化工分離工程課件

緒論1.1分離過(guò)程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用1.2

傳質(zhì)分離過(guò)程的分類和特征1.3.分離過(guò)程的集成化

學(xué)習(xí)方法與要求1.1

分離過(guò)程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用

1.1.1分離過(guò)程在化工生產(chǎn)中的重要性

1.1.2

分離過(guò)程在清潔工藝中的地位與作用返回煤石油天然氣生物質(zhì)反應(yīng)化工原料分離產(chǎn)品一般化工生產(chǎn)過(guò)程：例1：乙烯水合生產(chǎn)乙醇1-固定床催化反應(yīng)器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-閃蒸塔；6-粗餾塔；

7-催化加氫反應(yīng)器；8-脫輕組分塔；10-產(chǎn)品塔涉及分離過(guò)程：吸收：3、5、9；

精餾：6、8、10；閃蒸：4乙烯93%產(chǎn)品廢水乙醛12345678910水循環(huán)乙烯水放空放空水氫水廢水例2：二甲苯生產(chǎn)1-重整反應(yīng)器；2、13-汽液分離器；3-壓縮機(jī)；4-脫丁烷塔；5-萃取塔6-再生塔；7-甲苯塔；8-二甲苯回收塔；9-冷卻器；10-結(jié)晶器；11-異構(gòu)化反應(yīng)器；12-熔融塔放空間二甲苯和鄰二甲苯石腦油進(jìn)料混合二甲苯循環(huán)混合二甲苯125678104111391233輕烴類非芳烴乙二醇芳烴苯和甲苯對(duì)二甲苯重芳烴H2H2H2●加氫重整后得到：輕油非芳烴苯甲苯二甲苯高級(jí)芳烴目的產(chǎn)物目的產(chǎn)物為對(duì)二甲苯鄰二甲苯間二甲苯對(duì)二甲苯沸點(diǎn)℃144.411139.104138.351熔點(diǎn)℃﹣25.173﹣47.87213.263●

原料：石腦油沸程120～230K●特點(diǎn)：●涉及到分離過(guò)程：精餾：4、7、8

萃?。?、6

結(jié)晶：10總結(jié)：

●原料的凈化與粗分

●反應(yīng)產(chǎn)物的提純

●藥物的精制和提純

●精選金屬的提取

●食品除水、除毒、病毒分離、同位數(shù)分離

●三廢處理返回1.1.2分離過(guò)程在清潔工藝中的地位與作用清潔工藝：生產(chǎn)工藝和防治污染有機(jī)的結(jié)合，將污染物減少或消滅在工藝過(guò)程中。

——面向21世紀(jì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題?；瘜W(xué)工業(yè)污染來(lái)源：未回收的原料未回收的產(chǎn)品有用和無(wú)用的副產(chǎn)原料中的雜質(zhì)工藝的物料省耗

廢物最小化？清潔工藝終合考慮：

●合理的原料選擇；

●反應(yīng)路徑的清潔化；

●物料分離技術(shù)的選擇；

●確定合理的流程和工藝參數(shù)。

核心：

化學(xué)反應(yīng)

——廢物最小化首先考慮催化劑、反應(yīng)工藝和設(shè)備。與化工分離過(guò)程密切相關(guān)的有：

●降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、回收利用率、循環(huán)利用率；

●開(kāi)發(fā)和采用新技術(shù)、新工藝、改善生產(chǎn)操作條件，以控制和消除污染；

●采用生產(chǎn)裝置的閉路循環(huán)技術(shù)；

●處理生產(chǎn)中的副產(chǎn)物和廢物，使之減少和消除對(duì)環(huán)境的危害；

●研究、開(kāi)發(fā)和采用低物耗、低能耗、高效率的“三廢”治理技術(shù)。閉路循環(huán)系統(tǒng)：

將過(guò)程所產(chǎn)生的廢物最大限度地回收和循環(huán)使用。原料產(chǎn)品排除111222廢物廢物1—單元過(guò)程；2—處理實(shí)現(xiàn)分離與再循環(huán)系統(tǒng)使廢物最小化的方法：●廢物直接再循環(huán)

例：廢水●進(jìn)料提純

例：氧化反應(yīng)采用純氧●除去分離過(guò)程中加入的附加物質(zhì)

例：共沸劑、萃取劑●附加分離與再循環(huán)系統(tǒng)

