1、 化工分離過程期中復習第1頁第一章 緒論 （小結）1.分離過程分類平衡分離過程：以相平衡為分離極限。如：蒸發、精餾、吸收、萃取、結晶。速率分離過程：以擴散速率差異實現分離。如：膜分離，超濾，反滲透，滲析，電滲析。2.分離媒介能量媒介( ESA，energy separation agent ) - 熱，功；物質媒介（ MSA, matter separation agent）- 吸收劑，萃取劑。3.平衡分離過程分離單元可略分成幾大類僅輸入ESA：蒸發，冷凝、凝華、普通精餾，結晶，干燥，區域熔煉 。僅輸入MSA：吸收, 蒸出, 萃取，吸附，離子交換,氣提。同時加入ESA和MSA：萃取精餾，共沸精

2、餾，吸收蒸出，帶回流蒸出（水蒸汽蒸餾）,干燥。 第2頁 相平衡條件相平衡熱力學是建立在化學位概念基礎上。 從工程角度上講：第二章 單級平衡過程 （小結）2.1 -小結第3頁1.相平衡關系汽液平衡關系： 逸度系數： 活度系數： 第4頁2.相平衡常數（汽液平衡常數）3.相平衡常數計算汽液平衡：液液平衡： 2.1 小結第5頁4.活度系數法計算汽液平衡常數通式2.1 -小結第6頁幾類汽液平衡常數計算簡式 液相汽相理想溶液實際溶液理想氣體理想溶液實際氣體2.1 小結第7頁2.2 小結1.泡點計算：已知xi，p或T，求解T或p，yi2.泡點方程：或第8頁3.露點計算：已知yi，P或T， 求解T或P，xi

3、2.2 小結或4.露點方程第9頁2.2 小結5.計算方法（1）簡化計算（Ki與組成無關)試差法相對揮發度法 （2） 嚴格計算法（計算機計算） （Ki與組成相關)Ki = f (T, P, xi, yi)第10頁2.2 小結已知 xi, P 設TP-T-K圖Ki=f(T，P，xi，yi)iKiK i 設 yiYT， yiN試差法第11頁2.2 小結已知 xi, P Pis , Pks , .i=1,2,kcYTb相對揮發度法第12頁2.3 小結1.閃蒸計算問題：已知 F，Zi，PF，TF，HFV，L，yi，xi，T或Q2.閃蒸方程汽相分率第13頁2.3 小結（1）汽液平衡常數與組成無關（例2-8

4、）核實閃蒸溫度求，令1=0.5用式（2-67）計算xi，用式（2-68）計算yi求V，L 3.閃蒸計算（例2-9）（2）汽液平衡常數與組成相關第14頁3.1 小結1.設計變量在計算前應該指定物理量2.怎樣確定設計變量問題？第一步：確定相關過程中設計變量數目；第二步：選擇適當變量作為設計變量；第三步：給定設計變量詳細數值。3.總變量數 Nv= nm（c+2）+nw+nq第15頁4.單元設計變量3.1 小結分配器 換熱器（加熱/冷卻） 部分凝器 再沸器側線采出級帶有傳熱平衡級 全凝器全蒸發混合器簡單平衡級 給定出口溫度由若干平衡級串聯而成串級單元加料板第16頁Nr單元重復使用變量數稱為重復變量或串

5、級單元數。3.1 小結5.裝置設計變量總數 Niu第17頁串級單元分配器 理論板 (2)側線采出板是理論板和分配器組合。(3)加料板單元是一個分相器和兩個混合器組成綜合單元。 因分相器和混合器 故進料板3.1 小結6.幾個主要綜合單元 第18頁3.1 小結7.用郭氏法（簡便計算 )確定分離裝置獨立變量數步驟：(1) 確定裝置固定設計變量 Nxu以每一進料有（c+2）個變量，計算裝置進料變量總數。(2) 計算整個裝置可調設計變量Nau 確定過程中獨立壓力等級數。第19頁3.1 小結經典設計變量要求 操作型計算：進料位置 1側線采出位置 1側線采出流量 1平衡級數 1餾出液流量 1回流比 16餾出

6、液中A組分濃度 1釜液中B 組分濃度 1設計型計算：回流比 1(最適宜)進料位置 1 側線采出位置 1側線采出流量 168.舉例-復雜精餾塔第20頁3.2 多組分精餾過程 對于多組分精餾過程設計和操作計算，一樣包括最小回流比和最少理論板這兩個極限條件。這兩個極限條件常被用來關聯操作回流比和所需理論板數，成為簡捷法（FUG）計算基礎。 FUG法Fenske（芬斯克），計算 Underwood（恩特伍德），計算Rm ，由Rm RGilliand(吉利蘭圖）， 由Rm， Nm計算N第21頁ABCDE B（0.05%) C（0.02%)B（LK）輕關鍵組分C（HK）重關鍵組分 重組分 重組分（3）重組

