多級分離過程的計算

多級分離過程的計算第1頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月多組分精餾：

1.組分?jǐn)?shù)C>22.求解數(shù)目較多方程——變量分析

3塔內(nèi)分布復(fù)雜——過程分析

4計算簡捷法：Fenske-Undewood-Gilliland法共沸精餾圖解法萃取精餾簡化法吸收因子法逆流萃取集團(tuán)法逐板法：嚴(yán)格計算（非本章內(nèi)容）返回第2頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第三章多組分多級分離過程分析與簡捷計算第一節(jié)設(shè)計變量第二節(jié)多組分精餾過程第三節(jié)萃取精餾和共沸精餾第四節(jié)吸收和蒸出過程第五節(jié)萃取過程第3頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)設(shè)計變量

3.1.1單元的設(shè)計變量

3.1.2裝置的設(shè)計變量返回第4頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計變量：確定設(shè)計中已知變量例如二元精餾：

可解出：N；…

對于復(fù)雜體系變量如何確定？第5頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月約束條件數(shù)：物料平衡式能量平衡式化學(xué)平衡式其它相等條件VN如何確定？CVNN,變量數(shù)：數(shù)出能進(jìn)數(shù)出功進(jìn)）（換：股物流，且有功、能交若物流數(shù)（一股））自由度數(shù)（單相）：任意單股物流（一股、)()(2212+++=+=++-=+=CNNNCCfNVVpVN返回第7頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1.1單元的設(shè)計變量

將復(fù)雜化工裝置分解成簡單單元，求：

eiNeiN例1.分配器FFFPTxF,,,PTxLL,,,11PTxLL,,,22第8頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)計變量分：

●固定設(shè)計變量：進(jìn)料物流變量和系統(tǒng)壓力

●可調(diào)設(shè)計變量：除的其他變量eaNexNexN往往對此感興趣！第9頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例2.產(chǎn)物為兩相的全凝器LBFLAQ方程數(shù)物料衡算C熱量衡算1相平衡C二相T，P相等22C+3:eNC可指定為平衡單元溫度第10頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例3.簡單絕熱操作理論板OViVOLiL方程數(shù)物料衡算C熱量衡算1相平衡C二相T，P相等22C+3:eNC第11頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月我把各種單元的設(shè)計變量歸納在表3—1中，你可以去查喲！返回第12頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1.2裝置的設(shè)計變量由單元設(shè)計變量確定：uiN重復(fù)使用一種為1前面進(jìn)等于后面出例4.簡單吸收塔（N塊理論板串級）VN1NLN+1L1V0第13頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月∴吸收塔設(shè)計變量：

指定為理論板數(shù)或關(guān)鍵組分吸收率第14頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例5.簡單精餾塔查表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(jìn)料板2C+(N-M-1)+5N-(M+1)板平衡串級C+4回流分配器C+4全凝器單元第15頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月9股單元物流數(shù)；進(jìn)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(jìn)料位置1理論板數(shù)1回流溫度）（DLN1+第16頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

對精餾塔歸納出簡便、可靠的確定設(shè)計變量的方法：

（1）按每一單相物流有（C+2）個變量，計算由進(jìn)料物流所確定的固定設(shè)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(shè)計變量數(shù)。（4）將串級單元數(shù)目、分配器的數(shù)目、側(cè)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(diào)設(shè)計變量，第17頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例6.帶一個側(cè)線采出口的精餾塔

設(shè)塔內(nèi)與進(jìn)料壓力相等進(jìn)料變量數(shù)C+2壓力等級數(shù)1合計C+3串級單元數(shù)3分配器的數(shù)目1側(cè)線采出單元數(shù)目1及傳熱單元數(shù)目2合計7第18頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月二個極限條件：計算：

1.近似（簡捷）法

用于：●基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全

●提供電算初值

●比較、選擇方案

2.嚴(yán)格計算

電算（下一章）第二節(jié)多組分精餾過程第19頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)多組分精餾過程3.2.1多組分精餾過程分析3.2.2最小回流比3.2.3最少理論塔板數(shù)和組分分配3.2.4實際回流比、理論板數(shù)、進(jìn)料位置返回第20頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.1多組分精餾過程分析

