第一篇：化工原理第四章萃取
化工原理结晶、萃取教案
结晶、萃取
1.结晶器
用于结晶操作的设备。结晶器的类型很多，按溶液获得过饱和状态的方法可分蒸发结晶器和冷却结晶器;按流动方式可分母液循环结晶器和晶浆(即母液和晶体的混合物)循环结晶器;按操作方式可分连续结晶器和间歇结晶器。一种槽形容器，器壁设有夹套或器内装有蛇管，用以加热或冷却槽内溶液。结晶槽可用作蒸发结晶器或冷却结晶器。为提高晶体生产强度，可在槽内增设搅拌器。结晶槽可用于连续操作或间歇操作。间歇操作得到的晶体较大，但晶体易连成晶簇，夹带母液，影响产品纯度。这种结晶器结构简单，生产强度较低，适用于小批量产品(如化学试剂和生化试剂等)的生产。
1.1强制循环蒸发结晶器
一种晶浆循环式连续结晶器(图1)。操作时,料液自循环管下部加入，与离开结晶室底部的晶浆混合后，由泵送往加热室。
1.2DTB型蒸发结晶器
即导流筒-挡板蒸发结晶器，也是一种晶浆循环式结晶器。 1.3奥斯陆型蒸发结晶器
又称为克里斯塔尔结晶器，一种母液循环式连续结晶器。 2.萃取
液-液萃取又称溶剂萃取，是向液体混合物中加入适当溶剂(萃取剂)，利用原混合物中各组分在溶剂中溶解度的差异，使溶质组分A从原料液转换到溶剂S的过程，它是三十年代用于工业生产的新的液体混合物分离技术。随着萃取应用领域的扩展，回流萃取，双溶剂萃取，反应萃取，超临界萃取以及液膜分离技术相继问世，使得萃取成为分离液体混合物很有生命力的单元操作之一。蒸馏和萃取均属分离液体混合物的单元操作，对于一种具体的混合物，要会经济合理化的选择适宜的分离方法。 一般工业萃取过程分为如下三个基本阶段：
1.1混合过程 将一定量的溶剂加入到原料液中，采取措施使之充分混合，以实现溶质由原料向溶剂的转移的过程;
1.2沉降分层 分离出萃取相与萃余相。 1.3脱出溶剂 获得萃取液与萃余液，回收的萃取剂循环使用。翠取过程可在逐级接触式或微分接触式设备中进行，可连续操作也可分批进行。
3.1 液-液萃取设备
和气-液传质过程类似, 在液-液萃取过程中, 要求在萃取设备内能使两相密切接触并伴有较高程度的湍动,以实现两相之间的质量传递;而后,又能较快地分离.但是, 由于液液萃取中两相间的密度差较小,实现两相的密切接触和快速分离.要比气液系统困难的多.为了适应这种特点,出现了多种结构型式的萃取设备。目前,为了工业所采用的各种类型设备已超过30种,而且还不断开发出新型萃取设备。根据两相的接触方式,萃取设备可分为逐级接触式和微分接触式两大类;根据有无外功输入,又可分为有外能量和无外能量两种。工业上常用萃取设备的分类情况如下表: 本接简要介绍一些典型的萃取设备及其操作特性。
3.2混合-澄清槽
混合-澄清槽是最早使用,而且目前仍广泛用于工业生产的一种典型逐级接触式萃取设备。它可单级操作,也可多级组合操作. 每个萃取级均包括混合槽和澄清槽两个主要部分。为了使不互溶液体中的一相被分散成液滴而均匀分散到另一相中,以加大相际接触面积并提高传质速率,混合槽中通常安装搅拌装置.也可用脉冲或喷射器来实现两相的充分混合。澄清器的作用是将已接近于平衡状态的两液相进行有效的分离. 4.塔式萃取设备
习惯上,将高径比很大的萃取装置统称为塔式萃取设备.为了获得满意的萃取效果, 塔设备应具有分散装置,以提供两相混合和分离所采用的措施不同,出现不同结构型式的萃取塔。
4.1填料萃取塔
用于萃取的填料塔与用于气-液传质过程的填料塔结构上基本相同，即在塔体内支承板上充填一定高度的填料层。萃取操作时，连续相充满整个塔中，分散相以液滴状通过连续相。 5.萃取设备的选择
各种不同类型的萃取设备具有不同的特性,萃取过程中物系性质对操作的影响错综复杂.对于具体的萃取过程选择适宜设备的原则是:首先满足工艺条件和要求,,然后进行经济核算,使设备费和操作费总和趋于最低.萃取设备的选择, 应考虑如下的因素: 5.1所需的理论级数
当所需的理论级数不大于2-3级时,各种萃取设备均可满足要求; 当所需的理论级数较多(如大于4-5级)时,可选用筛板塔;当所需的理论级数再多(如10-20级)时, 可选用有能量输入的设备, 5.2生产能力
当处理量较小时,可选用填料塔,脉冲塔.对于较大的生产能力,可选用筛板塔, 转盘塔及混合-澄清槽.离心萃取器的处理能力也相当大. 5.5其它
在选用设备时,还需考虑其它一些因素,如:能源供应状况,在缺电的地区应尽可能选用依重力流动的设备;当厂房地面受到限制时,宜选用塔式设备, 而当厂房高度受到限制时,应选用混合澄清槽。
