1、返回1第七章第七章 流體流動流體流動v山東化工職業學院化學工程系山東化工職業學院化學工程系返回一、化工過程與單元操作一、化工過程與單元操作v化工過程化工過程 原料預處理過程原料預處理過程 反應過程反應過程 產物產物后處理過程后處理過程v1.單元操作的定義單元操作的定義v 指在指在原料預處理和反應產物后處理過程中進原料預處理和反應產物后處理過程中進行的一系列行的一系列物理變化過程物理變化過程，以及為了維持反應，以及為了維持反應條件一定，反應器中所涉及的一系列物理過程條件一定，反應器中所涉及的一系列物理過程返回v2.單元操作的分類單元操作的分類v（1）動量傳遞：流體輸送、攪拌（物料）動量傳遞：流體

2、輸送、攪拌（物料的混合或分散）、沉降，過濾（非均相的混合或分散）、沉降，過濾（非均相混合物的分離）；混合物的分離）；v（2）熱量傳遞：傳熱（物料的加熱或冷）熱量傳遞：傳熱（物料的加熱或冷卻）蒸發；卻）蒸發；v（3）質量傳遞：吸收，精餾，萃取、干）質量傳遞：吸收，精餾，萃取、干燥、結晶、吸附，膜分離等燥、結晶、吸附，膜分離等返回二、化工原理的計算基礎二、化工原理的計算基礎v 設計型計算和操作型計算設計型計算和操作型計算v1.物料衡算：以質量守恒為基礎。物料衡算：以質量守恒為基礎。v2.能量衡算：以能量守恒為基礎。能量衡算：以能量守恒為基礎。v3.傳遞速率：決定傳遞過程進行的快慢。傳遞速率：決定傳

3、遞過程進行的快慢。v4.過程極限：平衡狀態是過程進行的熱力學極過程極限：平衡狀態是過程進行的熱力學極限。限。v5.物性計算：物性計算：v6.經濟效益：評價工程合理性的最終判據經濟效益：評價工程合理性的最終判據返回7.1 概述概述v一、流體及其流動一、流體及其流動v流體：液體（不可壓縮）和氣體（可流體：液體（不可壓縮）和氣體（可壓縮）壓縮）v流體的特點：流動性、無定形性、在外力作用流體的特點：流動性、無定形性、在外力作用下內部發生相對運動下內部發生相對運動 。具有連續性。具有連續性。v化工過程傾向于處理流體物料，原因是：化工過程傾向于處理流體物料，原因是： 流體易于輸送（流動性）流體易于輸送（流

4、動性） 貯存方便（無定形性）貯存方便（無定形性） 容易混合均勻（外力作用下內部發生相對運容易混合均勻（外力作用下內部發生相對運動）動）返回7.2 流體的密度與比容流體的密度與比容一一. . 密度密度*定義定義: : 單位體積流體的質量稱為密度單位體積流體的質量稱為密度. .公式公式: : （kg/m3)一定的流體一定的流體 * *液體密度液體密度: : 作為常數作為常數, ,為不可壓縮流體為不可壓縮流體 常見液體密度可查常見液體密度可查 相對密度相對密度( (比重比重) )(p,TfVm/返回7.2 流體的密度與比容流體的密度與比容 * *氣體密度：可壓縮流體，和變化率很小氣體密度：可壓縮流體

5、，和變化率很小時作不可壓縮流體處理時作不可壓縮流體處理一般氣體密度按理想氣體計算：一般氣體密度按理想氣體計算：氣體在標準狀態下密度可查，應用時氣體在標準狀態下密度可查，應用時 需換算需換算RTpM返回7.2 流體的密度與比容流體的密度與比容v液體混合物液體混合物密度密度v氣體混合物的密度氣體混合物的密度 或或 其中其中 對于理想氣體，其摩爾分率與體積分率相同。對于理想氣體，其摩爾分率與體積分率相同。nnmwww22111yyynm2111RTpMmmyMyMyMMnm2211返回7.2 流體的密度與比容流體的密度與比容v二、比容二、比容 即單位質量流體具有的體積即單位質量流體具有的體積: :

6、比容是密度的倒數比容是密度的倒數, ,單位為單位為m m3 3/kg/kg1mVv返回1. 牛頓粘性定律牛頓粘性定律 dyudAF.或或dyud.Fuududy式中：式中：F內摩擦力，內摩擦力，N； 剪應力，剪應力，Pa； 法向速度梯度，法向速度梯度，1/s； 比例系數，稱為流體的粘度，比例系數，稱為流體的粘度，Pas 。 dyud.三、流體的黏性：只有在流體流動時才能三、流體的黏性：只有在流體流動時才能 顯現出來顯現出來返回),(Tpf液體液體 :)(TfT 氣體氣體 : 一般一般)(TfT 超高壓超高壓),(Tpfp 粘度的物理本質粘度的物理本質：分子間的引力和分子的運動與碰撞。分子間的引

7、力和分子的運動與碰撞。2. 粘度的單位粘度的單位SI制：制：Pas 或或 kg/(ms)物理制：物理制：cP(厘泊）厘泊）換算關系換算關系1cP10-3 Pas 返回3.3.運動粘度運動粘度 粘度粘度與密度與密度的之比。的之比。物理單位制中運動粘度的單位為沲（物理單位制中運動粘度的單位為沲（stst）。）。換算關系：換算關系： 1 1stst =10 =10-4-4 m m2 2/s/sm2/s返回7.3 流體的壓力流體的壓力一、壓力（壓強）的概念一、壓力（壓強）的概念 流體垂直作用于單位面積上的力流體垂直作用于單位面積上的力 ,即壓即壓強強, 習慣稱壓力習慣稱壓力 P=F/A 特點特點: (