一、關(guān)鍵組分

1.關(guān)鍵組分的引出一般精餾：對于設(shè)計型計算，5個可調(diào)設(shè)計變量為：

5=uaN第21頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

i、j為在精餾中起關(guān)鍵作用的組分，稱關(guān)鍵組分。

i：揮發(fā)度大的組分，稱輕關(guān)鍵組分，表示：LK，下標(biāo)：lj：揮發(fā)度小的組分，稱重關(guān)鍵組分，表示：HK，下標(biāo)：h第22頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月精餾塔的任務(wù)：LK盡量多的進(jìn)入塔頂餾出液；

HK盡量多的進(jìn)入塔釜釜液。第23頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月對于精餾中的非關(guān)鍵組分：設(shè)為非關(guān)鍵組分i對HK的相對揮發(fā)度。第24頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.關(guān)鍵組分的特點(diǎn)◆LK和HK形成分離界線，且越小，分離越難?！簟艟s中：

LK絕大多數(shù)在塔頂出現(xiàn)，在釜中量嚴(yán)格控制；

HK絕大多數(shù)在塔釜出現(xiàn)，在頂中量嚴(yán)格控制?！糁挥袩oLNK，且較大，塔頂可采出純LK；只有無HNK，且較大，塔釜可采出純HK。hlahlahla第25頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.關(guān)鍵組分的指定方法◆指定回收率

◆指定控制量hWlDjj；注意：同一組分，規(guī)定了一端的回收率，另一端的量已確定。不能重復(fù)！第26頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月4.關(guān)鍵組分的指定原則

由工藝要求決定例：ABCD（按揮發(fā)度依次減少排列）混合物分離

◆工藝要求按AB與CD分開：則：B為LK；C為HK◆工藝要求先分出A：則：A為LK；B為HK第27頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月二、設(shè)計計算多組分精餾過程的復(fù)雜性1.確定后，頂釜濃度未確定

物料衡算確定頂釜濃度

jWDxix,二種方法：

★清晰分割法假設(shè)LNK全部從塔頂采出；假設(shè)HNK全部從塔釜采出。★非清晰分割法各組分在頂、釜都有可能存在。第28頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月流量分布、溫度分布、濃度分布復(fù)雜

★流量分布

分子汽化潛熱相近，可視為恒摩爾流

例：苯—甲苯物系（圖3—4）苯—甲苯—異丙苯物系（圖3—5）

分子汽化潛熱不相近，V、L有變化，但V/L變化不大★溫度分布

泡點(diǎn)與組成密切相關(guān)，溫度分布接近組成分布形狀。（圖3—4），（圖3—6）。第29頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

★濃度分布1.進(jìn)料板附近各組分濃度變化較大，原因是引入的組分包含全部組成。2.對非關(guān)鍵組分

精餾段：HNK迅速消失；

LNK以接近于常數(shù)濃度在進(jìn)料板以上各板中出現(xiàn)，接近頂部急劇增加，在出料液中達(dá)到最高。

提餾段：LNK迅速消失；

HNK在再沸器中濃度最高，從釜向上幾塊板下降較大，然后變化不大，一直延伸到進(jìn)料板。第30頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.關(guān)鍵組分變化復(fù)雜▼若無LNK時：HK分別在二段出現(xiàn)兩個最高點(diǎn)，LK表現(xiàn)象LNK。（圖3—7）▼若無HNK時：LK分別在二段出現(xiàn)兩個最高點(diǎn)，HK表現(xiàn)象HNK。（圖3—8）▼有LNK、HNK，且都不同時出現(xiàn)在頂、釜時：

LK在精餾段出現(xiàn)一個最大值，然后降到所規(guī)定的濃度；

HK在提餾段出現(xiàn)一個最大值，然后降到所規(guī)的濃度。（圖3—9）返回第31頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.2最小回流比1.時，恒濃區(qū)出現(xiàn)的情況mR恒濃區(qū)——精餾塔中全部濃度不變的區(qū)域恒濃區(qū)二元精餾：恒濃區(qū)：一個，出現(xiàn)在進(jìn)料板第32頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月多元精餾：定義：頂釜同時出現(xiàn)的組分——分配組分只在頂或釜出現(xiàn)的組分——非分配組分一般：LK、HK和中間關(guān)鍵組分為分配組分；非關(guān)鍵組分可以是分配組分，也可以是非分配組分。多元精餾特點(diǎn)：