7、分 揮發度比重關鍵組分小組分 N進料F，xi,F塔底產物W，xi,W塔頂產物D，xi,D3.2.1 多組分精餾過程分析1、關鍵組分關鍵組分選取工藝中最關心兩個組分，指定他們在塔頂和塔底產品中分配，將對整個溶液分離起關鍵性作用。餾出液中某組分濃度限制量（重關鍵組分，HK)釜液中某組分濃度限制量（輕關鍵組分，LK)，（4）輕組分 揮發度比輕關鍵組分大組分（2）重關鍵組分HK 揮發度低一個關鍵組分A BCD E A BCDE（1） 輕關鍵組分LK 揮發度高一個關鍵組分A 輕組分第22頁A 輕組分B（LK）輕關鍵組分C（HK）重關鍵組分D 重組分E 重組分B限制量LKC大部分 D幾乎全部 E全部 進料

8、塔底產物塔頂產物A全部 B部分 C限制HKN清楚分割 3.2.1 多組分精餾過程分析（1）清楚分割若兩關鍵組分揮發度相差較大，且二者為相鄰組分。重組分全部進入釜液產品，輕組分全部進入餾出液產品中。依據組分間揮發度差異，可有兩種預分配方法。2、組分在塔頂、塔底產品中預分配非關鍵組分在兩產品中分配能夠經過物料衡算求得。第23頁3.2.2 最小回流比 Rmin，N兩組分精餾夾緊點。即操作線與平衡線交點（平衡線無下凹）多組分精餾，若在最小回流比下操作，也會出夾點區，但不是一個（經常不是一個，有時是一個，圖3-10，b,c），對應于圖3-10 a 有上、下恒濃區。若組分處于恒濃區，則需N才能到達分離要求

9、。圖3-10 多組分精餾塔中恒濃區位置第24頁3.2.3 最少理論板數和組分分配 Nm全回流操作芬斯克（Fenske）方程式 塔頂全凝器；板理論板；由塔頂第一塊理論板開始計算全回流： N1FfiWxi,WDxi,Dxi,F=fi / Fxi,D= di / Dxi,W= wi / Wfi =di+wiF=D+W第25頁芬斯克（Fenske）方程推導全回流： 10 塔頂全凝器 ： 3.2.3 最少理論板數和組分分配第26頁Fenske公式最小理論板Nm 任意兩組分A，B3.2.3 最少理論板數和組分分配Fenske公式幾個形式：第27頁Fenske公式（幾個形式） 3.2.3 最少理論板數和組分

10、分配第28頁3.2.3 最少理論板數和組分分配Fenske公式計算非關鍵組分Nmxi,D或 di, xi,W或 wi第29頁3.3 萃取精餾和共沸精餾 在化工生產中經常會碰到待處理物料是： 各組分揮發度十分靠近，即組分之間相對揮發度靠近于1；形成共沸物（或恒沸物）； 熱敏物料； 有價值難揮發組分稀溶液 。 應用普通精餾或是無法分離，或是十分不經濟。第30頁3.3 萃取精餾和共沸精餾對上述這些體系， 通常采取分離方法：各組分在常壓時沸點雖十分靠近，但它們蒸汽壓隨溫度改變程度有顯著差異時，普通能夠經過選擇適當操作壓力實現經濟分離。 恒沸物組成隨壓力有比較顯著改變，能夠采取操作壓力不一樣雙塔系統實現

11、分離； 恒沸物是非均相，也能夠采取雙塔系統實現分離。第31頁3.3 萃取精餾和共沸精餾 4）更普通處理方法是向精餾系統添加第三種組分，經過它對原料液中各組分不一樣作用，改變它們之間相對揮發度，使原來難以進行精餾分離系統變得易于分離。這種既應用熱能，又加入分離媒（介）質精餾稱為特殊精餾。據加入媒介性質和作用不一樣，又分為萃取精餾和共沸精餾。第32頁一、萃取過程流程塔頂得一個純組分A（常為輕組分）S+BS塔頂得一個純組分B溶劑沸點比被分離組分高為了使塔內維持較高溶劑濃度，溶劑加入口一定要位于進料板之上，溶劑加入口需要與塔頂保持有若干塊塔板起回收溶劑作用，這一段稱溶劑回收段。第33頁二、萃取精餾原理