8、1) 說明大小數值即可，不用表示方向說明大小數值即可，不用表示方向 (2)空間不同點，壓強的大小數值不相同空間不同點，壓強的大小數值不相同 返回7.3 流體的壓力流體的壓力 二、壓力的單位二、壓力的單位vSI單位制，壓力單位單位制，壓力單位N/m2 （即即 Pa或帕斯卡）或帕斯卡） 常用常用Kpa（千帕），千帕）， Mpa（兆帕）兆帕） 1Kpa=103Pa, ,1Mpa=106Pa, 1Mpa=103Kpa v習慣單位習慣單位:atm（標準大氣壓）標準大氣壓）, ,at（工程大氣壓）工程大氣壓）, ,mmHg（毫米汞柱）毫米汞柱）, ,mH2O（米水柱）米水柱）, ,bar（巴）巴）. .換

9、算參見附錄換算參見附錄v規定使用國際單位制規定使用國際單位制( (SI)SI) 返回7.3 流體的壓力流體的壓力v三、壓力的基準三、壓力的基準: : 絕對真空絕對真空和和大氣壓大氣壓力力 v絕對壓強絕對壓強 以絕對零壓作起點計算的壓強，是流體以絕對零壓作起點計算的壓強，是流體的真實壓強。的真實壓強。v表壓強壓強表上的讀數，表示被測流體的絕對壓表壓強壓強表上的讀數，表示被測流體的絕對壓強比大氣壓強高出的數值，即強比大氣壓強高出的數值，即: 表壓強絕對壓強大氣壓強表壓強絕對壓強大氣壓強 v真空度真空度 真空表上的讀數，表示被測流體的絕對壓真空表上的讀數，表示被測流體的絕對壓強低于大氣壓強的數值，即

10、強低于大氣壓強的數值，即:真空度大氣壓強絕對壓強真空度大氣壓強絕對壓強 v特別注意特別注意: :大氣壓強指的是當地大氣壓力大氣壓強指的是當地大氣壓力返回7.3 流體的壓力流體的壓力絕對真空絕對真空大氣壓大氣壓絕對壓力絕對壓力絕 對 壓絕 對 壓力力表壓表壓真空度真空度p1p2圖圖1-1 絕對壓力、表壓與真空度的關系絕對壓力、表壓與真空度的關系返回返回返回197.2 流體輸送機械流體輸送機械-離心泵離心泵v山東化工職業學院化學工程系山東化工職業學院化學工程系返回7.1 概述概述 流體從流體從 低處低處 高處；高處； 低壓處低壓處 高壓處；高壓處； 所在地所在地 較遠處；較遠處； 需要對流體做功，

11、增加流體的機械能。需要對流體做功，增加流體的機械能。流體輸送設備（通用機械）：流體輸送設備（通用機械）：液體輸送設備液體輸送設備 泵；泵； 氣體輸送設備氣體輸送設備 通風機、鼓風機、壓縮機或真空泵；通風機、鼓風機、壓縮機或真空泵；作用作用：向系統輸入能量，補充所需機械能；向系統輸入能量，補充所需機械能； 用于流體的輸送或加壓。用于流體的輸送或加壓。返回根根據據泵泵的的工工作作原原理理和和結結構構分分類類 離心泵離心泵 漩渦泵漩渦泵 混流泵混流泵 軸流泵軸流泵 往復泵往復泵 轉子泵轉子泵 齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵、滑片泵齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵、滑片泵 噴射泵、空氣升液泵、電磁泵噴射泵、空氣升液泵、

12、電磁泵單吸泵、雙吸泵單吸泵、雙吸泵單級泵、多級崩單級泵、多級崩蝸殼式泵、分段式泵蝸殼式泵、分段式泵立式泵、臥式泵立式泵、臥式泵屏蔽泵、磁力驅動泵屏蔽泵、磁力驅動泵高速泵高速泵單級泵、多級泵單級泵、多級泵離心漩渦泵離心漩渦泵電動泵電動泵蒸汽泵蒸汽泵柱塞泵柱塞泵 隔膜泵隔膜泵計量泵計量泵葉片式泵葉片式泵 容積式泵容積式泵 其他類型泵其他類型泵泵泵返回離心泵外形返回蝸殼蝸殼（外殼）（外殼）；葉輪葉輪：敞式敞式, ,半蔽式半蔽式, ,蔽式蔽式 單吸式、雙吸式。單吸式、雙吸式。 附屬裝置附屬裝置：底閥、濾網、底閥、濾網、調節閥、平衡孔調節閥、平衡孔( (平衡管平衡管) )、排氣孔、軸封。、排氣孔、軸封。