四、课堂小结
本节课所学知识点比较多，但应分清主次，应重点复习需掌握结晶和萃取的定义，了解相关设备的结构及工作原理。
五、布置作业
课后习题3(34-46)。
第二篇：超临界CO2萃取技术原理以及在食品分析中的应用（大全）
超临界CO2萃取技术原理以及在食品分析中的应用 超临界流体萃取技术(Supercritical Fluid Extraction)是近30年发展起来的一种新型分离技术，由于其具有操作方便、能耗低、无污染、分散能力高、制品纯度高、无溶剂残留等优点，被称为“绿色分离技术”。超临界CO2萃取技术主要应用于香料、食品和医药工业，对于一些用常规方法难以提取及纯化的物质，该方法更能显示其独特的优势。本论文介绍了超临界CO2萃取技术分离原理、主要优点及发展现状，分析该技术在应用中常遇到的问题，对其发展前景进行了展望。
超临界流体和超临界流体萃取技术原理
随着环境的温度和压力变化，任何一种物质都存在三种相态-气相，液相，固相，三相成平衡态共存的点叫三相点.液，气两相成平衡状态的点叫临界点.在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力，不同的物质其临界点的压力和温度各不相同.超临界流体(Super Critical fluid，简称SCF)是指温度和压力均高于其临界点的流体，常用来制备成的超临界流体有二氧化碳，氨，乙烯，丙烷，丙烯，水等.物体处于超临界状态时，由于气液两相性质非常相近，以致无法清楚分别，所以称之为「超临界流体」。 超临界流体具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同时兼具低黏度，低表面张力的特性，如表1所示，使得超临界流体能够迅速渗透进入微孔隙的物质.因此用于萃取时萃取速率比液体快速而有效，尤其是溶解能力可随温度，压力和极性而变化。超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的.当物质处于超临界状态时，成为性质介于液体和气体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，黏度虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10～100倍，因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，能够将物料中某些成分提取出来。
在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小，沸点高低和分子量大小的成分萃取出来。同时超临界流体的密度，极性和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，利用预定程序的升压可将不同极性的成分进行分步提取。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压，升降温的方法使超临界流体变成普通气体或液体，被萃取物质则自动完全析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取与分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理。
超临界流体萃取技术在食品分析中的优势
① 萃取能力强，提取率高。用超临界CO2提取食物中有效成分，在最佳工艺条件下，能将所需提取的成分几乎完全提取，从而大大提高产品收率及资源的利用率。同时，随着超临界CO2萃取技术的不断进步，把超临界CO2萃取扩展到水溶液体系，使得难以提取的强极性化合物如蛋白质等的超临界CO2提取已成为可能;
② 萃取能力的大小取决于流体的密度，最终取决于操作过程的温度和压力。改变其中之一或同时改变，都可改变溶解度，可以有选择地进行食物中多种物质的分离，从而可减小杂质，使有效成分高度富集;
③ 超临界CO2萃取的操作温度低，能较完好地保存食物中各种营养成分不被破坏，不发生次生化，因此，特别适合于那些对热敏感性强、容易氧化分解破坏的成分的提取;④ 提取时间快，生产周期短。超临界CO2提取循环一开始，分离便开始进行。一般提取10分钟就有成分分离析出，2~4小时左右便可完全提取，同时，它不需浓缩等步骤，即使加入夹带剂，也可通过分离功能除去或只需简单浓缩;
