化工分離工程

.化工分離工程第一章 緒論1.1概述1.1.1 分離過程的發(fā)展與分類隨著世界工業(yè)的技術革命與發(fā)展,特別是化學工業(yè)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)盡管化工產品種類繁多,但生產過程的設備往往都可以認為是由反應器、分離設備和通用的機、泵、換熱器等構成。其中離不開兩類關鍵操作:一是反應器,產生新物質的化學反應過程,其為化工生產的核心;-其中離不開兩類關鍵操作:一是反應器,產生新物質的化學反應過程,其為化工生產的核心;-于是研究化學工業(yè)中具有共同性的過程和設備的規(guī)律,并將之運用于生產的“化學工程”這一學科應運而生。分離過程可分為機械分離和傳質分離兩大類。機械分離過程的對象都是兩相或兩相以上的非均相混合物,只要用簡單的機械方法就可將兩相分離,而兩相間并無物質傳遞現(xiàn)象發(fā)生傳質分離過程的特點是相間傳質,可以在均相中進行,也可以在非均相中進行。傳統(tǒng)的單元操作中,蒸發(fā)、蒸餾、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、結晶等單元操作大多在兩相中進行。依據處于熱力學平衡的兩相組成不相等的原理,以每一級都處于平衡態(tài)為手段,把其他影響參數(shù)均歸納于效率之中,使其更符合實際。它的另一種工程處理方法則是把現(xiàn)狀和達到平衡之間的濃度梯度或壓力梯度作為過程的推動力,而把其他影響參數(shù)都歸納于阻力之中,傳遞速率就成為推動力與阻力的商了。上述兩種工程處理方法所描述的過程,都稱作平衡級分離過程。分離行為在單級中進行時,往往著眼于氣相或液相中粒子、離子、分子以及分子微團等在場的作用下遷移速度不同所造成的分離。熱擴散、反滲透、超過濾、電滲析及電泳等分離過程都屬此類,稱速率控制分離過程,都是很有發(fā)展?jié)摿Φ男路蛛x方法。綜上所述,分離過程得以進行的基礎是在“場”的存在下,利用分離組分間物理或化學性質的差異,并采用工程手段使之達到分離。顯然,構思新穎、結構簡單、運行可靠、高效節(jié)能的分離設備將是分離過程得以實施乃至完成的保證。1.1.2 分離過程的地位廣泛的應用、科技的發(fā)展、環(huán)境的 需要都說明分離過程在 國計民生中所 占的地位和作用,并展示了分離過程的 廣闊前景:現(xiàn)代社會離不開分離技術 ,分離技術發(fā)展于現(xiàn)社 會。..1.2 分離分子組分 i和J的通用分高因一 fαl11為二組分在嚴品 l中的摩爾分率的比値除以在產品 2中的比值。 顯然,,r的單位可以用組分的質量分率、摩爾流量或質量流量 ,其所得的分離因子值不變。1.3 過程開發(fā)及方法( 1) 開發(fā)基礎研究 :針對項目的應用性基礎研究和工藝特征研究 ,以實驗室研究為主體( 2) 過程研究:進行工藝、產品、設備等的工程放大試驗 ,包括模型試驗、徽型中試、中間試驗、原型裝置試驗及工業(yè)試驗的全部過程或部分過程。(3) 工程研究:包括技術經濟評價、概念設計、數(shù)學模型、放大技術及基礎設計等 所以,化工新技術開發(fā)不外乎三個關鍵環(huán)節(jié) :概念形成到課題的選定、技術與經濟論證 (可行性)和放大技術。其中,放大技術是研究開發(fā)的核心 。1.逐級經驗放大其基本步驟是 :進行小試,確定操作條件和設備形式 ,以及可望達到的技術經濟指標。 確定的依據是最終產品質量、產量和成本 ,并不考慮過程的機理。