▼各組分相互影響，存在上、下恒濃區(qū)

▼所有進(jìn)料組分中有非分配組分的影響

▼恒濃區(qū)位置不一定在進(jìn)料板處第33頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月只有HNK為非分配組分只有LNK為非分配組分所有組分為分配組分LNK和HNK都為非分配組分——上恒濃區(qū)——下恒濃區(qū)第34頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.的計算mR采用Underwood法計算：該法假設(shè)：1.恒摩爾流

2.在全塔可看成常數(shù)hia依據(jù)：恒濃區(qū)概念關(guān)聯(lián)式：相平衡、物料平衡第35頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月Underwood公式：式中：

——i對基準(zhǔn)組分r的相對揮發(fā)度

取基準(zhǔn)：①最難揮發(fā)的組分（最重的組分）②HKriamDix)(,

——最小回流比操作下，i的摩爾分?jǐn)?shù)，

q——進(jìn)料狀態(tài)參數(shù)

——方程的根，為多根方程，取qrhrlaqa>>誤差：10～20%第36頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月，最后取平均值。幾個，解出之間試差出幾個揮發(fā)度不相鄰，可在、注意：若mrhrlRHKLKqaa,例3—1計算最小回流比已知：解：由（3—3b）試差將代入（3—3a）得306.1=mR325.1=q325.1=q返回第37頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.3最少理論板數(shù)和組分分配1.最少理論板數(shù)特點(diǎn)：★F=D=W=0★L(fēng)=V；L/V=1★操作線方程：★板效率最高ininxy,,1=+意義：◆操作前的準(zhǔn)備工作◆測出mN第38頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月采用Fenske方程求最少理論板數(shù)，推導(dǎo)如下：）（）（）（21+=\nBAnBAyyxx)1((nBAnABnBAxxyy）（）（）a=用（1）、（2）式推導(dǎo)Fenske方程：第39頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)塔頂采用全凝器（板序由上向下）：321）（）（）（）（BAABABDBAyyxxaa=\3222）（）（））代入：（又將（BAABBAyyyya=2221）（）（））：（又由（BAABBAxxyya=212）（）（））代入：（將（BAABDBAyyxxa=第40頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月以次類推：WBANABNABABABDBAxxxx）（）（）（）（）（）（aaaa121-=LWBANABDBANNABNABABABABxxxx）（）（）有：（—代入式中—）（）（）（）（）?。ň鵤aaaaa==-121L第41頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月Fenske方程的各種形式：第42頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月Fenske方程說明：返回第43頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.非關(guān)鍵組分分配第44頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月解：，清晰分割法物料衡算HKCLKC為；為選=34WD10015015610010520020415-0.025D0.025D153（HK）0.05W35-0.05W352（LK）0551wdf組分例3—2：計算已知：1.

2.分離要求05.0025.0,,==WlDhxx和物料分配mN第45頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月列方程；將D、W代入表中，完成物料衡算表（略）2.求最少理論板數(shù)第46頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.核實清晰分割的合理性核算式）（hmhiiiwdNfwa+=1第47頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月核算式）（）（hmhiihmhiiwdNfwdNdaa+=1第48頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月不成立，須調(diào)整清晰分割假設(shè)對3C\5.調(diào)整

以前面結(jié)果為初值，進(jìn)行試差結(jié)果：第二次與第一次相近635.0C3=d第49頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例3—3：計算已知：1。

2.分離要求解：選甲苯為LK，異丙苯為HK，二甲苯為中間關(guān)鍵組分。物料分配時要對二甲苯試差1.設(shè)（依據(jù)相對揮發(fā)度估計）其他組分按清晰分割法處理，初算結(jié)果如下表。第50頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月49.07150.92910039.9240.074640C（HK）9110X0.14729.85330T（LK）02020Bwdf組分第51頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

由初算結(jié)果核算1近似為0wwdxx；及是否，核算中間組分：核算LNH組分B：第52頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月49.55450.44610039.9240.075740C（HK）9.4810.51910X0.14829.85230T（LK）02020Bwdf組分3.將代入，再次清晰分割法計算481.9519.0==xxwd，第53頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月4.