⑤ 超临界CO2提取，操作参数容易控制，因此能保证有效成分及产品质量的稳定性;⑥ 超临界CO2还可直接从混合食物中提取不同部位或直接提取浸膏进行筛选，大大提高营养物质的筛选速度。同时可以提取许多传统方法提不出来的物质;
⑦ 超临界CO2还具有抗氧化、灭菌作用，有利于保证和提高产品的质量;
⑧ 超临界CO2萃取应用于分析或与GC、IR、MS、LC等联用成为一种高效的分析手段，将其用于质量分析，能客观地反映食物营养中有效成分的真实含量
具体分析实例展示
超临界CO2流体萃取技术虽然在食品工业中仅有20-30年的应用历史，但其发展十分迅速。在日本，通过超临界CO2流体萃取技术加工特种油脂已实现工业化生产。在欧美国家，该项技术在食品工业中也得到了广泛的应用。目前，我国超临界CO2流体萃取技术已逐步从研究阶段走向工业化。而且，该技术主要应用在食品风味与油类物质的提取、食品脱色除臭及灭菌防腐等，如啤酒花、沙棘籽油、小麦胚芽油、卵磷脂、辣椒红色素的提取以及大蒜酶失活、大蒜SOD保留、咖啡碱的脱除及羊肉去膻昧等。下面列举一些近期该技术在食品工业中的应用实例。
茶叶咖啡碱的脱除
茶叶中富含的咖啡碱，约占茶叶干物质重的2%～5%，茶浓缩液和速溶茶中的咖啡
碱含量则更高。
咖啡碱对人体的新陈代谢有着广泛的影响，有些是有利的，有些是不利的，过量摄入咖啡碱对人体的健康不利。近年来，低咖啡碱或脱咖啡碱茶及其制品已在欧美国家行销，使得从茶叶中脱除咖啡碱的技术越来越受到重视。超临界CO2流体萃取技术因其高选择性、无有效成分损失与劣变、无有机溶剂残留，体现出明显的优势。随着萃取时间的延长、操作压强的增大、操作温度的提高和浓缩液浓度的降低，会导致绿茶浓缩液中咖啡碱的脱除率增大，应确定的较佳工艺参数：操作压强为30MPa、操作温度为56℃、萃取时间为4h和浓缩液浓度为20%。
大豆磷脂
大豆磷脂是精炼食用大豆油时得到的一种粘稠的含油很高的毛磷脂，油脂占30%～40%，磷脂占60%～70%。虽然其营养价值高，但直接用于医药却较困难，而不含油的纯磷脂在食品、医药及化妆品等行业已得到广泛的应用，所以提取高质量的磷脂越来越引起人们的重视。提取大豆磷脂的方法虽很多，但用超临界CO2提取尚属首次。
大蒜油
大蒜是人们生活中的重要调味品，其主要风味物质与生理活性物质是大蒜油。大蒜油在国内外广泛应用于软饮料、冰淇淋、糖果、调味料、焙烤食品、肉类和保健食品及保健药品，因此高质量、高产率大蒜油的提取是大蒜深加工的重要课题。临界CO2萃取大蒜油工艺与普通萃取法相比萃取率高，产品品质好，具有很好的应用前景。
超临界CO2萃取大蒜油的最佳工艺条件：萃取压力为14～16Mpa，萃取温度为34～36℃，CO2流量为2L/min，萃取时间为5h以内。在此条件下，萃取率为80%以上，得率为0.35%～0.40%。
蛋黄卵磷脂
卵磷脂是一种生命基础物质，对人体而言，蛋黄卵磷脂比大豆卵磷脂更易被人体所接受，并具有更高的生物效价。卵磷脂也是人体所有细胞膜、核膜、线粒体和肉质网膜等生物膜的基础构成物质，也是人体神经传输纤维的构成物质。在医学上它可用于治疗动脉粥状硬化、脂肪肝、神经衰弱、营养不良、胆固醇结石和脑血栓老年性痴呆症等。它在食品工业中也得到了广泛的应用，可作为乳化剂、抗氧化剂、润饰剂、
软化剂、分散剂和脱模剂等。除此之外，它还应用在石油、化工和纺织等行业中。因此开发高质量、高纯度的卵磷脂具有重要意义。
胡萝卜素
α-胡萝卜素和β-胡萝卜素除富含作为食品防腐剂的前维生素A活性物质外，在抗癌和降低心脏病危险性方面也有非常显著的效果。此外，胡萝卜素还是商业食品着色剂。目前，从藻类物质中提取胡萝卜素多采用有机溶剂(乙烷)提取，这不仅增加了溶剂的费用，而且除去了潜在的有毒残留溶剂。另外，CO2浓度和物料粒也对β-胡萝卜素的提取有一定影响。
核桃油
核桃油取自核桃的果仁，因品种不同，核桃的果实含壳、含仁率也有较大的差别。一般核桃的果仁含油在45～65%之间。核桃油呈黄绿色，味美，其中不饱和脂肪酸含量在90%以上，且大部分是亚油酸，并含有少量的亚麻酸及油酸等。亚油酸和亚麻酸都是人体必需的脂肪酸，具有降血脂、助消化和补气血等功效，营养价值较高。
玉米胚芽油提取
玉米胚芽油的提取是玉米酒精生产过程的重要生产单元。玉米胚芽油中含有大量人体需要的不饱和脂肪酸、维生素E及β-胡萝卜素等营养成分，对生长发育，滋润皮肤，降低血清胆固醇，预防高血压均有一定功效。另外还含有人体自身不能合成的“必需”脂肪酸——亚油酸，亚油酸对预防和辅疗心脏病、动脉硬化、糖尿病有一定功效。