13、 (1) (1) 離心泵的結構離心泵的結構 主要結構主要結構： 返回 (2) 工作原理工作原理 (a) 排出階段排出階段 葉輪旋轉葉輪旋轉( (產生離心力，使液體獲得能量）產生離心力，使液體獲得能量）流體流入渦殼流體流入渦殼( (動能動能靜壓能靜壓能) ) 流向輸出管流向輸出管路。路。 (b) 吸入階段吸入階段 液體自葉輪中心甩向外緣液體自葉輪中心甩向外緣 葉輪中心形成低壓區葉輪中心形成低壓區 貯槽液面與泵入口形成壓差貯槽液面與泵入口形成壓差液體吸入泵內。液體吸入泵內。氣縛現象：泵內未充滿液體，氣體密度低，產生離心力小，氣縛現象：泵內未充滿液體，氣體密度低，產生離心力小，在葉輪中心形成的低壓不

14、足以將液體吸上。在葉輪中心形成的低壓不足以將液體吸上。說明：離心泵無自吸能力，啟動前必須將泵體內充滿液體說明：離心泵無自吸能力，啟動前必須將泵體內充滿液體。 離心泵結構示意圖返回1、流量：、流量： 離心泵在單位時間里排到管路系統的液體體積，常離心泵在單位時間里排到管路系統的液體體積，常用用Q 表示，單位為表示，單位為l/s 或或m3/h 。 2、壓頭：、壓頭：又稱為泵的又稱為泵的揚程揚程，是指，是指泵對單位重量（泵對單位重量（1N）的液體）的液體所提供的有效能量所提供的有效能量，用，用H 表示，單位為表示，單位為m。 離心泵的主要性能參離心泵的主要性能參數數2.

15、1.1 2.1.1 離心泵（離心泵（Centrifugal Pumps） 返回3 3、效率：、效率：容積損失：容積損失： 由于泵的泄漏造成的損失；由于泵的泄漏造成的損失； 密封環、平衡孔及密封壓蓋等處液體損失；密封環、平衡孔及密封壓蓋等處液體損失；機械損失：由軸與軸承之間、泵軸與填料函之間、葉輪蓋板外表機械損失：由軸與軸承之間、泵軸與填料函之間、葉輪蓋板外表面與液體之間均產生摩擦而引起的能量損失；面與液體之間均產生摩擦而引起的能量損失；水力損失：水力損失： 液體通過葉輪通道和蝸殼時的摩擦阻力；液體通過葉輪通道和蝸殼時的摩擦阻力； 泵局部處因流速和方向改變引起的環流和沖擊而產生的局部阻力泵局部處

16、因流速和方向改變引起的環流和沖擊而產生的局部阻力 。MHQ 2.1.1 2.1.1 離心泵（離心泵（Centrifugal Pumps） 返回4 4、功率：、功率：有效功率有效功率Ne ：單位時間內泵對所輸送的液體所做的功：單位時間內泵對所輸送的液體所做的功gQHNe 電動機功率：電動機（原動機）所需功率電動機功率：電動機（原動機）所需功率 = 軸功率軸功率/傳動效率傳動效率軸功率軸功率N ：泵軸所需的功率，即是電動機傳給泵軸的功率：泵軸所需的功率，即是電動機傳給泵軸的功率 /NeN 2.1.1 2.1.1 離心泵（離心泵（Centrifugal Pumps） 返回改變閥門開度：操作簡單，調節

17、流量迅速方便，且流量可以連續改變閥門開度：操作簡單，調節流量迅速方便，且流量可以連續變化，適合化工連續生產的特點；但管路上變化，適合化工連續生產的特點；但管路上阻力損失大阻力損失大且可能使且可能使泵的工作點位于低效率區，因此多在泵的工作點位于低效率區，因此多在調節幅度不大但需經常調節調節幅度不大但需經常調節的場合下使用。的場合下使用。 改變葉輪轉速：不額外增加管路阻力損失，仍在高效區工作，改變葉輪轉速：不額外增加管路阻力損失，仍在高效區工作，能量能量利用率更高利用率更高；但需要變速裝置或價格昂貴的變速原動機，且；但需要變速裝置或價格昂貴的變速原動機，且難以做難以做到流量連續調節到流量連續調節，

18、故很少采用；隨著電機變頻調速技術的推廣，在，故很少采用；隨著電機變頻調速技術的推廣，在大功率流體輸送系統中應用越來越多。大功率流體輸送系統中應用越來越多。 方法比較：方法比較： 離心泵的工作點和流量調節離心泵的工作點和流量調節 離心泵（離心泵（Centrifugal Pumps） 返回安裝：安裝：安裝高度應小于允許安裝高度；安裝高度應小于允許安裝高度；盡量減少吸入管路阻力。盡量減少吸入管路阻力。 操作：操作：啟動前要灌泵啟動前要灌泵，防止氣縛，泵不上量；，防止氣縛，泵不上量；關閉出口閥啟動關閉出口閥啟動：防止起動功率過大，燒壞電機，關閥：防止起動功率過大，燒壞電機，關閥運轉不超過運轉不超過3

19、3分鐘；分鐘；檢查：兩表讀數是否正常，軸承潤滑情況，是否過強振檢查：兩表讀數是否正常，軸承潤滑情況，是否過強振動，泄漏，噪音等；動，泄漏，噪音等；關閥停泵關閥停泵：防止液體倒流，使葉輪倒轉，甚至打壞葉輪；：防止液體倒流，使葉輪倒轉，甚至打壞葉輪；如長時間停泵，還應將泵體及管路中的液體放凈，以免銹如長時間停泵，還應將泵體及管路中的液體放凈，以免銹蝕或者冬季結冰凍裂。蝕或者冬季結冰凍裂。 離心泵的操作離心泵的操作 離心泵（離心泵（Centrifugal Pumps） 返回氣體輸送機械氣體輸送機械氣體輸送機械在工業生產中的應用氣體輸送機械在工業生產中的應用 1 1氣體輸送氣體輸送 2 2產生高壓氣體

