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1、 化工分离过程期中复习第1页第一章 绪论 （小结）1.分离过程分类平衡分离过程：以相平衡为分离极限。如：蒸发、精馏、吸收、萃取、结晶。速率分离过程：以扩散速率差异实现分离。如：膜分离，超滤，反渗透，渗析，电渗析。2.分离媒介能量媒介( ESA，energy separation agent ) - 热，功；物质媒介（ MSA, matter separation agent）- 吸收剂，萃取剂。3.平衡分离过程分离单元可略分成几大类仅输入ESA：蒸发，冷凝、凝华、普通精馏，结晶，干燥，区域熔炼 。仅输入MSA：吸收, 蒸出, 萃取，吸附，离子交换,气提。同时加入ESA和MSA：萃取精馏，共沸精

2、馏，吸收蒸出，带回流蒸出（水蒸汽蒸馏）,干燥。 第2页 相平衡条件相平衡热力学是建立在化学位概念基础上。 从工程角度上讲：第二章 单级平衡过程 （小结）2.1 -小结第3页1.相平衡关系汽液平衡关系： 逸度系数： 活度系数： 第4页2.相平衡常数（汽液平衡常数）3.相平衡常数计算汽液平衡：液液平衡： 2.1 小结第5页4.活度系数法计算汽液平衡常数通式2.1 -小结第6页几类汽液平衡常数计算简式 液相汽相理想溶液实际溶液理想气体理想溶液实际气体2.1 小结第7页2.2 小结1.泡点计算：已知xi，p或T，求解T或p，yi2.泡点方程：或第8页3.露点计算：已知yi，P或T， 求解T或P，xi

3、2.2 小结或4.露点方程第9页2.2 小结5.计算方法（1）简化计算（Ki与组成无关)试差法相对挥发度法 （2） 严格计算法（计算机计算） （Ki与组成相关)Ki = f (T, P, xi, yi)第10页2.2 小结已知 xi, P 设TP-T-K图Ki=f(T，P，xi，yi)iKiK i 设 yiYT， yiN试差法第11页2.2 小结已知 xi, P Pis , Pks , .i=1,2,kcYTb相对挥发度法第12页2.3 小结1.闪蒸计算问题：已知 F，Zi，PF，TF，HFV，L，yi，xi，T或Q2.闪蒸方程汽相分率第13页2.3 小结（1）汽液平衡常数与组成无关（例2-8

4、）核实闪蒸温度求，令1=0.5用式（2-67）计算xi，用式（2-68）计算yi求V，L 3.闪蒸计算（例2-9）（2）汽液平衡常数与组成相关第14页3.1 小结1.设计变量在计算前应该指定物理量2.怎样确定设计变量问题？第一步：确定相关过程中设计变量数目；第二步：选择适当变量作为设计变量；第三步：给定设计变量详细数值。3.总变量数 Nv= nm（c+2）+nw+nq第15页4.单元设计变量3.1 小结分配器 换热器（加热/冷却） 部分凝器 再沸器侧线采出级带有传热平衡级 全凝器全蒸发混合器简单平衡级 给定出口温度由若干平衡级串联而成串级单元加料板第16页Nr单元重复使用变量数称为重复变量或串

5、级单元数。3.1 小结5.装置设计变量总数 Niu第17页串级单元分配器 理论板 (2)侧线采出板是理论板和分配器组合。(3)加料板单元是一个分相器和两个混合器组成综合单元。 因分相器和混合器 故进料板3.1 小结6.几个主要综合单元 第18页3.1 小结7.用郭氏法（简便计算 )确定分离装置独立变量数步骤：(1) 确定装置固定设计变量 Nxu以每一进料有（c+2）个变量，计算装置进料变量总数。(2) 计算整个装置可调设计变量Nau 确定过程中独立压力等级数。第19页3.1 小结经典设计变量要求 操作型计算：进料位置 1侧线采出位置 1侧线采出流量 1平衡级数 1馏出液流量 1回流比 16馏出

6、液中A组分浓度 1釜液中B 组分浓度 1设计型计算：回流比 1(最适宜)进料位置 1 侧线采出位置 1侧线采出流量 168.举例-复杂精馏塔第20页3.2 多组分精馏过程 对于多组分精馏过程设计和操作计算，一样包括最小回流比和最少理论板这两个极限条件。这两个极限条件常被用来关联操作回流比和所需理论板数，成为简捷法（FUG）计算基础。 FUG法Fenske（芬斯克），计算 Underwood（恩特伍德），计算Rm ，由Rm RGilliand(吉利兰图）， 由Rm， Nm计算N第21页ABCDE B（0.05%) C（0.02%)B（LK）轻关键组分C（HK）重关键组分 重组分 重组分（3）重组