传统的玉米胚芽油的生产主要有机榨法和工业己烷浸出法。机榨法出油率较低，且对油成分影响较大;工业己烷浸出法工艺复杂，且残存的工业己烷对人体有一定的毒副作用。因此，寻找一种对人体无毒无害的安全溶剂与工艺，以获取高收率和高质量的玉米胚芽油产品，满足人们对食品绿色环保的要求具有一定的现实意义。与传统的机榨法和溶剂浸出法相比，超临界CO2萃取法具有很多的优势，提取的玉米油的质量不经过深加工就已经达到了精炼油的标准。适宜的萃取工艺条件为：压力25～30MPa，萃取温度为45℃，萃取时间3h。
食用色素
食用色素包括合成色素和天然色素，是主要的食品添加剂之一，得到越来越广泛
的应用。但是，随着科学技术的发展，人类对于自身健康的重视和检测能力有了进一步提高，已经发现合成色素有很多不安全的因素，长期使用会严重危害人类的健康，所以食用天然色素越来越受到人们的青睐。近年来，我国食用天然色素有了很大发展，全国生产天然色素的企业已达数十家，年产量和使用量也有了大幅提高。
天然抗氧化剂的提取
许多研究表明超临界萃取技术可以较好的提取植物原料中的类胡萝卜素、维生素E、多酚等天然抗氧化剂，避免了传统方法的溶剂量大、作用时间长、氧化损失等缺点。例如利用超临界萃取技术可以提取从玉米蛋白粉中提取类胡萝卜素、从油脚或油脂脱臭馏出物中提取天然维生素E技术现在都比较成熟。
超临界流体萃取技术存在的问题
超临界CO2萃取技术并非是完美的，也存在着自身不可克服的问题，具体表现为：①对极性大、分子量超过500种物质，需要夹带剂或在很高的压力下进行，这就需要选择合适的夹带剂或增加高压设备;②对于成分复杂的原料，单独采用SPE—CO2技术往往满足不了纯度的要求，需要与其他分离手段联用;③CO2的临界压力偏高，这就增加了设备的固定投资;④超临界分离设备在萃取釜的密封、快开结构、疲劳设计和装卸料的自动化等方面还不够完善。 超临界流体萃取技术的发展方向
长期以来，对超临界流体萃取技术的产业化，主要是单纯超临界CO2的间隙式萃取，处理的物料也多以固体植物为主，得到的几乎都是粗提混合物。为了得到高纯度的产品，德国、日本、澳大利亚、意大利等国用于精制天然维生素E、精油脱萜、提取高纯度的不饱和脂肪酸等;法国用于从啤酒及葡萄酒中分离乙醇制备无醇啤酒及无醇葡萄酒。超临界多元流体和在超临界流体中添加夹带剂，具有从量变到质变的区别，具体体现在超临界多元流体的分步选择性萃取、重组萃取及精馏萃取新工艺，可用于复方中成药、民族药新制剂的加工，保健食品的加工，烟草深加工，茶叶深加工，海洋生物资源深加工。
由于超临界CO2萃取分离技术是一项获得健康、安全高品质产品和对环境友好的高新技术。随着人们对自身健康的重视和环境意识的日益加强，以及世界各地对食品管理卫生越来越严格的趋势，预计超临界CO2萃取分离技术在今后将得到广泛的应用，超临界CO2萃取产品也将成为人们首选的健康食品。
参考文献
2孙萍,王振斌,马晓珂. 超临界CO2萃取技术在我国食品工业中的应用. 莱阳农学院学报， 2002高荣海，邓玉霞，魏永忠，曲文娇. 超临界CO2萃取技术在食品工业中的应用. 农业
科技与装
备. 2010
安徽农学院.茶叶生物化学[M].北京：农业出版社，1989
岳鹏翔，吴守一.用超临界CO2脱除绿茶浓缩液中咖啡碱的工艺研究[J].农业工程学报，2002，18(3)：120-122.
曾虹燕，方芳，蒋丽娟.超临界CO2萃取大豆油与大豆磷脂工艺条件研究[J].生物技术， 2003， 13(2)：37-39.
汤凤霞，李海峰，乔长晟.超临界CO2萃取大蒜油的研究[J].现代化农业，2001
(1)：20-22.
黄素芬，陈有亮，徐笔峰，等.鸭蛋蛋黄粗卵磷脂的提取工艺研究[J].浙江农业科学，2004(3)：158-160.
沈同，王镜岩.生物化学(第二版)[M].北京：高等教育出版社，1990贺稚非，高兆建，杨光伟，等.超临界CO2萃取法制备蛋黄卵磷脂的研究[J].西南农业大学学报(自然科学版)，2003，25(4)：283-286.
韩玉谦，隋晓，刘玉申.超临界CO2萃取辣椒红色素的研究[J].中国食品添加剂，1996(2)： 1-3.
于志云.超临界二氧化碳萃取技术在辣椒红色素精制工艺中的应用[J].中国食品添加剂，2001(5)：63-66.
廖传华，周玲，顾海明，等.超临界CO2萃取β-胡萝卜素的实验研究[J].过滤与分离，2002，12(2) ：6-7.
葛保胜，王秀道，盂磊，等.超临界二氧化碳萃取核桃油的工艺研究[J].食品工业，2003(2)：44-46.
