
般板式塔空塔速度较高生产力较塔板效率稳定操作弹性造价低检修清洗方便工业应较广泛
二塔板类型
塔板分降液式塔板（称溢流式塔板错流式塔板）降液式塔板（称穿流式塔板逆流式塔板）两类工业生产中降液式塔板应广泛讨降液式塔板
1．泡罩塔板
泡罩塔板工业应早塔板结构图片32示升气泡罩构成泡罩安装升气顶部分圆形条形两种前者较广泡罩f80f100f150mm三种尺寸根塔径选择泡罩部周边开齿缝齿缝般三角形矩形梯形泡罩塔板正三角形排列

操作时液体横流塔板溢流堰保持板定厚度液层齿缝浸没液层中形成液封升气顶部应高泡罩齿缝防止液体中漏升气体通齿缝进入液层时分散成许细气泡流股板形成鼓泡层气液两相传热传质提供量界面
泡罩塔板优点操作弹性较塔板易堵塞缺点结构复杂造价高板液层厚塔板压降生产力板效率较低泡罩塔板已逐渐筛板浮阀塔板取代新建塔设备中已少采
2．筛孔塔板
筛孔塔板简称筛板结构图片33示塔板开许均匀孔孔径般3～8mm筛孔塔板正三角形排列塔板设置溢流堰板保持定厚度液层
操作时气体筛孔分散成股气流鼓泡通液层气液间密切接触进行传热传质正常操作条件通筛孔升气流应阻止液体筛孔泄漏
筛板优点结构简单造价低板液面落差气体压降低生产力传质效率高缺点筛孔易堵塞宜处理易结焦粘度物料
应予指出筛板塔设计操作精度求较高工业应较谨慎年设计控制水断提高筛板塔操作非常精确应日趋广泛
3．浮阀塔板
浮阀塔板具泡罩塔板筛孔塔板优点应广泛浮阀类型国常图片34示F1型V4型T型等

浮阀塔板结构特点塔板开干阀孔阀孔装浮动阀片阀片身连阀腿插入阀孔阀腿底脚拨转90°限制阀片升起高度防止阀片气体吹走阀片周边出略弯定距片气速低时定距片作阀片塔板呈点接触坐落阀孔定程度防止阀片板面粘结
操作时阀孔升气流阀片塔板间隙水方进入液层增加气液接触时间浮阀开度气体负荷变低气量时开度较气体足够气速通缝隙避免漏液高气量时阀片动浮起开度增气速致
浮阀塔板优点结构简单造价低生产力操作弹性塔板效率较高缺点处理易结焦高粘度物料时阀片易塔板粘结操作程中时会发生阀片脱落卡死等现象塔板效率操作弹性降
4．喷射型塔板
述种塔板气体鼓泡泡沫状态液体接触气体垂直穿液层时分散形成液滴泡沫具定初速度气速高会造成较严重液沫夹带塔板效率降生产力受定限制克服缺点年开发出喷射型塔板致种类型
舌型塔板舌型塔板结构图片35示塔板出许舌孔方塔板液体流出口侧张开舌片板面成定角度18°20°25°三种（般20°）舌片尺寸50×50mm25×25mm两种舌孔正三角形排列塔板液体流出口侧设溢流堰保留降液降液截面积般塔板设计

操作时升气流舌片喷出喷出速度达20～30ms液体流排舌孔时喷出气流强烈扰动形成液沫斜喷射液层方喷射液流降液方塔壁流入降液中流层塔板
舌型塔板优点：生产力塔板压降低传质效率较高缺点：操作弹性较气体喷射作易降液中液体夹带气泡流层塔板降低塔板效率

（2）浮舌塔板图片36示舌型塔板相浮舌塔板结构特点舌片浮动浮舌塔板兼浮阀塔板固定舌型塔板特点具处理力压降低操作弹性等优点特适宜热敏性物系减压分离程

（3）斜孔塔板斜孔塔板结构图片37示板开斜孔孔口板面成定角度斜孔开口方液流方垂直排孔孔口方致相邻两排开孔方相反相邻两排孔气体相反方喷出样气流会喷水方较气速阻止液沫夹带板面液层低均匀气体液体断分散聚集表面断更新气液接触良传质效率提高
斜孔塔板克服筛孔塔板浮阀塔板舌型塔板某缺点斜孔塔板生产力浮阀塔板30左右效率相结构简单加工制造方便种性优良塔板
三板式塔流体力学性
气液两相传热传质塔板流动状况密切相关板式塔气液两相流动状况板式塔流体力学性
1．塔板气液两相接触状态
塔板气液两相接触状态决定板两相流流体力学传质传热规律重素图片38示液体流量定时着气速增加出现四种接触状态

（1）鼓泡接触状态气速较低时气体鼓泡形式通液层气泡数量形成气液混合物基液体气液两相接触表面积传质效率低
（2）蜂窝状接触状态着气速增加气泡数量断增加气泡形成速度气泡浮升速度时气泡液层中累积气泡间相互碰撞形成种面体气泡板气体气液混合物气泡易破裂表面更新种状态利传热传质
（3）泡沫接触状态气速继续增加气泡数量急剧增加气泡断发生碰撞破裂时板液体部分液膜形式存气泡间形成直径较扰动十分剧烈动态泡沫板较薄层液体泡沫接触状态表面积断更新两相传热传质提供良条件种较接触状态
（4）喷射接触状态气速继续增加气体动板液体喷成等液滴直径较液滴受重力作落回板直径较液滴气体带走形成液沫夹带时塔板气体连续相液体分散相两相传质面积液滴外表面液滴回塔板分散种液滴反复形成聚集传质面积增加表面断更新利传质传热进行种较接触状态
述泡沫接触状态喷射状态均优良塔板接触状态喷射接触状态气速高泡沫接触状态喷射接触状态较生产力喷射状态液沫夹带较控制会破坏传质程数塔均控制泡沫接触状态工作
2．气体通塔板压降
气体通塔板压降（塔板总压降）包括：塔板干板阻力（板部件造成局部阻力）板充气液层静压力液体表面张力
塔板压降影响板式塔操作特性重素塔板压降增方面塔板气液两相接触时间延长板效率升高完成样分离务需实际塔板数减少设备费降低方面塔釜温度升高耗增加操作费增分离热敏性物系时易造成物料分解结焦进行塔板设计时应综合考虑保证较高效率前提力求减塔板压降降低耗改善塔操作
3．塔板液面落差
液体横流塔板时克服板摩擦阻力板部件（泡罩浮阀等）局部阻力需定液位差板形成液体进入板面离开板面液面落差液面落差影响板式塔操作特性重素液面落差导致气流分布均造成漏液现象塔板效率降塔板设计中应量减液面落差
液面落差塔板结构关泡罩塔板结构复杂液体板面流动阻力液面落差较筛板板面结构简单液面落差较外液面落差塔径液体流量关塔径流量时会造成较液面落差直径较塔设计中常采双溢流阶梯溢流等溢流形式减液面落差
4．塔板异常操作现象
塔板异常操作现象包括漏液液泛液沫夹带等塔板效率降低甚操作法进行重素应量避免异常操作现象出现
（1）漏液正常操作塔板液体横流塔板然降液流气体通塔板速度较时气体通升气孔道动压足阻止板液体孔道流时便会出现漏液现象漏液发生导致气液两相塔板接触时间减少塔板效率降严重时会塔板积液法正常操作通常保证塔正常操作漏液量应液体流量10漏液量达10气体速度称漏液速度板式塔操作气速限
造成漏液原气速太板面液面落差引起气流分布均匀塔板液体入口处液层较厚出现漏液常塔板液体入口处留出条开孔区域称安定区
（2）液沫夹带升气流穿塔板液层时必然部分液体分散成微液滴气体夹带着液滴板间空间升液滴沉降分离气体进入层塔板种现象称液沫夹带
液滴生成然增气液两相接触面积利传质传热量液沫夹带常造成液相塔板间返混进导致板效率严重降维持正常操作需液沫夹带限制定范围般允许液沫夹带量eV<01kg（液） kg（气）
影响液沫夹带量素空塔气速塔板间距空塔气速减塔板间距增液沫夹带量减
（3）液泛塔板正常操作时板维持定厚度液层气体进行接触传质果某种原导致液体充满塔板间空间塔正常操作受破坏种现象称液泛
塔板液体流量升气体速度高时液体气体夹带层塔板量剧增塔板间充满气液混合物终整塔充满液体种液沫夹带量引起液泛称夹带液泛
降液液体利流动时液体必然积累致液位增高越溢流堰顶部两板间液体相连塔板产生积液次升终导致塔充满液体种降液充满液体引起液泛称降液液泛
液泛形成气液两相流量相关定液体流量气速会形成液泛反定气体流量液量发生液泛液泛时气速称泛点气速正常操作气速应控制泛点气速
影响液泛素气液流量外塔板结构特塔板间距等参数关设计中采较板间距提高泛点气速
5．塔板负荷性图
影响板式塔操作状况分离效果素物料性质塔板结构气液负荷定分离物系设计选定塔板类型操作状况分离效果便气液负荷关维持塔板正常操作塔板效率基稳定必须塔气液负荷限制定范围该范围塔板负荷性范围直角坐标系中液相负荷L横坐标气相负荷V坐标进行绘制图形称塔板负荷性图图片39示
负荷性图五条线组成：

（1）漏液线图中线 1 漏液线称气相负荷限线操作气相负荷低线时发生严重漏液现象时漏液量液体流量10塔板适宜操作区应该线
（2）液沫夹带线图中线 2 液沫夹带线称气相负荷限线操作气液相负荷超线时表明液沫夹带现象严重时液沫夹带量eV>01kg（液） kg（气）塔板适宜操作区应该线
（3）液相负荷限线图中线 3 液相负荷限线操作液相负荷低线时表明液体流量低板液流均匀分布气液接触良易产生干吹偏流等现象导致塔板效率降塔板适宜操作区应该线右
（4）液相负荷限线图中线 4 液相负荷限线操作液相负荷高线时表明液体流量时液体降液停留时间短进入降液气泡液相分离带入层塔板造成气相返混塔板效率降塔板适宜操作区应该线左
（5）液泛线图中线5液泛线操作气液负荷超线时塔发生液泛现象塔正常操作塔板适宜操作区该线
6．板式塔操作分析
塔板负荷性图中五条线包围区域称塔板适宜操作区操作时气相负荷V液相负荷L负荷性图坐标点称操作点连续精馏塔中回流定值操作气液VL定值层塔板操作点通原点斜率VL直线变化该直线称操作线操作线负荷性图曲线两交点分表示塔操作极限两极限气体流量称塔板操作弹性设计时应操作点位适宜操作区中央操作点紧某条边界线负荷稍波动时塔正常操作破坏
应予指出分离物系分离务确定操作点位置固定负荷性图中条线相应位置着塔板结构尺寸变设计塔板时根操作点负荷性图中位置适调整塔板结构参数改进负荷性图满足需操作弹性例：加板间距液泛线移减塔板开孔率漏液线移增加降液面积液相负荷限线右移等
应指出图片39中示塔板性负荷图般形式实际塔板负荷性图塔板类型密切相关筛板塔浮阀塔负荷性图形状定差异塔层塔板负荷性图相
塔板负荷性图板式塔设计操作中具重意义通常塔板设计均作出塔板负荷性图检验设计合理性操作中板式塔需作出负荷性图分析操作状况否合理板式塔操作出现问题时通塔板负荷性图分析问题问题解决提供
例题解题指导
例31图示某塔板负荷性图A点操作点试根该图
（1）确定塔板气液负荷
（2）判断塔板操作限什控制
（3）计算塔板操作弹性

例31 附图
解：（1）操作点A坐标值塔板气液负荷附图查
Vh2300m3h
Lh85m3h
（2）连接OA作出操作线操作线负荷性图曲线交点BC知该筛板操作限液泛控制操作限漏液控制
（3）图中交点BC查
m3h
m3h
操作弹性
分析：求解题关键熟悉塔板负荷性图

32 填料塔
1．学目
解填料塔结构填料类型结构特点填料塔流体力学特性操作特性
2．知识点重点
填料类型结构特点填料塔流体力学特性
填料塔常气液传质设备广泛应蒸馏吸收解吸汽提萃取化学交换洗涤热交换等程年填料塔研究工作已日益深入填料结构形式断更新填料性迅速提高金属鞍环改型鲍尔环波纹填料等通量低压力降高效率填料开发型填料塔断出现已推广型汽—液系统操作中尤孔板波纹填料具较综合性仅规模生产中采许方面优种塔盘越越重视某领域中取代板式塔趋势年蒸馏吸收领域中突出变化新型填料特规整填料直径塔中采标志作塔填料塔件塔设备综合设计技术已进入新阶段
1．填料特性
填料特性数包括表面积空隙率填料子等评价填料性基参数
（1）表面积 单位体积填料填料表面积称表面积a表示单位m2m3填料表面积愈提供气液传质面积愈表面积评价填料性优劣重指标
（2）空隙率 单位体积填料中空隙体积称空隙率e 表示单位m3m3表示填料空隙率越气体通力越压降低空隙率评价填料性优劣重指标
（3）填料子 填料表面积空隙率三次方值ae 3称填料子f表示单位1m填料子分干填料子湿填料子填料未液体润湿时ae3称干填料子反映填料特性填料液体润湿填料表面覆盖层液膜ae 均发生相应变化时ae 3 称湿填料子表示填料流体力学性f值越表明流动阻力越
2．填料性评价
填料性优劣通常根效率通量压降三素衡量相操作条件填料表面积越气液分布越均匀表面润湿性越传质效率越高填料空隙率越结构越开敞通量越压降越低采模糊数学方法九种常填料性进行评价出表31示结出丝网波纹填料综合性拉西环差
9种填料综合性评价


填料名称
评估值
语言值
排序
丝网波纹填料
086

1
孔板波纹填料
061
相
2
金属Intalox
059
相
3
金属鞍形环
057
相
4
金属阶梯环
053
般
5
金属鲍尔环
051
般
6
瓷Intalox
041
较
7
瓷鞍形环
038
略
8
瓷拉西环
036
略
9



填料塔流体力学性包括填料层持液量填料层压降液泛填料表面润湿返混等
1．填料层持液量
填料层持液量指定操作条件单位体积填料层积存液体体积(m3液体)(m3填料)表示持液量分静持液量Hs动持液量Ho总持液量Ht静持液量指填料充分润湿停止气液两相进料排液滴液流出时存留填料层中液体量取决填料流体特性气液负荷关动持液量指填料塔停止气液两相进料时流出液体量填料液体特性气液负荷关总持液量指定操作条件存留填料层中液体总量显然总持液量静持液量动持液量

填料层持液量实验测出验公式计算般说适持液量填料塔操作稳定性传质益持液量减少填料层空隙气相流通截面压降增处理力降
2．填料层压降
逆流操作填料塔中塔顶喷淋液体重力填料表面成膜状流动升气体降液膜摩擦阻力形成填料层压降填料层压降液体喷淋量气速关定气速液体喷淋量越压降越定液体喷淋量气速越压降越液体喷淋量单位填料层压降DPZ空塔气速u关系标绘数坐标纸图示曲线簇
右图中直线0表示液体喷淋（L0）时干填料DPZ～u关系称干填料压降线曲线123表示液体喷淋量填料层DPZ～u关系称填料操作压降线
图中出定喷淋量压降空塔气速变化曲线致分三段：气速低A点时气体流动液膜曳力液体流动受气流影响填料表面覆盖液膜厚度基变填料层持液量变该区域称恒持液量区时DPZ～u直线位干填料压降线左侧基干填料压降线行气速超A点时气体液膜曳力较液膜流动产生阻滞作液膜增厚填料层持液量气速增加增现象称拦液开始发生拦液现象时空塔气速称载点气速曲线转折点A称载点气速继续增达图中B点时液体利流动填料层持液量断增填料层充满液体气速增加便会引起压降剧增现象称液泛开始发生液泛现象时气速称泛点气速uF表示曲线点B称泛点载点泛点区域称载液区泛点区域称液泛区
应予指出样气液负荷填料DPZ～u关系曲线差异基形状相某填料载点泛点明显述三区域间截然界限
3．液泛
泛点气速持液量增液相分散相变连续相气相连续相变分散相时气体呈气泡形式通液层气流出现脉动液体量带出塔顶塔操作极稳定甚会破坏种情况称淹塔液泛影响液泛素填料特性流体物性操作液气等
填料特性影响集中体现填料子填料子F值越越易发生液泛现象
流体物性影响体现气体密度rV液体密度rL粘度mL气体密度越液体密度越粘度越泛点气速越
操作液气愈定气速液体喷淋量愈填料层持液量增加空隙率减泛点气速愈
4．液体喷淋密度填料表面润湿
填料塔中气液两相间传质填料表面流动液膜进行形成液膜填料表面必须液体充分润湿填料表面润湿状况取决塔液体喷淋密度填料材质表面润湿性
液体喷淋密度指单位塔截面积单位时间喷淋液体体积U表示单位m3（m2·h）保证填料层充分润湿必须保证液体喷淋密度某极限值该极限值称喷淋密度Umin表示喷淋密度通常采式计算

式中 Umin── 喷淋密度m3（m2·h）
(LW)min── 润湿速率m3（m·h）
a ── 填料表面积m2m3
润湿速率指塔截面单位长度填料周边液体体积流量值验公式计算采验值直径超75mm散装填料取润湿速率(LW)min008 m3（m·h）直径 75mm散装填料取(LW)min 012 m3（m·h）
填料表面润湿性填料材质关常陶瓷金属塑料三种材质言陶瓷填料润湿性塑料填料润湿性差
实际操作时采液体喷淋密度应喷淋密度喷淋密度采增回流采液体循环方法加液体流量保证填料表面充分润湿采减塔径予补偿金属塑料材质填料采表面处理方法改善表面润湿性
5．返混
填料塔气液两相逆流呈理想活塞流状态存着程度返混造成返混现象原：填料层气液分布均气体液体填料层沟流液体喷淋密度时造成气体局部运动塔气液湍流脉动气液微团停留时间致等填料塔流体返混传质均推动力变传质效率降低理想活塞流设计填料层高度返混影响需适加高保证预期分离效果
填料选择包括确定填料种类规格材质等选填料满足生产工艺求设备投资操作费低
1 填料种类选择：填料种类选择考虑分离工艺求通常考虑方面：
(1)传质效率高 般言规整填料传质效率高散装填料
(2)通量 保证具较高传质效率前提应选择具较高泛点气速气相动子填料
(3)填料层压降低
(4)填料抗污堵性强拆装检修方便
2．填料规格选择
填料规格指填料公称尺寸表面积
（1）散装填料规格选择 工业塔常散装填料DN16DN25DN38DN50DN76等种规格类填料尺寸越分离效率越高阻力增加通量减少填料费增加尺寸填料应直径塔中会产生液体分布良严重壁流塔分离效率降低塔径填料尺寸值规定般塔径填料公称直径值Dd应8
（2）规整填料规格选择 工业常规整填料型号规格表示方法国惯表面积表示125150250350500700等种规格种类型规整填料表面积越传质效率越高阻力增加通量减少填料费明显增加选时应分离求通量求场条件物料性质设备投资操作费等方面综合考虑选填料满足技术求具济合理性
应予指出座填料塔选种类型规格填料选种类型规格填料选种类型填料选类型填料塔段选规整填料塔段选散装填料设计时应灵活掌握根技术济统原选择填料规格
3 填料材质选择
填料材质分陶瓷金属塑料三类
(1)陶瓷填料 陶瓷填料具耐腐蚀性耐热性陶瓷填料价格便宜具表面润湿性质脆易碎 缺点气体吸收气体洗涤液体萃取等程中应较普遍
(2)金属填料 金属填料种材质制成选择时考虑腐蚀问题碳钢填料造价低具良表面润湿性腐蚀低腐蚀性物系应优先考虑锈钢填料耐腐蚀性强般耐Cl– 外常见物系腐蚀造价较高表面润湿性较差某特殊场合（极低喷淋密度减压精馏程）需表面进行处理取良效果钛材特种合金钢等材质制成填料造价高般某腐蚀性极强物系
般说金属填料制成薄壁结构通量气体阻力具高抗击性高温高压高击强度应范围广泛
(3)塑料填料 塑料填料材质包括聚丙烯（PP）聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）等国般采聚丙烯材质塑料填料耐腐蚀性较耐般机酸碱机溶剂腐蚀耐温性良长期100°C
塑料填料质轻价廉具良韧性耐击易碎制成薄壁结构通量压降低吸收解吸萃取尘等装置中塑料填料缺点表面润湿性差通适表面处理改善表面润湿性
填料塔结构特点

