化工分離過程總復習

關于化工分離過程總復習2習題課大綱1重要知識點回顧

1.1緒論

1.2單級平衡過程

1.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算

1.4多組分多級分離的嚴格計算

1.5分離設備的處理能力和效率

1.6分離過程的節(jié)能

1.7其它分離技術和分離過程的選擇

2考試題型3自由交流環(huán)節(jié)第2頁,共60頁，2024年2月25日，星期天31.1緒論分離過程的分類

分離過程分為機械分離過程和傳質分離過程兩類。

傳質分離過程用于各種均相混合物的分離，分為平衡分離過程和速率分離過程。平衡分離過程——借助分離媒介（如熱能、溶劑或吸附劑）使均相混合物系統(tǒng)變成兩相系統(tǒng)，再以混合物中各組分在處于平衡兩相中的不等同的分配為依據而實現分離。第3頁,共60頁，2024年2月25日，星期天41.1緒論

速率分離過程——借助某種推動力（如濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用，某些情況下在選擇性透過膜的配合下，利用各組分擴散速度的差異而實現混合物的分離操作。

分離媒介分為能量媒介（ESA）和物質媒介（MSA）。第4頁,共60頁，2024年2月25日，星期天51.2單級平衡過程

1、相平衡的定義和條件

相平衡：混合物或溶液形成若干相，這些相保持著物理平衡而共存的狀態(tài)。從熱力學上看，整個物系的自由焓處于最小狀態(tài)，從動力學看，相間無物質的傳遞。第5頁,共60頁，2024年2月25日，星期天61.2單級平衡過程

1、相平衡的定義和條件

相平衡時，各相的T、P，組分在各相的化學位相同（相平衡的條件）。第6頁,共60頁，2024年2月25日，星期天71.2單級平衡過程

2、活度系數法表示Ki的簡化形式

（1）汽相為理想氣體，液相為理想溶液g-l平衡關系：

（2）汽相為理想氣體，液相為非理想溶液g-l平衡關系：第7頁,共60頁，2024年2月25日，星期天81.2單級平衡過程

（3）汽相為理想溶液，液相為理想溶液（4）汽相為理想溶液，液相為非理想溶液第8頁,共60頁，2024年2月25日，星期天91.2單級平衡過程

3、多組分物系的泡點和露點計算（1）泡點T、泡點P、露點T、露點P的定義

精餾塔為全凝器時回流為何溫度？分凝器？塔底溫度？（2）泡點溫度和泡點壓力的計算ⅠKi與xi無關的泡點溫度的計算泡點方程：第9頁,共60頁，2024年2月25日，星期天101.2單級平衡過程

①求解泡點方程的試差法，求解步驟如下：假定T已知P得到Ki

Kixi|f(T)|=|

Kixi-1|≤YT=T設，yi=

KixiN調整T②相對揮發(fā)度法設T（離泡點不遠）得到PiST泡安托尼公式第10頁,共60頁，2024年2月25日，星期天111.2單級平衡過程

前提條件：平衡常數和組成無關的泡點溫度計算（簡化K）泡點計算：泡點方程：目標函數形式：求導式：按Newton迭代式導出式：③計算機計算（Newtow迭代法）第11頁,共60頁，2024年2月25日，星期天121.2單級平衡過程

Ⅱ泡點壓力的計算理想物系：

汽相為理想氣體，液相為非理想溶液第12頁,共60頁，2024年2月25日，星期天131.2單級平衡過程

（3）平衡常數與組成無關的露點溫度計算露點方程：目標函數形式：第13頁,共60頁，2024年2月25日，星期天141.2單級平衡過程

設T給定P由P-T-K圖查KiYxi,T

結束N調整Tf(T)>0,T設偏低，提高T。

f(T)<0,T設偏高，降低T。露點計算方法同于泡點計算：1.試差；2.用αiK計算；3.電算。第14頁,共60頁，2024年2月25日，星期天151.2單級平衡過程

4、等溫閃蒸

核定給定溫度下閃蒸問題是否成立的兩種方法：

計算閃蒸壓力下進料混合物的泡點溫度TB和露點溫度TD。方法一：若TB<T閃蒸<TD，則閃蒸問題成立。第15頁,共60頁，2024年2月25日，星期天161.2單級平衡過程