阎守和.速溶茶生物化学[M].北京：北京大学出版杜，1990
廖传华,等. 超临界CO2萃取设备的研究[J] . 粮油加工与食品机械, 2002 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
第三篇：化工原理
比容：单位质量的流体所具有的体积，用v表示
剪应力：单位面积上的内摩擦力，以τ
压强：流体的单位表面积上所受的压力，称为流体的压力强度，简称压强
流量：单位时间内通过管道任一截面的流体量
体积流量：单位时间内流体流经管道任一截面的体积，
质量流量：单位时间内流体流经管道任一截面的质量，
流速：单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离，
稳态流动：流体在各截面上的有关物理量仅随位置而变，不随时间改变。
流动边界层：流体流经固体壁面时，由于粘性力的存在，在壁面附近产生了速度梯度，这一存在速度梯度的区域称为流动边界层。
局部阻力：流体流经一定管件、阀门及管截面的突然扩大及缩小等局部地方所引起的阻力。 直管阻力：流体流经一定管径的直管时由于流体的内摩擦而产生的阻力。
绝对粗糙度：壁面凸出部分的平均高度，
相对粗糙度：绝对粗糙度与管道直径的比值
水力半径：流体在流道里的流通截面与润湿周边长度之比，(当量直径为4倍的水力半径) 气缚：离心泵启动时，泵内存有空气，由于空气密度很低，旋转后产生的离心力小，因而叶轮中心区所形成的低压不足以将贮槽内的液体吸入泵内，虽启动离心泵也不能输送液体。 轴功率N：单位时间电动机输入泵轴的能量。
压头：也叫扬程，是离心泵对单位重量流体所提供的有效能量。
容积损失：叶轮出口处高压液体因机械泄漏返回叶轮入口所造成的能量损失。
水力损失：黏性液体流经叶轮通道蜗壳时产生的摩擦阻力以及在泵局部处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力。
机械损失：由泵轴和轴承之间，泵轴和填料函等产生摩擦引起的能量损失。
均相物系：物系内部各处组成均匀且不存在相界面。
床层的自由截面积：单位床层截面上未被颗粒占据的面积，流体可自由通过的面积。 床层的比表面积：单位体积床层中所具有的固体颗粒表面积。
自由沉降：单一颗粒在粘性流体中不受其他颗粒干扰的沉降。
离心沉降：依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程。
过滤：利用重力或压差使悬浮液通过多孔性过滤介质，将固体颗粒截留，从而实现固液分离。 过滤速率：单位四级获得的滤液体积
过滤速度：单位时间通过单位过滤面积的滤液体积。
热传导：物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热能传递。
热对流：流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程
稳态传热：传热过程中，如果传热系统中各处温度只随位置而变，不随时间而变。 等温面：温度场中同一时刻下温度相同的各点组成的面。
温度梯度：等温面法线方向上的温度变化率。
第四篇：化工原理实验
吸收实验
?
一、 实验目的
1、? 熟悉填料吸收塔结构和流程
2、? 观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线
3、? 掌握气相总体积系数kYa和气相总传质单元高度HOG的测定方法。
?
二、 实验原理
1、? 填料塔流体力学特性
图2-73 填料层压降-空塔气速关系示意图填料塔的压降与泛点气速是填料塔设计与操作的重要流体力学参数，气体通过填料层引起的压降与空塔气速关系如图2-73所示：
当无液体喷淋时，干填料层压降Dp对气速u的关系在双对数坐标中可得斜率为1.8~2的直线，(图中aaˊ线)。当有液体喷淋时，在低气速下，(c点以前)对填料表面覆盖的液膜厚度无明显影响，填料层内的持液量与空塔气速无关，仅随喷淋量的增加而增大，压降正比于气速的1.8~2次幂，由于持液使填料层的空隙率减少，因此，压降高于相同气速下的干填料层压降，是图中bc段为恒持液区。随气速的增加液膜增厚，出现填料层持液量增加的“拦液状态”(或称载液现象)，此时的状态点，图中的c点称载点或拦液点。气速大于载点气速后，填料层内的持液量随气速的增大而增加，压降与气速关系线的斜率增大，图中cd段为载液区段。当气速继续增大，到达图中d点，该点成为泛点，泛点对应的气速称为液泛气速或泛点气速。此时上升气流对液体产生的曳力使液体向下流动严重受阻，积聚的液体充满填料层空隙，使填料层压降急剧上升，压降与气速关系线变陡，图中d点以上的线段为液泛区段。填料塔实际操作的气速控制在接近液泛但又不发生液泛时的气速，此时传质效率最高。一般操作气速取液泛气速的60%~80%。
2、? 气相总体积吸收系数kYa的测定
(1)?? 气相总体积吸收系数
?? (2—63)
式中：V ——惰性气体流量，kmol/s;
z ——填料层的高度，m;
W——塔的横截面积，m2;
Y
