分離工程 第三章1ppt

傳質分離工程劉豐第三章氣液傳質分離過程本章內容3.1設計變量3.2多組分精餾3.3特殊精餾3.4間歇精餾3.5吸收與解吸√√√√雙組分和多組分精餾的異同相同點：基本原理一致主要工具相同：物料衡算，熱衡衡算，相平衡關系不同點：雙組分常用圖解法多組分常用簡捷法嚴格計算法（計算機算）精餾是化工生產(chǎn)中常用的分離方法化工生產(chǎn)實際中，遇到的多是組分數(shù)C>2或復雜物系的分離和提純問題。對多組分分離裝置的計算，就意味著，涉及到的變量多，就需要用聯(lián)立或者迭代法解很多獨立方程，并且需要規(guī)定足夠多的設計變量，使得未知變量的數(shù)目正好等于獨立方程數(shù)。

到底需要規(guī)定多少設計變量才能唯一確定出其他各個物理量的值？如何去規(guī)定設計變量？這通常是分離計算中，第一步就涉及到的問題。3.1設計變量

IndependentDesignVariables物理量：流率、濃度、溫度（物流、系統(tǒng)）、壓力、熱負荷、機械功、傳熱面積、理論板數(shù)等。設計前需預先給定數(shù)值的變量稱為設計變量。設計變量的個數(shù)稱為設計變量數(shù)。例如：兩組分精餾，一股進料，只有頂、釜采出，則很簡單，但對于多線采出等復雜情況，則需知道確定的方法。設計前需給定數(shù)值的變量TotalcondenserRefluxdrumTopstageBottomstageFeedstageOverheadvaporFeedstreamflowrateAconcentrationinfeedFeedconditionindistillationpressureAorBconcentrationindistillateAorBrecoveryratioinbottomsRefluxratioNumberoftheoreticalstages(feedstagelocation)Heatduties(totalcondenser&reboiler)calculationKnownvariablesSpecifiedvariables已知變量規(guī)定變量設計變量數(shù)ND:independentdesignvariables變量總數(shù)NV:allpertinentvariables約束關系數(shù)Nc:thetotalnumberofindependentequationsrelatingthevariables強度變量：intensivevariables,suchastemperature,pressure,concentration容度變量：extensivevariables,suchasstreamflowrate,heattransferrate設備參數(shù)：equipmentparameters,suchasthenumberofequilibriumstages確定設計變量數(shù)遵循的一般原則：

CVDNNN-=設計變量數(shù)

系統(tǒng)的總變量數(shù)變量之間的約束關系數(shù)

舉例:VN＝出入物流變量數(shù)＋能量交換數(shù)（熱、功）

(1)物流變量數(shù)

任一物流的自由度：2+P-=Cf組分數(shù)

相數(shù)

對于單相流股：1=P1+=Cf完全描述一個流動流股還應加上該流股的流率。因此對于任一單相流股獨立變量數(shù)：21)1(+=++=CCNV(2)能量交換數(shù)

系統(tǒng)與環(huán)境間能量交換數(shù)的確定：有一股熱量交換，增加一個變量數(shù)。既有一股熱量交換，又有一股功交換時，應增加兩個變量數(shù)。

系統(tǒng)的總變量數(shù)CN依據(jù)約束關系式(1)物料衡算式

有C個組分的系統(tǒng)，能夠建立C個物料衡算式。(2)能量衡算式

(3)相平衡關系式

(4)化學反應平衡式(5)內在關系式每個系統(tǒng)只有1個能量衡算式。根據(jù)相平衡條件(逸度相等、壓力相等、溫度相等)能夠建立C(-1)+2個相平衡關系式。對于無化學反應的系統(tǒng)，化學平衡關系式數(shù)為0。通常指已約定的關系，或者設備為了達到應有的效果，還需要滿足的關系。如物料間的溫度差、壓力降的關系式等。約定的關系，如：物料溫度、壓力相等。約束關系數(shù)3.1.1單元的設計變量