图310示填料塔结构示意图填料塔塔填料作气液两相间接触构件传质设备填料塔塔身直立式圆筒底部装填料支承板填料乱堆整砌方式放置支承板填料方安装填料压板防升气流吹动液体塔顶液体分布器喷淋填料填料表面流气体塔底送入气体分布装置（直径塔般设气体分布装置）分布液体呈逆流连续通填料层空隙填料表面气液两相密切接触进行传质填料塔属连续接触式气液传质设备两相组成塔高连续变化正常操作状态气相连续相液相分散相
液体填料层流动时逐渐塔壁集中趋势塔壁附液流量逐渐增种现象称壁流壁流效应造成气液两相填料层中分布均传质效率降填料层较高时需进行分段中间设置分布装置液体分布装置包括液体收集器液体分布器两部分层填料流液体液体收集器收集送液体分布器重新分布喷淋层填料
填料塔具生产力分离效率高压降持液量操作弹性等优点
填料塔足处填料造价高液体负荷较时效润湿填料表面传质效率降低直接悬浮物容易聚合物料侧线进料出料等复杂精馏太适合等
二填料类型
填料种类根装填方式分散装填料规整填料
1．散装填料

散装填料具定形状尺寸颗粒体般机方式堆积塔称乱堆填料颗粒填料散装填料根结构特点分环形填料鞍形填料环鞍形填料球形填料等现介绍种较典型散装填料
（1）拉西环填料拉西环填料1914年拉西（F Rashching）发明外径高度相等圆环图片拉西环示拉西环填料气液分布较差传质效率低阻力通量目前工业已较少应
（2） 鲍尔环填料图片鲍耳环示鲍尔环拉西环改进拉西环侧壁开出两排长方形窗孔切开环壁侧壁面相连侧环弯曲形成伸舌叶诸舌叶侧边环中心相搭鲍尔环环壁开孔提高环空间环表面利率气流阻力液体分布均匀拉西环相鲍尔环气体通量增加50传质效率提高30左右鲍尔环种应较广填料
（3） 阶梯环填料图片阶梯环示阶梯环鲍尔环改进鲍尔环相阶梯环高度减少半端增加锥形翻边高径减少气体绕填料外壁均路径缩短减少气体通填料层阻力锥形翻边仅增加填料机械强度填料间线接触变成点接触样增加填料间空隙时成液体填料表面流动汇集分散点促进液膜表面更新利传质效率提高阶梯环综合性优鲍尔环成目前环形填料中优良种
（4） 弧鞍填料弧鞍填料属鞍形填料种形状马鞍般采瓷质材料制成图片弧鞍填料示弧鞍填料特点表面全部敞开分外液体表面两侧均匀流动表面利率高流道呈弧形流动阻力缺点易发生套叠致部分填料表面重合传质效率降低弧鞍填料强度较差容破碎工业生产中应
（5） 矩鞍填料图片矩鞍填料示弧鞍填料两端弧形面改矩形面两面等成矩鞍填料矩鞍填料堆积时会套叠液体分布较均匀矩鞍填料般采瓷质材料制成性优拉西环目前国绝数应瓷拉西环场合均已瓷矩鞍填料取代
（6） 金属环矩鞍填料图片金属换环聚鞍填料示环矩鞍填料（国外称Intalox）兼顾环形鞍形结构特点设计出种新型填料该填料般金属材质制成称金属环矩鞍填料环矩鞍填料环形填料鞍形填料两者优点集体综合性优鲍尔环阶梯环散装填料中应较
（7） 球形填料球形填料般采塑料注塑成结构种图片球形填料示球形填料特点球体空心允许气体液体部通球体结构称性填料装填密度均匀易产生空穴架桥气液分散性球形填料般适某特定场合工程应较少
述种较典型散装填料外年断构型独特新型填料开发出轭环填料海尔环填料纳特环填料等工业常散装填料特性数查关手册
2．规整填料
规整填料定构形排列整齐堆砌填料规整填料种类根结构分格栅填料波纹填料脉填料等
（1）格栅填料格栅填料条状单元体定规组合成具种结构形式工业应早格栅填料图片312（a）示木格栅填料目前应较普遍格里奇格栅填料网孔格栅填料蜂窝格栅填料等中图片312（b）示格里奇格栅填料具代表性

格栅填料表面积较低求压降负荷防堵等场合
（2）波纹填料目前工业应规整填料绝部分波纹填料许波纹薄板组成圆盘状填料波纹塔轴倾角30°45°两种组装时相邻两波纹板反叠盘填料垂直装塔相邻两盘填料间交错90°排列
波纹填料结构分网波纹填料板波纹填料两类材质金属塑料陶瓷等分
图312（c）示金属丝网波纹填料网波纹填料形式金属丝网制成金属丝网波纹填料压降低分离效率高特适精密精馏真空精馏装置难分离物系热敏性物系精馏提供效手段造价高性优良广泛应
图312（d）示金属板波纹填料板波纹填料种形式该填料波纹板片压许f5mm左右孔起粗分配板片液体加强横混合作波纹板片轧成细沟纹起细分配板片液体增强表面润湿性作金属孔板波纹填料强度高耐腐蚀性强特适直径塔气液负荷较场合
金属压延孔板波纹填料种代表性板波纹填料金属孔板波纹填料区板片表面压孔刺孔辗轧方式板片辗出密孔径04～05mm刺孔分离力类似网波纹填料抗堵力网波纹填料强价格便宜应较广泛
波纹填料优点结构紧凑阻力传质效率高处理力表面积（常125150250350500700等种）波纹填料缺点适处理粘度易聚合悬浮物物料装卸清理困难造价高
（3）脉填料脉填料带缩颈中空棱柱形体定方式拼装成种规整填料图片312（e）示脉填料组装会形成带缩颈孔棱形通道面流道交收缩扩气液两相通时产生强烈湍动缩颈段气速高湍动剧烈强化传质扩段气速减实现两相分离流道收缩扩交重复实现脉传质程
脉填料特点处理量压降真空精馏理想填料优良液体分布性放效应减少特适塔径场合
工业常规整填料特性参数参阅关手册
三填料性评价
1．填料特性
填料特性数包括表面积空隙率填料子等评价填料性基参数
（1）表面积单位体积填料填料表面积称表面积a表示单位m2m3填料表面积愈提供气液传质面积愈表面积评价填料性优劣重指标
（2）空隙率单位体积填料中空隙体积称空隙率e 表示单位m3m3表示填料空隙率越气体通力越压降低空隙率评价填料性优劣重指标
（3）填料子填料表面积空隙率三次方值ae 3称填料子f表示单位1m填料子分干填料子湿填料子填料未液体润湿时ae3称干填料子反映填料特性填料液体润湿填料表面覆盖层液膜ae 均发生相应变化时ae 3 称湿填料子表示填料流体力学性f值越表明流动阻力越
2．填料性评价
填料性优劣通常根效率通量压降三素衡量相操作条件填料表面积越气液分布越均匀表面润湿性越传质效率越高填料空隙率越结构越开敞通量越压降越低采模糊数学方法九种常填料性进行评价出表31示结出丝网波纹填料综合性拉西环差
表319种填料综合性评价
填料名称
评估值
语言值
排序
丝网波纹填料
086

1
孔板波纹填料
061
相
2
金属Intalox
059
相
3
金属鞍形环
057
相
4
金属阶梯环
053
般
5
金属鲍尔环
051
般
6
瓷Intalox
041
较
7
瓷鞍形环
038
略
8
瓷拉西环
036
略
9
三填料塔流体力学性
填料塔流体力学性包括填料层持液量填料层压降液泛填料表面润湿返混等
1．填料层持液量
填料层持液量指定操作条件单位体积填料层积存液体体积(m3液体)(m3填料)表示持液量分静持液量Hs动持液量Ho总持液量Ht静持液量指填料充分润湿停止气液两相进料排液滴液流出时存留填料层中液体量取决填料流体特性气液负荷关动持液量指填料塔停止气液两相进料时流出液体量填料液体特性气液负荷关总持液量指定操作条件存留填料层中液体总量显然总持液量静持液量动持液量
（31）
填料层持液量实验测出验公式计算般说适持液量填料塔操作稳定性传质益持液量减少填料层空隙气相流通截面压降增处理力降
2．填料层压降
逆流操作填料塔中塔顶喷淋液体重力填料表面成膜状流动升气体降液膜摩擦阻力形成填料层压降填料层压降液体喷淋量气速关定气速液体喷淋量越压降越定液体喷淋量气速越压降越液体喷淋量单位填料层压降DPZ空塔气速u关系标绘数坐标纸图313示曲线簇
图313中直线0表示液体喷淋（L0）时干填料△PZ～u关系称干填料压降线曲线123表示液体喷淋量填料层△PZ～u关系称填料操作压降线

图中出定喷淋量压降空塔气速变化曲线致分三段：气速低A点时气体流动液膜曳力液体流动受气流影响填料表面覆盖液膜厚度基变填料层持液量变该区域称恒持液量区时△PZ～u直线位干填料压降线左侧基干填料压降线行气速超A点时气体液膜曳力较液膜流动产生阻滞作液膜增厚填料层持液量气速增加增现象称拦液开始发生拦液现象时空塔气速称载点气速曲线转折点A称载点气速继续增达图中B点时液体利流动填料层持液量断增填料层充满液体气速增加便会引起压降剧增现象称液泛开始发生液泛现象时气速称泛点气速uF表示曲线点B称泛点载点泛点区域称载液区泛点区域称液泛区
应予指出样气液负荷填料△PZ～u关系曲线差异基形状相某填料载点泛点明显述三区域间截然界限
3．液泛
泛点气速持液量增液相分散相变连续相气相连续相变分散相时气体呈气泡形式通液层气流出现脉动液体量带出塔顶塔操作极稳定甚会破坏种情况称淹塔液泛影响液泛素填料特性流体物性操作液气等
填料特性影响集中体现填料子填料子F值越越易发生液泛现象
流体物性影响体现气体密度rV液体密度rL粘度mL气体密度越液体密度越粘度越泛点气速越
操作液气愈定气速液体喷淋量愈填料层持液量增加空隙率减泛点气速愈
4．液体喷淋密度填料表面润湿
填料塔中气液两相间传质填料表面流动液膜进行形成液膜填料表面必须液体充分润湿填料表面润湿状况取决塔液体喷淋密度填料材质表面润湿性
液体喷淋密度指单位塔截面积单位时间喷淋液体体积U表示单位m3（m2·h）保证填料层充分润湿必须保证液体喷淋密度某极限值该极限值称喷淋密度Umin表示喷淋密度通常采式计算

(32)
润湿速率指塔截面单位长度填料周边液体体积流量值验公式计算采验值直径超75mm散装填料取润湿速率(LW)min008 m3（m·h）直径 75mm散装填料取(LW)min 012 m3（m·h）
填料表面润湿性填料材质关常陶瓷金属塑料三种材质言陶瓷填料润湿性塑料填料润湿性差
实际操作时采液体喷淋密度应喷淋密度喷淋密度采增回流采液体循环方法加液体流量保证填料表面充分润湿采减塔径予补偿金属塑料材质填料采表面处理方法改善表面润湿性
5．返混
填料塔气液两相逆流呈理想活塞流状态存着程度返混造成返混现象原：填料层气液分布均气体液体填料层沟流液体喷淋密度时造成气体局部运动塔气液湍流脉动气液微团停留时间致等填料塔流体返混传质均推动力变传质效率降低理想活塞流设计填料层高度返混影响需适加高保证预期分离效果
四填料选择
填料选择包括确定填料种类规格材质等选填料满足生产工艺求设备投资操作费低
1填料种类选择
填料种类选择考虑分离工艺求通常考虑方面：
(1)传质效率高般言规整填料传质效率高散装填料
(2)通量保证具较高传质效率前提应选择具较高泛点气速气相动子填料
（3）填料层压降低
（4）填料抗污堵性强拆装检修方便
2．填料规格选择
填料规格指填料公称尺寸表面积
（1）散装填料规格选择工业塔常散装填料DN16DN25DN38DN50DN76等种规格类填料尺寸越分离效率越高阻力增加通量减少填料费增加尺寸填料应直径塔中会产生液体分布良严重壁流塔分离效率降低塔径填料尺寸值规定般塔径填料公称直径值Dd应8
（2）规整填料规格选择工业常规整填料型号规格表示方法国惯表面积表示125150250350500700等种规格种类型规整填料表面积越传质效率越高阻力增加通量减少填料费明显增加选时应分离求通量求场条件物料性质设备投资操作费等方面综合考虑选填料满足技术求具济合理性
应予指出座填料塔选种类型规格填料选种类型规格填料选种类型填料选类型填料塔段选规整填料塔段选散装填料设计时应灵活掌握根技术济统原选择填料规格
3 填料材质选择
填料材质分陶瓷金属塑料三类
(1)陶瓷填料陶瓷填料具耐腐蚀性耐热性陶瓷填料价格便宜具表面润湿性质脆易碎 缺点气体吸收气体洗涤液体萃取等程中应较普遍
(2)金属填料金属填料种材质制成选择时考虑腐蚀问题碳钢填料造价低具良表面润湿性腐蚀低腐蚀性物系应优先考虑锈钢填料耐腐蚀性强般耐Cl– 外常见物系腐蚀造价较高表面润湿性较差某特殊场合（极低喷淋密度减压精馏程）需表面进行处理取良效果钛材特种合金钢等材质制成填料造价高般某腐蚀性极强物系
般说金属填料制成薄壁结构通量气体阻力具高抗击性高温高压高击强度应范围广泛
(3)塑料填料塑料填料材质包括聚丙烯（PP）聚乙烯（PE）聚氯乙烯（PVC）等国般采聚丙烯材质塑料填料耐腐蚀性较耐般机酸碱机溶剂腐蚀耐温性良长期100°C
塑料填料质轻价廉具良韧性耐击易碎制成薄壁结构通量压降低吸收解吸萃取尘等装置中塑料填料缺点表面润湿性差通适表面处理改善表面润湿性
五填料塔件
塔件填料塔组成部分填料塔体构成完整填料塔塔件作气液塔更接触便发挥填料塔效率生产力塔件设计坏直接影响填料性发挥整填料塔性外填料塔放效应填料身素外塔件影响
填料塔件填料支承装置填料压紧装置液体分布装置液体收集分布装置等合理选择设计塔件保证填料塔正常操作优良传质性十分重


1．填料支承装置
填料支承装置作支承塔填料常填料支承装置图片314示栅板型孔型驼峰型等支承装置选择塔径填料种类型号塔体填料材质气液流率等

2．填料压紧装置
填料方安装压紧装置防止气流作填料床层发生松动跳动填料压紧装置分填料压板床层限制板两类类型式图片315中列出种常填料压紧装置填料压板放置填料层端身重量填料压紧适陶瓷石墨等制成易发生破碎散装填料床层限制板金属塑料等制成易发生破碎散装填料规整填料床层限制板固定塔壁影响液体分布器安装采连续塔圈固定塔螺钉固定塔壁塔支耳固定

散装填料填料压圈
规整填料般会发生流化塔中分块组装填料会移动必需安装行扁钢构造填料限制圈

3．液体分布装置
液体分布装置种类样喷头式盘式式槽式槽盘式等





喷头式分布器图416（a）示液体半球形喷头孔喷出孔直径3～10mm作心圈排列喷洒角 ≤80°直径(13~15)D种分布器结构简单适直径600mm塔中孔容易堵塞般应较少
盘式分布器盘式筛孔型分布器盘式溢流式分布器等形式图316（b）（c）示液体加分布盘筛孔溢流流分布盘直径塔径06～08倍种分布器D<800mm塔中
式分布器结构形式开孔制成突出特点结构简单供气体流截面阻力孔易堵塞弹性般较式液体分布器十分广泛中等液体负荷填料塔中减压精馏丝网波纹填料塔中液体负荷较常式分布器排式环式等形状图316（d）（e）示根液体负荷情况做成单排双排
槽式液体分布器通常分流槽（称槽级槽）分布槽（称副槽二级槽）构成级槽通槽底开孔液体初分成干流股分加入方液体分布槽分布槽槽底（槽壁）设孔道（导）液体均匀分布填料层图片316（f）示
槽式液体分布器具较操作弹性极抗污堵性特适合气液负荷含固体悬浮物粘度液体分离场合槽式分布器具优良分布性抗污堵性应范围非常广泛
槽盘式分布器年开发新型液体分布器槽式盘式分布器优点机结合体兼集液分液分气三种作结构紧凑操作弹性高达101气液分布均匀阻力较特适易发生夹带易堵塞场合槽盘式液体分布器结构图片316（g）示
分布器种类较选择分布质量操作弹性处理量气体阻力水度等许方面

  
梯形式
喷洒式
盘式孔流
槽式孔流
盘式溢流
槽式溢流
动力
压力
压力
重力
重力
重力
重力
分布质量
中
低～中
高
高
中
中
操作弹性
低
低
中
中
中
高
处理范围 (m3m2h)
025~15
广
广
广
广
广
适塔径 (m)
> 045
意
通常 <12
通常 >12
意
意
易堵程度
高
低~中
高
中
低
低
气体阻力
低
低
高
低~中
高
高
水度求






腐蚀影响
高
低
高
高
低
低
受液面波动影响






液沫夹带






重量
低
低
高
中
中
中

4．液体收集分布装置
填料塔操作程中气液流率偏差会造成局部气液塔截面出现径浓度差时重新混合会越越坏消塔径浓度差般15～20理级需进行次气液分布超20理级液体均匀分布效率影响太收集分布器占塔空间气液分布会增加塔高加设备投资填料塔气液分布需合理安排
填料塔床层间采液体收集器床层流液体完全收集混合进入液体分布器消塔径质量偏差

塔径斜板式液体收集器 塔径斜板式液体收集器

Ø3800液体收集分布器
液体收集器斜板式液体收集器盘式液体收集器两种斜板式液体收集器特点面积气体阻力般低25 mm液柱非常适真空操作盘式液体收集器气体阻力稍作气体分布器


液体填料层流动时偏塔壁流动现象种现象称壁流壁流导致填料层气液分布均传质效率降减壁流现象间隔定高度填料层设置液体分布装置
简单液体分布装置截锥式分布器图片317（a）示截锥式分布器结构简单安装方便起壁流中心汇集作液体分布功般直径06m塔中
通常情况般液体收集器液体分布器时构成液体收集分布装置液体收集器作层填料流液体收集然送液体分布器进行液体分布常液体收集器斜板式液体收集器图片317（b）示
前已述槽盘式液体分布器兼集液分液功槽盘式液体分布器优良液体收集分布装置

章结
章介绍板式塔填料塔结构种塔板填料结构特点流体力学特性学中注意新型塔板填料开发指导思想结构改进目改善传质特性流体力学特性注意种塔板填料应场合掌握塔板性填料性种评价指标掌握塔板种正常操作现象成会塔板负荷性图分析塔板操作特性会填料压降速度图分析填料塔操作特性
思考题
1．评价塔板性指标方面开发新塔板应考虑问题？
2．塔板异常操作现象形成避免异常操作现象发生？
3．塔板负荷性图意义什？
4．塔板类型什特点选择塔板类型？
5．综合较板式塔填料塔特点说明板式塔填料塔适种场合？
6．评价填料性指标方面开发新型填料应注意问题？
7．填料类型什特点选择填料？
8．填料塔流体力学性包括方面填料塔传质程影响？
问题解答
问：般言设备定性参数指标板式塔填料塔作气液传质设备性评价指标？
答：工程角度讲塔设备三参数作性坏评价指标通量分离效率操作弹性通量指单位塔截面生产力表征塔设备处理力允许空塔气速分离效率指单位压力降分离效果板式塔板效率表示填料塔等板高度表示操作弹性塔适应力表现处理物料适应性气液负荷波动适应性塔通量分离效率高操作弹性塔性


问：附图示两塔板负荷性图图（a）适宜操作区漏液线气相负荷限线液相负荷限线液相负荷限线围成区域液泛线适宜操作区意味着该塔板会发生液泛？
答：塔板气液负荷足够会发生液泛图（a）中液泛线适宜操作区说明气速增时发生液泛前塔板液沫夹带已非常严重液沫夹带量ev已超01kg(液)kg(气)界限实际生产操作中允许增气相负荷液沫夹带量进步增终必导致液泛发生生产中更应加禁止
学生测题
填空题（40分）
1．板式塔____接触式气液传质设备操作时____连续相填料塔____接触式气液传质设备操作时____连续相
2．塔板类型________________等
3．气体通塔板总压降包括____________
4．塔板异常操作现象包括____________
4． 塔板负荷性图五条线构成____________________塔板适宜操作区____区域实际操作时应操作点位适宜操作区
5．塔板操作弹性指________
6．填料特性参数包括____________等
7．通常根____________ 三素衡量填料性优劣
8．填料子指____________
9．填料塔件________________
10．填料操作压降线(DpZ~u）致分三区域____________填料塔操作时应控制____区域
二选择题（30分）