20、產生高壓氣體 3 3生產真空生產真空返回氣體輸送機械的分類氣體輸送機械的分類v按工作原理及其結構分：按工作原理及其結構分：v離心式、旋轉式、往復式以及噴射式離心式、旋轉式、往復式以及噴射式v離心式通風機、鼓風機和壓縮機和離心式通風機、鼓風機和壓縮機和真空真空泵泵返回32第八章傳熱第八章傳熱v山東化工職業學院化學工程系山東化工職業學院化學工程系返回8.18.1熱量傳遞的基本方式熱量傳遞的基本方式1 1 傳導：傳導：熱傳導、導熱熱傳導、導熱機理：分子運動機理：分子運動固體：相鄰分子的碰撞固體：相鄰分子的碰撞液體：彈性波的作用液體：彈性波的作用氣體：分子不規則的熱運動氣體：分子不規則的熱運動特點：特

21、點： 發生在物體內部或相互接觸的物體之間；發生在物體內部或相互接觸的物體之間； 物體不發生宏觀的相對位移。物體不發生宏觀的相對位移。返回2 2 對流：對流：對流傳熱、熱對流對流傳熱、熱對流機理：機理：流體質點發生相對的位移和混合流體質點發生相對的位移和混合特點：特點：分類：分類：自然對流：流體內部各處冷、熱流體的密度差異所致自然對流：流體內部各處冷、熱流體的密度差異所致強制對流：借助外加機械能強制對流：借助外加機械能僅發生在流體中，有相對的宏觀位移僅發生在流體中，有相對的宏觀位移返回3 3 輻射：熱輻射輻射：熱輻射特點：特點： 任何物體，只要任何物體，只要T T 0K0K，均存在輻射傳熱；，均

22、存在輻射傳熱； 不需要任何中介；不需要任何中介； 傳熱過程中伴隨能量傳熱過程中伴隨能量形式的轉換。形式的轉換。返回對流傳熱分類：對流傳熱分類： 對流傳熱對流傳熱有相變有相變傳熱傳熱無相變無相變傳熱傳熱冷凝傳熱冷凝傳熱沸騰傳熱沸騰傳熱自然對流自然對流強制對流強制對流管外管外對流對流管內管內對流對流圓形圓形直管直管非圓非圓管道管道彎管彎管湍流湍流過渡流過渡流滯流滯流返回傳熱過程的強化傳熱過程的強化1.增大傳熱面積增大傳熱面積A從設備結構入手，提高單位體積的傳熱從設備結構入手，提高單位體積的傳熱面積，如采用螺紋管、波紋管、翅片管、面積，如采用螺紋管、波紋管、翅片管、板翅等板翅等溫度一般由生產工藝條件

23、所規定，可溫度一般由生產工藝條件所規定，可調范圍有限；調范圍有限；盡可能逆流操作盡可能逆流操作2.增大平均溫差增大平均溫差tm3.增大總傳熱系數增大總傳熱系數K提高流速及流體的擾動程度；提高流速及流體的擾動程度；采用相變、采用相變、 較大的流體；較大的流體； 減小壁厚、防止結垢、及時清除垢層減小壁厚、防止結垢、及時清除垢層返回氣氣- -液換熱器：液換熱器：盡量減小氣體方控制性熱阻；盡量減小氣體方控制性熱阻；增大氣體側的對流傳熱面積；增大氣體側的對流傳熱面積； 采用翅片換熱管（內、外翅片）采用翅片換熱管（內、外翅片）液液- -液換熱器：液換熱器：同時增加兩流體方的同時增加兩流體方的；破壞層流底層

24、，使流體在低雷諾數下強烈湍流；破壞層流底層，使流體在低雷諾數下強烈湍流； 螺旋板、波紋板、內外螺紋管換熱器等螺旋板、波紋板、內外螺紋管換熱器等氣氣- -氣換熱器：氣換熱器：緊湊、輕巧、高效的換熱設備；緊湊、輕巧、高效的換熱設備；增大設備單位體積的傳熱面積；增大設備單位體積的傳熱面積； 板翅式換熱器板翅式換熱器換熱器換熱器返回換熱器的分類換熱器的分類v按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等器、蒸發器和再沸器等v根據冷、熱流體熱量交換的原理和方式根據冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式

25、。式。返回408.2 干干 燥燥v山東化工職業學院化學工程系山東化工職業學院化學工程系返回 在化工生產中，一些固體產品或半成品可能混有大在化工生產中，一些固體產品或半成品可能混有大量的濕分，將濕分從物料中去除的過程，稱為量的濕分，將濕分從物料中去除的過程，稱為去濕去濕。去濕的方法可分為以下三類：去濕的方法可分為以下三類：機誡去濕：用于去除固體物料中大部分濕分機誡去濕：用于去除固體物料中大部分濕分。吸附去濕：用于去除少量濕分吸附去濕：用于去除少量濕分。熱能去濕（熱能去濕（干燥干燥）：向物料供熱以汽化其中）：向物料供熱以汽化其中 的濕分的單元操作。的濕分的單元操作。返回干燥過程的分類：干燥過程的分