再次核算wdxx，核算中間組分：5.重復(fù)3的計算，完善物料衡算表第54頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.2.4實際回流比、理論板數(shù)、進(jìn)料位置一、實際回流比R

由操作費(fèi)、設(shè)備費(fèi)確定由經(jīng)驗?。?/p>

R=（1.1～1.5）Rm二、理論板數(shù)1.Gilliand圖和擬合形式圖3-12第55頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月用Gilliand圖簡便、但不準(zhǔn)確，回歸的經(jīng)驗式為：已知X，由（3—16）或（3—17）解出y2.ErbarandMaddox關(guān)聯(lián)圖：比Gilliand圖精確，誤差4.4%圖3—13第56頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月三、適宜進(jìn)料位置的確定第57頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例3—4分離烴類混合物

例3—1求出Rm=1.306；

例3—2求出Nm=6.805和物料衡算表

本題求N，進(jìn)料位置解：1.求RR=1.25Rm=1.634第58頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月三、確定進(jìn)料位置塔中實際板為18塊第59頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月四、不同回流比下物料分配的比較

不同回流比物料分配如圖（3—14）

對于操作情況，R=(1.2～2)Rm,由Fenske方程：

[對全回流情況]結(jié)論：可用操作回流比下的物料分配，采用

Fenske方程計算Nm。第60頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：

簡捷計算法步驟有那些？第61頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月簡捷計算法步驟：1.由工藝要求選LK，HK，物料分配得出第62頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月1.問題的引出分離乙醇～水混合物分離丁烯-2～丁烷問題：如何分離的混合物？第三節(jié)萃取精餾和共沸精餾第63頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.特殊精餾

在和的溶液中加入一個新組分S，使它對原溶液中各組分產(chǎn)生不同作用，從而改變原溶液組分之間相對揮發(fā)度，使系統(tǒng)變的易于分離。及：特殊精餾為既加能量又加質(zhì)量分離劑的精餾。

原溶液加新組分后形成最低共沸物從塔頂采出。

——共沸精餾，S為共沸劑

原溶液加新組分后不形成共沸物且S沸點(diǎn)最高，從塔釜采出

——萃取精餾，S為萃取劑或溶劑第64頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)萃取精餾和共沸精餾

3.3.1萃取精餾

3.3.2共沸精餾返回第65頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.3.1萃取精餾

一、流程ABSA，B特點(diǎn)：1.二塔串聯(lián);2.S為難揮發(fā)組分，一般在近于塔頂加入.第66頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月二、萃取精餾原理和溶劑選擇1.溶劑的作用問題：如何增加？12a第67頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月由三元物系Margules方程：第68頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月將上式代入（3—20）：恢復(fù)第69頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月分析（3—26）：第70頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：第71頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月(3—27）成立的必要條件：●●，021>-SSAA,,第72頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月溶劑的作用：

體現(xiàn)：原溶液沸點(diǎn)差不大（）非理想性不很強(qiáng)時，

★稀釋原溶液：體現(xiàn)：當(dāng)原溶液沸點(diǎn)差大，非理想性很強(qiáng)時，加S后，濃度下降，而增加，由（3—23）：小，突出了作用?！飳υ芤?、2組分產(chǎn)生不同的作用，提高12a返回第73頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充作業(yè)：在萃取精餾中，已知60℃時：第74頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.溶劑的選擇考慮分子極性選擇在極性上更類似于HK的化合物作溶劑，降低HK的揮發(fā)度。

例：分離甲醇（沸點(diǎn)64.7℃）丙酮（沸點(diǎn)65.5℃）a.選烴作溶劑，丙酮為難揮發(fā)組分2；b.選水作溶劑，甲醇為難揮發(fā)組分2。極性順序：[由小到大]第75頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月考慮能否形成氫鍵S加入后形成的溶液：僅有氫鍵生成，則呈現(xiàn)負(fù)偏差；僅有氫鍵斷裂，則呈現(xiàn)正偏差。（表3—2）考慮其它因數(shù)