1．气液塔板四种接触状态优良接触状态（）操作时般控制（）
①鼓泡接触状态②蜂窝接触状态③泡沫接触状态④喷射接触状态
2．板式塔塔板漏液（）关液沫夹带（）关液泛（）关
①空塔气速②液体流量③板液面落差④塔板间距
3．（）属散装填料（）属规整填料
①格栅填料②波纹填料 ③矩鞍填料 ④鲍尔环填料 ⑤脉填料 ⑥弧鞍填料
4．填料静持液量（）关动持液量（）关
①填料特性②液体特性 ③气相负荷 ④液相负荷
5．（）越（ ）越越易发生液泛
①填料子f值②气体密度 ③液体密度 ④液体粘度 ⑤操作液气
三计算分析题（30分）
题附图某塔板负荷性图A操作点
（1）请作出操作线
（2）塔板限什控制
（3）计算塔板操作弹性
（4）该塔板设计否合适合适改变塔板结构参数
第四章 液液萃取
组成三角形坐标图表示
杠杆规应
溶解度曲线
第Ⅱ类物系溶解度曲线联结线
联结线斜率变化
辅助曲线
组分部分互溶分配曲线
两组分部分互溶分配曲线
温度互溶度影响(I类物系)
温度互溶度影响(II类物系)
萃取操作示意图
互溶度萃取操作影响

1．章学目
通章学掌握液液相衡三角形相图表示方法会三角形相图分析液液萃取程中相组成变化熟练应三角形相图萃取程进行分析计算解萃取设备类型结构特点
2．章重点掌握容
三角形液液衡相图杠杆规萃取计算三角形坐标图解法
章应掌握容
三角形坐标图萃取剂选择萃取计算直角坐标图解法
章般解容
萃取程解析计算回流萃取超界萃取萃取设备类型结构特点选
3．章学应注意问题
三角形坐标图前修课程没接触容读图时容易出错三角形液液衡相图章重点难点
4．章教学时数分配
授课学时数 6 学学时数 12
5．章学资料
参考书目
1．姚玉英等．化工原理册．天津：天津学出版社1999
2．蒋维钧．新型传质分离技术．北京：化学工业出版社1992
3．刘茉娥陈欢林．新型分离技术基础．杭州：浙江学出版社1993
4．蒋维钧雷良恒刘茂林．化工原理册．北京：清华学出版社1993
5．陈敏恒丛德滋方图南．化工原理册．北京：化学工业出版社1986
6．WLMccabe JC Smith Unit Operations of Chemical Engineering 5th Ed New York McGrawHill Company 1993
知识点4–1 液液相衡萃取操作原理
学指导
1．学目
通知识点学掌握液液相衡三角形相图表示方法会读图熟练应杠杆规确定点差点进行定量计算解温度液液相衡影响注意分配系数联结线等概念
2．知识点重点
三角形坐标图杠杆规 三角形相图
3．知识点难点
三角形相图分析液液相衡变化程
4．应完成题
41 25℃时醋酸(A)–庚醇3(B)–水(S)衡数题附表示
液液相衡萃取传质程进行极限气液传质相讨萃取前首先解液液相衡问题萃取两相通常三元混合物组成相衡图解表示法前述气液传质首先介绍三元混合物组成三角形坐标图表示方法然介绍液液衡相图萃取程基原理
25℃时醋酸(A)–庚醇3(B)–水(S)衡数题附表示
题41附表1 溶解度曲线数(质量分数)
醋酸(A)
庚 醇3(B) (333(B)
水(S)
醋酸(A)
庚 醇3(B) 3(B)
水(S)
0
964
36
485
128
387
35
930
35
475
75
450
86
872
42
427
37
536
193
743
64
367
19
614
244
675
79
293
11
696
307
586
107
245
09
746
414
393
193
196
07
797
458
267
275
149
06
845
465
241
294
71
05
924
475
204
321
00
04
996
　 题41附表2 联结线数(醋酸质量分数)
水 层
庚 醇3 层
水 层
庚 醇3 层
64
53
382
268
137
106
421
305
198
148
441
326
267
192
481
379
336
237
476
449
（1）等腰直角三角形坐标图绘出溶解度曲线辅助曲线直角坐标图绘出分配曲线
（2）确定100kg醋酸100kg庚醇3200kg水组成混合液物系点位置混合液充分混合静置分层确定两轭相组成质量
(3)求（2）中两液层分配系数选择性系数
（4）述混合液中蒸出少kg水成均相溶液
[答：（1）图略（2）点： kgR 148kg （3）（4）需蒸出约156kg水]
液液相衡
1．三角形坐标图杠杆规
(1) 三角形坐标图
三角形坐标图通常等边三角形坐标图等腰直角三角形坐标图非等腰直角三角形坐标图图41示中等腰直角三角形坐标图常

般言萃取程中少遇恒摩尔流简化情况三角形坐标图中混合物组成常质量分数表示
惯三角形坐标图中AB边A质量分率作标度BS边B质量分率作标度SA边S质量分率作标度
三角形坐标图顶点分代表纯组分顶点A表示纯溶质A顶点B表示纯原溶剂（稀释剂）B顶点S表示纯萃取剂S
三角形坐标图三条边点代表二元混合物系第三组分组成零例AB边E点表示AB组成二元混合物系图读：A组成040B组成（10–040） 060S组成零
三角形坐标图点代表三元混合物系例M点表示ABS三组分组成混合物系组成法确定：物系点M分作边行线EDHGKF点EGK直接读ABS组成分：点DHF读ABS组成分：
诸三角形坐标图中等腰直角三角形坐标图直接普通直角坐标纸进行标绘读数较方便目前采等腰直角三角形坐标图实际应时般首先两直角边标度读AS组成根化条件求

（2）杠杆规

图42示质量r kg组成混合物系R质量e kg组成混合物系E相混合质量m kg组成新混合物系M三角形坐标图中分点REM表示M点称R点E点点R点E点称差点
点M差点ER间关系杠杆规描述
(i) 关系：点M差点ER线：点两差点连线差点差点点连线延长线
(ii) 数量关系：点差点量mre线段长ab间关系符合杠杆原理R支点me间关系

（41）
M支点re间关系

（42）
E支点rm间关系

（43）
根杠杆规已知两差点确定点已知点差点确定差点
2．三角形相图
根萃取操作中组分互溶性三元物系分三种情况
①溶质A完全溶BSBS互溶
②溶质A完全溶BSBS部分互溶
③溶质A完全溶BASBS部分互溶
惯①②两种情况物系称第类物系③情况物系称第Ⅱ类物系工业常见第类物系丙酮(A)–水(B)–甲基异丁基酮(S)醋酸(A)–水(B)–苯(S)丙酮(A)–氯仿(B)–水(S)等第Ⅱ类物系甲基环烷(A)–正庚烷(B)–苯胺(S)苯乙烯(A)–乙苯(B)–二甘醇(S)等萃取操作中第类物系较常见讨类物系相衡关系 (1)溶解度曲线联结线

设溶质A完全溶BSBS部分互溶衡相图图43示图定温度绘制图中曲线R0R1R2RiRnKEnEiE2E1E0称溶解度曲线该曲线三角形相图分两区域：曲线区域两相区外区域均相区位两相区混合物分成两互相衡液相称轭相联结两轭液相相点直线称联结线图43中RiEi线(i012……n)显然萃取操作两相区进行
溶解度曲线通述实验方法：定温度组分B组分S适例相混合总组成位两相区设M达衡必然两互相溶液层相点R0E0恒温二元混合液中加入适量溶质A充分混合达新衡静置分层轭相相点R1E1然继续加入溶质A重复述操作轭相相点RiEi (i012……n)加入A量混合液恰两相变相时组成点K表示K点称混溶点分层点联结轭相相点K点曲线实验温度该三元物系溶解度曲线
组分B组分S完全互溶点R0E0分三角形顶点B顶点S相重合
定温度第Ⅱ类物系溶解度曲线联结线见图44

通常联结线斜率混合液组成变物系联结线倾斜方般致少数物系例吡啶–氯苯–水混合液组成变化时联结线斜率会较改变图45示

（2）辅助曲线界混溶点
定温度测定体系溶解度曲线时实验测出联结线条数（轭相数）总限时已知衡液相轭相数常助辅助曲线（称轭曲线）

辅助曲线作法图46示通已知点… 分作BS边行线通相应联结线端点… 分作AB边行线线分相交点FG… 联接交点滑曲线辅助曲线
利辅助曲线求已知衡液相轭相图46示设R已知衡液相点R作BS边行线交辅助曲线点J点J作AB边行线交溶解度曲线点E点ER轭相点
辅助曲线溶解度曲线交点P显然通P点联结线限短该点代表衡液相轭相相该系统界状态称点P界混溶点P点溶解度曲线分两部分：原溶剂B侧萃余相部分溶剂S侧萃取相部分联结线通常定斜率界混溶点般溶解度曲线顶点界混溶点实验测仅已知联结线短轭相接界混溶点时外延辅助曲线方法确定界混溶点
通常定温度三元物系溶解度曲线联结线辅助曲线界混溶点数均实验测时手册关专著中查
3．分配系数分配曲线
(1)分配系数
定温度某组分互相衡E相R相中组成称该组分分配系数表示

（43a）

(43b)
分配系数表达溶质两衡液相中分配关系显然值愈萃取分离效果愈值联结线斜率关物系值温度组成变第类物系般值温度升高溶质组成增降低定温度仅溶质组成范围变化时值视常数
萃取剂S原溶剂B互相溶物系溶质两液相中分配关系吸收中类似

（44）
（2）分配曲线
相律知温度压力定时三组分体系两液相呈衡时度1已知衡液相中组分组成组分组成轭相组成确定值换言温度压力定时溶质两衡液相间衡关系表示

（45）
分配曲线数学表达式

图47示横坐标坐标–直角坐标图表示轭相组成点N轭相点点联结起曲线ONP称分配曲线曲线P点界混溶点
分配曲线表达溶质A互成衡E相R相中分配关系已知某液相组成分配曲线求出轭相组成
分层区y均x分配系数＞1分配曲线位直线方反位直线方着溶质A组成变化联结线倾斜方发生改变分配曲线角线出现交点种物系称等溶度体系

采样方法作出两组分部分互溶时分配曲线图48示
4．温度相衡影响

通常物系温度升高溶质溶剂中溶解度增反减温度明显影响溶解度曲线形状联结线斜率两相区面积影响分配曲线形状图49示温度第类物系溶解度曲线联结线影响显然温度升高分层区面积减利萃取分离进行
某物系温度改变仅引起分层区面积联结线斜率变化甚导致物系类型转变图410示温度时第Ⅱ类物系温度升时变第类物系
二萃取操作原理
1．萃取操作程术语
液体混合物分离采蒸馏方法外采萃取方法液体混合物（原料液）中加入基相混溶液体作溶剂造成第二相利原料液中组分两液相中溶解度原料液混合物分离液液萃取称溶剂萃取简称萃取抽提选溶剂称萃取剂S表示原料液中易溶S组分称溶质A表示难溶S组分称原溶剂（稀释剂）B表示
果萃取程中萃取剂原料液中关组分发生化学反应称物理萃取反称化学萃取

萃取操作基程图411示定量萃取剂加入原料液中然加搅拌原料液萃取剂充分混合溶质通相界面原料液萃取剂中扩散萃取操作精馏吸收等程样属两相间传质程搅拌停止两液相密度分层：层溶剂S溶较溶质称萃取相E表示层原溶剂（稀释剂）B含未萃取完溶质称萃余相R表示溶剂SB部分互溶萃取相中含少量B萃余相中含少量S
知萃取操作未纯净组分新混合液：萃取相E萃余相R产品A回收溶剂供循环尚需两相分进行分离通常采蒸馏蒸发方法时采结晶等方法脱溶剂萃取相萃余相分称萃取液萃余液表示
种液体混合物究竟采蒸馏萃取加分离取决技术行性济合理性般列情况采萃取方法更利
(1) 原料液中组分间沸点非常接组分间相挥发度接1采蒸馏方法济
(2) 料液蒸馏时形成恒沸物普通蒸馏方法达需纯度
(3) 原料液中需分离组分含量低难挥发组分采蒸馏方法须量稀释剂汽化耗较
(4) 原料液中需分离组分热敏性物质蒸馏时易分解聚合发生变化
2．萃取剂选择
选择合适萃取剂保证萃取操作够正常进行济合理关键萃取剂选择考虑素
（1）萃取剂选择性选择性系数
萃取剂选择性指萃取剂S原料液中两组分溶解力差异S溶质A溶解力原溶剂B溶解力萃取相中萃余相中种萃取剂选择性
萃取剂选择性选择性系数表示定义式


　
（46）
式43代入式

（47）
定义知选择性系数组分AB分配系数物理意义颇似蒸馏中相挥发度＞1说明组分A萃取相中相含量萃余相中高组分AB定程度分离显然值越值越选择性系数越组分AB分离越容易相应萃取剂选择性越高1式46知萃取相萃余相脱溶剂S具相组成等原料液组成说明AB两组分萃取剂分离换言选择萃取剂适宜
萃取剂选择性越高完成定分离务需萃取剂量越少相应回收溶剂操作耗越低
式46知组分BS完全互溶时0选择性系数趋穷显然理想情况
（2）原溶剂B萃取剂S互溶度

图412示相温度种二元原料液萃取剂构成相衡关系图图见萃取剂组分B互溶度较
便说明组分BS互溶度萃取分离影响首先介绍谓萃取液高组成概念
前述萃取操作两相区进行达衡均分成两衡E相R相E相脱溶剂萃取液根杠杆规萃取液组成点必SE延长线AB边交点显然溶解度曲线切线AB边交点萃取相脱溶剂具高溶质组成萃取液表示溶质组成设组分BS互溶度密切相关互溶度越便越高越利萃取分离结选择性分析相致图知选择组分B具较互溶度萃取剂更利溶质A分离
(3) 萃取剂回收难易济性
萃取E相R相通常蒸馏方法进行分离萃取剂回收难易直接影响萃取操作费程度决定萃取程济性求萃取剂S原料液中组分相挥发度应形成恒沸物组成低组分易挥发组分萃取溶质挥发挥发度低时求S汽化热节省耗
(4) 萃取剂物性
两相萃取器中较快分层求萃取剂分离混合物较密度差特没外加量设备较密度差加速分层提高设备生产力
两液相间界面张力萃取操作具重影响萃取物系界面张力较时分散相液滴易聚结利分层界面张力液体易分散难两相充分混合反萃取效果降低界面张力然液体容易分散易产生乳化现象两相较难分离界面张力适中常物系界面张力数值关文献查取
溶剂粘度分离效果重影响溶剂粘度低利两相混合分层利流动传质萃取剂粘度较时加入溶剂降低粘度
外选择萃取剂时应考虑素萃取剂应具化学稳定性热稳定性设备腐蚀性源充分价格较低廉易燃易爆等
通常难找时满足述求萃取剂需根实际情况加权衡保证满足求
例题解题指导
例41定温度测ABS三元物系衡数题附表示
（1）绘出溶解度曲线辅助曲线（2）查出界混溶点组成（3）求萃余相中20时分配系数选择性系数（4）1000kg含30A原料液中加入少kg S混合液开始分层？（5）第（4）项原料液欲含36A萃取相E试确定萃余相组成混合液总组成
例41 附表 ABS三元物系衡数（质量分数）
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
E相
yA
0
79
15
21
262
30
338
365
39
425
445
45
43
416
yS
90
82
742
675
611
558
503
457
414
339
275
217
165
15
R相
xA
0
25
5
75
10
125
150
175
20
25
30
35
40
416
xS
5
505
51
52
54
56
59
62
66
75
89
105
135
15
解：（1）溶解度曲线辅助曲线 题数绘出溶解度曲线LPJ相应联结线数作出辅助曲线JCP题附图示
(2) 界混溶点组成 辅助曲线溶解度曲线交点P界混溶点附图读出该点处组成
416434150
(3)分配系数选择性系数 根萃余相中20图中定出R1点利辅助曲线定出衡萃取相E1点附图读出两相组成
E相
R相

式43计算分配系数


式46计算选择性系数

（4）混合液开始分层溶剂量 根原料液组成AB边确定点F联结点FS原料液加入S时混合液组成点必位直线FSS加入量恰混合液组成落溶解度曲线H点时混合液开始分层分层时溶剂量杠杆规求

kg
(5) 两相组成混合液总组成 根萃取相中36图中定出E2点辅助曲线定出呈衡R2点图读

R2E2线FS线交点M混合液总组成点图读


42 液液萃取程计算
单级萃取三角形坐标图解
单级萃取直角坐标图解计算
级错流萃取流程示意图
三级错流萃取三角形坐标图解
级错流萃取直角坐标图解法
级错流萃取……
级逆流萃取
xy直角坐标图图解理级数
组分BS完全互溶时级逆流萃取图解计算
溶剂操作线位置
溶剂量
喷洒塔中微分接触逆流萃取
回流萃取
1．学目
通知识点学掌握萃取操作种流程熟练应三角形相图萃取程进行分析计算解直角坐标图解法解析法
2．知识点重点
三角形坐标图解法
3．知识点难点
级逆流萃取三角形图解法
4．应完成题
42单级萃取装置中纯水溶剂含醋酸质量分数03醋酸–庚醇3混合液中提取醋酸已知原料液处理量2000kgh求萃余相中醋酸质量分数01试求：（1）水量（2）萃余相量醋酸萃取率操作条件衡数见题41
[答：（1）S2560kgh（2）R1614kgh 萃取率731
43三级错流萃取装置中纯异丙醚溶剂含醋酸质量分数30醋酸水溶液中提取醋酸已知原料液处理量200kg级异丙醚量80kg操作温度20℃试求：
（1） 级排出萃取相萃余相量组成
（2） 级萃取达样残液组成需干kg萃取剂
20℃时醋酸(A)–水(B)–异丙醚(S)衡数：
题3附表 20℃时醋酸(A)–水(B)–异丙醚(S)衡数(质量分数)
水 相
机 相
醋酸（A）
水（B）
异丙醚（S）
醋酸（A）
水（B）
异丙醚（S）
069
981
12
018
05
993
141
971
15
037
07
989
289
955
16
079
08
984
642
917
19
19
10
971
1334
844
23
48
19
933
2550
717
34
114
39
847
367
589
44
216
69
715
443
451
106
311
108
581
4640
371
165
362
151
487
[答：（1）（2）S300kg
44 级逆流萃取装置中水溶剂含丙酮质量分数40丙酮醋酸乙酯混合液中提取丙酮已知原料液处理量1000kgh操作溶剂（）09求终萃余相中丙酮质量分数006试求：（1）需理级数（2）萃取液组成流量操作条件衡数列题附表
题5附表 丙酮(A)–醋酸乙酯(B)–水(S)衡数（质量分数）
萃 取 相
萃 余 相
丙酮(A)
醋酸乙酯（B）
水(S)
丙酮(A)
醋酸乙酯(B)
水(S)
0
74
926
0
963
35
32
83
885
48
910
42
60
80
860
94
856
50
95
83
822
135
805
60
128
92
780
166
772
62
148
98
754
200
730
70
175
102
723
224
700
76
212
118
670
278
620
102
264
150
586
326
510
132
根两相接触方式萃取设备分逐级接触式连续接触式两类知识点讨逐级接触萃取程计算连续接触萃取程计算仅作简介绍
逐级接触萃取程计算中单级级萃取均假设级理级离开级萃取相萃余相互呈衡萃取理级概念类似蒸馏中理板设备操作效率较基准实际需级数等理级数级效率级效率目前尚准确理计算方法般通实验测定
萃取程计算中通常操作条件衡关系原料液处理量组成均已知常见计算分两类规定级溶剂量组成求计算达定分离程度需理级数n二已知某级萃取设备理级数n求估算该设备萃取达分离程度前者称设计型计算者称操作型计算知识点讨设计型计算
单级萃取计算
单级萃取液液萃取中简单基操作方式流程图411示间歇操作连续操作方便表达假定流股组成均溶质A含量表示书写两相组成时均标注相应流股符号标注组分符号
单级萃取程设计型计算中已知：操作条件相衡数原料液量F组成萃取剂组成萃余相组成求：萃取剂S量萃取相E萃余相R量萃取相组成yE
1．三角形坐标图解法
三角形坐标图解法萃取计算通方法特稀释剂B萃取剂S部分互溶物系衡关系般难简单函数关系式表达萃取计算宜采解析法数值法目前采基杠杆规三角形坐标图解法计算步骤
(1) 已知相衡数等腰直角三角形坐标图中绘出溶解度曲线辅助曲线图413示

(2) 三角形坐标AB边根原料液组成确定点F根萃取剂组成确定点S（纯溶剂顶点S）联结点FS原料液萃取剂混合物系点M必落FS联线
(3) 已知萃余相组成图确定点R点R利辅助曲线求出点E作RE联结线显然RE线FS线交点混合液组成点M
(4) 质量衡算杠杆规求出流股量