1、Y2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，kmol(溶质)/kmol(惰性组分); ——塔顶与塔底两截面上吸收推动力与的对数平均值，称为对数平均推动力。
?? (2—64)
在本实验中，由测定进塔气体中的氨量和空气量求出Y1，由尾气分析器测出Y2，再由平衡关系求出Y*。数据整理步骤如下：
(1)?? 空气流量
标准状态的空气流量为V。用下式计算：
? (2—65)
式中：V1——标定状态下的空气流量，(m3/h);
T0、P0——标准状态下空气的温度和压强，kPa;
T
1、P1——标定状态下空气的温度和压强， kPa;
T
2、P2——使用态下空气的温度和压强， kPa;
(2)?? 氨气流量
标准状态下氨气流量 用下式计算：
(2—66)
式中：——氨气流量计示值，(m3/h);
——标准状态下空气的密度,kg/m3;
——标准状态下氨气的密度, kg/m3。
若氨气中含纯氨为98%，则纯氨在标准状态下的流量V0〞用下式计算：
??? ?(2—67)
(3)?? 混合气体通过塔截面的摩尔流速：
(2—68)
式中：d——填料塔内径，m。
(4)?? 进塔气体浓度
?? (2—69)
式中：n1——氨气的摩尔分率。
n2——空气的摩尔分率。
根据理想气体状态方程式：
∴? ?(2—70)
(5)?? 平衡关系式
如果水溶液<10%的稀溶液，平衡关系服从亨利定律，则：
Y*=mx??? (2—71)
式中：m——相平衡常数，
?? (2—72)
H——亨利系数，Pa;
p——系统总压强，Pa.
? (2—73)
?
式中：p*——平衡时的氨气分压,(mmHg或Pa)，其数值可从附录5.1氨气的平衡分压表查得。
(6)?? 出塔气体(尾气)浓度
出塔气体(尾气)浓度由尾气分析仪测得，具体见附录5.4，尾气浓度的测定方法。 尾气中氨的浓度由下式计算：
??? (2—74)
式中：T
1、p1——空气流经湿式气体流量计的压强和温度;
T0、p0——标准状态下空气的温度和压强;
V1——湿式气体流量计所测得的空气体积，ml;
Vs——硫酸体积，L;
Cs——硫酸浓度，mol/L;
rs——反应式中硫酸配平系数，本实验rs =1;
r2——反应式中氨配平系数，本实验r2=2。
(7)?? 出塔液相浓度
根据物料平衡方程：
(2—75)
因进塔液相为清水，即X2=0，则
? (2—76)
(8)?? 计算
由对数平均推动力公式计算，其中∵X2=0∴Y*=0
(9)?? 求气相总体积吸收系数KYa
3、? 传质单元高度HOG的测定
? (2—77)
式中：HOG——气相总传质单元高度，m;
NOG——气相总传质单元数，无因次。
z已知，NOG求出后，则HOG可求得。
?
三、 实验装置及流程
图2-74 吸收装置流程图
l—风机;2—空气调节阀;3—油分离器;4—转子流量计;5—填料塔;6—栅板;7—排液管; 8—喷头;9—尾气调压阀;10—尾气取样管;11—稳压瓶;12—旋塞;13—吸收盒;14—湿式气体流量计;
15—总阀;16—水过滤减压阀;17—水调节阀;18—水流量计;19—压差计;20、21—表压计;
22—温度计;23—氨瓶;24—氨瓶阀;25—氨自动减压阀;
26、27—氨压力表;28—缓冲罐; 29—膜式安全阀;30—转子流量计;31—表压计;32—闸阀
四、 实验步骤及注意事项
1、? 实验步骤
(1)?? 填料塔流体力学测定操作
1)? 先全开叶氏风机的旁通阀，然后再启动叶氏风机，风机运转后再逐渐关小旁通阀调节空气流量。做无液体喷淋时，干填料层压降Dp对应气速u的关系。
2)? 全开旁通阀，再打开供水系统在一定液体喷淋量下，缓慢调节加大气速到接近液泛，使填料湿润，然后再回复到预定气速进行正式测定。
3)? 正式测定时固定某一喷淋量，测量某一气速下填料的压降，按实验记录表格记录数据。
4)? 实验完毕停机时，必须全开空气旁通阀，待转子降下后再停机。
(2)?? 气相总体积吸收系数测定的操作
1)? 实验前确定好操作条件(如氨气流量、空气流量、喷淋量)准备好尾气分析器。
2)? 按前述方法先开动水系统和空气系统，再开动氨气系统，实验完毕随即关闭氨气系统，尽可能节约氨气。
2、? 注意事项
(1) 填料塔流体力学测定操作，不要开动氨气系统，仅用水与空气便可进行操作。
(2) 正确使用供水系统滤水器，首先打开出水端阀门，再慢慢打开进水阀，如果出水端阀门关闭情况下打开进水阀，则滤水器可能超压。
(3) 正确使用氨气系统的开动方法，事先要弄清氨气减压阀的构造。开动时首先将自动减压阀的弹簧放松，使自动减压阀处于关闭状态，然后打开氨瓶顶阀，此时自动减压阀的高压压力表应有示值，关好氨气转子流量计前的调节阀，再缓缓压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，低压氨气压力表的示值达到5ⅹ104Pa或8ⅹ104Pa时即可停止。然后用转子流量计前的调节阀调节氨气流量，便可正常使用。关闭氨气系统的步骤和开动步骤相反。
(4) 尾气浓度的测定，详见附录5.4。
?