方法二：假設閃點溫度就是進料的泡點溫度：則：應該成立，如果再假設閃蒸溫度就是進料的露點溫度：說明TB<T。則：應該成立，如果說明TD>T。

綜合兩種試算結果，只有TB<T<TD成立，才能構成閃蒸問題。第16頁,共60頁，2024年2月25日，星期天171.2單級平衡過程

閃蒸過程計算的基本關系：汽液相平衡關系：物料平衡關系：熱平衡關系：歸一化方程：（2-63）（2-64）（2-44）（2-65）

（2-46）（2-45）第17頁,共60頁，2024年2月25日，星期天181.2單級平衡過程

利用牛頓迭代法解Rachord-Rice方程迭代方程（2-71）（2-72）（2-73）第18頁,共60頁，2024年2月25日，星期天191.2單級平衡過程

閃蒸過程的計算步驟：在給定溫度下進行閃蒸計算，需要核實閃蒸問題是否成立（兩種方法）；設定Ψ初值，利用Rachord-Rice方程進行閃蒸迭代計算；計算汽、液流率；利用式(2-67)和(2-68)計算汽液兩相的組成。第19頁,共60頁，2024年2月25日，星期天201.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算1.3.1設計變量設計變量——計算前，必須由設計者賦值的變量。1、獨立變量數NV

（2）描述系統(tǒng)與外界能量交換和功交換的變量數。NV=∑（C+2）+能量、功交換變量數（1）物流獨立變量數第20頁,共60頁，2024年2月25日，星期天211.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算2、約束關系數NC的確定（1）物料衡算式c個

（2）能量衡算式1個

（3）相平衡式有c（π－1）個（4）化學平衡式（5）內在關系式指約定關系3、設計變量第21頁,共60頁，2024年2月25日，星期天221.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算4、求Na確定Nx進料條件壓力級數5、單元的設計變量數的確定第22頁,共60頁，2024年2月25日，星期天231.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算6、裝置設計變量的確定（1）按每一股單相物流有（c+2）個變量，計算進料物流所確定的固定設計變量數；（2）確定裝置中具有不同壓力的數目；（3）上述兩項之和即為裝置的固定設計變量數；（4）將串級單元數，分配器數，側線采出單元數以及傳熱單

元的數目相加，便是裝置的可調設計變量數。（****表3-1中Na=1的單元）（5）裝置的設計變量：第23頁,共60頁，2024年2月25日，星期天241.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算1.3.2多組分精餾過程1、有關概念LK、HK、LNK、HNK，關鍵組分選擇的原則，分配組分及非分配組分，恒濃區(qū)，夾點。關鍵組分——精餾過程由設計者指定濃度或提出分離要求（如指定回收率）的那兩個組分。

結論：精餾塔中，溫度分布主要反映物流的組成；而總的級間流量分布則主要反映熱量衡算的限制。第24頁,共60頁，2024年2月25日，星期天251.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算清晰分割——餾出液中除了HK外，沒有其他重組分，釜液中除了LK外，沒有其他輕組分。

精餾操作的兩種極限情況：Rm下精餾操作需要無窮多塊理論板才能完成分離任務；全回流的意義、特點。2、恩德伍德法計算最小回流比的步驟，計算中應注意的問題。3、芬斯克公式的幾種形式、公式使用條件，使用中應注意的問題。第25頁,共60頁，2024年2月25日，星期天261.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算Fenske方程的幾種形式第26頁,共60頁，2024年2月25日，星期天271.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算組分分配：將Fenske方程變形可得各組分流量分配。

（3-12）第27頁,共60頁，2024年2月25日，星期天281.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算

由吉利蘭圖或由耳波和馬多克斯關聯圖求N求理論板數的查圖方法、步驟、使用條件及注意的問題。適宜進料位置的確定方法。4、實際回流比、理論板數和適宜進料位置的確定5、簡捷法（FUG）設計精餾塔的步驟（1）根據工藝條件和經驗數據確定對關鍵組分的分離要求；（2）按清晰分割作物料衡算，求D、W、xiD和xiW的初值；第28頁,共60頁，2024年2月25日，星期天291.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算（3）由xiD和xiW計算塔頂和塔底溫度及全塔相對揮發(fā)度的平均值；（4）利用芬斯克方程求出Nm；（5）利用芬斯克方程計算非關鍵組分分配比，然后按非清晰分割作物料衡算；（6）