（48）

（49）

（410）

（411）
萃取相组成三角形相图直接读出
E相R相中脱全部溶剂萃取液萃余液中含组分AB组成点必落AB边SESR延长线AB交点出中溶质A含量原料液F中高中溶质A含量原料液F中低原料液组分萃取脱溶剂定程度分离数量关系杠杆规确定

（412）

（413）
诸式中线段长度三角形相图直接量出
述量质量衡算求出组分A质量衡算

（414）
联立求解式49式414

（415）

（416）

（417）
理萃取液萃余液量

（418）

（419）
述诸式中股物流组成三角形相图直接读出
单级萃取操作中应定原料液量存两极限萃取剂量二极限量原料液萃取剂混合物系点恰落溶解度曲线图413中点G点H示时混合液相起分离作二极限萃取剂量分表示进行萃取分离溶剂量Smin（点G应萃取剂量）溶剂量Smax（点H应萃取剂量）值杠杆规计算

（420）

（421）
显然适宜萃取剂量应介二者间
＜＜
2．直角坐标图解法
原溶剂B萃取剂S互溶物系萃取程中仅溶质A发生相际转移原溶剂B溶剂S均分出现萃余相萃取相中质量表示两相中组成较方便时溶质两液相间衡关系吸收中气液衡类似方法表示

（422）
操作范围质量表示相组成分配系数K常数衡关系表示

（423）
溶质A质量衡算式

（424）
联立求解式423式424求Y1S
述解法直角坐标图表示式424改写

（424a）
式424a该单级萃取操作线方程

该萃取程中BS均常量操作线点（）斜率直线图414示已知原料液处理量F组成XF溶剂组成YS萃余相组成X1时X1图中确定点（X1Y1）联结点（X1Y1）点（XFYS）操作线计算该操作线斜率求需溶剂量S已知原料液处理量F组成XF溶剂量S组成YS时图中确定点（XFYS）该点作斜率直线（操作线）分配曲线交点坐标（X1Y1）萃取相萃余相组成
应予指出实际生产中萃取剂循环中会含少量组分AB样萃取液萃余液中会含少量S时图解计算原方法然适点S位置均三角形坐标图均相区
二级错流萃取计算
选择性系数极高物系外般单级萃取萃余相中含较溶质进步降低萃余相中溶质含量采级错流萃取流程图415示

级错流萃取操作中级均加入新鲜萃取剂原料液首先进入第级萃取萃余相进入第二级作第二级原料液新鲜萃取剂次进行萃取第二级萃取萃余相进入第三级作第三级原料液……萃余相次萃取级数足够终溶质组成低指定值萃余相
级错流萃取总溶剂量级溶剂量原级溶剂量相等等证明级溶剂量相等时达定分离程度需总溶剂量少级错流萃取操作中般级溶剂量均相等
级错流萃取程设计型计算中已知：操作条件相衡数原料液量F组成溶剂组成萃余相组成求：需理级数
1．三角形坐标图解法
原溶剂B萃取剂S部分互溶物系通常采三角形坐标图解法求解理级数计算步骤
（1）已知衡数等腰直角三角形坐标图中绘出溶解度曲线辅助曲线相图标出F点图416示

（2）联结点FSFS线根FS量杠杆规FS线确定混合物系点M1利辅助曲线通试差作图求出M1联结线E1R1相应萃取相E1萃余相R1第理级分离结果
（3）R1原料液加入新鲜萃取剂S（处假定S1S2S3S0）杠杆规找出二者混合点M2(2)类似方法E2R2第二理级分离结果
（4）类推直某级萃余相中溶质组成等规定组成止重复作出联结线数目需理级数
述图解法表明级错流萃取三角形图解法单级萃取图解次重复级错流萃取计算通方法
2．直角坐标图解法
原溶剂B萃取剂S互溶物系采直角坐标图解法求解理级数
设级溶剂加入量相等原溶剂B萃取剂S互溶级萃取相中溶剂S量萃余相中原溶剂B量均视常数萃取相中AS两组分萃余相中BA两组分时仿吸收中组成表示法质量Y X 表示溶质萃取相萃余相中组成
图415中第级作溶质A质量衡算

(425)
式整理

(425a)
第二级作溶质A质量衡算

(426)
理第n级作溶质A质量衡算

(427)
式427表示间关系称操作线方程X–Y直角坐标图点()斜率直线 　　根理级假设离开萃取级符合衡关系点()必位分配曲线换言点()操作线分配曲线交点X–Y 直角坐标图图解理级步骤
(1) 直角坐标图作出系统分配曲线图417示

(2) 根XFYS 确定点L点L出发斜率作直线（操作线）交分配曲线点E1LE1第级操作线E1点坐标Y1X1离开第级萃取相萃余相组成
(3) 点E1作X 轴垂线交Y YS点V第二级操作线必通点V级萃取剂量相等级操作线斜率相级操作线互相行点V作LE1行线第二级操作线分配曲线交点E2坐标Y2X2离开第二级萃取相萃余相组成
类推直萃余相组成等低指定值止重复作出操作线数目需理级数
级萃取剂量相等操作线相互行时仿第级作法点V作斜率直线分配曲线相交类推求需理级数溶剂中含溶质LV 等点均落X 轴
3．解析法
原溶剂B萃取剂S互溶物系操作范围质量表示分配系数K 常数衡关系表示

（423）
分配曲线通原点直线情况理级数求算采前述图解法外采解析法
图415中第级相衡关系

式代入式425a

(428)
令式变

(428a)
式中 萃取子应吸收中脱吸子
理式423428a代入式425整理

(429)
类推第n 级
…
(430)


(430a)
整理式430

(431)
式表示成列线图形式图418示

三级逆流萃取计算

生产中较少萃取剂达较高萃取率常采级逆流萃取操作流程图419(a)示原料液第1级进入系统次级萃取成级萃余相溶质组成逐级降第n级流出萃取剂第n级进入系统次通级萃余相逆接触进行次萃取溶质组成逐级提高第1级流出终萃取相萃余相溶剂回收装置中脱萃取剂萃取液萃余液脱溶剂返回系统循环
级逆流萃取设计型计算已知：原料液流量F组成萃取剂量S组成求：终萃余相中溶质组成降定值需理级数n
原溶剂B萃取剂S部分互溶物系衡关系难解析式表达通常应逐级图解法求解理级数n具体方法三角形坐标图解法直角坐标图解法两种级逆流萃取计算通方法
原溶剂B萃取剂S互溶物系衡关系直线时采解析法求算理级数
1 三角形坐标图解法
三角形坐标图解法步骤原理（参见图419(b)）
(1) 根操作条件衡数三角形坐标图绘出溶解度曲线辅助曲线
(2) 根原料液萃取剂组成图定出点FS（图中采纯溶剂）溶剂SF杠杆规FS联线定出点M位置注意级逆流萃取操作中SF没直接发生混合处点M代表萃取级物系点
(3) 规定终萃余相组成图定出点连接点M延长溶解度曲线交点E1点终萃取相组成点应注意RnE1联结线
根杠杆规计算终萃取相萃余相流量

(4) 应相衡关系质量衡算图解法求理级数
图419(a)示第级第n级间作总质量衡算

第级作总质量衡算

第二级作总质量衡算

类推第n级作总质量衡算

式
……△
(432)
式432表明离开级萃余相流量进入该级萃取相流量差常数△表示△虚拟量视通级净流量组成三角形相图某点（△点）表示显然△点分FE1R1E2R2E3…Rn–1EnRnS诸流股差点根杠杆规联结两点直线均通△点通常称RiEi+1△联线级逆流萃取操作线△点称操作点根理级假设离开级萃取相Ei萃余相Ri互呈衡EiRi应位联结线两端根联结线操作线关系方便进行逐级计算确定理级数首先作FE1Rn S联线延长相交交点点△然点E1作联结线溶解度曲线交点R1作R1△联线延长溶解度曲线点E2点E2作联结线点R2联R2△延长溶解度曲线交点E3样交应操作线衡线（溶解度曲线）直萃余相组成等规定数值止重复作出联结线数目求理级数
应予指出点△位置物系联结线斜率原料液流量组成萃取剂量组成终萃余相组成等关位三角形相图左侧位三角形相图右侧条件定点△位置溶剂决定：SF较时点△三角形相图左侧R点SF 较时点△三角形相图右侧E点SF 某数值时点△穷远处时视诸操作线行
2．直角坐标图解法
萃取程需理级数较时三角形坐标图进行图解种关系线挤起难准确结果时x–y直角坐标绘出分配曲线操作线然利阶梯法求解理级数步骤
(1) 根已知相衡数分三角形坐标图x–y直角坐标图绘出分配曲线(图420)

(2) 根原料液组成溶剂组成规定终萃余相组成溶剂SF前述方法三角形相图定出操作点△
(3) 操作点△分引出干条△RE操作线分溶解度曲线交点组成分（m23…n）相应直角坐标图定出操作点干操作点相联结操作线
(4) 点（）出发衡线（分配曲线）操作线间画梯级直某梯级应萃余相组成等规定萃余相组成止时重复作出梯级数需理级数

原溶剂B萃取剂S互溶物系采述方法求解理级数外采X–Y 直角坐标图解法首先衡数X–Y直角坐标图绘出分配曲线图421(b)示然图421(a)中第级第i 级间进行质量衡算

(433a)


(433b)
式433b操作线方程直角坐标图点J（）点D（）直线J点开始分配曲线操作线间画梯级梯级数求理级数
3．解析法
原溶剂B萃取剂S互溶物系操作条件分配曲线通原点直线操作线直线萃取子常数仿脱吸程计算方法式求算理级数

(434)
4．溶剂（SB）min溶剂量

吸收操作中液气吸收剂量类似萃取操作中溶剂溶剂量概念图422示萃取程中溶剂减少时操作线逐渐分配曲线（衡线）拢达样分离求需理级数逐渐增加溶剂减少定值时操作线分配曲线相切（相交）时类似精馏中夹紧区需理级数限溶剂称溶剂记（SB）min相应萃取剂量称溶剂量记显然溶剂量低极限值实际量必须极限值
溶剂量影响设备费操作费素分离务定时减少溶剂量需理级数增加设备费增加回收溶剂消耗量减少反加溶剂量需理级数减少回收溶剂消耗量增加适宜溶剂量应设备费操作费般取溶剂量11～20倍
(11～20)
(435)

组分BS互溶物系图423示操作线点H（）直线相交直线代表操作线斜率B值定时萃取剂量S变显然S愈值愈操作线愈分配曲线需理级数愈操作线分配曲线相交时值达应S值时需理级数穷值式确定

(436)
组分BS部分互溶物系三角形相图出SF 值愈操作线联结线斜率愈接需理级数愈萃取剂量减时会出现操作线联结线重合情况时需理级数穷值杠杆规确定
四微分接触逆流萃取计算

微分接触逆流萃取程通常塔式设备（喷洒塔脉筛板塔等）中进行流程图424示重液（原料液）轻液（溶剂）分塔顶塔底进入二者微分逆流接触进行传质萃取结束萃取相萃余相分塔顶塔底分层流出
塔式微分接触逆流萃取设备计算气液传质设备样确定塔径塔高塔径尺寸取决两液相流量适宜操作速度塔高计算通常两种方法理级量高度法传质单元法
1．理级量高度法
精馏吸收类似理级量高度指理级萃取效果相塔段高度表示求逆流萃取需理级数式计算塔效高度

(437)
衡量萃取塔传质特性参数值设备型式物系性质操作条件关般需通实验确定
2．传质单元法
吸收操作中填料层高度计算方法类似萃取段效高度传质单元法计算

(438)
组分BS完全互溶溶质组成较低时整萃取段体积传质系数纯原溶剂流量B均视常数式438变

(439)

(439a)
萃余相总传质单元高度总体积传质系数般需结合具体设备操作条件实验测定萃余相总传质单元数图解积分数值积分法求分配曲线直线时数均推动力法萃取数法求萃取数法计算式

(440)
萃余相讨结果类似萃取相写出相应计算式
五回流萃取
级逆流微分接触逆流操作中采纯溶剂选择适宜溶剂理级数足够终萃余相中溶质组成降低萃余相脱溶剂较纯原溶剂萃取相然受衡关系限制终萃取相中溶质组成会超进料组成相衡组成萃取相脱溶剂萃取液中含较原溶剂具更高溶质组成萃取相仿精馏中采回流方法部分萃取液返回塔种操作称回流萃取回流萃取操作逐级接触式连续接触式设备中进行

回流萃取操作流程图425示原料液新鲜溶剂分塔中部底部进入塔终萃余相塔底排出塔顶终萃取相脱溶剂部分作塔顶产品采出部分作回流返回塔顶
进料口塔段常规逆流萃取塔类似精馏塔提馏段称提浓段提浓段萃取相逐级升萃余相逐级降两相逆流接触程中溶质断萃余相进入萃取相萃余相溶质组成逐渐降提浓段足够高便溶质组成低萃余相脱溶剂原溶剂组成高溶质组成低萃余液
进料口塔段类似精馏塔精馏段称增浓段增浓段萃取剂溶质具较高选择性（>1）两相逆流接触程中溶质回流液进入萃取相萃取相中原溶剂转入回流液中相际传质结果萃取相中溶质组成逐渐增高原溶剂组成逐渐降增浓段足够高度组分BS互溶度（Ⅱ类物系）萃取相中溶质组成增高脱溶剂溶质组成高产品显然选择性系数愈溶质原溶剂分离愈容易回流萃取达规定分离求需理级数愈少相应提浓段增浓段高度愈
例题解题指导
例42 25℃水萃取剂醋酸(A)–氯仿(B)混合液中单级提取醋酸已知原料液中醋酸质量分数35原料液流量2000kgh水流量1600kgh操作温度物系衡数例附表示
试求：（1）E相R相组成流量（2）萃取液萃余液组成流量（3）操作条件选择性系数（4）组分BS视完全互溶操作条件质量表示分配系数K34求原料液中溶质A80进入萃取相kg原溶剂B需消耗少kg萃取剂S？
附表（质量分数）
氯仿层（R相）
水层（E相）
醋酸
水
醋酸
水
000
099
000
9916
677
138
2510
7369
1772
228
4412
4858
2572
415
5018
3471
2765
520
5056
3111
3208
793
4941
2539
3416
1003
4787
2328
425
165
4250
1650
解：题衡数等腰直角三角形坐标图中绘出溶解度曲线辅助曲线附图示
(1) E相R相组成流量 根醋酸原料液中质量分数35AB边确定点F联结点FSFS流量杠杆规FS线确定点M

E相R相组成均未出需助辅助曲线试差作图确定M点联结线ER图读两相组成
E相
R相
总质量衡算
kgh
图中测量出RMRE长度分26mm42mm杠杆规求出E相R相量
kgh
kgh
(2)萃取液萃余液组成流量 联结点SE延长SEAB边交图读92联结点SR延长SRAB边交图读73
萃取液萃余液量式418式419求
kgh
kgh
(3)选择性系数 式46

该物系氯仿（B）水（S）互溶度值较高萃取液组成高
（4）kg B需S量 组分BS视完全互溶式424计算较方便




关参数代入式424整理

kg原溶剂B需消耗1176kg萃取剂S
例43 25℃三氯乙烷萃取剂采三级错流萃取丙酮水溶液中提取丙酮已知原料液中丙酮质量分数40处理量1000kgh第级溶剂量原料液流量05级溶剂量相等操作温度物系衡数例附表示试求丙酮总萃取率
例43 附表1 溶解度数（质量分数）
三氯乙烷（S）
水（B）
丙酮（A）
三氯乙烷（S）
水（B）
丙酮（A）
9989
011
0
3831
684
5485
9473
026
501
3167
978
5855
9011
036
953
2404
1537
6059
7958
076
1966
1589
2628
5833
7036
143
2821
963
3538
5499
6417
187
3396
435
4847
4718
6006
211
3783
218
5597
4185
5488
298
4214
102
7180
2718
4878
401
4721
044
9956
0
例43 附表2 联结线数（质量分数）
水相中丙酮xA
596
100
140
191
210
270
350
三氯乙烷相中丙酮yA
875
150
210
277
32
405
480
解：丙酮总萃取率式计算

计算关键求算R3x3

首先题数绘出溶解度曲线辅助曲线题附图示
级萃取剂量
kgh
第级总质量衡算
kgh
FS量杠杆规确定第级混合物系点M1试差法作点M1联结线E1R1根杠杆规
kgh
500kgh溶剂第级R1进行萃取重复述步骤计算第二级关参数
kghkgh
理第三级关参数
　kgh
kgh
图读丙酮总萃取率

例44五级错流萃取装置中三氯乙烷萃取剂丙酮质量分数25丙酮水溶液中提取丙酮已知原料液处理量2400kgh求终萃余相中丙酮质量分数高1试求萃取剂量萃取相中丙酮均组成假定：（1）操作条件水（B）三氯乙烷（S）视完全互溶丙酮分配系数似常数（2）级溶剂量相等萃取剂中丙酮质量分数1余三氯乙烷
解：题意知组分BS完全互溶分配系数K似常数采解析法式439求算萃取剂量S式中关参数


kgh

述关参数值n5代入式431解
级纯溶剂量 kgh
五级纯萃取剂总量 kgh
实际萃取剂总量 kgh
设萃取相中溶质均组成全系统作溶质A质量衡算




例45级逆流萃取装置中纯溶剂S处理溶质A质量分数30AB两组分原料液已知原料液处理量2000kgh溶剂量700kgh求终萃余相中溶质A质量分数超7试求：（1）需理级数（2）终萃取相中溶剂全部脱求终萃取液流量组成
操作条件溶解度曲线辅助曲线题附图示
解：（1）需理级数 AB边定出F点联结FS操作溶剂

溶剂FS线定出点M
相图定出Rn点联结RnM延长交溶解度曲线E1点点终萃取相组成点
作点E1F点SRn联线延长两联线交点△点操作点
点E1作联结线E1R1 R1点E1呈衡萃余相组成点
联结点△R1延长交溶解度曲线E2点点进入第级萃取相组成点
重复述步骤E2点作联结线E2R2点R2联结点R2△延长交溶解度曲线E3点…图知作联结线E5R5时<五理级满足萃取分离求
（2）终萃取液流量组成 联接点SE1延长交AB边点点代表终萃取液组成点图读
应杠杆规求E1流量
kgh
萃取液E1完全脱溶剂S应杠杆规求
kgh
例46级逆流萃取装置中纯二异丙醚溶剂醋酸质量分数40醋酸水溶液中提取醋酸已知原料液处理量1000kgh二异丙醚量1500kgh求终萃余相中醋酸质量分数高7试x–y直角坐标图求解需理级数
操作条件衡数题附表示
例46附表1 溶解度数（质量分数）
二异丙醚（S）
07
10
14
22
37
73
132
215
247
355
452
590
780
960
醋酸（A）
0
90
186
278
363
427
468
485
483
453
398
310
170
0
　 例46附表2 辅助曲线数（质量分数）
二异丙醚（S）
07
50
100
150
200
210
220
230
240
245
247
醋酸（A）
0
22
55
110
190
215
245
300
350
410
483
解：(1)题数三角形坐标绘出溶解度曲线辅助曲线（题附图示）定出FRnSE1四点联结点RnS点FE1联线延长交点△点△操作点
（2）x–y直角坐标图绘出分配曲线 三角形相图助辅助曲线确定干轭相中溶质衡组成题附表3示
例46附表3 衡数（质量分数）
xA
60
130
220
290
350
410
440
480
yA
20
50
100
150
200
250
300
410
附表3数直角坐标图绘出分配曲线OGQ
（3）x–y直角坐标图绘出操作线 三角形相图中RnS△FE1△两直线间作干条操作线条操作线分溶解度曲线交两点该两点坐标转移直角坐标图便操作点三角形相图操作点数题附表4示
例46附表4 操作线数（质量分数）
xA
400
300
220
140
70
yA
180
120
100
40
0
联接述诸点操作线HW操作线两端点W（ ）H（ ）
（4）W点开始分配曲线操作线间画梯级附图知画第五梯级时应萃余相组成<表明五理级满足萃取分离求
例47级逆流萃取装置中纯三氯乙烷溶剂丙酮质量分数35丙酮水溶液中提取丙酮已知原料液处理量2000kgh求终萃余相中丙酮质量分数高5萃取剂量量13倍水三氯乙烷视完全互溶试X–Y直角坐标图求解需理级数
操作条件衡数见例43附表2
操作条件该物系分配系数K取171试解析法求解需理级数
解：（1）图解法求理级数 例43衡数换算成质量组成结果附表示
例47附表
X
00634
0111
0163
0236
0266
0370
0538
Y
00959
0176
0266
0383
0471
0681
0923
附表中数X–Y直角坐标图标绘分配曲线OP附图示
题数


kgh
操作线端点（0）作分配曲线交点J联斜率

式436计算溶剂量
kgh
kgh
实际操作线斜率

作出实际操作线Q
分配曲线实际操作线间画梯级求需理级数55
（2）解析法求理级数 题数计算关参数


式434


出两种方法结果非常吻合
例48现10 kg溶质A120 kg原溶剂B组成溶液150 kg纯溶剂S进行萃取分离组分BS视完全互溶操作条件质量表示相组成分配系数取常数K26试较三种萃取操作终萃余相组成
1 次衡萃取
2 150 kg溶剂分作三等份进行三级错流萃取
3 三级逆流萃取
解：操作条件组分BS视完全互溶分配系数K26解析法计算
1 次衡萃取
kgS150kg
组分A质量衡算