1.沸點(diǎn)高、不與1、2組分共沸，不起化學(xué)反應(yīng)。

2.溶解度大。

3.溶劑比（溶劑/進(jìn)料）不得過大。

4.無毒、不腐蝕、低廉、易得。第76頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月三、萃取精餾過程分析1.塔內(nèi)流量分布m-1mm+1n-1nn+1FSDW設(shè)S為純組分，在塔頂采出為0。第77頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第78頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第79頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.塔內(nèi)溶劑濃度分布由于S量大，揮發(fā)性小，可視為S濃度恒定作為簡化計算。第80頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第81頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月分析：第82頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月分析（3—45）、（3—47）：第83頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第84頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第85頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖解法或解析法設(shè)在全塔恒定，將1、2、S三元看成1、2元處理。四、萃取精餾過程計算SxR=5FSDW例：3—5求S/F；N第86頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月圖—作xy.2要確定溫度和濃度。第87頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月濃度和溫度的確定:第88頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第89頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月塊。求在圖中作操作線方程，14=N第90頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月7.2100270==\FS第91頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.3.2共沸精餾共沸物（恒沸物）：

定壓下，加熱溶液使之蒸發(fā)，從始到終x、y、T不變的溶液。共沸點(diǎn)（恒沸點(diǎn)）：

共沸時的溫度。

對共沸物：一個汽相，一個液相，—均相一個汽相，多個液相，—非均相第92頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月一、共沸物的特性和共沸組成的計算

科諾瓦洛夫定律指出：[適用于二元和多元]

P～x曲線極值點(diǎn)，相當(dāng)于汽液平衡相組成相等。第93頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月★★★第94頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月共沸參數(shù)（x、T、P）預(yù)測：已知

x、T、P任一個參數(shù)，可求出另外二個。第95頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例3—6已知P=86.659kPa，求共沸時x、T。。否則重設(shè)，比較：計TPPe-≤第96頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月另外：★★不用試差呀！第97頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月B：二元非均相共沸物（都為正偏差共沸物）

系統(tǒng)正偏差較大時：形成二個液相，一個汽相共沸物。1——形成非均相共沸物。3——不形成共沸物。2——形成均相共沸物。第98頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月適用情況：第99頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月若互溶度很?。骸铩锏?00頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月平衡計算：同時考慮：1.汽液平衡；2.液液平衡No第101頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.三元系科諾瓦洛夫定律也能應(yīng)用A：相圖（立體圖）

P—x圖：1.三側(cè)面表示三個二元系P(T)-x圖。2.理想系，壓力面是平面；正偏差物系，壓力面位于平面之上；負(fù)偏差物系，壓力面位于平面之下。3.三元共沸點(diǎn)對應(yīng)壓力極值點(diǎn)。4.用平行于底面的平面切割壓力（溫度）面。得到一系列等壓（等溫）曲線。第102頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第103頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月B；脊、谷、鞍點(diǎn)設(shè)m—正偏差共沸物，（或最低共沸物）

M—負(fù)偏差共沸物，（或最高共沸物）對于壓力面：

★三個二元m(或M),有三元共沸物存在.(圖3—20)

★二個m，或一個m與一個低沸點(diǎn)組分，使壓力面產(chǎn)生脊；二個M，或一個M與一個高沸點(diǎn)組分，使壓力面產(chǎn)生谷。（圖3—21）★有脊又有谷，會出現(xiàn)鞍點(diǎn)，為鞍點(diǎn)共沸物.(圖3—22)第104頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月C：三元均相共沸組成的計算第105頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月二、共沸劑的選擇一般原則:1.分離負(fù)偏差共沸物或沸點(diǎn)相近的混合物

a.共沸劑僅與一個組分形成二元正偏差共沸物。

b.分別與兩組分形成二元正偏差共沸物，且共沸點(diǎn)有明顯差別。

c.與兩組分形成三元正偏差共沸物，共沸點(diǎn)溫度顯著低。2.分離二元正偏差共沸物

a.共沸劑與一個組分形成二元正偏差共沸物，共沸溫度明顯低。

b.形成三元正偏差共沸物，共沸點(diǎn)溫度顯著低。第106頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例1.分離環(huán)己烷(1)—苯(2),共沸劑的選取。