26、類：常壓干燥常壓干燥真空干燥真空干燥連續式連續式間歇式間歇式傳導干燥（間接加熱干燥）傳導干燥（間接加熱干燥）對流干燥（直接加熱干燥）對流干燥（直接加熱干燥）輻射干燥輻射干燥介電加熱干燥介電加熱干燥按操作壓力分按操作壓力分按操作方式分按操作方式分按供熱方式分按供熱方式分返回根據供熱方式不同，干燥可分為以下四種情況：根據供熱方式不同，干燥可分為以下四種情況：傳導干燥（間接加熱干燥）：傳導干燥（間接加熱干燥）： 熱能通過壁面以傳導方式加熱物料。對流干燥（直接加熱干燥）：對流干燥（直接加熱干燥）： 干燥介質與濕物料直接接觸，并以對流 方式加熱濕物料。輻射干燥：輻射干燥： 熱能以電磁波的形式射到濕物料表

27、面。介電加熱干燥：介電加熱干燥： 將濕物料置于高頻電場內，使其被加熱。返回干燥過程進行的必要條件干燥過程進行的必要條件v物料表面水汽壓力物料表面水汽壓力大于大于干燥介質中水汽干燥介質中水汽分壓；分壓；v干燥介質要將汽化的水分及時帶走干燥介質要將汽化的水分及時帶走返回8.3 8.3 吸吸 附附返回吸附過程吸附過程吸附吸附是指流體（氣體或液體）與固體多孔物質是指流體（氣體或液體）與固體多孔物質接觸時，流體中的一種或多種組分傳遞到多接觸時，流體中的一種或多種組分傳遞到多孔物質外表面和微孔內表面并附著在這些表孔物質外表面和微孔內表面并附著在這些表面上形成單分子層或多分子層的過程。面上形成單分子層或多分

28、子層的過程。v被吸附的流體稱為被吸附的流體稱為吸附質吸附質，多孔固體顆粒稱，多孔固體顆粒稱為為吸附劑吸附劑。吸附達到平衡時，吸附劑內的流。吸附達到平衡時，吸附劑內的流體稱為體稱為吸附相吸附相，剩余的流體本體相稱為，剩余的流體本體相稱為吸余吸余相相返回返回返回吸附類型吸附類型v根據吸附質和吸附劑表面之間相互作用力的根據吸附質和吸附劑表面之間相互作用力的不同，吸附可分為不同，吸附可分為物理吸附物理吸附（范德華吸附）（范德華吸附）和和化學吸附化學吸附（活化吸附）。（活化吸附）。v一般而言，較低溫度下有利于物理吸附，較一般而言，較低溫度下有利于物理吸附，較高溫度（有時可超過高溫度（有時可超過200）下

29、有利于化學）下有利于化學吸附。吸附。返回吸附類型的判斷吸附類型的判斷v（1）物理吸附熱與冷凝熱在一個數量級上，而化學吸附熱）物理吸附熱與冷凝熱在一個數量級上，而化學吸附熱與其反應熱在一個數量級上；與其反應熱在一個數量級上；v（2）適宜溫度和壓力條件下，所有的氣體固體體系中都）適宜溫度和壓力條件下，所有的氣體固體體系中都將發生物理吸附，而化學吸附只有當氣體分子與吸附劑表面將發生物理吸附，而化學吸附只有當氣體分子與吸附劑表面能形成化學鍵時才發生；能形成化學鍵時才發生；v（3）物理吸附的吸附質分子可通過減小壓力的方法較容易）物理吸附的吸附質分子可通過減小壓力的方法較容易地解吸，而化學吸附的吸附質分子

30、的解吸要困難得多，且容地解吸，而化學吸附的吸附質分子的解吸要困難得多，且容易發生變化；易發生變化；v（4）物理吸附可以是單分子層吸附也可以是多分子層吸附）物理吸附可以是單分子層吸附也可以是多分子層吸附，而化學吸附通常只是單分子層吸附，某些情況下，化學吸，而化學吸附通常只是單分子層吸附，某些情況下，化學吸附單分子層上還可能發生物理吸附；附單分子層上還可能發生物理吸附；v（5）物理吸附瞬時發生，而化學吸附一般需要達到一定的）物理吸附瞬時發生，而化學吸附一般需要達到一定的活化能后才發生?；罨芎蟛虐l生。返回物理吸附與化學吸附的比較物理吸附與化學吸附的比較理化指標理化指標 物理吸附物理吸附 化學吸附化

31、學吸附吸附作用力吸附作用力 范德華力范德華力 化學鍵化學鍵吸附熱吸附熱 接近于液化熱接近于液化熱 接近于化學反應熱接近于化學反應熱選擇性選擇性 低低 高高吸附層吸附層 單或多分子層單或多分子層 單分子層單分子層吸附速率吸附速率 快，活化能小快，活化能小 慢，活化能大慢，活化能大可逆性可逆性 可逆可逆 不可逆不可逆發生吸附溫度發生吸附溫度 低于吸附質臨界溫度低于吸附質臨界溫度 遠高于吸附質沸點遠高于吸附質沸點返回對吸附劑的基本要求對吸附劑的基本要求v（1）較高的選擇性較高的選擇性以達到一定的分離要求；以達到一定的分離要求；v（2）較大的吸附容量較大的吸附容量以減小用量；以減小用量；v（3）較好的