五、 实验报告要求
1、? 在双对数坐标纸上绘出干填料层压降Dp与空塔气速u的关系曲线及一定液体喷淋密度下的压降Dp与空塔气速u的关系曲线。
操作条件下液体的喷淋密度 [m3/m2.h]
??? (2—78)
2、? 测定含氨空气~水系统在一定的操作条件下的气相总体积吸收系数KYa和传质单元高度HOG。
六、 思考题
1、? 阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征。
2、? 为什么要测Dp~u的关系曲线?实际操作气速与泛点气速之间存在什么关系?
3、? 为什么引入体积吸收系数KYa?它的物理意义是什么?
混合气体经过填料塔吸收后，塔顶尾气浓度是怎样测定?
第五篇：化工原理总结
张晓阳
2013-2015年度 第一章 流体流动 1.牛顿黏性定律
2.流体静力学的方程运用：
(1)测压力：U管压差计，双液U管微压差计 (2)液位测量。 (3)液封高度的测量。 3.湍流和层流。
4.流体流动的基本方程：连续性方程(质量守恒原理)，能量守恒方程(包括内能，动能，压力能，位能)，伯努利方程。
5.边界层与边界层分离现象：边界层分离条件：流体具有粘性和流体流动的过程中存在逆压梯度。工程运用;飞机的机翼，轮船的船体等均为流线形，原因是为减小边界层分离造成的流体能量损失。 6.流体的管内流动的阻力计算: (1)流体在管路中产生的阻力：摩擦阻力(直管阻力)和形体阻力(局部阻力)
形体阻力的来源：流体流经管件、阀门以及管截面的突然扩大和缩小等局部地方引起边界层分离造成的阻力。
(2)管内层流的摩擦阻力的计算:范宁公式和哈根—泊谡叶公式。管内湍流的摩擦阻力的计算：经验公式。
(3)管路上的局部阻力：当量长度法和阻力系数法。 7.流量的测量(知识点综合运用) (1)测速管 (2)孔板流量计 (3)文丘里流量计 (4)转子流量计
第二章 流体输送机械
1.离心泵的工作原理及基本结构 2.离心泵的基本方程
3.离心泵的理论压头影响因素分析(叶轮转速和直径，叶片的几何形状，理论流量，液体密度) 4.离心泵的特性方程
5.离心泵的性能参数(流量，扬程，效率，有效功率和轴功率) 6.离心泵的安装高度 7.离心泵的汽蚀现象; 8.离心泵的抗汽蚀性能：NPSH，离心泵的允许安装高度。 9.离心泵的工作点 10.离心泵的类型
11.其他类型化工用泵：往复泵(计量泵、隔膜泵、活塞泵)、回转式泵、旋涡泵。 12.气体输送和压缩机械(通风机、鼓风机、压缩机、真空泵)
第三章非均相混合物分离及固体流态化
1.颗粒的特性 2.降尘室的工作原理 3.沉降槽的工作原理
4.离心沉降的典型设备是旋风分离器，其原理。
5.过滤操作的原理(化工中应用最多的是以压力差为推动力的过滤)、过滤基本方程、过滤速率与过滤速度
6.过滤设备：板框压滤机、加压叶虑机、转筒真空过滤机 7.间歇、连续过滤机的生产能力
第四章 液体搅拌
1.搅拌额目的。
2.搅拌器的两个基本功能及适用场所。 3.均相液体搅拌的机理是什么。 4.选择放大准则的基本要求是什么。
第五章 传热
1.传热方式: 热传导，对流，热辐射 (1)导热 若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导(导热)。 (2)对流传热
热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。 (3)辐射传热
任何物体, 只要其绝对温度不为零度 (0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。这种传热方式称为热辐射。
2.冷热流体热交换方式： (1)直接接触式换热 (2)蓄热式换热 (3)间壁式换热
3.热传导：平壁传热速率，n层平壁的传热速率方程;圆筒壁的热传导(单层和多层)
4.换热器的传热计算：总传热系数的计算 5.传热计算方法：平均温度差法，传热单元数法! 6.对流传热原理及其传热系数的计算
7.辐射传热：黑体，镜体，透热体和灰体，物体的辐射能力 8.换热器
(1)分类：混合式换热器，蓄热式换热器，间壁式换热器 (2)间壁式换热器：管壳式换热器(固定管板式换热器，浮头式换热器，U型管式换热器)，蛇管换热器，套管换热器。
(3)换热器传热过程的强化：增大传热面积S，增大平均温度差，增大总传热系数K (4)换热器设计的基本原则
第六章 蒸发
1.蒸发的目的： (1)制取增溶的液体产品 (2)纯净溶剂的制取 (3)回收溶剂 2.蒸发的概念
3.蒸发过程的分类及蒸发过程的特点 4.蒸发设备:循环冷却器