代入式解

2 三级错流萃取
kg

关数代入式431便求

解
3 三级逆流萃取

关数代入式434便求

解
计算结果知总溶剂量相条件三级逆流萃取终萃余相组成低萃取效果佳三级错流萃取次单级萃取差
例49塔径005m效高度1m填料萃取实验塔纯溶剂S溶质A质量分数015水溶液中提取溶质A水溶剂视完全互溶求终萃余相中溶质A质量分数0004操作溶剂2溶剂量130kgh操作条件衡关系
试求萃余相总传质单元数总体积传质系数
解：组分BS视完全互溶分配系数常数均推动力法式440求总传质单元数总体积传质系数总传质单元高度求算
1 总传质单元数
①数均推动力法 题数







②萃取数法



两种方法求结果完全致
2 总体积传质系数
m
kgh
kg(m3hΔx)

43 超界萃取简介
纯CO2压力密度图
物质CO2中溶解度
超界气体萃取三种典型流程
超界CO2咖啡中萃取咖啡流程
活性炭超界生流程
1．学目
通知识点学解超界萃取特点应
2．知识点重点
超界萃取特点
超界萃取超界流体萃取简称称压力流体萃取超界气体萃取高压高密度超界流体溶剂液体固体中溶解需组分然采升温降压吸收（吸附）等手段溶剂萃取组分分离终需纯组分操作
超界萃取基原理
1．超界流体PVT性质
超界流体指超界温度界压力状态流体果某种气体处界温度压力增高该气体液化称状态气体超界流体常超界流体二氧化碳乙烯乙烷丙烯丙烷氨等二氧化碳界温度较接常温加安全易价廉分离种物质二氧化碳常超界流体

图426示二氧化碳压力密度关系图图中阴影部分超界萃取实际操作区域出稍高界点温度区域压力微变化引起密度较变化利特性高密度条件萃取分离需组分然稍微升温降压溶剂萃取组分分离需组分
2．超界流体基性质
密度粘度扩散系数超界流体三基性质表41超界流体三基性质常规流体性质进行较出超界流体密度接液体粘度接气体扩散系数介气体液体间液体100倍左右超界流体具液体相溶解力萃取时具远液态萃取剂传质速率
表41超界流体常规流体性质较
 
常规气体
超界流体
常规液体
(TcPc)
(Tc4Pc)
密度(kg·m3)
2~6
200~500
400~900
600~1600
粘度×105(Pa·s)
1~3
1~3
3~9
20~300
扩散系数×104(m2·s1)
01~04
07×103
02×103
(02~2×105)
3．超界流体溶解性
超界流体溶解性密度密切相关通常物质超界流体中溶解度C 超界流体密度 间具关系

(441)
式中 正数溶解度超界流体密度增增加

图427示物质超界二氧化碳中溶解度应予指出式441中 数值超界流体溶质性质关二者性质越溶解度越适选择作萃取剂超界流体够组分物系组分进行选择溶解达萃取分离目
二超界萃取典型流程
超界萃取程包括萃取阶段分离阶段萃取阶段超界流体需组分原料中萃取出分离阶段通改变某参数萃取组分超界流体分离需组分萃取剂循环根分离方法超界萃取流程分等温变压流程等压变温流程等温等压吸附流程三类图428示

1．等温变压流程
等温变压萃取利压力超界流体溶解力差异通改变压力溶质超界流体分离操作谓等温指萃取器分离器中流体温度基相等温变压流程方便种流程图428（a）示萃取剂通压缩机压缩超界状态进入萃取器原料混合进行超界萃取萃取溶质超界流体减压阀降压溶解力降溶质溶剂分离器中分离分离萃取剂通压缩达超界状态重复述萃取–分离步骤直达预定萃取率止
2．等压变温流程
等压变温萃取利温度溶质超界流体中溶解度差异通改变温度溶质超界流体分离操作谓等压指萃取器分离器中流体压力基相图428(b)示萃取溶质超界流体加热升温溶质溶剂分离溶质分离器方取出萃取剂压缩调温循环
3．等温等压吸附流程
等温等压吸附流程图428(c)示分离器放置仅吸附溶质吸附萃取剂吸附剂溶质分离器吸附萃取剂分离萃取剂压缩循环
三超界萃取特点
1．超界萃取优点
超界萃取溶解力传递性溶剂回收等方面具突出优点
（1）超界流体密度接液体超界流体具液体溶剂基相溶解力超界流体保持气体具传递特性具更高传质速率更快达萃取衡
（2）接界点处压力温度微变化引起超界流体密度较改变引起溶解力较变化萃取溶质溶剂易分离
（3）超界萃取程具萃取精馏双重特性分离难分离物系
（4）超界萃取般选化学性质稳定毒腐蚀性界温度太高太低物质（二氧化碳）作萃取剂会引起萃取物污染医药食品等工业特适合热敏性易氧化物质分离提纯
超界萃取缺点操作压力高设备投资较外超界流体萃取研究起步较晚目前超界萃取热力学传质程研究远传统分离技术成熟进步研究
四超界萃取应示例
超界萃取具特殊优势分离技术年众研究者炼油食品医药等工业中许分离体系象开展深入应研究石油残渣中油品回收咖啡豆中脱咖啡啤酒花中效成分提取等工业生产领域超界萃取技术已获成功应简介绍应示例
1．利超界CO2提取天然产物中效成分
超界CO2萃取操作温度较低避免分离程中效成分分解天然产物效成分分离提取中极具应价值例咖啡豆中脱咖啡名贵香花中提取精油酒花胡椒等物料中提取香味成分香精豆中提取豆油等应超界CO2天然产物中分离提取效成分示例中咖啡豆中脱咖啡典型
咖啡存咖啡茶等天然产物中医药作利尿剂强心剂传统脱工艺二氯乙烷萃取咖啡选择性较差残存溶剂易

利超界CO2咖啡豆中脱咖啡解决述问题图429操作流程示意图浸泡生咖啡豆置压力容器中然通入90℃16～22MPaCO2进行萃取溶咖啡CO2进入水洗塔水洗涤咖啡转入水相CO2循环水相脱气进入蒸馏塔回收咖啡
CO2种理想萃取剂咖啡具极选择性CO2处理咖啡豆咖啡外芳香成分损失CO2会残留咖啡豆中
2．稀水溶液中机物分离
许化工产品酒精醋酸等常发酵法生产发酵液组成低通常精馏蒸发方法进行浓缩分离耗超界萃取工艺获机产品提供条节效途径超界CO2许机物具选择溶解性利特性机物水相转入CO2机物–水系统分离转化机物–CO2系统分离达节目目前类工艺尚处研究开发阶段
3．超界萃取生化工程中应
超界萃取具毒性低温度低溶解性等优点特适合生化产品分离提取利超界CO2萃取氨基酸生产链霉素时利超界CO2萃取甲醇等机溶剂单细胞蛋白游离物中提取脂类等研究均显示超界萃取技术优势
4．活性炭生
活性炭吸附回收溶剂处理废水种效方法困难活性炭生目前采高温化学方法生济会造成吸附剂严重损失时会产生二次污染利超界CO2萃取法解决难题图430流程示意图

超界萃取种正研究开发新型萃取分离技术目前处工业规模应领域基础研究应基础研究中间规模试验异常活跃预期着研究深入超界萃取技术获更发展更应

44 液–液萃取设备
1． 学目
通学掌握萃取设备基类型结构特点应场合解萃取设备选型
2． 知识点重点
萃取设备基类型结构特点
根两相接触方式萃取设备分逐级接触式微分接触式两类逐级接触式设备中级均进行两相混合分离两液相组成级间发生阶跃式变化微分接触式设备中两相逆流连续接触传质两液相组成发生连续变化
根外界否输入机械萃取设备分外加量外加量两类两相密度差较萃取时仅液体进入设备时压力差密度差液体较分散流动时需外加量达较萃取效果反两相密度差较界面张力较液滴易聚合易分散时常采外界输入量方法改善两相相运动分散状况施加搅拌振动离心等
工业常萃取设备分类情况见表42
目前工业萃取设备种类仅介绍典型设备
表42萃取设备分类
液体分散动力
逐级接触式
微分接触式
重力差外加量
筛板塔
喷洒塔
填料塔
外加量
脉
脉混合澄清器
脉填料塔
液体脉筛板塔
旋转搅拌
混合澄清器 夏贝尔（Scheibel)塔
转盘塔(RDC)
偏心转盘塔(ARDC)
库尼（)塔
复搅拌
 
复筛板塔
离心力
卢威离心萃取机
POD离心萃取机

萃取设备类型
1．混合澄清器
混合澄清器早目前广泛应种萃取设备混合器澄清器组成典型混合澄清器图431示

混合器中原料液萃取剂助搅拌装置作中相破碎成液滴分散相中加相际接触面积提高传质速率两相分散体系混合器停留定时间流入澄清器澄清器中轻重两相密度差进行重力沉降（升浮）界面张力作凝聚分层形成萃取相萃余相
混合澄清器单级级串联图432水排列三级逆流混合–澄清萃取装置示意图

混合澄清器具优点
（1）处理量传质效率高般单级效率达80
（2）两液相流量范围流量达110时正常操作
（3）设备结构简单易放操作方便运转稳定适应性强
（4）易实现级连续操作便调节级数
混合澄清器缺点水排列设备占面积溶剂储量级设搅拌装置液体级间流动需输送泵设备费操作费较高
2．萃取塔
通常高径较萃取装置统称塔式萃取设备简称萃取塔获满意萃取效果萃取塔应具分散装置提供两相间良接触条件时塔顶塔底均应足够分离空间便两相分层两相混合分散采措施萃取塔结构型式种样面介绍种工业常萃取塔

（1）喷洒塔 喷洒塔称喷淋塔简单萃取塔图433示轻重两相分塔底塔顶进入重相分散相重相塔顶分布装置分散液滴进入轻相逆流接触传质重相液滴降塔底分离段处聚合形成重相液层排出轻相升塔顶重相分离排出（图433(a)）轻相分散相轻相塔底分布装置分散液滴进入连续重相重相进行逆流接触传质轻相升塔顶分离段处聚合形成轻液层排出重相流塔底轻相分离排出（图433(b))
喷洒塔结构简单塔体进出流股物料接分散装置外部构件缺点轴返混严重传质效率较低适仅需二理级场合水洗中处理含固体物系
（2）填料萃取塔

填料萃取塔结构精馏吸收填料塔基相图434示塔装适宜填料轻重两相分塔底塔顶进入塔顶塔底排出萃取时连续相充满整填料塔分散相分布器分散成液滴进入填料层中连续相连续相逆流接触中进行传质
填料作液滴断发生凝聚分散促进液滴表面更新填料起减少轴返混作
填料萃取塔优点结构简单操作方便适合处理腐蚀性料液缺点传质效率低般需理级数较少（3萃取理级）场合
（3）筛板萃取塔

筛板萃取塔图435示塔装干层筛板筛板孔径般3～9mm孔距孔径3～4倍板间距150～600mm
筛板萃取塔逐级接触式萃取设备两相密度差重力作进行分散逆流动轻相分散相通塔板筛孔分散成细液滴塔板连续相充分接触进行传质穿连续相轻相液滴逐渐凝聚聚集层筛板侧两相分层轻相助压力差推动筛孔分散液滴表面更新分散凝聚交进行达塔顶进行澄清分层排出连续相横流筛板筛板分散相液滴接触传质降液流层塔板重相分散相重相穿板筛孔分散成液滴落入连续轻相中进行传质穿轻液层重相液滴逐渐凝聚聚集层筛板侧轻相连续筛板侧横流升液进入层塔板图436示

筛板萃取塔塔板限制减轴返混时分散相次分散聚集液滴表面断更新筛板萃取塔效率填料塔提高加筛板塔结构简单造价低廉处理腐蚀性料液应较广
（4）脉筛板塔

脉筛板塔称液体脉动筛板塔指外力作液体塔产生脉运动筛板塔结构气–液传质程中降液筛板塔类似图437示塔两端直径较部分澄清段澄清段中间两相传质段中装干层具孔筛板板间距较般50mm塔澄清段装脉萃取操作时脉发生器提供脉塔液体作复运动迫液体筛板孔分散相破碎成较液滴分散连续相中形成强烈湍动促进传质程进行脉发生器类型种活塞型膜片形风箱形等
脉萃取塔般脉振幅9～50mm频率30～200min–1实验研究生产实践表明萃取效率受脉频率影响较受振幅影响较般认频率较高振幅较时萃取效果较脉激烈导致严重轴返回传质效率反降
脉萃取塔优点结构简单传质效率高生产力般降化工生产中应受定限制
（5）复筛板萃取塔

复筛板萃取塔结构图438示干层筛板定间距固定中心轴塔顶传动机构驱动作复运动复振幅般3～50mm频率达100 min–1复筛板孔径脉动筛板般7～16mm筛板运动时迫筛板侧液体筛孔喷射反迫筛板侧液体喷射防止液体筛板塔壁间缝隙走短路隔干块筛板塔壁应设置块环形挡板
复筛板萃取塔效率塔板复频率密切相关振幅定时发生液泛前提效率频率增提高
复筛板萃取塔较幅度增加相际接触面积提高液体湍动程度传质效率高流体阻力操作方便生产力石油化工食品制药湿法冶金工业中应日益广泛
（6）转盘萃取塔（RDC塔）

转盘萃取塔基结构图439示塔体壁面定间距装干环形挡板称固定环固定环塔分割成干空间两固定环间均装转盘转盘固定中心轴转轴塔顶电机驱动转盘直径固定环径便装卸
萃取操作时转盘中心轴高速旋转液体中产生剪应力分散相破裂成许细液滴液相中产生强烈涡漩运动增相际接触面积传质系数时固定环存定程度抑制轴返混转盘萃取塔传质效率较高
转盘萃取塔结构简单传质效率高生产力石油化工中应较广泛

进步提高转盘塔效率年开发称转盘塔（偏心转盘萃取塔）基结构图440示带搅拌叶片1转轴安装塔体偏心位置塔称设置垂直挡板分成混合区3澄清区4混合区横水挡板分割成许室室转盘起混合搅拌器作澄清区环形水挡板分割成许室
偏心转盘萃取塔保持原转盘萃取塔转盘进行分散特点时分开澄清区分散相液滴反复进行凝聚分散减轴混合提高萃取效率外该类型萃取塔尺寸范围较塔高达30m塔径达4m物系性质（密度差粘度界面张力等）适应性强适含悬浮固体易乳化料液
3．离心萃取器
离心萃取器利离心力作两相快速混合分离萃取装置离心萃取器类型较两相接触方式分逐级接触式微分接触式两类逐级接触式萃取器中两相作程混合澄清器类似微分接触式萃取器中两相接触方式连续逆流萃取塔类似
（1）转筒式离心萃取器

单级接触式离心萃取器结构图441示重液轻液底部三通流进入混合室搅拌桨剧烈搅拌两相充分混合进行传质然进入高速旋转转筒转筒中混合液离心力作重相甩转鼓外缘轻相挤转鼓中心两相分轻重相堰流相应收集室排出口排出
转筒式离心萃取器结构简单效率高易控制运行
（2）芦威式离心萃取器（Luwesta）

芦威式离心萃取器简称LUWE离心萃取器立式逐级接触式离心萃取器种图442示三级离心萃取器体固定壳体作高速旋转环形盘壳体中央固定动垂直空心轴轴装圆形盘盘开干喷出孔
萃取操作时原料液萃取剂均空心轴顶部加入重液空心轴通道流萃取器底部进入第三级外壳轻液空心轴通道流入第级空心轴轻液级重液相混合空心轴喷嘴转盘方固定盘间通道甩外壳四周重液外部转盘方固定盘间通道进入轴中心顶部排出流第三级第二级第级然进入空心轴排出通道图中实线示轻液第级第二级第三级然进入空心轴排出通道图中虚线示两相均萃取器顶部排出
该类萃取器制药工业处理力7～49m3h定条件级效率接100
（3）波德式离心萃取器（Podbielniak）

波德式离心萃取器称离心薄膜萃取器简称POD离心萃取器种微分接触式萃取设备结构图443示波德式离心萃取器水转轴高速旋转圆形转鼓固定外壳组成转鼓孔长带卷绕成转速高般2000～5000rmin操作时轻重液体分转鼓外缘转鼓中心引入转鼓旋转时产生离心力作重液中心外流动轻液外缘中心流动时液体通螺旋带孔分散两相逆流动程中螺旋形通道密切接触进行传质重液轻液分位转鼓外缘转鼓中心出口通道流出适合处理两相密度差易乳化物系波德式离心萃取器传质效率高理级数达3～12
离心萃取器优点结构紧凑生产强度高物料停留时间短分离效果特适两相密度差易乳化难分相求接触时间短处理量场合缺点结构复杂制造困难操作费高
二 萃取设备选择
萃取设备类型较特点异物系性质操作影响错综复杂具体萃取程选择萃取设备原：满足工艺条件求前提设备费操作费趋低通常选择萃取设备时应考虑素
1．需理级数
需理级数超2～3级时种萃取设备均满足求需理级数较（超4～5级）时选筛板塔需理级数（10～20级）时选外加量设备混合澄清器脉塔复筛板塔转盘塔等
2．生产力
处理量较时选填料塔脉塔处理量较时选混合澄清器筛板塔转盘塔离心萃取器处理力相
3．物系物性
密度差较界面张力较物系选外加量设备密度差较界面张力较物系宜选外加量设备密度差甚界面张力易乳化物系应选离心萃取器
较强腐蚀性物系宜选结构简单填料塔脉填料塔放射性元素提取脉塔混合澄清器较
物系中固体悬浮物操作程中产生沉淀物时需定期清洗时般选混合澄清器转盘塔外复筛板塔脉筛板塔身具定清洗力某场合考虑
4．物系稳定性液体设备停留时间
生产中考虑物料稳定性求设备停留时间短物系抗菌素生产宜选离心萃取器反萃取物系中伴缓慢化学反应求足够长反应时间宜选混合澄清器
5．
选萃取设备时应考虑素源供应情况电力紧张区应选重力流动设备厂房面积受限制时宜选塔式设备厂房高度受限制时宜选混合澄清器
选择设备时应考虑种素列表43
表43 萃取设备选择
设备类型 \考虑素
喷洒塔
填料塔
筛板塔
转盘塔
复筛板 脉动筛板
离心萃取器
混合澄清器
工艺条件
理级数
×
0
0
√
√
0
0
处理量
×
×
0
√
×
0
√
两相流
×
×
×
0
0
√
√
物系性质
密度差
×
×
×
0
0
√
√
粘度高
×
×
×
0
0
√
√
界面张力
×
×
×
0
0
√
0
腐蚀性强
√
√
0
0
0
×
×
固体悬浮物
√
×
×
√
0
×
0
设备费
制造成
√
0
0
0
0
×
0
操作费
√
√
√
0
0
×
×
维修费
√
√
0
0
0
×
0
安装场
面积限
√
√
√
√
√
√
×
高度限
×
×
×
0
0
√
√
注： √—适O—×—适
章结
章重点讲述三角形坐标图液液衡三角形相图杠杆规萃取程计算等萃取程计算中针稀释剂萃取剂互溶度衡关系特点采三角形坐标图解法直角坐标图解法解析法进行计算应重点掌握基杠杆规三角形坐标图解法超界萃取突出特点发展前途新型萃取技术应加解萃取设备类型解基类型特点