沸點(diǎn)：T1=80.8℃T2=80.2℃

特點(diǎn)：1、2形成正偏差（或最低）共沸物

（共沸點(diǎn)：T=77.4℃X2=0.54）方法：

1.找出與1、2形成共沸物的物質(zhì)。

2.篩選在所有能形成共沸物的物質(zhì)中選出共沸點(diǎn)低于77.4℃的物質(zhì)。（丙酮、甲醇）

3.相圖分析確定：第107頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月分離情況：丙酮作共沸劑，塔頂分出環(huán)己烷與丙酮；甲醇作共沸劑，塔頂分出三元共沸物。結(jié)論：選丙酮為共沸劑。第108頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例2.分離氯仿(沸點(diǎn)61.2℃)

丙酮(沸點(diǎn)56.4℃),共沸劑的選取。特點(diǎn)：形成負(fù)偏差共沸物。選二硫化碳為共沸劑：塔頂：二硫化碳—丙酮共沸點(diǎn)；39.3℃塔釜：

較純的氯仿。第109頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例3.分離乙醇—水,共沸劑的選取。特點(diǎn)：形成一個三元共沸物，三個二元共沸物。選苯為共沸劑：苯、醇、水三元共沸物純乙醇水+乙醇水+乙醇共沸物水+乙醇主塔苯回收塔乙醇回收塔純水第110頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月總之：

1.顯著影響1、2組分平衡關(guān)系

2.S易回收、分離

3.量少、汽化潛熱小

4.溶解度大、不起化學(xué)反應(yīng)

5.無腐蝕、無毒

6.價廉、易得。第111頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月相圖：101.3kPa0.7MPa三、分離共沸物的雙壓精餾過程利用不同壓力下，共沸組成不同分離。例：分離甲乙酮—水共沸物共沸物1常壓2加壓F水MEK工藝流程圖：第112頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月物料衡算：二個塔作一個整體用高。（循環(huán)量）大，操作費(fèi)小，式中：2,1,121DxxDD-第113頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月四、二元非均相共沸物的精餾系統(tǒng)本身形成非均相共沸物流程例：分離正丁醇（1）—水（2）X111

X11

醇、水二元共沸物丁醇水丁醇塔水塔直接蒸汽進(jìn)料第114頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月與均相共沸物精餾比較：∴采用普通精餾能分離非均相共沸物。第115頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月計算1.精餾段操作線方程(n、n+1—Ⅱ塔釜物料衡算）為計算起點(diǎn)——）（有：）：）代入（，設(shè)最頂板為（回回頂回頂xxVWxVLyxyW71370321211-+=-第116頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.提餾段操作線方程3.全塔物料衡算第117頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例3—7.共沸精餾的簡捷計算[分離苯酚(1)～水(2)]1VV時，.求：min11min1111minmin2min1.334.2NNNNNVV，），（=W1，水W2，苯酚XF1：

1%

q=120℃1.68%33.1%1atm、20℃下：水層含酚：1.68%，及酚層含水：66.9%，及含酚<0.001%含酚：99.99%第118頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月：min1V由于塔頂有一共沸物，恒濃區(qū)可能出現(xiàn)在進(jìn)料板或精餾段（相當(dāng)于只有HNK為非分配組分的情況）。a.設(shè)恒濃區(qū)出現(xiàn)在進(jìn)料板第119頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月b.設(shè)恒濃區(qū)出現(xiàn)在塔頂哪個正確？（假設(shè)恒濃區(qū)在塔頂））（假設(shè)恒濃區(qū)在進(jìn)料板討論：755260

min

,Ⅰ

min

,Ⅰ==VV第120頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月分析a、b：

精餾塔從下向上V分布越來越小，當(dāng)小到（Vmin=）755時塔頂會出現(xiàn)恒濃區(qū)；因此，不可能在進(jìn)料板出現(xiàn)（Vmin=）260的恒濃區(qū)。

∴取二者中最大值Vmin=755:minⅡV第121頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.求N第122頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月Ⅱ10.3====VLWDFNNmIImI，，求?！僮骶€與對角線重合—第123頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月流程：圖3—31，圖3—32（略）計算：