用恩德伍德公式求Rm；第29頁,共60頁，2024年2月25日，星期天301.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算（7）由吉利蘭圖或耳波和馬多克斯圖求N并確定適宜進料板位置；（8）由全塔效率求操作回流比下的實際板數；（9）由熱量衡算求冷凝器和再沸器的熱負荷。其中，（2）、（4）、（5）必須熟練掌握。第30頁,共60頁，2024年2月25日，星期天311.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算1.3.3萃取精餾和共沸精餾1、有關概念

特殊精餾、萃取精餾、共沸精餾，共沸精餾和萃取精餾的異同點，溶液的正偏差和負偏差。2、萃取精餾過程溶劑的作用第31頁,共60頁，2024年2月25日，星期天321.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算

萃取精餾過程S作用可歸納為以下幾點：（1）溶液性質的影響，最好為與1形成正偏差，與2形成負偏差的體系；（2）溶劑濃度的影響（稀釋作用）使原溶液中各組分的作用減弱，S量要大（一般xS為0.6～0.8）。3、萃取精餾過程溶劑選擇的原則及三種選擇方法4、萃取精餾流程及萃取精餾塔的分段6、萃取精餾操作設計的特點5、萃取精餾塔內流量分布、和濃度分布特點第32頁,共60頁，2024年2月25日，星期天331.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算7、共沸物的特征和共沸組成的計算（1）共沸物的特征：a共沸點對應共沸組成x=y;b過了共沸點，輕、重組分互換；c原料組成在共沸點一側，可得一純組分和一共沸物。第33頁,共60頁，2024年2月25日，星期天341.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算（2）共沸組成的計算（簡單過程）第34頁,共60頁，2024年2月25日，星期天351.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算8、能設置采用雙塔分離均相共沸物和非均相共沸物的精餾流程。9、確定連續(xù)操作共沸精餾兩端產品的幾點考慮（1）精餾產品不僅與塔的分離能力有關，還與全部進料組成所在區(qū)域有關；

（2）加入S對精餾的影響（量要合適）；（3）共沸劑加入位置。第35頁,共60頁，2024年2月25日，星期天361.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算10、共沸精餾和萃取精餾的比較共同點：都加入S使

；計算所用基本關系都是物量衡算、熱量衡算和相平衡關系。不同點：（1）共沸精餾中所用S至少與被分離物料中一個組分形成共沸物，萃取精餾無此限制；（2）共沸精餾中S從塔頂蒸出，消耗熱能較大；（3）萃取精餾只可用于連續(xù)操作；（4）共沸精餾T較低，更適合分離熱敏性物料。第36頁,共60頁，2024年2月25日，星期天371.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算1.3.4吸收和蒸出過程1、有關概念及基本知識

物理吸收、化學吸收、關鍵組分的定義，吸收和蒸出的流程，吸收和精餾的區(qū)別，塔頂和塔底吸收的限度，最小液氣比、相對吸收率、吸收率、相對蒸出率、蒸出率。2、吸收因子A的定義式，在吸收中的意義及影響因素。第37頁,共60頁，2024年2月25日，星期天381.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算3、物理吸收過程和精餾過程的比較相同點：均屬于傳質分離過程。不同點：①精餾過程是氣液相雙向傳質，利用組分的揮發(fā)度的不同實現分離，物理吸收過程是氣相分子向液相的單方向分子擴散和傳質過程，利用組分在吸收劑中溶解度的不同實現分離。②精餾指定兩個關鍵組分的分離要求，而吸收只能指定一個關鍵組分。第38頁,共60頁，2024年2月25日，星期天391.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算③精餾引入能量媒介，吸收引入物質媒介。④精餾塔一般是一股進料兩股出料，吸收塔有兩股進料和兩股出料。⑤由于吸收液從塔頂注入，富氣（原料氣）由塔底加入，吸收過程放出溶解熱，因此吸收塔內從塔頂到塔釜，關鍵組分氣、液相濃度都是上升的，一般情況下，溫度也是逐步上升的。精餾塔內可視作恒摩爾流計算，并可按清晰分割和非清晰分割對物料進行預分配。第39頁,共60頁，2024年2月25日，星期天401.3多組分多級分離過程分析與簡捷計算①選定關鍵組分及其吸收率；②確定最小液氣比和操作液氣比；③計算理論板數N（3-82）；④計算其它組分吸收率；⑤求v1，y1，L0，lN，xN等。4、吸收過程設計計算的步驟：第40頁,共60頁，2024年2月25日，星期天411.4多組分多級分離的嚴格計算1、平衡級的MESH方程