思考题
1．选择萃取操作温度？
2．压力萃取分离效果影响？
3．确定单级萃取操作中获萃取液组成？ kA>1kA <1两种情况确定方法否相？
4．选择萃取剂量溶剂？
5．组分BS部分互溶物系确定溶剂量？
6．超界流体萃取特点？
7．根素决定采错流逆流操作流程？
问题解答
1问：三角形坐标图种类型实际应时选择？
答：三角形坐标图基类型等边三角形坐标图等腰直角三角形坐标图普通直角三角形坐标图般情况选等腰直角三角形坐标图普通坐标纸坐标A组分横坐标S组分采分度进行标绘三元物系溶解度曲线读图时物系点横坐标值分混合物系A组分质量分率S组分质量分率根化条件B组分质量分率等腰直角三角形坐标图绘图读图普通直角坐标图类似应时方便等边三角形坐标图绘图时采专门坐标纸绘图读图均较麻烦般采普通直角三角形坐标图仅某组分组成较低线条太密集便绘制时提高图示清晰度读数准确度采
2问：根辅助曲线作法条辅助曲线实际应时选择？
答：轭两相点作三角形两条边行线交点滑联结线辅助曲线（轭曲线）六条辅助曲线作辅助曲线目通寻找已知相衡相提高作图准确度总希作辅助曲线样条曲线：（1）曲率变化（2）溶解度曲线太（3）适长度太短数溶解度曲线通萃余相点作底直角边行线通萃取相点作竖直角边行线条高质量辅助曲线通萃余相点作斜边行线通萃取相点作竖直角边行线条高质量辅助曲线
3问：萃取计算种方法计算时选？
答：萃取计算三角形坐标图解法直角坐标图解法解析法等根计算方法条件方便准进行选三角形坐标图解法萃取计算通方法适合萃取体系三角形坐标图解作线条较三角形坐标图易清晰表达时三角形坐标图解转变成x–y直角坐标图解x–y直角坐标图解法通计算方法显然三角形坐标图解麻烦稀释剂萃取剂互溶时采类似解吸计算X–Y直角坐标图解法衡关系直线采解析法计算避免作图麻烦误差
4问：单级级错流级逆流萃取计算三角形坐标图解时均杠杆规确定点M萃取流程特点知级逆流萃取时原料液F新鲜萃取剂S没直接发生混合应杠杆规FS量确定点M确定第级萃取相E1组成量？
答：单级萃取级错流萃取原料液（级萃余相）新鲜萃取剂直接发生混合然杠杆规确定点点萃取级物系点级逆流萃取然原料液F新鲜萃取剂S没直接发生混合应杠杆规FS量确定点M点M虚拟物系点代表萃取程级物系杠杆规质物料衡算图解两股物料否发生混合写出应物料衡算式然应杠杆规进行图解计算级逆流萃取计算中三角形坐标图应杠杆规FS量确定点M进确定第级萃取相E1组成量整萃取系统物料衡算相应
5问：气液传质塔设备气液负荷定范围否会发生液泛等正常操作现象逆流操作萃取塔否会发生液泛？
答：气液传质塔设备样逆流操作萃取塔中分散相连续相负荷意增流量会引起两相接触时间减少降低萃取效率时两相流速增引起流动阻力增加速度增某极限值时相会流动阻力增加相夹带身入口端流出塔外时萃取塔发生液泛现象液泛时塔正常萃取操作破坏实际操作速度应低液泛速度
学生测题
选择填空（45分）
1．三角形相图三角形顶点代表（ ）物系三条边点代表（ ）物系三角形点代表（ ）物系
2．分配系数指（ ）
3．分配系数列素关（ ）
A 温度 B 物系种类 C 压力 D 组成
4．分配系数越萃取分离效果（ ）
5．通常物系温度越高稀释剂萃取剂互溶度（ ）越利萃取操作
6．选择性系数定义式（ ）
7．溶质分配系数越稀释剂分配系数越选择性系数（ ）越利组分萃取分离
8．选择萃取剂时考虑素（ ）
9．萃取利原料液中组分（ ）差异实现分离单元操作
10．溶解度曲线三角形相图分两区域曲线（ ）区曲线外（ ）区萃取操作（ ）进行
11．进行萃取操作时应选择性系数（ ）1
A 等 B C
12．进行萃取操作时应溶质分配系数（ ）1
A 等 B C
13．萃取剂加入量应原料萃取剂点M位（ ）
A 溶解度曲线方区 B 溶解度曲线方区 C 溶解度曲线 D 位置均
14．萃取设备类型（ ）
15．根两相接触方式萃取设备分（ ）式（ ）式两类填料萃取塔属（ ）筛板萃取塔属（ ）
二分析题 （25分）
纯溶剂S某混合液A+B进行单级萃取操作条件溶解度曲线辅助曲线附图示请图示分析单独改变列条件时萃余液组成变化
（1）萃取剂量S增加（10分）
（2）原料组成xF增加（15分）

三计算题（30分）
20℃时丙酮(A)–水(B)–氯苯(S)三元物系三角形相图题附图示现拟采级逆流萃取装置氯苯溶剂丙酮水溶液中提取丙酮原料液中丙酮质量分率035处理量1000kgh萃取剂量680kgh求终萃余相中丙酮质量分率005试求理级数


第五章 固体物料干燥
湿球温度测量
绝热饱冷塔示意图
湿空气HI图
HI图应
HI图中确定湿空气状态点


1． 章学目
通章学应熟练掌握湿空气性质正确应空气H–I图确定空气状态点性质参数熟练应物料衡算热量衡算解决干燥程中计算问题解干燥程衡关系速率特征干燥时间计算解干燥器类型强化干燥操作基方法
2． 章重点掌握容
湿空气性质
干燥程物料衡算热量衡算
章应掌握容
湿空气H–I图应
湿物料中水分划分
干燥程衡关系
干燥程速率关系 干燥器型式特点
般解容
干燥时间计算
3． 章学应注意问题
应注意两独立性质参数H–I图确定湿空气状态点旦状态点确定便查湿空气性质参数干燥程涉热量传递质量传递应注意复杂性
4． 章教学时数分配
授课学时数 8 学时数 16
5． 章学资料
必读书籍
姚玉英等．化工原理册．天津：天津学出版社1999
参考书籍
1 连理工学化工原理教研室．化工原理册．连：连理工学出版社 1992
2 陈敏恒等．化工原理册．北京：化学工业出版社1985
3 谭天恩等．化工原理册．北京：化学工业出版社1984
4 时钧等．化学工程手册卷第二版．北京：化学工业出版社1996
51 湿空气性质湿度图
1． 学目
通知识点学掌握湿空气性质参数定义计算熟悉H–I图中种线群熟练掌握H–I图应
2． 知识点重点
湿空气性质参数定义计算
H–I图应
3． 知识点难点
湿空气种温度区联系
湿空气性质参数H–I图确定状态点
H–I图湿空气状态点确定湿空气性质参数
4． 应完成题
51 已知湿空气总压100kPa温度60℃相湿度40试求：(1) 湿空气中水汽分压(2) 湿度(3) 湿空气密度
[答（1）797Pa（2）005387kgkg绝干气（3）1016 kgm3湿空气
52 总压1013kPa已知湿空气某参数利湿空气H–I图查出附表中空格项数值绘出分题4求解程示意图
题2 附表
序号
干球温度(℃)
湿球温度(℃)
湿度(kgkg绝干气)
相湿度()
焓(kgkg绝干气)
水汽分压(kPa)
露点(℃)
1
60
35
 
 
 
 
 
2
40
 
 
 
 
 
25
3
20
 
 
75
 
 
 
4
30
 
 
 
 
4
 
满足贮存运输加工等方面需化工生产中涉固体物料般湿分（水分化学溶剂）含量定求湿方法般（1）机械湿离心分离（2）物理湿实验室干燥剂（水氯化钙硅胶等）吸附湿物料中水分（3）干燥利热湿物料中湿分方法
化工中连续操作流干燥应普遍干燥介质饱热空气惰性气体烟道气需湿分水分化学溶剂章讨饱热空气干燥介质湿分水干燥程系统干燥原理空气水系统完全相
湿空气性质
干燥操作中饱湿空气载热体载湿体通空气状态变化解干燥程传热传质特性应首先解湿空气性质
干燥程中湿空气中水分含量断变化绝干空气量变湿空气性质参数均1kg绝干空气作基准
1．湿度Ｈ
湿度称湿含量湿空气中水汽质量绝干空气质量H表示单位kg水汽kg绝干气

（51）
常压湿空气视理想气体根道尔顿分压定律式51

(52)
湿空气中水汽分压等该空气温度纯水饱蒸汽压时空气达饱相应湿度称饱湿度Hs表示

(53)
显然湿空气饱湿度温度总压函数湿度仅水汽摩尔关
2．相湿度j
定总压湿空气中水汽分压p温度水饱蒸汽压ps百分称相湿度百分数简称相湿度j表示

(54)
相湿度代表空气饱程度判断湿空气否作干燥介质湿度湿空气含水量绝值湿度判湿空气否作干燥介质pps时j1表示湿空气水汽饱称饱空气饱空气吸收水分作干燥介质p0时j0表示湿空气中含水分绝干空气时空气具吸湿力
式54代式52Hj关系式

(55)
3．容vH
含1kg绝干气湿空气体积称湿空气容称湿容积vH表示单位m3湿空气kg绝干气湿空气视理想气体
vH 1kg绝干气体积+H kg水汽体积

（56）
定总压湿容积温度湿度函数
4．热容cH
常压含1kg绝干气湿空气温度升高（降低）1℃吸收（放出）热量称热容称湿热cH 表示单位kJ(kg绝干气·℃)

（57）
常温度范围cgcv常数处理cg 101kJ(kg绝干气·℃)cv 188kJ(kg水汽·℃)代式57

(57a)
显然热容仅湿度函数
5．焓
含1kg绝干气湿空气焓称湿空气焓I 表示单位kJkg绝干气

（58）
现规定0℃绝干空气0℃液态水焓值均0湿空气焓计算式

(58a)
式中 r0——0℃时水汽化热值2490kJkg
式58ａ改

(58b)
出湿空气焓温度湿度函数
6． 温度
（1） 干球温度 普通温度计直接测湿空气温度称湿空气干球温度简称温度ｔ表示湿空气真实温度
（2） 湿球温度 湿纱布包裹温度计感温部分（水银球）纱布端浸水中保证纱布直处充分润湿状态种温度计称湿球温度计图51示

湿球温度计置温度ｔ湿度Ｈ流动饱空气中湿纱布中水分必然汽化空气流中扩散时汽化吸热湿纱布中水温降空气间出现温差引起空气水分传热空气传水分显热恰等水分汽化需潜热时空气湿纱布间热质传递达衡湿球温度计温度维持恒定时湿球温度计测温度称湿空气湿球温度ｔw表示
述热质传递程中空气流量认湿空气温度湿度直恒定保持初始温度t湿度Ｈ状态达稳定时空气湿纱布表面传热速率

(59)
传质速率

(510)
稳定状态传热速率传质速率间关系

(511)
式中 ——湿球温度tw水汽汽化热kJkg
联立式59式510式511整理

(512)
实验表明般情况式中kHα空气速度08次方成正认值气流速度关空气～水蒸汽系统 109
湿球温度ｔw湿空气真实温度湿空气温度ｔ湿度Ｈ函数湿空气温度定时饱湿空气湿球温度总低干球温度空气湿度越高湿球温度越接干球温度空气水汽饱时湿球温度等干球温度定总压测出湿空气干湿球温度式512算出空气湿度
应指出测湿球温度时空气流速应5ms减少辐射导热影响
（3）绝热饱冷温度 湿空气绝热饱冷（绝热增湿）程达温度称湿空气绝热饱冷温度简称绝热饱温度tas表示

绝热饱温度图52示绝热饱冷塔中测设塔外界绝热饱空气量水充分接触程中水分会断汽化进入空气中汽化需热量空气温度降放出显热供水汽部分热量汽化潜热形式带回空气中着程进行空气温度塔高逐渐降湿度逐渐升高两相足够长接触时间终空气水汽饱温度降循环水温相空气塔状态变化绝热条件降温增湿直饱程达稳定状态温度初始湿空气绝热饱冷温度相应湿度称绝热饱湿度Has表示
图52塔作热量衡算求出绝热饱温度湿空气性质间关系
设湿空气入塔温度ｔ湿度Ｈ足够长接触时间达稳定状态湿空气离开塔顶温度 湿度Has
塔气液两相间传热程：空气传水分显热恰等水分汽化需潜热单位质量绝干气基准热衡算式

（513）
式整理

（514）
式中 Has 函数cHH 函数绝热饱温度 湿空气初始温度ｔ湿度Ｈ函数湿空气绝热冷增湿程中达极限冷温度定总压测出湿空气初始温度绝热饱温度 式514算出湿空气湿度Ｈ
实验证明湍流状态水蒸汽～空气系统常温度范围 湿空气热容ｃH值接时 定温度ｔ湿度Ｈ较式610式614出湿球温度似等绝热饱冷温度

(515)
水蒸汽～空气外系统式515定成立例甲苯蒸汽～空气系统 时 tw相等
水蒸汽～空气系统绝热饱温度 湿球温度tw数值似相等两者均初始湿空气温度湿度函数两者两完全概念区：
湿球温度tw
绝热饱温度
量空气湿物料接触
量湿物料空气接触
空气温度湿度变
空气温度降低湿度升高
空气湿物料间进行热质传递达衡时湿物料表面温度
空气绝热增湿程中焓变空气达饱时温度
（4）露点 饱空气等湿冷饱状态时温度称露点td表示显然露点湿度露点饱湿度 表示单位kgkg绝干气式53

(516)
式516改写

(517)
定总压已知空气露点式516算出空气湿度反已知空气湿度式517算出露点饱蒸汽压水蒸汽表中查出相应温度露点
根分析水蒸汽～空气系统干球温度t绝热饱温度 （湿球温度tw）露点td三者间关系：
饱空气
饱空气
 
例题解题指导
例51某常压空气温度30℃湿度00256kgkg绝干气试求：
（1）相湿度水汽分压容热容焓
（2）述空气常压加热50℃求述性质参数
解：（1）30℃时性质
相湿度
手册查30℃时水饱蒸汽压ps＝42464kPa式55求相湿度

数带入
解
水汽分压
式56求容

08926 m3湿空气kg绝干气
式57a求热容
kJ(kg绝干气·℃)
焓式58ｂ求湿空气焓

kJkg绝干气
（2）50℃时性质参数
查出50℃时水蒸汽饱蒸汽压12340kPa空气加热时湿度没变化总压恒定水汽分压变

水汽分压 　　空气湿度没变水汽分压4004kPa
容　　　常压湿空气视理想气体50℃时容
m3湿空气kg绝干气
热容　　式57知湿空气热容湿度函数湿空气加热热容变1058kJ／(kg绝干气·℃)
焓　　 kJkg绝干气
计算出湿空气加热然湿度没变化相湿度降低干燥操作中总先空气加热送入干燥器目降低相湿度提高吸湿力
例52常压湿空气温度30℃湿度00256kg／kg绝干气试求该湿空气露点td绝热饱温度ｔas湿球温度tw
解：露点td
湿空气等湿冷饱状态时温度露点式516求出露点温度饱蒸汽压


解 4004kPa
查出该饱蒸汽应温度 287 ℃温度露点
绝热饱温度
式514计算绝热饱温度

Ｈas 函数式计算 时需试差计算步骤
①设 2921℃
②式53求 温度饱湿度Ｈas

查出2921℃时水饱蒸汽压4054Pa汽化潜热242548kJkg
kg／kg绝干气
③式57a求ｃH
kJ(kg℃)
④式514核算
℃
假设 2921℃接受
湿球温度tw 　式512计算湿球温度

计算tas样试差法计算tw计算步骤
①假设t w2921℃
②空气～水系统
③查出2921℃水汽化热 242548 kJkg
④前面已算出2921℃时湿空气饱湿度002593 kgkg绝干气．
⑤式512核算t w
℃
假设2921℃接假设正确
计算结果证明水蒸汽～空气系统 ＝tw
计算出知道湿空气两相互独立参数参数均求出时需试差
例53试应 图确定
（1）例51中30℃50℃时湿空气相湿度焓
（2）例52中湿空气水汽分压露点td绝热饱温度ｔas湿球温度tw
解：（1）例附图（a）示t＝30℃等t线Ｈ00256kgkg绝干气等Ｈ线交点A30℃湿空气状态点点A等 线确定30℃湿空气相湿度 94点Ａ等Ｉ线确定30℃湿空气焓Ｉ95 kJ／kg 绝干气
30℃湿空气加热50℃空气湿度没变化t＝50℃等t线Ｈ00256kgkg绝干气等Ｈ线交点B50℃时湿空气状态点点Ｂ等 线等I线确定50℃时湿空气相湿度32焓117 kJ／kg绝干气
（2）例附图（b）示首先根t＝30℃Ｈ00256 kgkg绝干气确定湿空气状态点A

A点等Ｈ线 线交点B蒸汽分压线确定水汽分压p3800Pa
露点等湿冷饱时温度A点等Ｈ线 100线交点C等t线确定湿空气露点td285℃
绝热饱温度等焓冷饱时温度点A等I线 100线交点D等t线确定绝热饱温度tas29℃
查图结果计算结果较知读图时定误差避免计算时试差麻烦





52 干燥程物料衡算热量衡算
流股进出逆流干燥器示意图
连续干燥程热量衡量示意图
非等焓干燥程中湿空气状态变化示意图
等焓干燥程中湿空气状态变化示意图
1．学目
通学熟练掌握干燥系统蒸发量空气消耗量热量消耗量干燥产量等计算
2． 知识点重点
干燥系统物料衡算
干燥系统热量消耗计算
3． 知识点难点
空气通干燥系统状态确定
4． 应完成题
53 t025℃ 50常压新鲜空气循环废气混合混合气加热90℃干燥某湿物料废气循环075废气状态：t250℃ 80流量1000kgh湿物料干燥湿基含水量02降005假设系统热损失忽略干燥操作等焓干燥程试求（1）新鲜空气耗量（2）进入干燥器时湿空气温度焓（3）预热器加热量
[答（1）2782kg新鲜空气h（2）t18326℃ I12241kJkg绝干气（3）QP1328kW]
54温度t026℃焓I066kJkg绝干气新鲜空气送入预热器预热t1＝95℃进入连续逆流干燥器空气离开干燥器温度t2＝65℃湿物料初态：q1＝25℃w10015G¢19200kg湿物料h终态：q2＝345℃w20002绝干物料热容cs184 kJ(kg绝干物料℃)汽化1kg水分总热损失580kJ试求：(1)干燥产品量G2'(2)作出干燥程操作线(3)新鲜空气消耗量（4）干燥器热效率
[答 (1)9080kgh(2)略(3)17403kg新鲜空气h(4)2418]
55状态t025℃ 55新鲜空气预热器加热t1＝85℃送入干燥器离开干燥器时温度t2＝30℃预热器热源180kPa饱蒸汽总传热系数50W(m2·K) 热损失忽略湿物料初态：q1＝24℃w10037终态：q2＝60℃w20002G2'1000kgh绝干物料热容cs1507kJ（kg绝干物料·℃）转筒干燥器直径D13m长度Z7m干燥器外壁空气流–辐射体积传热系数35kJ（m3·h·℃）试求：（1）绝干空气流量（2）预热器加热蒸汽消耗量（3）预热器传热面积
[答 (1)3102kgh(2)8660kgh(3)1889m2]
物料湿含量表示方法
通常两种表示方法
1．湿基含水量
指湿物料中水分质量分率w 表示

（520）
工业通常表示湿含量
2．干基含水量
指湿物料中水分质量绝干物料质量X 表示单位kg水分kg绝干料

（521）
干燥计算中常采干基含水量
二干燥系统物料衡算

图片56示连续逆流干燥程设干燥器物料损失1s基准进行物料衡算
1．水分蒸发量W
湿物料进行水分衡算

(524a)
干燥介质进行水分衡算

(524b)
2．空气消耗量L
干燥器进行水分衡算

考虑式524b

（525）
式525等号两边Ｗ

（526）
式中 l——单位空气消耗量kg绝干气／kg水分蒸发1kg水分消耗绝干空气量
3．干燥产品流量Ｇ2'
干燥器进行绝干物料衡算

（527）
解

（528）
式中 w1 w2——分物料进出干燥器时湿基含水量
应注意干燥产品指离开干燥器时物料非绝干物料含少量水分湿物料
三干燥系统热量衡算
通热量衡算求预热器热负荷干燥器补充热量干燥程消耗总热量预热器传热面积加热介质量干燥器尺寸干燥系统热效率等计算基础
1．热量衡算基方程

忽略预热器热损失1s基准进行热量衡算
预热器

（529）
预热器热负荷

（530）
干燥器

（531）
整干燥系统

（532）
中物料焓 包括绝干物料焓水分焓

（533）

（534）
式530式531式532连续干燥系统热量衡算基方程式通分析更简明形式
干燥系统总热负荷Q
（1）新鲜空气L（湿度H0）t0加热t2需热量
（2）湿物料进料G1'G2'+W中干燥产品G2'θ1加热θ2需热量 水分W θ1加热汽化升温t2需热量W（188t2+2490–4187θ1）
（3）干燥系统损失热量QL