例：分離廢物中的有效物，循環(huán)使用上述原因促使：傳統(tǒng)分離過(guò)程不斷改進(jìn)和發(fā)展

例：反應(yīng)精餾；吸附；…

新分離方法不斷出現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用

例：膜分離；熱擴(kuò)散；色層分離；…返回

1.2傳質(zhì)分離過(guò)程的分類和特征一類：機(jī)械分離特點(diǎn)：被分離物為非均相簡(jiǎn)單的將混合物分開(kāi)

如：過(guò)濾、沉降…化工原理內(nèi)容二類：傳質(zhì)分離

包含：

平衡分離過(guò)程；速率控制分離

特點(diǎn)：被分離物為均相

1.2傳質(zhì)分離過(guò)程的分類和特征1.2.1平衡分離過(guò)程1.2.2

速率分離過(guò)程返回1.2.1平衡分離過(guò)程分離設(shè)備混合物產(chǎn)品分離媒介分離媒介：能量、物質(zhì)、壓力平衡分離過(guò)程——借助分離媒介，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相平衡的兩相中不等同的分配為依據(jù)而實(shí)現(xiàn)分配。平衡分離過(guò)程的分離單元操作閃蒸原料相態(tài)：

液體分離媒介：減壓分離原理：揮發(fā)度（蒸汽壓）有較大差別工業(yè)應(yīng)用：海水淡化生產(chǎn)純水；吸收液的解吸。精餾原料相態(tài)：汽、液或汽液混合物分離媒介：熱量，有時(shí)用機(jī)械功

同上石油裂解氣的深冷分離；苯、甲苯、二甲苯的分離。吸收蒸出原料相態(tài)：氣體或液體分離媒介：液體吸收劑（MSA）；加入熱量（ESA）

分離原理：揮發(fā)度（蒸汽壓）有較大差別工業(yè)應(yīng)用：由催化裂化裝置主蒸塔頂產(chǎn)物中回收乙烷及較輕的烴。萃取或共沸精餾原料相態(tài)：汽、液或汽液混合物液體溶劑（MSA）或塔釜加熱（ESA）液體共沸劑（MSA）或塔釜加熱（ESA）改變?cè)芤旱南鄬?duì)揮發(fā)度

以苯酚作溶劑由沸點(diǎn)相近的非芳烴中分離芳烴；以醋酸丁酯作共沸劑從稀溶液中分離醋酸。MSAL或VLLL或VMSALV返回1.2.2速率分離過(guò)程膜分離熱擴(kuò)散速率分離:

在某種推動(dòng)力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，有時(shí)在選擇性膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實(shí)現(xiàn)組分的分離。微孔過(guò)濾（MF）：推動(dòng)力：壓力差（～100kPa）傳遞機(jī)理：篩分膜類型：多孔膜

進(jìn)料（液體和氣體）溶劑、水、氣體顆粒、纖維目的：溶液脫離子，氣體脫離子超濾（UF）：推動(dòng)力：壓力差（100～1000kPa）傳遞機(jī)理：篩分膜類型：非對(duì)稱性膜進(jìn)料溶劑、水膠體大分子目的：溶液脫大分子，大分子溶液脫小分子，大分子分級(jí)。反滲透（RO）：推動(dòng)力：壓力差（1000～10000kPa）傳遞機(jī)理：優(yōu)先吸附毛細(xì)管流動(dòng)溶解、擴(kuò)散模型膜類型：非對(duì)稱性膜或復(fù)合膜進(jìn)料溶劑、水溶質(zhì)、鹽目的：溶劑脫溶質(zhì)，含小分子溶質(zhì)溶液濃縮。滲析（D）：推動(dòng)力：濃度差傳遞機(jī)理：篩分、微孔膜內(nèi)的受阻擴(kuò)散透過(guò)物：小分子溶質(zhì)或較小的溶質(zhì)截留物：截留﹥0.02um離子、截留血液﹥0.005um離子膜類型：非對(duì)稱性膜或離子交換膜進(jìn)料接受液凈化液擴(kuò)散液目的：大分子溶質(zhì)溶液脫小分子，小分子溶質(zhì)溶液脫大分子。電滲析（ED）：推動(dòng)力：電化學(xué)勢(shì)傳遞機(jī)理：反離子經(jīng)離子交換膜的遷移膜類型：離子交換膜濃電解質(zhì)－極＋極產(chǎn)品陰離子交換膜陽(yáng)離子交換膜進(jìn)料目的：溶液脫小離子，小離子溶質(zhì)的濃縮、小離子的分級(jí)。熱擴(kuò)散：原理：