7、分 挥发度比重关键组分小组分 N进料F，xi,F塔底产物W，xi,W塔顶产物D，xi,D3.2.1 多组分精馏过程分析1、关键组分关键组分选取工艺中最关心两个组分，指定他们在塔顶和塔底产品中分配，将对整个溶液分离起关键性作用。馏出液中某组分浓度限制量（重关键组分，HK)釜液中某组分浓度限制量（轻关键组分，LK)，（4）轻组分 挥发度比轻关键组分大组分（2）重关键组分HK 挥发度低一个关键组分A BCD E A BCDE（1） 轻关键组分LK 挥发度高一个关键组分A 轻组分第22页A 轻组分B（LK）轻关键组分C（HK）重关键组分D 重组分E 重组分B限制量LKC大部分 D几乎全部 E全部 进料

8、塔底产物塔顶产物A全部 B部分 C限制HKN清楚分割 3.2.1 多组分精馏过程分析（1）清楚分割若两关键组分挥发度相差较大，且二者为相邻组分。重组分全部进入釜液产品，轻组分全部进入馏出液产品中。依据组分间挥发度差异，可有两种预分配方法。2、组分在塔顶、塔底产品中预分配非关键组分在两产品中分配能够经过物料衡算求得。第23页3.2.2 最小回流比 Rmin，N两组分精馏夹紧点。即操作线与平衡线交点（平衡线无下凹）多组分精馏，若在最小回流比下操作，也会出夹点区，但不是一个（经常不是一个，有时是一个，图3-10，b,c），对应于图3-10 a 有上、下恒浓区。若组分处于恒浓区，则需N才能到达分离要求

9、。图3-10 多组分精馏塔中恒浓区位置第24页3.2.3 最少理论板数和组分分配 Nm全回流操作芬斯克（Fenske）方程式 塔顶全凝器；板理论板；由塔顶第一块理论板开始计算全回流： N1FfiWxi,WDxi,Dxi,F=fi / Fxi,D= di / Dxi,W= wi / Wfi =di+wiF=D+W第25页芬斯克（Fenske）方程推导全回流： 10 塔顶全凝器 ： 3.2.3 最少理论板数和组分分配第26页Fenske公式最小理论板Nm 任意两组分A，B3.2.3 最少理论板数和组分分配Fenske公式几个形式：第27页Fenske公式（几个形式） 3.2.3 最少理论板数和组分

10、分配第28页3.2.3 最少理论板数和组分分配Fenske公式计算非关键组分Nmxi,D或 di, xi,W或 wi第29页3.3 萃取精馏和共沸精馏 在化工生产中经常会碰到待处理物料是： 各组分挥发度十分靠近，即组分之间相对挥发度靠近于1；形成共沸物（或恒沸物）； 热敏物料； 有价值难挥发组分稀溶液 。 应用普通精馏或是无法分离，或是十分不经济。第30页3.3 萃取精馏和共沸精馏对上述这些体系， 通常采取分离方法：各组分在常压时沸点虽十分靠近，但它们蒸汽压随温度改变程度有显著差异时，普通能够经过选择适当操作压力实现经济分离。 恒沸物组成随压力有比较显著改变，能够采取操作压力不一样双塔系统实现

11、分离； 恒沸物是非均相，也能够采取双塔系统实现分离。第31页3.3 萃取精馏和共沸精馏 4）更普通处理方法是向精馏系统添加第三种组分，经过它对原料液中各组分不一样作用，改变它们之间相对挥发度，使原来难以进行精馏分离系统变得易于分离。这种既应用热能，又加入分离媒（介）质精馏称为特殊精馏。据加入媒介性质和作用不一样，又分为萃取精馏和共沸精馏。第32页一、萃取过程流程塔顶得一个纯组分A（常为轻组分）S+BS塔顶得一个纯组分B溶剂沸点比被分离组分高为了使塔内维持较高溶剂浓度，溶剂加入口一定要位于进料板之上，溶剂加入口需要与塔顶保持有若干块塔板起回收溶剂作用，这一段称溶剂回收段。第33页二、萃取精馏原理