忽略空气中水汽进出干燥系统焓变湿物料中水分带入干燥系统焓式简化

（535）
式出干燥系统消耗热量加热空气加热物料蒸发水分热损失等四方面
2．干燥系统热效率
干燥系统热效率定义

(536)
忽略湿物料中水分带入干燥系统焓蒸发水分需热量

式代入式536

（537）
热效率愈高表明干燥系统热利率愈提高热效率措施：
（1）提高H2降低t2提高空气出口湿度降低出口温度必然导致干燥程热质传递推动力降低降低干燥速率特吸水性物料干燥空气出口温度应高湿度应低相湿度低实际干燥操作中般空气离开干燥器温度需进入干燥器时绝热饱温度高20～50℃样保证干燥系统面设备致析出水滴否干燥产品返潮易造成路堵塞设备腐蚀
（2）提高t1热敏性物料易产生局部热干燥器空气入口温度高流悬浮颗粒干燥中热质传递速率高空气物料间温差时空气入口温度稍高
（3）回收废气中热量利废气（离开干燥器空气）预热空气物料等
（4）采二级干燥奶粉干燥节省总量80第级喷雾干燥获湿含量006~007粉状产品第二级体积较流化床干燥器获湿含量003产品二级干燥提高产品质量节尤适热敏性物料
（5）利换热器干燥系统设置换热器称换热器量供生产力提高三分更降低空气流率
外应注意干燥设备路保温隔热减少干燥系统热损失
四空气通干燥器时状态变化
干燥程中仅干燥介质湿物料间着复杂热质传递干燥器外界间存着热量交换（补充热量热损失等）影响空气出口状态素较复杂般根空气干燥器焓变化干燥程分等焓程非等焓程
1．等焓干燥程
等焓干燥程称绝热干燥程理想干燥程等焓干燥程应满足条件：
①干燥器补充热量ＱD0
②干燥器热损失忽略ＱL0
③物料进出干燥器焓相等
三项假设代入式531
式说明空气通干燥器时焓恒定

空气等焓干燥程状态变化图58示根新鲜空气两独立状态参数ｔ0Ｈ0便H–I图确定空气进入预热器前状态点A空气预热器等湿加热ｔ1Ａ点等Ｈ线ｔ1应等ｔ线交点Ｂ离开预热器（进入干燥器）状态点等焓干燥程空气焓B点等Ｉ线变化知道空气离开干燥器时独立参数温度ｔ2Ｂ点等焓线温度ｔ2等温线交点Ｃ空气离开干燥器时状态点点Ｂ等焓线理想干燥程操作线
2．非等焓干燥程
非等焓干燥程称实际干燥程非等焓干燥程根空气焓变化种情况
（１）空气焓值降低种程条件
① 干燥器补充热量ＱD0
②干燥器热损失忽略ＱL>0
③物料进出干燥器时焓相等
假设代式531整理
式说明空气离开干燥器焓进干燥器时焓种程操作线ＢC1等焓线BC方图59示ＢＣ1线意点应空气焓值温度BC线相应焓值

(2)空气焓值增干燥器补充热量损失热量加热物料消耗热量

时操作线等Ｉ线BC方图59中BC2线示
（3）空气历等温程干燥器补充热量足够空气干燥程中维持恒定温度ｔ1种程操作线点Ｂ等温线图59中BC3线示
根述程非等焓干燥程中空气离开干燥器时状态点计算法图解法确定具体方法见例56
例题解题指导
例54某常压空气干燥器操作参数附图示湿物料均热容 328 kJ／(kg绝干料·℃）忽略预热器热损失干燥器热损失12 kW试求：（1）水分蒸发量W（2）新鲜空气消耗量L0（3）风机装预热器空气入口处求风机风量（4）预热器消耗热量Qp（5）干燥系统消耗总热量Q（6）干燥器补充热量 QD（7）干燥系统热效率η

解：（1）水分蒸发量W

kg水分h
（２）新鲜空气消耗量L0
20℃水饱蒸汽压 23341 kPa式55知
kgkg绝干气
绝干空气消耗量
kg绝干气h
新鲜空气消耗量
kg新鲜空气h
（3）风机风量V″

首先计算新鲜湿空气容

m3新鲜空气h
m3新鲜空气h
（4）预热器中消耗热量Qp

kJh4311kW
(5) 干燥系统消耗总热量Q
kg绝干物料h

2812 kJh7811kW
（6）干燥器补充热量QD
7811–4311 3500kW
（7）干燥系统热效率 忽略湿物料水分带入系统中焓式537计算


例55题附图1示某常压连续逆流干燥器采废气循环操作循环(循环废气中绝干空气质量混合气中绝干空气质量)08设空气干燥器中历等焓程忽略预热器热损失试求新鲜空气耗量预热器热负荷

解：例附图2示t025℃H00005kgkg绝干气确定新鲜空气状态点Ａt2＝40℃H2＝0034kg／kg绝干气确定循环废气状态点Ｂ根杠杆规确定混合气状态点Ｍ中


查混合气性质参数
tm37℃ Hm＝00282kg／kg绝干气Im110kJkg绝干气
混合气预热器历等湿程干燥器历等焓程Ｍ点等H线Ｂ点等Ｉ线交点Ｎ混合气离开预热器（进入干燥器）状态点读性质参数
t154℃ H1＝Hm＝00282kg／kg绝干气I1128kJkg绝干气
水分蒸发量
WG1'G2' G1'G1' G1' 1000 4845kgh
整干燥系统进行物料衡算

绝干气耗量
kg绝干气h
新鲜空气量

混合气流量

预热器热负荷


53 干燥程物料衡关系速率关系
25℃时某物料衡含水量Ｘ*空气相湿度j关系
固体物料（丝）中含水分性质
恒定干燥条件某物料干燥曲线
恒定干燥条件干燥速率曲线
干燥速率曲线示意图
连续逆流干燥器中典型温度分布情况
1． 学目
通学掌握湿物料中水分划分掌握干燥程机理速率特征解干燥时间计算
2． 知识点重点
湿物料中水分划分
恒定干燥程干燥曲线干燥速率曲线
3． 知识点难点
湿物料中水分划分
4． 应完成题
56 10kg某湿物料恒定干燥条件进行间歇干燥物料铺08×1 m浅盘中常压空气2ms速度垂直穿物料层空气t75℃H0018kgkg绝干空气25时物料含水量X1025kgkg绝干物料降X2015kgkg绝干物料 干燥条件物料Xc01kgkg绝干物料X*0假设降速段干燥速率物料含水量呈线性关系（1）求物料干燥含水量002kgkg绝干物料需总干燥时间（2）空气tH变流速加倍时物料含水量025kgkg绝干物料干燥002kgkg绝干物料需14时求干燥条件Xc [答 (1)1625h(2)0121kgkg绝干料]
57 某湿物料55h恒定干燥含水量 ＝035kgkg绝干料降 010kgkg 绝干物料物料界含水量Xc＝015kgkg绝干料衡含水量X*004kgkg绝干料假设降速阶段中干燥速率物料含水量（X–X*）成正相干燥条件求物料含水量X1＝035kgkg绝干料降X2'005kgkg 绝干物料试求需干燥时间 [答957h]
58 常压流干燥器中热空气某种物料初含水量 ＝1kgkg绝干料干燥终含水量 ＝01kgkg绝干料空气进口温度135℃湿度001kgkg绝干气空气离开干燥器时温度60℃．空气干燥器中历等焓程根实验出第干燥阶段干燥速度表达式

式中 ——干燥速度kg（kg绝干料·h）．
第二干燥阶段干燥速度表达式

试计算完成述干燥务需干燥时间
物料中水分
物料干燥快慢仅干燥介质关物料身特性关干燥程中物料部水分首先应扩散物料表面然湿物料表面干燥介质流中扩散水分物料部扩散速率物料结构物料中水分性质关水分难易程度取决物料水分结合方式
1．衡水分水分
湿物料定状态空气接触足够长时间物料表面水汽分压等空气中水汽分压时物料空气间热质传递达衡空气状态恒定物料含水量会接触时间延长改变种恒定含水量称该物料固定空气状态衡水分称衡湿含量衡含水量X*表示单位kg水分／kg绝干料衡水分定干燥条件干燥部分水分干燥极限

图510示某固体物料25℃时衡含水量X * 空气相湿度 关系称衡曲线出衡水分物料性质空气状态函数相空气状态物料衡含水量较差种物料空气相湿度越衡含水量越低够干燥水分越 ＝0时种物料衡含水量均零绝干空气湿物料干燥成绝干物料
湿物料中超衡水分部分水分称水分水分干燥
2．结合水分非结合水分

图511示恒温测某种湿物料（丝）衡曲线该曲线延长 100线交点Ｂ湿物料点B处衡水分 称结合水湿物料中超出 部分水分称非结合水点B处湿物料饱空气达衡物料表面水汽分压等空气中水汽分压等温度纯水饱蒸汽压 干燥时非结合水汽化纯水汽化完全相极易干燥方法结合水蒸汽压低温度纯水饱蒸汽压较非结合水难干燥方法恒定温度物料结合水非结合水物料性质函数空气状态关
物料总水分衡水分水分非结合水分结合水分间关系示图511中
二干燥时间计算
干燥程复杂传热传质程通常空气状态变化情况干燥程分：恒定干燥操作非恒定（变动）干燥操作两类恒定干燥指干燥程中空气温度湿度流速物料接触方式等发生变化干燥量空气干燥少量物料变动干燥指干燥程中空气状态断变化干燥连续操作干燥程
1．恒定干燥时间计算
（１）干燥实验干燥曲线干燥器设计中需知道达定干燥求物料需干燥时间干燥时间确定取决干燥速率干燥程涉传热程涉传质程机理较复杂目前通间歇干燥实验测定干燥速率曲线
间歇干燥实验中量热空气干燥少量湿物料空气温度湿度气速流动方式恒定变实验程中隔段时间测定物料质量变化记录时间间隔 物料质量变化 物料表面温度θ直物料质量时间变化时物料空气达衡物料中含水分该干燥条件物料衡水分然物料放电烘箱烘干恒重止（控制烘箱温度低物料分解温度）称量绝干物料质量

述实验数整理分绘出图片512示物料含水量Ｘ干燥时间τ物料表面温度q 干燥时间τ关系曲线两条曲线均称干燥曲线
应予注意实验结果应干燥器设计放干燥实验条件应生产条件相似
（2）干燥速率曲线干燥速率指单位时间单位干燥面积汽化水分质量

（538）


（539）
式中 ——批操作中绝干物料质量kg
式539中负号表示Ｘ干燥时间增加减式539代入式538中

（540）
式540干燥速率微分式
根图512干燥曲线dXdt X关系图片513示干燥速率曲线

图512513出干燥程致划分两阶段ABC段表示干燥第阶段中AB段预热段干燥进行段干燥速率升高物料含水量略降表面温度略升高预热段般短通常入BC段起考虑物料表面温度升空气状态湿球温度时干燥进入BC段段空气传物料显热恰等水分汽化需潜热物料表面温度维持tw变物料含水量干燥时间直线降干燥速率保持恒定称恒速干燥阶段CDE表示干燥第二阶段称降速干燥阶段干燥进入ＣＤ段物料开始升温热空气传物料热量部分加热物料tw升高θ2部分水分汽化阶段干燥速率物料含水量减少降低直E点物料含水量等衡含水量X*干燥速率降零干燥程停止两干燥阶段间交点Ｃ称界点点C应物料含水量称界含水量Xc表示点C恒速段终点降速段起点干燥速率等恒速干燥阶段速率Uc表示
恒速干燥阶段降速干燥阶段中干燥机理影响素相应予分讨
①恒速干燥阶段恒定干燥条件恒速干燥阶段固体物料表面充分润湿状况湿球温度计湿纱布表面状况类似物料表面温度q 等空气湿球温度 （假设湿物料受辐射传热影响忽略计）物料表面空气湿度等 饱湿度 空气传湿物料显热恰等水分汽化需汽化热

（541）
中空气物料表面流传热通量

（542）
湿物料空气传质速率（干燥速率）

（543）
式中Q′——批物料干燥中空气传物料总热量kJ
干燥恒定空气条件进行空气条件变αkH值均保持恒定变（ｔ– ）（ ）恒定值式542式543知湿物料空气间传热速率传质速率均保持变湿物料恒定速率U空气中汽化水分
式542式543代入式541中整理


（544）
整恒速干燥阶段中湿物料部水分表面传递力完全满足水分物料表面汽化求物料表面始终维持恒定充分润湿状态恒速干燥阶段干燥速率取决物料表面水分汽化速率决定物料外部干燥条件物料部水分状态关恒速干燥阶段称表面汽化控制阶段般说阶段汽化水分非结合水液面汽化情况相
②降速干燥阶段湿物料中含水量降界含水量Ｘc便转入降速干燥阶段时水分物料部表面迁移速率物料表面水分汽化速率物料表面维持充分润湿部分表面变干空气传物料热量法全部汽化水分部分热量加热物料干燥速率逐渐减物料温度升高部分表面汽化出结合水分干燥程进行图513中D点时全部物料表面含非结合水点Ｄ开始汽化面逐渐物料部移动汽化需热量通已干燥固体层传递汽化面物料中汽化出水分通层固体传递空气流中时干燥程传热传质阻力增加干燥速率CD段降更快达点Ｅ时速率降零物料中含水分该空气状态衡水分
降速阶段干燥速率曲线形状物料部结构异某孔性物料降速阶段曲线CD段某孔吸水性物料干燥曲线没等速段降速段类似DE段曲线物料DE段弯曲情况图513中相反
根分析降速阶段干燥速率取决物料身结构形状尺寸干燥介质状态参数关系降速阶段称物料部迁移控制阶段
③界含水量界含水量物料性质厚度干燥速率变例孔吸水性物料界含水量孔物料定干燥条件物料层越厚Ｘc值越干燥介质温度高湿度低恒速干燥段干燥速率物料表面板结较早进入降速干燥段Ｘc较
界含水量恒速干燥段降速干燥段分界点界含水量Ｘc值越转入降速干燥段越早相干燥务需干燥时间越长干燥程说利解影响Ｘc素控制干燥操作减低物料层厚度加强物料搅拌减Xc时增干燥面积采气流干燥器流化床干燥器时Ｘc值般均较低
湿物料界含水量通常实验测手册中查表51列出某物料Ｘc值
表51 物料界含水量
机物料
机物料
界含水量
特征
例子
特征
例子
水分（干基含水量）
粗纤维
未染羊毛
粗核孔物料50目
石英
003～005
晶体粒状孔隙较少物料粒度60325目
食盐海沙矿石
005～015
晶体粒状孔隙较少物料
麸酸结晶
孔结晶物料
硝石细沙粘土细泥
015～025
粗纤维细粉
粗毛线醋酸纤维印刷纸碳素颜料
细沉淀物定形胶体状物料粗机颜料
碳酸钙细陶土普鲁士蓝
025～05
细纤维定形均匀状态压紧物料
淀粉纸浆厚皮革
浆状机物机盐
碳酸钙碳酸镁二氧化钛硬脂酸钙
05～10
分散压紧物料胶体状态凝胶状态物料
鞣制皮革糊墙纸动物胶
机物机盐触媒剂吸附剂
硬脂酸锌四氯化锡硅胶氢氧化铝
10～300
（3）恒定干燥条件干燥时间计算
①恒速阶段恒速阶段干燥时间直接图512a查没干燥曲线物系采方法计算
恒速干燥段干燥速率等界干燥速率式540改写

（540a）
τ0XX1ττ1XXc积分式


（545）
缺乏Uc数式544应界点处计算出Uc：

（544a）
流传热系数α物料干燥介质接触方式关面种验公式估算
空气行流静止物料层表面

(546)
式应： 2450~29300kg(m2·h)空气均温度45~150℃
空气垂直流静止物料层表面

(547)
式应： 3900~19500kg(m2h)
气体运动着颗粒间传热

（548）
述验式干燥速率干燥时间作似计算通分析影响干燥速率素例空气流速越高温度越高湿度越低干燥速率越快温度高湿度低会干燥速率太快引起物料变形开裂表面硬化外空气速度太会产生气流夹带现象应视具体情况选择适宜操作条件
②降速干燥段降速干燥段干燥时间采式540计算先该式改

（540b）
τ0 cττ2 积分式：

(549)
式549中积分项需 关系 呈非线性关系应采图解积分数值积分法计算

呈线性变化图514示根降速阶段干燥速率曲线(Xc Uc)(X*0)两点确定方程

（550）
式中kX——降速阶段干燥速率线斜率 kg绝干料(m2·s)
式550代入549

(551)
积分式

(551)


(551a)
衡含水量X *非常低缺乏X *数时忽略X *假设降速阶段干燥速率曲线通原点直线图514中虚线示X *0时式550式551变

(550a)

(551b)
2．变动干燥时间计算
变动干燥条件干燥操作干燥时湿空气状态等I线变化逆流干燥器中空气湿物料温度分布图片515示

物料进入干燥器先短预热物料温度升高空气初始状态湿球温度ｔw转入干燥第阶段干燥操作等焓程段空气状态等焓线变化空气绝热降温增湿物料表面温度恒定空气初始状态湿球温度阶段中干燥速率物料表面水分汽化速率控制汽化出非结合水空气状态变化干燥速率恒定达界点转入干燥第二阶段界点处物料含水量Xc相应空气温度tc湿度Hc干燥第二阶段中干燥速率水分物料部迁移速度控制达干燥器出口处物料温度升θ2含水量降X2
（1）第阶段干燥时间式540知

式中G——绝干物料流量kg绝干料／s
数干燥程中预热段时间短计算时入第阶段τ0XX1ττ1XXc积分式

(552)
544代入式

（552a）
式图解积分法数值积分法求解中积分项
干燥第阶段绝热程 定值空气流速恒定时传质系数kH恒定值式552a积分先式中湿物料干基含水量Ｘ相应空气湿度Ｈ换微分长度高度逆流干燥器进行水分衡算
GdXLdH
（553）
式553代入式552a物料含水量X表示边界条件改相应空气湿度H

（554）
（2）第二阶段干燥时间
样利式540求第二阶段干燥时间

（555）
式中积分项图解积分法数值积分法求解
第二阶段干燥速率曲线直线（XcUc）（X*0）两点

（556）
式552应界点处式555式556相联立整理

（557）
干燥器物料出口处干燥第二阶段中意截面间进行水分衡算


式式553代入式557式中边界条件Ｘ换相应Ｈ

积分式整理第二阶段干燥时间计算式

(558)
必须指出类型干燥器湿物料干燥介质相运动方式实际计算时某干燥器需采验方法计算干燥时间参阅干燥器设计
例题解题指导
例57恒定干燥条件测某物料干燥曲线图片513示已知现湿物料湿含量 040kgkg绝干料干燥操作时单位干燥面积绝干物料量 215kg绝干料m2试求该物料干燥X2001kgkg绝干料时需干燥时间
解：图513知该物料界含水量Xc≈019kgkg绝干料> X2物料干燥程包括恒速干燥降速干燥两阶段
恒速段干燥时间式545计算图513查Uc≈15 kg水(m2·h)

降速段干燥时间数值积分法计算采辛普森公式取n6Xc≈019kg水kg绝干料X2001kg水kg绝干料6等分X 应U 列题附表中
例510 附表
X(kg水kg绝干料)
019
016
013
010
007
004
001
U[kg水(m2·h)]
15
135
115
098
078
032
007
根式549降速段干燥速率

总干燥时间：
假设图513中降速阶段干燥速率曲线通原点直线图中虚线示降速干燥时间式551ｂ估算

数值积分法结果相
例58常压连续逆流干燥器中干燥均粒度600mm疏松物料进入干燥器湿物料量1600kgh物料初始含水量X1＝1kgkg绝干料终含水量X2003kgkg绝干料空气进干燥器时温度120℃湿度001kgkg绝干气离开干燥器时温度55℃假设空气干燥器历等焓程试求干燥时间
实验测：物料衡含水量X*00152kgkg绝干料界含水量Xc025kgkg绝干料相应空气湿度Ｈc00134kgkg绝干气湿度差推动力传质系数kH00528kg(m2·ｓ·ΔＨ）kg进入干燥器湿物料具006ｍ2干燥表面积
解：空气历等焓程式554计算干燥第阶段干燥时间

ｔ1120℃Ｈ1001kgkg绝干气H–I图中定出空气进入干燥器时状态点AA点等I线ｔ＝55℃等温线交点B空气出干燥器时状态点湿度H20036kgkg绝干气
ｔ1120℃Ｈ1001kgkg绝干气查出空气湿球温度饱湿度 0043kgkg绝干气
绝干物料流量： 绝干料
水分蒸发量：
绝干空气流量：