32、動力學及傳遞性質較好的動力學及傳遞性質以實現快速吸附；以實現快速吸附；v（4）較高的化學及熱穩定性較高的化學及熱穩定性，不溶或極難溶于待，不溶或極難溶于待處理流體以保證吸附劑的數量和性質；處理流體以保證吸附劑的數量和性質；v（5）較高的硬度及機械強度較高的硬度及機械強度以減小磨損和侵蝕；以減小磨損和侵蝕；v（6）較好的流動性較好的流動性以便于裝卸；以便于裝卸；v（7）較高的抗污染能力較高的抗污染能力以延長使用壽命；以延長使用壽命；v（8）較好的惰性較好的惰性以避免發生不期望的化學反應；以避免發生不期望的化學反應；v（9）易再生易再生；v（10）價格便宜價格便宜。返回幾種常用的吸附劑v吸附劑按其

33、化學結構可分為有機吸附劑和無吸附劑按其化學結構可分為有機吸附劑和無機吸附劑。機吸附劑。 v 常用的有機吸附劑有常用的有機吸附劑有活性炭活性炭、球性炭化樹、球性炭化樹脂、聚酰胺、纖維素、脂、聚酰胺、纖維素、大孔樹脂大孔樹脂等；等；v 常用的無機吸附劑有常用的無機吸附劑有硅膠硅膠、活性氧化鋁活性氧化鋁、硅藻土硅藻土、分子篩分子篩等。等。返回吸附操作吸附操作v目前已經開發出三類吸附過程流程：目前已經開發出三類吸附過程流程：v (1)變溫吸附變溫吸附 v (2)變壓吸附變壓吸附v (3)變濃度吸附變濃度吸附返回55第九章第九章 分離方法分離方法v山東化工職業學院化學工程系山東化工職業學院化學工程系返回

34、569.1 氣體吸收氣體吸收v山東化工職業學院化學工程系山東化工職業學院化學工程系返回1. 1. 吸收過程吸收過程吸收定義：利用混合氣體中各組分在液體中吸收定義：利用混合氣體中各組分在液體中溶解度溶解度差異，差異，使某些易溶組分進入液相形成溶液，不溶或難溶組分留在使某些易溶組分進入液相形成溶液，不溶或難溶組分留在氣相，從而實現混合氣體分離。氣相，從而實現混合氣體分離。吸收劑吸收劑氣體氣體yx界面界面氣相主體氣相主體 液相主體液相主體 相界面相界面氣相擴散氣相擴散 液相擴散液相擴散 yi xi 9.1 9.1 概述概述返回吸收操作實例：乙醇胺水溶液吸收二氧化碳氣體吸收操作實例：乙醇胺水溶液吸收二

35、氧化碳氣體返回低濃度吸收低濃度吸收：吸收過程中氣相流量變化不大；：吸收過程中氣相流量變化不大；高濃度吸收：吸收過程中氣相流量有較大變化；高濃度吸收：吸收過程中氣相流量有較大變化；非等溫吸收：體系溫度發生明顯變化的吸收過程。非等溫吸收：體系溫度發生明顯變化的吸收過程。等溫吸收等溫吸收：體系溫度變化不顯著的吸收過程。：體系溫度變化不顯著的吸收過程。單組分吸收單組分吸收：混合氣體中只有單一組分被液相吸收。：混合氣體中只有單一組分被液相吸收。多組分吸收：有兩個或兩個以上組分被吸收。多組分吸收：有兩個或兩個以上組分被吸收。物理吸收物理吸收：吸收過程溶質與溶劑不發生顯著的化學反應。：吸收過程溶質與溶劑不發

36、生顯著的化學反應。化學吸收：溶質與溶劑有顯著的化學反應發生?；瘜W吸收：溶質與溶劑有顯著的化學反應發生。溶解熱：溶解熱：氣體溶解于液體釋放的熱量?；瘜W吸收還有反應熱氣體溶解于液體釋放的熱量。化學吸收還有反應熱。吸收過程的分類吸收過程的分類返回吸收過程在石油化工中的應用吸收過程在石油化工中的應用(1) 制取液體產品制取液體產品 用吸收劑吸收氣體組分獲得產品。硫酸吸收用吸收劑吸收氣體組分獲得產品。硫酸吸收SO3制濃硫酸，水吸收制濃硫酸，水吸收甲醛制福爾馬林液，氨水吸收甲醛制福爾馬林液，氨水吸收CO2制碳酸氫氨等。制碳酸氫氨等。 (2) 有用組分回收有用組分回收 用吸收劑吸收氣體中有用組分。如用洗油從

37、焦爐氣或煤氣中回收苯，用吸收劑吸收氣體中有用組分。如用洗油從焦爐氣或煤氣中回收苯，用汽油從催化裂解氣中回收丁二烯等。用汽油從催化裂解氣中回收丁二烯等。 (3) 氣體凈化氣體凈化 除去混合氣中雜質，如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的除去混合氣中雜質，如用水或堿液脫除合成氨原料氣中的H2S、CO2等；用水脫除工業廢氣中的等；用水脫除工業廢氣中的SO2，NO2等。等。 返回吸收過程的基本概念吸收過程的基本概念吸收質或溶質吸收質或溶質： 混合氣體中的溶解組分，以混合氣體中的溶解組分，以A A表示。表示。惰性氣體或載體：惰性氣體或載體： 不溶或難溶組分，以不溶或難溶組分，以B B表示。表示。吸收劑：吸收操