小試之后進行規(guī)模稍大的中試 ,以確定設備尺寸放大后的影響 (放大效應) ,然后才能放大到工業(yè)規(guī)模的大型裝置 。2.數(shù)學模型方法此法基于對過程本質的深刻理解 ,將復雜過程分解為多個較簡單的子過程 ,再根據研究的目的進行合理簡化,得出物理模型 。1.4 分離方法的選擇可行性要選擇合適的分離方法 ,首先應考查它的可行性 。也就是說,應用該方法是否可能獲得所期望的結果。通過可行性判斷 ,可以篩選合適的分離方法 。第二章 精餾蒸餾（Distillation ）：借助液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異而進行分離的一種操作方法。簡單蒸餾（ simpledistillation) ：混合液受熱部分汽化，產生的蒸汽進入冷凝器種冷凝，分批收..集不同組成的餾出液產品。平衡蒸餾（equilibrium distillation) ：釜內液體混合物被部分汽化， 使氣相與液相處于平衡狀態(tài)，然后將氣相與液相分開，是一種單級蒸餾操作。精餾（rectification)：液體混合物多次進行部分冷凝或部分汽化后，最終可以在氣相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分。精餾計算：物料衡算，熱量衡算，相平衡關系計算方法：雙組份常用圖解法；多組分常用簡捷法、嚴格計算法普通精餾不適用下列物料的分離：（1）待分離組分間的相對揮發(fā)度很接近于 1。此時，它們的分離需要很多理論板數(shù)和很大的回流比，因此設備投資和操作費用很大，不經濟。一般認為，當分離所需的理論板數(shù)大于 100時，精餾已不適用。（2）待分離組分形成恒沸物，此時相對揮發(fā)度等于 1，平衡的汽液兩相組成一樣，普通精餾無法實現(xiàn)分離。3）待分離物料是熱敏性的，或是在高溫下易發(fā)生聚合、結垢、分解等不良反應的。4）待回收的組分是難揮發(fā)組分，且在料液中含量很低。此時能量消耗太大，不經濟。理論板、板效率和填料的理論板當量高度理論板：進入該板的不平衡的物流發(fā)生了充分的接觸傳質，離開了兩相的物流間達到了平衡；在該板上發(fā)生傳質接觸的汽液兩相各自完全混合，板上各點的汽相和液相濃度各自一樣；該板上充分接觸后的汽液兩相實現(xiàn)了機械上的完全分離，離開該板的汽流中不夾帶霧滴，液流中不夾帶氣泡，也不存在漏液。yj yj1板效率： EMV *yj yj1式中，分子為汽相經實際板接觸傳質后的增濃值；分母則為經理論板后的增濃值；效率為兩者之比值。點效率、莫夫里板效率（干板效率） 、濕板效率、總板效率理論板數(shù)只與相平衡關系、規(guī)定的分離要求和精餾操作參數(shù)（進料熱狀況、回流比和液氣比）有關，..表征物料達到規(guī)定分離要求的難易。系統(tǒng)物性對板效率的影響液相粘度：粘度高產生的氣泡大，兩相接觸差，液相擴散系數(shù)小，效率低；相對揮發(fā)度：相對揮發(fā)度大則氣相溶解度低，液相阻力大，板效率低；表面張力：表面張力對板效率影響相當小。二元精餾計算圖解法：在 x－y圖上作出平衡線和操作線、對角線和曲，精餾段在 精餾段操作線與平衡線之間畫得的梯級即為精餾段的理論板數(shù)，在提餾段操作線與平衡線畫出的梯級數(shù)為提餾段的理論板數(shù)。汽液平衡關系；相鄰兩板之間汽液兩相組成的操作關系；原料液的組成；進料熱狀況；操作回流比；分離程度精餾段各組分的摩爾汽化焓相等；氣液接觸時因溫度不同而交換的的顯熱可以忽略不計；塔的熱損失可以忽略不計R1)xD操作線方程y()x(R1R1提餾段操作線方程VB11y()x