12、及溶剂选择 溶剂选择性 气液平衡： 定义：第34页下面分别讨论式3-23式右边各项对12 ,s 影响: 二、萃取精馏原理及溶剂选择 S与组分1形成正偏差溶液。S与组分2形成负偏差溶液；最少能形成理想溶液，即： 若要使得设法使得式3-23溶剂作用相互作用反应S对料液中组分1，2不一样作用效果，即： 相互作用。稀释作用反应S加入，组分1，2间相互作用变弱，xs 越大，组分1和2间作用越弱。这一溶剂作用称为溶剂稀释作用。第35页普通 很小 很小忽略，当S、L一定时， 有利于分离，但增加了回收段负荷和回收溶剂难度。当S、一定时， 不利于分离。(3-43)三、萃取过程分析 2. 塔内溶剂浓度分布萃取精馏

13、特点，LR并不总是提升分离程度；对于S/F一定，R有最正确值， 它是权衡R和xs对分离度综合影响结果。第36页一 、共沸物特点多组分：气相理想气体液相非理想溶液3.3.2 共沸精馏在恒沸点处：第37页1. 二元系（1） 二元系均相共沸物 1) 特征： 气相理想气体液相非理想溶液计算恒沸 一 、共沸物特点第38页丙酮-环己烷-苯系统纯组分及共沸物沸点2.进料、塔顶及塔底产物量（举例说明）总进料量：T=H+A 适宜共沸剂用量（T点）：塔底产物（B）量：塔顶产物（恒沸物D）量：三、连续恒沸精馏塔两端产品确定3.2.2 共沸精馏丙酮共沸剂，分离环己烷-苯混合物。共沸剂第39页塔底产物量（B/点） ：（

14、 C和B混合物）CE2.进料、塔顶及塔底产物量（举例说明）丙酮-环己烷-苯系统纯组分及共沸物沸点塔顶产物（恒沸物D）量：共沸剂用量不足（T/点）：3.2.2 共沸精馏B/ T/丙酮共沸剂，分离环己烷-苯混合物。第40页B/ T/塔底产物量（B/点） ：（ A和B混合物）塔顶产物（恒沸物D）量：共沸剂用过量（T/点）：丙酮-环己烷-苯系统纯组分及共沸物沸点CE3.2.2 共沸精馏2.进料、塔顶及塔底产物量（举例说明）第41页丙酮-环己烷-苯系统纯组分及共沸物沸点F进料组成改变（从HF）共沸剂量增加塔顶产物恒沸物D增加塔底产物B降低3.2.2 共沸精馏E2.进料、塔顶及塔底产物量（举例说明）第42

15、页4 .双塔流程若改变P能显著改变恒沸物组成，可采取不一样操作压力双塔流程。图3-25 含有最低共沸物二组分系统在不一样压力下T-y-x图四、共沸精馏流程 甲乙酮甲乙酮65%甲乙酮50%第43页恒沸物:甲乙酮（65%）水图3-26 双压精馏流程双塔流程恒沸物:甲乙酮（50%）水1atm甲乙酮（65%）水W1, 水W2, 甲乙酮7atmD2FD1第44页3.4.2 多组分吸收与蒸出过程分析1.吸收和蒸出过程设计变量及关键组分可调变量：设计型：已知吸收剂量N操作型：已知N , 吸收剂量 只有一个关键组分，吸收、蒸出塔相当于二股进、出料复杂塔设计变量及关键组分第45页3.4.2 多组分吸收与蒸出过程

16、分析2. 单向传质过程气体溶剂（不挥发） 在塔内改变不能作为恒摩尔流。 蒸出过程传质方向与吸收过程相反 吸收塔V大小L大小吸收过程 第46页3.4.2 多组分吸收与蒸出过程分析多组分在吸附塔内分布不一样组分和不一样塔段吸收程度不一样。 难溶组分（即轻组分）靠近塔顶几级被吸收。 易溶组分（即重组分）靠近塔底几级被吸收。 关键组分才在全塔范围内被吸收。第47页3.4.3.1 吸收因子法公式推导：综合考虑了塔内气液两相流率和平衡关系一个数群；L/V值大，相平衡常数小，有利于组分吸收。 (3-66)A定义为吸收因子或吸收系数：第48页1.平均吸收因子法由上式：v0与吸收剂平衡塔顶气相中组分i （溶质）流量 。l0吸收剂中组分i （溶质）流量 当吸收剂不含溶质时，v0=0，l0=0 （3-73）吸收率第49页1、平均吸收因子法直接解式（3-73）可用于求解N：（3-74）计算步骤：关键组分吸收率是依据分离要求决定，有了关键组分吸收率，再相关键组分吸收因子，即可利用图3-62或式（3-74）确定理论板数。 第50页1.平均吸收因子法计算步骤：