Designvariablesforelements

一個化工流程由很多裝置組成，而每個裝置又可以分解為多個進行簡單過程的單元。確定單元的設計變量遵循前述的一般原則即可：單元裝置流程eceveDNNN-=例1.絕熱分配器

出入物流變量數(shù)：LL1L2（C+2）3能量交換數(shù)：0+)Nv=3C+6物料衡算式：能量衡算式：相平衡關系式：化學反應平衡式：內在關系式：C100L1和L2的T、P、組分濃度相等

2＋C-1Nc=2C+2NDe=Nve－Nce=C+4VNeCNe設計變量ND可進一步分為：

固定設計變量Nx可調設計變量NaNx

=進料物流變量數(shù)＋系統(tǒng)的壓力固定設計變量Nx

=進料＋壓力＝（C+2）+1LL1L2分配器可調設計變量Na=ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1分配比＝ND-Nx例2.產(chǎn)物為兩相的全凝器出入物流變量數(shù)：（C+2）3能量交換數(shù)：1+)Nv=3C+7物料衡算式：能量衡算式：相平衡關系式：化學反應平衡式：內在關系式：C1C(-1)+2=C+200Nc=2C+3NDe=Nve－Nce=C+4VL1L2QVNeCNe固定設計變量Nx

=進料＋壓力＝（C+2）+1可調設計變量Na=ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1VL1L2Q

產(chǎn)物為兩相的全凝器如單元溫度或引入的冷量例3.絕熱操作的簡單平衡級出入物流變量數(shù)：（C+2）4能量交換數(shù)：0+)Nv=4C+8物料衡算式：能量衡算式：相平衡關系式：化學反應平衡式：內在關系式：C1C(-1)+2=C+200Nc=2C+3NDe=Nve－Nce=2C+5VNeCNeV0V1L1L0+)固定設計變量Nx

=進料＋壓力＝2（C+2）+1＝2C＋5可調設計變量Na=ND-Nx=(2C+5)-(2C+5)=0V0V1L1L0絕熱操作的簡單平衡級

例4.有側線采出的平衡級

出入物流變量數(shù)：（C+2）5能量交換數(shù)：0+)Nv=5C+10物料衡算式：能量衡算式：相平衡關系式：化學反應平衡式：內在關系式：C1C(-1)+2=C+20C+1Nc=3C+4NDe=Nve－Nce=2C+6VNeCNe+)V0V1L1L0S固定設計變量Nx

=進料＋壓力＝2（C+2）+1＝2C＋5可調設計變量Na=Ni-Nx=(2C+6)-(2C+5)=1V0V1L1L0S有側線采出的平衡級

側采量思考題1：混和器的設計變量數(shù)F3F1F2思考題2：再沸器的設計變量數(shù)LVLQ掌握p58-59表3-1由單元設計變量確定：uiN重復使用一種為1前面進等于后面出例.簡單吸收塔（N塊理論板串級）VN1NLN+1L1V03.1.2設備的設計變量

Designvariablesforunits

∴吸收塔設計變量：

指定為理論板數(shù)或關鍵組分吸收率查表3—1：2MM+1M+2NFDW=L110C+N+27C+4再沸器2C+(M-1)+5(M-1)板平衡串級3C+7進料板2C+(N-M-1)+5N-(M+1)板平衡串級C+4回流分配器C+4全凝器單元9股單元物流數(shù)；進料C+2每級壓力（包括再沸器）N全凝器壓力1回流分配器壓力1合計C+N+45合計11（D/F）1進料位置1理論板數(shù)1回流溫度）（DLN1+

對精餾塔歸納出簡便、可靠的確定設計變量的方法：

（1）按每一單相物流有（C+2）個變量，計算由進料物流所確定的固定設計變量數(shù)。

（2）確定裝置中具有不同壓力的數(shù)目。

（3）上述兩項之和即為裝置的固定設計變量數(shù)。（4）將串級單元數(shù)目、分配器的數(shù)目、側線采出單元數(shù)目及傳熱單元數(shù)目相加，便是整個裝置的可調設計變量，uau