12、及溶劑選擇 溶劑選擇性 氣液平衡： 定義：第34頁下面分別討論式3-23式右邊各項對12 ,s 影響: 二、萃取精餾原理及溶劑選擇 S與組分1形成正偏差溶液。S與組分2形成負偏差溶液；最少能形成理想溶液，即： 若要使得設法使得式3-23溶劑作用相互作用反應S對料液中組分1，2不一樣作用效果，即： 相互作用。稀釋作用反應S加入，組分1，2間相互作用變弱，xs 越大，組分1和2間作用越弱。這一溶劑作用稱為溶劑稀釋作用。第35頁普通 很小 很小忽略，當S、L一定時， 有利于分離，但增加了回收段負荷和回收溶劑難度。當S、一定時， 不利于分離。(3-43)三、萃取過程分析 2. 塔內溶劑濃度分布萃取精餾

13、特點，LR并不總是提升分離程度；對于S/F一定，R有最正確值， 它是權衡R和xs對分離度綜合影響結果。第36頁一 、共沸物特點多組分：氣相理想氣體液相非理想溶液3.3.2 共沸精餾在恒沸點處：第37頁1. 二元系（1） 二元系均相共沸物 1) 特征： 氣相理想氣體液相非理想溶液計算恒沸 一 、共沸物特點第38頁丙酮-環己烷-苯系統純組分及共沸物沸點2.進料、塔頂及塔底產物量（舉例說明）總進料量：T=H+A 適宜共沸劑用量（T點）：塔底產物（B）量：塔頂產物（恒沸物D）量：三、連續恒沸精餾塔兩端產品確定3.2.2 共沸精餾丙酮共沸劑，分離環己烷-苯混合物。共沸劑第39頁塔底產物量（B/點） ：（

14、 C和B混合物）CE2.進料、塔頂及塔底產物量（舉例說明）丙酮-環己烷-苯系統純組分及共沸物沸點塔頂產物（恒沸物D）量：共沸劑用量不足（T/點）：3.2.2 共沸精餾B/ T/丙酮共沸劑，分離環己烷-苯混合物。第40頁B/ T/塔底產物量（B/點） ：（ A和B混合物）塔頂產物（恒沸物D）量：共沸劑用過量（T/點）：丙酮-環己烷-苯系統純組分及共沸物沸點CE3.2.2 共沸精餾2.進料、塔頂及塔底產物量（舉例說明）第41頁丙酮-環己烷-苯系統純組分及共沸物沸點F進料組成改變（從HF）共沸劑量增加塔頂產物恒沸物D增加塔底產物B降低3.2.2 共沸精餾E2.進料、塔頂及塔底產物量（舉例說明）第42

15、頁4 .雙塔流程若改變P能顯著改變恒沸物組成，可采取不一樣操作壓力雙塔流程。圖3-25 含有最低共沸物二組分系統在不一樣壓力下T-y-x圖四、共沸精餾流程 甲乙酮甲乙酮65%甲乙酮50%第43頁恒沸物:甲乙酮（65%）水圖3-26 雙壓精餾流程雙塔流程恒沸物:甲乙酮（50%）水1atm甲乙酮（65%）水W1, 水W2, 甲乙酮7atmD2FD1第44頁3.4.2 多組分吸收與蒸出過程分析1.吸收和蒸出過程設計變量及關鍵組分可調變量：設計型：已知吸收劑量N操作型：已知N , 吸收劑量 只有一個關鍵組分，吸收、蒸出塔相當于二股進、出料復雜塔設計變量及關鍵組分第45頁3.4.2 多組分吸收與蒸出過程

16、分析2. 單向傳質過程氣體溶劑（不揮發） 在塔內改變不能作為恒摩爾流。 蒸出過程傳質方向與吸收過程相反 吸收塔V大小L大小吸收過程 第46頁3.4.2 多組分吸收與蒸出過程分析多組分在吸附塔內分布不一樣組分和不一樣塔段吸收程度不一樣。 難溶組分（即輕組分）靠近塔頂幾級被吸收。 易溶組分（即重組分）靠近塔底幾級被吸收。 關鍵組分才在全塔范圍內被吸收。第47頁3.4.3.1 吸收因子法公式推導：綜合考慮了塔內氣液兩相流率和平衡關系一個數群；L/V值大，相平衡常數小，有利于組分吸收。 (3-66)A定義為吸收因子或吸收系數：第48頁1.平均吸收因子法由上式：v0與吸收劑平衡塔頂氣相中組分i （溶質）流量 。l0吸收劑中組分i （溶質）流量 當吸收劑不含溶質時，v0=0，l0=0 （3-73）吸收率第49頁1、平均吸收因子法直接解式（3-73）可用于求解N：（3-74）計算步驟：關鍵組分吸收率是依據分離要求決定，有了關鍵組分吸收率，再相關鍵組分吸收因子，即可利用圖3-62或式（3-74）確定理論板數。 第50頁1.平均吸收因子法計算步驟：