第七章传质与分离过程概论
1.传质的分离的方法：平衡分离，速率分离。
2.质量传递的方式：分子传质(分子扩散)和对流传质(对流扩散) (1)分子扩散：菲克定律
(2)对流传质：涡流扩散，对流传质机理，相际间的传质(双模模型,溶质渗透模型) 3.传质设备：板式塔和填料塔。
第八章 气体吸收
1.气体吸收的运用：
2.吸收操作：并流操作和逆流操作 3.气体吸收的分类：
4.吸收剂的选择：(1)溶解度(2)选择性(3)挥发度(4)粘度 5.吸收过程的相平衡关系：通常用气体在液体中的溶解度及亨利定律表示。
6..相平衡关系的应用：判断传质进行的方向，确定传质的推动力，指明传质进行的极限。
7.吸收过程的速率关系：膜吸收速率方程(气膜、液膜吸收速率方程)，总吸收速率方程。
8.低组成气体吸收的计算：全塔物料衡算，操作线方程 9.吸收剂用量的确定:(1)最小液气比(2)适宜的液气比 10.吸收塔有效高度的计算：(1)传质单元数法(2)等板高度法 11.其他吸收与解吸 12.填料塔
(1)塔填料：散装填料与规整填料等
(2)填料塔的内件：填料支撑装置，填料压紧装置，液体分布装置，液体收集及再分布装置。
(3)填料塔流体力学能与操作特性
第九章 蒸馏 一.相关概念：
1、蒸馏：利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。
2、拉乌尔定律：当气液平衡时溶液上方组分的蒸汽压与溶液中该组分摩尔分数成正比。
3、挥发度：组分的分压与平衡的液相组成(摩尔分数)之比。
4、相对挥发度：混合液中两组分挥发度之比。
5、精馏：是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。
6、理论板：气液两相在该板上进行接触的结果，将使离开该板的两相温度相等，组成互成平衡。
7、采出率：产品流量与原料液流量之比。
8、操作关系：在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层(n+1)板上升蒸汽的组成之间的函数关系。
9、回流比：精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。
10、最小回流比：两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。
11、全塔效率：在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。
12、单板效率：是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。
二：单级蒸馏过程：平衡蒸馏和简单蒸馏及其计算 三：多级精馏过程：精馏(连续精馏和间歇精馏)
四：两组分连续精馏的计算：全塔物料衡算和操作线方程，理论板层数的计算(图解法、逐板计算法和简捷法)，最小回流比的计算及选择。
五：间歇精馏和特殊精馏以及多组分精馏概述(了解部分) 六:板式塔
(1)塔板类型：泡罩塔，筛孔塔板和浮阀塔板。 (2)塔高及塔径的计算 (3)塔板的结构：溢流装置
(4)板式塔的流体力学性能和操作特性
第十一章 干燥
一、名词解释
1、干燥:用加热的方法除去物料中湿分的操作。
2、湿度(H):单位质量空气中所含水分量。
3、相对湿度():在一定总压和温度下，湿空气中水蒸气分压与同温度下饱和水蒸气压比值。
4、饱和湿度(s):湿空气中水蒸气分压等于同温度下水的饱和蒸汽压时的湿度。
5、湿空气的焓(I):每kg干空气的焓与其所含Hkg水汽的焓之和。
6、湿空气比容(vH):1kg干空气所具有的空气及Hkg水汽所具有的总体积。
7、干球温度(t):用普通温度计所测得的湿空气的真实温度。
8、湿球温度(tw):用湿球温度计所测得湿空气平衡时温度。
9、露点(td);不饱和空气等湿冷却到饱和状态时温度。
10、绝对饱和温度(tas)：湿空气在绝热、冷却、增湿过程中达到的极限冷却温度。
11、结合水分：存在于物料毛细管中及物料细胞壁内的水分。
12、平衡水分：一定干燥条件下物料可以干燥的程度。
13、干基含水量：湿物料中水分的质量与湿物料中绝干料的质量之比。
14、临界水分：恒速段与降速段交点含水量。
15、干燥速率：单位时间单位面积气化的水分质量。 二：湿空气的性质及湿度图 三：干燥过程的物料衡算与热量衡算 四：干燥速率与干燥时间 五：真空冷冻干燥
六：干燥器：厢式干燥器，转筒干燥器，气流干燥器，流化床干燥器，喷雾干燥器真空冷冻干燥器等 七：增湿与减湿