38、作中所用的溶劑，吸收劑：吸收操作中所用的溶劑， 以以S S表示。表示。吸收液：吸收操作得到的溶液，主要成吸收液：吸收操作得到的溶液，主要成 分溶劑分溶劑S S和溶質和溶質A A。尾氣：吸收后排出的氣體，主要成分為尾氣：吸收后排出的氣體，主要成分為 惰性氣體惰性氣體B B和少量的溶質和少量的溶質A A 吸收塔吸收塔混合氣體混合氣體A+B 尾氣尾氣B+少量少量A吸收液吸收液S+A吸收劑吸收劑S返回氣液兩相的接觸方式氣液兩相的接觸方式連續接觸連續接觸(微分接觸微分接觸)： 氣、液兩相的濃度呈連續變化。氣、液兩相的濃度呈連續變化。 如填料塔。如填料塔。級式接觸：級式接觸： 氣、液兩相逐級接觸傳質，兩相

39、的氣、液兩相逐級接觸傳質，兩相的組成呈階躍變化。組成呈階躍變化。 如板式塔。如板式塔。返回 吸收劑的選擇吸收劑的選擇(1)(1)吸收劑應對混合氣體中被吸收組分具有良好的吸收劑應對混合氣體中被吸收組分具有良好的選擇性選擇性。 (2)(2)吸收劑應對被分離組分有盡可能大的吸收劑應對被分離組分有盡可能大的溶解度溶解度，以減少吸收，以減少吸收劑用量，減小設備尺寸。劑用量，減小設備尺寸。(3)(3)吸收劑容吸收劑容易再生易再生?；瘜W吸收。化學吸收- -化學反應可逆；物理吸收化學反應可逆；物理吸收- -吸吸收劑對溶質溶解度隨操作條件變化大。收劑對溶質溶解度隨操作條件變化大。(4)(4)吸收劑吸收劑飽和蒸氣

40、壓低飽和蒸氣壓低，以減少揮發損失，避免吸收液成分，以減少揮發損失，避免吸收液成分進入氣相，造成浪費和新的污染。進入氣相，造成浪費和新的污染。(5)(5)吸收劑吸收劑粘度低粘度低，能改善吸收塔內的流動狀況，提高吸收速，能改善吸收塔內的流動狀況，提高吸收速率，降低泵的功耗，減小阻力率，降低泵的功耗，減小阻力(6)(6)腐蝕性小腐蝕性小、無毒性、不易燃、化學穩定性高、價廉易得，、無毒性、不易燃、化學穩定性高、價廉易得，不易起泡。不易起泡。 返回填料塔的結構及填料特性填料塔的結構及填料特性一、填料塔結構及作用一、填料塔結構及作用1、填料層、填料層 提供氣液接觸的場所。提供氣液接觸的場所。返回拉西環拉西

41、環鮑爾環鮑爾環階梯環階梯環 環環返回板波紋板波紋絲網波紋絲網波紋鞍形環鞍形環槽式液體分布器槽式液體分布器返回679.2 液體精餾液體精餾v山東化工職業學院化學工程系山東化工職業學院化學工程系返回v蒸餾分離的原理蒸餾分離的原理 利用液體混合物中各組分揮發性差異，以熱能為利用液體混合物中各組分揮發性差異，以熱能為媒介使其部分汽化從而在汽相富集輕組分液相富集重媒介使其部分汽化從而在汽相富集輕組分液相富集重組分而分離的方法。組分而分離的方法。 易揮發組分或輕組分易揮發組分或輕組分A 難揮發組分或重組分難揮發組分或重組分Bv蒸餾操作在化工生產中的應用蒸餾操作在化工生產中的應用用于均相液體混合物分離以達到

42、提純或回收有用組分用于均相液體混合物分離以達到提純或回收有用組分的目的。的目的。 返回蒸餾操作的分類蒸餾操作的分類v按蒸餾方式可分為按蒸餾方式可分為簡單蒸餾，平衡蒸餾、精餾簡單蒸餾，平衡蒸餾、精餾及特及特殊精餾等多種方式；殊精餾等多種方式；v物系的組分數可分為物系的組分數可分為雙組分精餾和多組分精餾雙組分精餾和多組分精餾；v按操作壓力可分為按操作壓力可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾和減壓（真常壓蒸餾、加壓蒸餾和減壓（真空）蒸餾；空）蒸餾；v按操作方式又分為按操作方式又分為間歇精餾和連續精餾間歇精餾和連續精餾。返回板式塔內的板式塔內的汽、液兩相的流動汽、液兩相的流動方式方式 液相：塔頂液相：塔頂塔底，自

43、身重力塔底，自身重力 氣相：塔底氣相：塔底塔頂，克服液相阻力塔頂，克服液相阻力 壓力：塔底壓力：塔底 塔頂塔頂對塔板的要求對塔板的要求 氣液兩相接觸充分氣液兩相接觸充分 氣液兩相分離完全氣液兩相分離完全 板式塔板式塔返回塔板的結構及類型塔板的結構及類型 塔板類型塔板類型無溢流塔板（穿流型塔板）無溢流塔板（穿流型塔板）: :氣液相有共同的通道，氣液兩相逆流，氣液相有共同的通道，氣液兩相逆流，傳質推動力最大，但由于這種塔板不傳質推動力最大，但由于這種塔板不穩定，目前在現場很少使用。穩定，目前在現場很少使用。有溢流塔板（溢流型塔板）：有溢流塔板（溢流型塔板）：氣液相有各自的通道，相對比較穩定，氣液相