式558计算干燥第二阶段干燥时间


总干燥时间 2359+08863245ｈ

54 干燥器
选择填空
计算题

1． 学目
通学掌握种干燥器结构特点应场合解干燥器选型
2． 知识点重点
干燥器结构特点应场合
干燥器型式
工业生产中干燥物料形状（块状粒状溶液浆状膏糊状等）性质（耐热性含水量分散性粘性耐酸碱性防爆性湿度等）生产规模生产力相差较干燥产品求（含水量形状强度粒度等）相采干燥器型式种样通常干燥器加热方式分成表52示类型
表52 常干燥器分类
类型
干燥器
流干燥器
厢式干燥器气流干燥器沸腾干燥器转筒干燥器喷雾干燥器
传导干燥器
滚筒干燥器真空盘架式干燥器
辐射干燥器
红外线干燥器
介电加热干燥器
微波干燥器

1．厢式干燥器
厢式干燥器称盘式干燥器种常压间歇操作古老干燥设备般型称烘箱型称烘房气体流动方式分流式穿流式真空式

流式干燥器基结构图片516示干燥物料放盘架7浅盘物料堆积厚度约10～100ｍｍ风机３吸入新鲜空气加热器5预热挡板６均匀水掠浅盘物料表面物料进行干燥部分废气排出２排出余循环提高热效率废气循环量吸入口排出口挡板进行调节空气流速根物料粒度定应物料气流挟带出干燥器原般1～10ｍｓ种干燥器浅盘放移动车盘架方便物料装卸减轻劳动强度
干燥程特殊求干燥热敏性物料易燃易爆物料物料湿分需回收等厢式干燥器真空操作称厢式真空干燥器干燥厢密封浅盘架制成空心加热蒸汽中通干燥时传导方式加热物料盘中物料含水分溶剂汽化汽化出水汽溶剂蒸汽真空泵抽出维持厢真空度

穿流式干燥器结构图517示物料铺孔浅盘（网）气流垂直穿物料层两层物料间设置倾斜挡板防层物料中吹出湿空气吹入层空气通孔速度约03～12ms穿流式干燥器适通气性颗粒状物料干燥速率通常流时8~10倍
厢式干燥器烟道气作干燥介质
厢式干燥器优点结构简单设备投资少适应性强缺点劳动强度装卸物料热损失产品质量易均匀厢式干燥器般应少量品种物料干燥尤适合实验室应
2．洞道式干燥器

图518示洞道式干燥器器身狭长洞道敷设铁轨系列车载着盛浅盘中悬挂架湿物料通洞道洞道中热空气接触干燥车连续间歇进出洞道
洞道干燥器容积车器停留时间长适处理量干燥时间长物料木材陶瓷等干燥介质热空气烟道气气速般应2～3ms洞道中采中间加热废气循环操作
3．带式干燥器

带式干燥器图519示干燥室截面长方形部安装网状传送带物料置传送带气流物料错流流动带子前移程中物料断热空气接触干燥传送带单层层带宽约1～3ｍ带长约4～50ｍ干燥时间约5～120min通常物料运动方分成许区段区段装设风机加热器区段气流方温度湿度速度湿料区段操作气速
根干燥物料性质传送带帆布橡胶涂胶布金属丝网制成
物料带式干燥器基保持原状时连续干燥种固体物料求带物料堆积厚度装载密度均匀致否通风均匀会产品质量降种干燥器生产力热效率均较低热效率约40带式干燥器适干燥颗粒状块状纤维状物料
4．转筒干燥器

图520示热空气直接加热逆流操作转筒干燥器体略微倾斜旋转圆筒湿物料转筒较高端送入热空气端进入气固转筒逆流接触着转筒旋转物料重力作流较低端通常转筒壁装干块抄板作物料抄起洒增干燥表面积提高干燥速率时促物料前运行转筒旋转周时物料抄起洒次物料前进距离等落高度转筒倾斜率图521示抄板型式种样回转筒采抄板前半部分采结构较简单抄板半部分采结构较复杂抄板

干燥器空气物料间流逆流外采流逆流相结合操作流时入口处湿物料高温低湿热气体相遇干燥速率着物料移动方热气体温度降低湿度增干燥速率逐渐减出口时流操作适含水量较高允许快速干燥耐高温吸水性较物料逆流时干燥器段干燥速率相差适允许快速干燥产品耐高温物料
减少粉尘飞扬气体干燥器速度宜高粒径1mm左右物料气体速度03～10ms粒径5mm左右物料气速3ms时防止转筒中粉尘外流采真空操作转筒干燥器体积传热系数较低约02～05Ｗ（m3·℃）
耐高温怕污染物料采烟道气作干燥介质受污染极易引起量粉尘物料采间接加热转筒干燥器种干燥器传热壁面装转筒轴心处固定心圆筒筒通烟道气转筒壁装圈圈固定轴加热间接加热转筒干燥器效率低目前较少采
转筒干燥器优点机械化程度高生产力流体阻力容易控制产品质量均匀外转筒干燥器物料适应性较强仅适处理散粒状物料处理粘性膏状物料含水量较高物料时中掺入部分干料降低粘性转筒外壁安装敲器械防止物料粘壁转筒干燥器缺点设备笨重金属材料耗量热效率低（约30~50）结构复杂占面积传动部件需常维修等目前国采转筒干燥器直径06～25m长度2～27m处理物料含水量3～50产品含水量降05甚低01（均湿基）物料转筒停留时间5min~2h转筒转速1~8rmin倾角8°
5．气流干燥器
气流干燥器种连续操作干燥器湿物料首先热气流分散成粉粒状热气流流运动程中干燥气流干燥器处理泥状粉粒状块状湿物料泥状物料需装设分散器块状物料需附设粉碎机气流干燥器直型脉型倒锥型套型环型旋风型等

图522示装粉碎机直型气流干燥装置流程图气流干燥器体直立圆4湿物料加料斗9加入螺旋输送混合器1中定量干物料混合混合物料燃烧炉2干燥介质（热空气烟道气等）进入粉碎机3粉碎粉碎物料吹入气流干燥器中干燥器中热气体作高速运动物料颗粒分散气流起运动热气流物料间进行热质传递物料干燥干燥物料气流进入旋风分离器5分离底部排出分配器8部分作产品排出部分送入螺旋混合器供循环废气风机6放空
气流干燥器具特点：
（1）处理量干燥强度气流速度高达20～40ms物料悬浮气流中气固间接触面积热质传递速率快粒径50μm颗粒干燥均匀含水量低产品
（2）干燥时间短物料干燥器般停留05～2s干燥介质温度较高物料温度会升太高适热敏性易氧化物料干燥
（3）设备结构简单占面积固体物料气流作形成稀相输送床输送方便操作稳定成品质量均匀处理物料粒度定限制
（4）产品磨损较干燥气速较高物料颗粒间物料颗粒器壁间发生相互摩擦碰撞物料破碎作气流干燥器适易粉碎物料
（5）尘设备求严系统流体阻力较

采30～40ms气速粒径100μm聚氯乙烯颗粒进行气流干燥实验测体积传热系数 干燥高度Z关系图523示出干燥底部 数值 Z增高降低干燥底部降快
湿物料进入干燥物料颗粒干燥器中运动属固体颗粒流动流体中沉降运动历加速段恒速段通常加速段加料口1～3ｍ完成加速段气体颗粒间相速度流传热系数时干燥底部颗粒密集单位体积干燥器中具较传热面积加速段中体积传热系数较方面干燥底部气固间温度差较干燥速率快般加料口1m左右干燥气体传物料热量约占整干燥中传热量12～34
分析知欲提高气流干燥器干燥速率降低干燥高度应发挥干燥底部加速段作增加气体颗粒间相速度已提出许改进措施采脉等径干燥底部接段段变径气流颗粒速度处断改变状态产生加速段相似作
6．流化床干燥器
流化床干燥器称沸腾床干燥器流态化技术干燥操作中应流化床干燥器种类致分：单层流化床干燥器层流化床干燥器卧式室流化床干燥器喷动床干燥器旋转快速干燥器振动流化床干燥器离心流化床干燥器热式流化床干燥器等

图524单层圆筒流化床干燥器颗粒物料放置分布板热空气孔板底部送入均匀分布物料接触气速控制界流化速度带出速度间颗粒流化床中翻动彼碰撞混合气固间进行传热传质气体温度降低湿度增物料含水量断降低终干燥器底部干燥产品热气体干燥器顶部排出旋风分离器分出细颗粒放空静止物料层高度005~015m时粒径05mm物料气速取（04～08）ut粒径较物料颗粒床易发生结块般实验确定操作气速
流化床干燥器特点：
（1）流化干燥气流干燥样具较高热质传递速率体积传热系数高达2300～7000W(m3℃)
（2）物料干燥器中停留时间调节出料口控制含水量低产品物料干燥程存降速阶段时采流化床干燥较利外干燥颗粒物料适采气流干燥器时采流化床干燥器通调节风速完成干燥操作
（3）流化床干燥器结构简单造价低活动部件少操作维修方便气流干燥器相流化床干燥器流体阻力较物料摩损较轻气固分离较易热效率较高（非结合水干燥60～80结合水干燥30～50）
（4）流化床干燥器适处理粒径30μm～6mm粉粒状物料粒径气体通分布板易产生局部沟流颗粒易夹带粒径流化需较高气速流体阻力加磨损严重流化床干燥器处理粉粒状物料时求物料中含水量2～5颗粒状物料低10～15否物料流动性较差湿物料中加部分干料器设置搅拌器利物料流化防止结块
流化床中存返混短路部分物料未充分干燥离开干燥器部分物料会停留时间长产生度干燥现象单层沸腾床干燥器仅适易干燥处理量较干燥产品求太高场合

干燥求较高需干燥时间较长物料般采层（室）流化床干燥器图525示两层流化床干燥器物料部加入第层溢流流第二层然出料口排出热气体干燥器底部送入次通第二层第层分布板物料接触废气器顶排出物料热气流逆流接触物料层中相互混合层层间发生混合层流化床干燥器中物料热空气次接触尾气湿度温度低热效率较高设备结构复杂流体阻力较需高压风机外层流化床干燥器需解决物料层定量转入层防止热气流溢流短路流动等问题操作破坏物料正常流化国采五层流化床干燥器干燥涤纶切片取良效果

图526示卧式室流化床干燥器体长方体般器垂直挡板分隔成4～8室挡板端孔板间留十毫米间隙（般取床层中静止物料层高度14～12）物料逐室通越堰板卸出热空气分通室室温度湿度流量均调节第室中物料较湿热空气流量时设置搅拌器物料分散室通入冷空气冷干燥产品便贮存种型式干燥器层流化床干燥器相操作稳定流体阻力较热效率较低耗气量
7．喷雾干燥器
喷雾干燥器溶液浆液悬浮液通喷雾器形成雾状细滴分散热气流中水分迅速汽化达干燥目热气流物料采流逆流混合流等接触方式根产品求终获30～50μm微粒干燥产品种干燥方法需原料预先进行机械分离干燥时间短（般5～30s）适宜热敏性物料干燥食品药品生物制品染料塑料化肥等

常喷雾干燥流程图527示浆液送料泵压喷雾器（喷嘴）喷嘴喷成雾滴分散热气流中雾滴中水分迅速汽化成微粒细粉落器底产品风机吸旋风分离器中回收废气风机排出喷雾干燥干燥介质热空气烟道气含机溶剂物料氮气等惰性气体
喷雾器喷雾干燥关键部分液体通喷雾器分散成10～60μm雾滴提供蒸发面积（ｍ3溶液具表面积100～600ｍ2）达快速干燥目喷雾器般求：形成雾粒均匀结构简单生产力量消耗低操作容易等常喷雾器三种基型式：
（1）压力式喷雾器压力式喷雾器图528b示高压泵液浆获高压（3～20MPa）液浆进入喷嘴螺旋室作高速旋转然出口孔呈雾状喷出压力式喷雾器特点结构简单操作简便耗低生产力需高压系统压力式喷雾器目前应广喷雾器
（2）旋转式喷雾器图528a示旋转式喷雾器料液送高速旋转圆盘中部圆盘放射形叶片般圆盘转速4000～20000rmin圆周速度100～160ｍs液体离心力作呈雾状圆盘周边甩出处理物料固体浓度较时宜采旋转式喷雾器
（3）气流式喷雾器气流式喷雾器图528c示高速气流料液喷嘴成雾滴喷出般压缩空气压力03～07MPa气流式喷雾器喷出雾滴细处理量较少时常采气流式喷雾器气流式喷雾器处理含少量固体溶液

喷雾室塔式箱式两种塔式应广泛
物料气流干燥器中流分流逆流混合流三种种流分直线流动螺旋流动易粘壁物料宜采直线流流液滴高速气流直行减少雾滴粘附器壁机会雾滴干燥器中停留时间相较短螺旋形流动时物料器停留时间较长离心力作粒子甩器壁增加物料粘壁机会逆流时物料器停留时间较长宜干燥较颗粒较难干燥物料适热敏性物料逆流时废气器顶排出减少未干燥雾滴气流带走气体速度太高定生产力言干燥器直径较
喷雾干燥优点干燥速率快时间短尤适热敏物料干燥连续操作产品质量稳定干燥程中粉尘飞扬劳动条件较方法难进行干燥低浓度溶液需蒸发结晶机械分离粉碎等操作便料液直接获干燥产品缺点耐高温物料体积传热系数低需干燥器容积单位产品耗热量动力消耗外细粉粒产品需高效分离装置
8．滚筒干燥器
滚筒干燥器导热方式加热连续干燥器适溶液悬浮液胶体溶液等流动性物料干燥

双滚筒干燥器体两旋转方相反滚筒滚筒部分表面浸料槽中滚筒转动时料槽中转出部分表面便沾厚度03～5ｍｍ薄层料浆加热蒸汽通入滚筒部通筒壁导热物料中水分蒸发水汽挟带粉尘滚筒方排气罩排出滚筒转动周物料干燥滚筒壁刮刀刮螺旋输送器送出易沉淀料浆原料两滚筒间缝隙处洒
滚筒直径般05～10m长度1～3ｍ转速1～3rmin处理物料含水量10～80滚筒干燥器热效率高（热效率70~80）动力消耗（约002~005kWkg水）干燥强度（30~70kg水(h·m2)）物料停留时间短（5~30s）操作简单滚筒干燥器结构复杂传热面积（般超12m2）干燥产品含水量较高（般3~10）滚筒干燥器喷雾干燥器相具动力消耗低投资少维修费少干燥时间干燥温度容易调节（改变滚筒转速加热蒸汽压力）等优点生产力劳动强度条件等方面喷雾干燥器
二干燥器选型
选择干燥器时首先应根湿物料形状特性处理量处理方式选热源等选择出适宜干燥器类型通常干燥器选型应考虑项素：
（1）干燥物料性质热敏性粘附性颗粒形状磨损性腐蚀性毒性燃性等
（2）干燥产品求干燥产品含水量形状粒度分布粉碎程度等干燥食品时产品形状粉碎程度均成品质量价格直接影响干燥脆性物料时应特注意成品粉碎粉化
（3）物料干燥速率曲线界含水量确定干燥时间时应先实验测出干燥速率曲线确定界含水量 物料介质接触状态物料尺寸形状干燥速率曲线影响物料粉碎进行干燥时干燥面积增外般界含水量 值降低利干燥法设计类型相干燥器进行实验时应干燥器模拟设计时湿物料状态进行实验确定界含水量Ｘc值
（4）回收问题固体粉粒回收溶剂回收
（5）干燥热源利热源选择量综合利
（6）干燥器占面积排放物噪声否满足环保求
表53列出干燥器选择表供选型时参考
表53 干燥器选择表
湿物料状态
物料实例
处理量
适干燥器
液体泥浆状
洗涤剂树脂溶液盐溶液牛奶等
批量
喷雾干煤器
批量
滚筒干燥器
泥糊状
染料颜料硅胶淀粉粘土碳酸钙等滤饼沉淀物
批量
气流干燥器 带式干燥器
批量
真空转筒干燥器
粉粒状 （001~20 ）
聚氯乙烯等合成树脂合成肥料磷肥活性炭石膏钛铁矿谷物
批量
气流干燥器 转筒干燥器 流化床干燥器
批量
转筒干燥器 厢式干燥器
块状 （20~100 ）
煤焦碳矿石等
批量
转筒干燥器
批量
厢式干燥器
片状
烟叶薯片
批量
带式干燥器 转筒干燥器
批量
穿流厢式干燥器
批量
高频干燥器
短纤维
酯酸纤维硝酸纤维
批量
带式干燥器
批量
穿流厢式干燥器
定物料制品
陶瓷器胶合板皮革等
批量
隧道干燥器


章结
章讲述湿空气种性质参数干燥系统物料衡算热量衡算干燥程衡关系速率关系干燥器基形式等容湿空气性质熟练掌握性质参数定义计算熟悉空气湿焓图熟练应湿焓图确定湿空气状态性质参数注意性质参数间独立性物料衡算热量衡算干燥器基计算应熟练应解决干燥系统基问题干燥程衡关系速率关系重点掌握湿物料中水分划分干燥程特征解干燥时间计算知道干燥器基类型特点
思考题
1 湿空气总压变化时湿空气H–I图线变化 tH相条件提高压力干燥操作否利 什
2 测定湿球温度tw绝热饱温度tas时水初温测定结果否影响？什？
3 区结合水分非结合水分？
4 空气tH定时某物料衡湿含量X*空气H降试问该物料X*变化？
5 采定湿度热空气干燥湿物料水分结合水非结合水？什？
问题解答
问：判断湿空气两性质参数否相互独立？
答：首先应理解湿空气性质参数意义：露点湿空气等湿冷饱时温度知道露点相知道湿空气等湿线露点湿度独立绝热饱温度湿空气绝热降温增湿饱时温度历等焓程湿空气焓绝热饱温度（湿球温度）独立已知两独立性质参数计算性质参数H–I图确定湿空气状态点然查性质参数湿空气性质参数独立性总结附表中
 
t
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注：√ 参数独立× 参数独立
问：湿空气湿球温度绝热饱温度区联系？
答：水蒸汽～空气系统绝热饱温度 湿球温度tw数值似相等两者均初始湿空气温度湿度函数两者两完全概念区：湿球温度tw量空气湿物料接触空气湿物料间进行热质传递达衡时湿物料（湿纱布）表面温度空气湿物料接触程中空气温度湿度变状态变绝热饱温度 量湿物料空气接触空气绝热增湿降温饱时冷极限温度空气湿物料接触达饱程中空气历温度降低湿度升高焓保持变程
问：结合水分衡水分区联系？
答：衡水分空气状态物料特性函数定物料衡水分空气状态变化衡水分定空气状态干燥水分干燥极限结合水分物料特性关空气状态关结合水分饱湿空气衡湿物料含水分低值湿物料含水量低值便会饱湿空气中吸收水分般结合水分部分水分干燥部分衡水分定状态空气干燥
学生测题
选择填空（50分）
1 某常压湿空气t1加热t2空气性质参数变化： H1（）H2φ1（）φ2I1（）I2td1（）td2tw1（）tw2tas1（）tas2cH1（）cH2vH1（）vH2
① ② 等 ③ ④ 确定
2 湿空气温度干球温度绝热饱温度露点间关系： t ( )tastas ( ) tw tw ( ) td
① 等 ② 等 ③ 等 ④ 确定 ⑥ ⑤
3 湿空气H–I图（）线群（）线群（）线群（）线群（）线群组成
4 已知湿空气性质参数（）H–I图确定湿空气状态
① Ht ② Htd③ Itw④ Ij⑤ Htw⑥ Hj
5干燥系统消耗热量( )（）（）（）
6干燥系统热效率指（）
7（）物料性质关（）空气状态关
① 衡水分 ② 水分 ③ 结合水 ④ 非结合水
8通干燥水分（）
① 衡水分 ② 水分 ③ 结合水 ④ 非结合水
9般恒速干燥阶段水分（）
① 衡水分 ② 水分 ③ 结合水 ④ 非结合水
10 般干燥程划分（）阶段（）阶段
11干燥程中表面汽化控制阶段水分（）部迁移控制阶段水分（）
① 衡水分 ② 水分 ③ 结合水 ④ 非结合水
12界含水量指（）
13干燥器形式（）
14气流干燥器干燥作发生（）
① 干燥进口段 ② 干燥出口段 ③ 干燥中间段 ④ 整干燥
15流化床干燥器特点（）
二计算题（50分）
1 温度20℃湿度0009kg水／kg绝干气湿空气常压加热50℃试求
（1） 加热前湿空气焓变（2）加热湿空气相湿度（15分）
2 温度20°C湿度001kgkg绝干气常压新鲜空气预热器预热120°C干燥某湿物料空气离开干燥器温度60°C湿度005kgkg绝干气湿物料进出干燥器温度分30°C50°C湿基含水量分205干燥产品流量60kgh湿物料均热容2134kJ(kg湿物料°C)忽略干燥系统热损失试求：
1）新鲜空气耗量（2）干燥系统需总加热速率（3）干燥系统热效率（35分）

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