特點(diǎn)：1.非理想性強(qiáng)；（形成共沸物）

2.變量多；（加了S）

簡捷計算法：基本有機(jī)化工分離工程P186

嚴(yán)格計算：電算（第四章）四、多元共沸精餾過程第124頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)吸收和蒸出過程3.4.1氣液相平衡3.4.2吸收過程特點(diǎn)與流程3.4.3多組分吸收和蒸出過程分析3.4.4多組分吸收和蒸出的簡捷計算法3.4.5化學(xué)吸收返回第125頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.4.2吸收過程特點(diǎn)與流程一、操作目的凈化和精制氣體分離氣體混合物制備溶液或中間產(chǎn)品二、吸收過程特點(diǎn)吸收目的產(chǎn)物的同時也吸收了其他組分

——多組分吸收端點(diǎn)條件：待吸收氣體吸收液未吸收氣體吸收劑復(fù)雜塔T、X頂、釜預(yù)分配難吸收劑組成與解吸有關(guān)第126頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月物系

平衡態(tài)：汽相:組分沸點(diǎn)差大，有些組分接近于臨界點(diǎn)

——非理想氣體液相:吸收劑量大

——稀溶液

平衡關(guān)系表達(dá)式：

第127頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月流量

L從上向下↑；V從下向上↓

——不恒定每板溫度Tn

由于溶解熱大，Tn與溶解吸收量有關(guān)，難預(yù)測，不能用泡、露點(diǎn)方法計算Tn，要用熱量衡算求Tn。平衡數(shù)據(jù)、溶解熱數(shù)據(jù)、動力學(xué)數(shù)據(jù)等研究的不充分。逆過程為蒸出。第128頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月三、分類物理吸收無化學(xué)反應(yīng)?！M(jìn)行了大量研究化學(xué)吸收

1.可逆反應(yīng)的化學(xué)吸收過程難點(diǎn)；汽液平衡，化學(xué)反應(yīng)速率

2.不可逆反應(yīng)的化學(xué)吸收過程難點(diǎn)：連串反應(yīng)、不是瞬時完成的反應(yīng)。第129頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月四、流程用蒸汽或惰性氣體的蒸出塔用再沸器的蒸出塔用一般精餾塔返回第130頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2多組分吸收和蒸出過程分析

一、設(shè)計變量數(shù)和關(guān)鍵組分吸收塔Nx：吸收劑C‵+2原料氣C+2壓力等級數(shù)N

和C+C‵+4+NNa：串級單元數(shù)1蒸出塔Nx：蒸出劑C‵+2吸收液C+2壓力等級數(shù)N

和C+C‵+4+NNa：串級單元數(shù)1Na的指定：

操作型計算：指定N

設(shè)計型計算：指定一個關(guān)鍵組分分離要求第131頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月二、單相傳質(zhì)過程

精餾過程：雙向傳質(zhì)過程

吸收過程：單向傳質(zhì)過程

——不能視為恒摩爾流（圖4—35a）三、吸收塔內(nèi)組分分布

圖3—35c、d分布曲線：

從物系揮發(fā)度看

C1、C2最大，進(jìn)塔幾乎不被吸收，塔頂稍有變化。

C5、C4最小，進(jìn)塔立即吸收，上部幾乎不變。

C3適中，上段吸收快，在塔某板出現(xiàn)最大值。第132頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月一般情況：

1.不同組分在不同段吸收程度不同

2.難溶組分（LNK），一般只在靠近塔頂幾級被吸收，其他級吸收較??；易溶組分（HNK），一般只在靠近塔釜幾級被吸收。

3.關(guān)鍵組分在全塔范圍內(nèi)被吸收。第133頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月四、溶解熱

取決于與的相對大小1.如果在塔頂明顯大于

上升氣體熱量傳給吸收劑，吸收放出熱量全部由帶走，尾氣出口溫度與進(jìn)塔吸收劑溫度相近，在塔釜溫度分布出現(xiàn)極大值。2.明顯大于

下降液體熱量傳給上升氣體，吸收放出熱量大部分由帶走，吸收液在下降中被氣體冷卻，接近于原料氣入口溫度條件下出塔。與相近，熱效應(yīng)明顯

出塔氣體與吸收液溫度超過入口，熱量分配取決于不同位置因吸收而放熱情況。MLMGVpMCG,LpMCL,第134頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月另：1.若吸收劑揮發(fā)性明顯，在塔釜幾塊板上部分汽化，使該汽化的吸收劑與進(jìn)料氣中吸收劑的含量趨于平衡。