44、有各自的通道，相對比較穩定，便于操作，技術上也比較成熟，目前便于操作，技術上也比較成熟，目前的塔設備多采用這種方式。的塔設備多采用這種方式。返回 溢流型塔板的主要型式溢流型塔板的主要型式泡罩塔板泡罩塔板出現于出現于1919世紀初，是最早具世紀初，是最早具有溢流型塔板的板式塔。有溢流型塔板的板式塔。2020世紀世紀2020年代開始用于煉油工年代開始用于煉油工業。業。返回氣相鼓泡元件：泡罩氣相鼓泡元件：泡罩優點：操作彈性大，操作優點：操作彈性大，操作穩定，不易堵塞穩定，不易堵塞缺點：生產能力小、結構缺點：生產能力小、結構復雜，造價高、壓降大、復雜，造價高、壓降大、效率低效率低返回篩孔塔板篩孔塔板

45、出現較早（出現較早（18301830年），是結構最簡單的一種板型；年），是結構最簡單的一種板型； 氣相鼓泡元件：氣相鼓泡元件：篩孔篩孔優點：處理能力大，壓降小，結構優點：處理能力大，壓降小，結構簡單，造價低；簡單，造價低；缺點：操作彈性小，穩定性較差。缺點：操作彈性小，穩定性較差。返回浮閥塔板：浮閥塔板：v 二十世紀五十年代問世，為應用最廣的一種塔板。二十世紀五十年代問世，為應用最廣的一種塔板。F1F1型浮閥：型浮閥：9.2 板式塔板式塔返回優優 點點 缺缺 點點 適用范圍適用范圍 塔板類型塔板類型 泡罩板泡罩板 較成熟，操較成熟，操 作范圍寬作范圍寬 結構復雜，阻力結構復雜，阻力大，生產能力

46、低大，生產能力低 某些要求彈性好某些要求彈性好 的特殊塔的特殊塔 浮閥板浮閥板 效率高，操效率高，操 作范圍寬作范圍寬 采用不銹鋼，浮采用不銹鋼，浮閥易脫落閥易脫落 分離要求高分離要求高, ,負荷變化負荷變化大大; ;原油常壓分餾塔原油常壓分餾塔 篩板篩板 效率較高，效率較高， 成本低成本低 安裝要求水平安裝要求水平, ,易易堵堵, ,操作范圍窄操作范圍窄 分離要求高分離要求高, ,塔板較塔板較多多; ;化工中丙烯塔化工中丙烯塔 舌型板舌型板 結構簡單結構簡單, ,生產能力大生產能力大 操作范圍窄，操作范圍窄，效率較低效率較低 分離要求較低的閃分離要求較低的閃蒸塔蒸塔 斜孔板斜孔板 生產能力生

47、產能力大大, ,效率高效率高 操作范圍比浮閥操作范圍比浮閥塔和泡罩塔窄塔和泡罩塔窄 分離要求高，生產分離要求高，生產能力大能力大 各種板式塔比較各種板式塔比較返回779.3 非均相物系的分離非均相物系的分離v山東化工職業學院化學工程系山東化工職業學院化學工程系返回78概概 述述一、均相混合物一、均相混合物物系內部各處均勻，物系內部各處均勻，不存在相界面不存在相界面如：溶液、混合氣體如：溶液、混合氣體分離方法：分離方法：蒸餾：分離乙醇水溶液蒸餾：分離乙醇水溶液吸收：分離含氨的混合空氣吸收：分離含氨的混合空氣萃取：丙酮水氯苯溶液的分離萃取：丙酮水氯苯溶液的分離結晶：鹽水中提取固體鹽結晶：鹽水中提取

48、固體鹽返回79二、非均相物系二、非均相物系由具有不同物理性質的分散物質和連續介質所組成的物系，由具有不同物理性質的分散物質和連續介質所組成的物系，有多個相界面有多個相界面。分散相分散相：物系中處于分散狀態的物質：物系中處于分散狀態的物質 如：固體顆粒、液滴、氣泡（如：固體顆粒、液滴、氣泡（c.c.煙道氣中的煙道氣中的cat.顆顆 粒，煉廠污水中的油滴）等。粒，煉廠污水中的油滴）等。連續相連續相：包圍分散物質且處于連續狀態的物質，又稱：包圍分散物質且處于連續狀態的物質，又稱 為分散介質。為分散介質。返回80分類：分類：根據連續相的狀態根據連續相的狀態氣態非均相物系：含塵氣體，含霧氣體；氣態非均相物系：含塵氣體，含霧氣體；液態非均相物系：懸浮液，乳濁液，泡沫液。液態非均相物系：懸浮液，乳濁液，泡沫液。分離方法：分離方法：沉降：沉降：顆粒相對于流體顆粒相對于流體（靜止或運動）運動：（靜止或運動）運動： 重力沉降、離心沉降；重力沉降、離心沉降；過濾：過濾：流體相對于固體顆粒床層流體相對于固體顆粒床層運動實現固液分離：運動實現固液分離： 重力過濾、加壓過濾、真空過濾、離心過濾等。重力過濾、加壓過濾、真空過濾、離心過濾等。 其他：袋濾器、靜電除塵、濕法除塵等其他：袋濾器、靜電除