（1）物料衡算式（M）（2）相平衡關系（E）第41頁,共60頁，2024年2月25日，星期天421.4多組分多級分離的嚴格計算（3）摩爾分率加和式（S）S方程用于求各板溫度。

（4）熱量衡算式（H）

H方程用于求各板的氣液相流量。第42頁,共60頁，2024年2月25日，星期天431.4多組分多級分離的嚴格計算2、逐級計算用的基本方程

（1）相平衡方程（E）

露點方程

泡點方程

第43頁,共60頁，2024年2月25日，星期天441.4多組分多級分離的嚴格計算（2）物料衡算方程（操作線方程）3、逐板計算法的步驟

從上向下計算時塔頂采用部分冷凝器及塔頂采用全凝器時步驟；從下向上計算時計算步驟。進料位置及計算中值的確定。第44頁,共60頁，2024年2月25日，星期天451.4多組分多級分離的嚴格計算4、適宜進料位置的確定及計算結果的校核

從上往下算時（操作關系xi，j-1→yi，j）

從下往上算時（操作關系yi,j-1→xi,j）第45頁,共60頁，2024年2月25日，星期天461.4多組分多級分離的嚴格計算5、計算起點的確定（1）對只有LNK的物系，D的估計比較準確，從塔頂開始逐級計算；（2）對只有HNK的物系，W的估計比較準確，從塔釜開始逐級計算；（3）對既有LNK又有HNK的物系，可分別從兩端開始往進料處逐級計算。第46頁,共60頁，2024年2月25日，星期天471.4多組分多級分離的嚴格計算

三對角線距陣法是最常用的多組分多級分離過程的嚴格計算方法，它以方程解離法為基礎，將MESH方程按類型分為三組，既修正—M方程、S—方程和H—方程，然后分別求解。

在泡點法計算中，利用修正M-方程計算液相組成；利用S-方程在內層循環(huán)中計算各級溫度；利用H-方程在外層循環(huán)中計算氣相流率。6、三對角線距陣法7、泡點法第47頁,共60頁，2024年2月25日，星期天481.5分離設備的處理能力和效率氣液傳質設備處理能力的影響因素5.1.1液泛霧沫夾帶壓力降停留時間第48頁,共60頁，2024年2月25日，星期天491.5分離設備的處理能力和效率實際板與理論板的差異理論板實際板1.離開板的氣液相濃度達到平衡；達到平衡要無限長時間。影響因素：塔板結構、流動情況和物性等。2.氣液兩相完全混合，板上濃度均一；

板上液相濃度徑向分布，液體入口處濃度高，進入的氣相各點濃度不相同。3.均勻流動，各點停留時間相同；不均勻流動，各點停留時間不同。4.無霧沫夾帶、漏液、液相泡沫夾帶等。有霧沫夾帶、漏液、液相泡沫夾帶等。第49頁,共60頁，2024年2月25日，星期天501.5分離設備的處理能力和效率氣液傳質設備的效率的表示方法5.1.2.1全塔效率板效率點效率等板高度第50頁,共60頁，2024年2月25日，星期天511.5分離設備的處理能力和效率氣液傳質設備的效率的影響因素5.1.2.2傳質速率流型混合霧沫夾帶物性第51頁,共60頁，2024年2月25日，星期天521.6分離過程的節(jié)能1、有關概念-Wmin,T的意義：表示分離過程能耗的最低限。

分離的最小功、熱力學效率、等當功、有效能定義、多效精餾等。

熱力學效率等當功有效能定義式第52頁,共60頁，2024年2月25日，星期天531.6分離過程的節(jié)能2、等溫等壓分離理想氣體和理想溶液耗功的規(guī)律①將等分子混合物分離成兩個純組分時所需-Wmin,T要比分離其它混合物所需-Wmin,T要大。此時無因次最小功為0.6931。②同一進料組成yA,F，分離成兩個純組分比分離成兩個非純組分所需-Wmin,T要大，產品純度越高，-Wmin,T越大。

等溫分離理想溶液混合物的-Wmin,T與等溫分離理想氣體混合物相同。第53頁,共60頁，2024年2月25日，星期天541.6分離過程的節(jié)能3、等溫分離非理想物系最小功耗的規(guī)律①若溶液為正偏差時（即），等溫分離-Wmin,T將比分離理想溶液時??；②若溶液為負偏差時（即），等溫分離-Wmin,T將比分離理想溶液時大；③對于完全不互溶體系（即）-Wmin