于是有一個相反作用：

吸收放出熱量→加熱液體→吸收劑汽化→冷卻液體

——塔中部出現(xiàn)溫度極大值2.溶解熱的影響

溶解熱大，溫度變化大，對吸收率影響大

a、溫度升高，相平衡常數(shù)大，吸收推動力小。

b、由于吸收過程要放熱，使汽液溫差大，除發(fā)生傳熱過程外，還有傳質(zhì)過程發(fā)生。

——復(fù)雜性大返回第135頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.3多組分吸收和蒸出的簡捷計算法應(yīng)用：初始階段設(shè)計分析操作情況提供電算初值第136頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、吸收因子法

1.吸收因子和蒸出因子

吸收過程定義：

A=L/KV

——i組分的吸收因子或因素（省i）

a、無因次數(shù)群；

b、L/V↑，K↓——A↑，有利于吸收；

c、分離要求一定：A↑，N↓N一定：A↑，吸收程度↑

——A的大小說明吸收難易。

蒸出過程定義：

S=KV/L=1/A

——i組分的蒸出因子或因素第137頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月用A、S表示平衡關(guān)系：2.Horton—Frankli方程（哈頓—富蘭克林）12n—1nn+1N-1N尾氣V1吸收劑L0原料氣VN+1吸收液LNn板物料衡算：第138頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月用（3—74）表示各組分在各板汽相量；第139頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月依次類推；n=N時第140頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月方程——FranklinHorton-）（803-討論（3—80）：1.計算吸收率的普遍式；2.式中K=f（T、P、組成），而組成不知。

——計算難3.采用如下簡化形式作簡捷計算。第141頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月1.平均吸收因子法第142頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（3—81）說明：）（圖關(guān)系——）作圖；以（393813.1--NAjAAA=<=>jj111有：第143頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.解（3—81）式3.若吸收劑中不含進(jìn)料組分第144頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月minminminmin)(22.1)()()(.4VLVLKAVLVLVL∞N→VLKmK）（的計算-==→第145頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月例3—8計算：解：查P=1.013MPa，t=38℃時Ki進(jìn)料：C1C2C3i-C4n-C4i-C5n-C5n-C6已知：

yN+1不揮發(fā)的烴類38℃1.013MPa第146頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月線上交點(diǎn)位于查表48.99.099.0.===NAbKj48.91lg1lg.=---=AANajj計算法：第147頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月頁表）（線，查出交100,1,148.9.3iiiiiNAyvjj=05.400=L解得0.4L求100頁表中被吸收量第148頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2.平均有效因子法Edmister提出：

利用與代替每板吸收因子，且保持不變，結(jié)果頗滿意。eA′111++-NNvvveA第149頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月定義：）：（eeAA′-,8031132214332++++++++NNNNNNAAAAAAAAAAAAAALLLLLL132213221+++++++NNNNNNAAAAAAAAAAAAAALLLLLL第150頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月對于（3—80）：第151頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月Edmister指出：吸收主要發(fā)生在1、N二塊板上，可將N板吸收作為2板吸收計算。第152頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月的計算式；，eeA′A第153頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第154頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月平均有效因子法計算步驟：A、用平均吸收因子法估計B、假設(shè)尾氣溫度(T1)全塔熱量衡算確定吸收液溫度(TN)C、估計、，Edmister建議用下式預(yù)測D、計算E、用(3—86),(3—87)計算有效吸收因子F、確定吸收率G、作組分物料衡算，計算尾氣和出口吸收液組成()H、校核全部假設(shè)Niilv,1,第155頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月二、蒸出因子法NN-1n+1nn-121蒸出氣VN吸收液LN+1蒸出劑V1吸收劑L1特點(diǎn)；與吸收相反模型塔：圖(3-40)計算同于吸收第156頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月習(xí)題：

P11818題返回第157頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3.4.4化學(xué)吸收雙膜理論：汽相主體液相主體AiPAiy或AiCAix或傳質(zhì)方向氣體界面液體第158頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

被溶解組分與吸收劑中活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶質(zhì)A在液膜中為反應(yīng)所消耗，傳質(zhì)推動力：[CAi-CAL]優(yōu)點(diǎn)：

1.吸收容量大

2.吸收率高；設(shè)備投資少

3.蒸出不完全（可逆反應(yīng)）第1