先建立穩(wěn)定的溫度梯度，氣體中較輕的組分向熱線方向飄逸，再建立穩(wěn)定的濃度梯度，熱線附近的氣體由于密度較小流向上頂瓶；冷管壁附近的氣體由于密度較大向下底瓶流動(dòng)。頂瓶底瓶溫度梯度冷壁熱線

速率分離過(guò)程特點(diǎn)：■節(jié)能

■環(huán)保優(yōu)勢(shì)

■新的方法返回1.3.分離過(guò)程的集成化

目的：實(shí)現(xiàn)清潔工藝

使物料能量消耗最小；

經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益最大。1.3.1反應(yīng)過(guò)程與分離過(guò)程的耦合1.3.2分離過(guò)程與分離過(guò)程的耦合1.3.3

過(guò)程的集成返回1.3.1反應(yīng)過(guò)程與分離過(guò)程的耦合目的：

改善不利的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)因數(shù)，減少設(shè)備、操作費(fèi)用、節(jié)約資源和能源?；瘜W(xué)吸收——化學(xué)反應(yīng)與吸收相結(jié)合

被溶解的組分與吸收劑中的活性組分發(fā)生反應(yīng)，增加傳質(zhì)推動(dòng)力?；瘜W(xué)萃取——化學(xué)反應(yīng)與萃取相結(jié)合

溶質(zhì)與萃取劑反應(yīng)。如：絡(luò)合反應(yīng)；水解；聚合反應(yīng)（催化）精餾——化學(xué)反應(yīng)與精餾相結(jié)合

例：酯化、皂化、酯交換、胺化、水解…膜反應(yīng)器——優(yōu)良分離性能與催化反應(yīng)相結(jié)合

例：利用多孔陶瓷膜催化反應(yīng)器，進(jìn)行丁烯脫氫制丁二烯。丙烷脫氫制丙烯?？刂漆尫?/p>

將藥物或其他生物活性物質(zhì)以一定形式與膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使這些活性物質(zhì)只能以一定速度通過(guò)擴(kuò)散等方式釋放到環(huán)境中。膜生物傳感器

由生物催化劑酶或微生物與合成膜及電極轉(zhuǎn)換裝置組成，模仿生物膜對(duì)化學(xué)物質(zhì)的識(shí)別能力制成，為酶膜傳感器和微生物傳感器。返回1.3.2分離過(guò)程與分離過(guò)程的耦合

復(fù)合分離過(guò)程優(yōu)點(diǎn)：集原分離過(guò)程之所長(zhǎng)，避其所短。適用于:

特殊物系的分離?！糨腿〗Y(jié)晶（加和結(jié)晶）分離：①揮發(fā)度相近的組分。

②無(wú)機(jī)鹽生產(chǎn)（優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能）

溶劑可萃取出部分水。

◆吸附蒸餾氣一液一固三相分離過(guò)程吸附分離優(yōu)點(diǎn)：

分離因子高，產(chǎn)品濃度高，能耗低。缺點(diǎn)：吸附劑用量大，收率低。

——形成互補(bǔ)◆電泳分離不同蛋白質(zhì)在一定pH值的緩沖溶液中，其溶解度不同，在電場(chǎng)作用下，這些帶電的溶膠離子在介質(zhì)中的泳動(dòng)速度不同，實(shí)現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的分離。返回1.3.3過(guò)程的集成一、傳統(tǒng)分離過(guò)程的集成合理組合傳統(tǒng)分離過(guò)程，揚(yáng)長(zhǎng)避短，達(dá)到高效、低耗和減少污染的目的。共沸精餾與萃取集成環(huán)己烷+苯丙酮環(huán)己烷+丙酮共沸物純苯環(huán)己烷丙酮+水丙酮水水優(yōu)點(diǎn)：無(wú)污染二、傳統(tǒng)分離過(guò)程與膜分離的集成將膜技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)分離過(guò)程中◆滲透蒸發(fā)用來(lái)分離揮發(fā)性液體混合物，恒沸、近沸點(diǎn)物系?！粽羝麧B透例：發(fā)酵液脫水制無(wú)水乙醇水與醇形成二元共沸物，共沸點(diǎn):78.15℃，

x=0.894（mol）三、膜過(guò)程的集成優(yōu)點(diǎn)：取長(zhǎng)補(bǔ)短例：分離懸浮液為高固體含量物料將超濾、反滲透、滲透蒸餾組合在一起。返回

邊界層流動(dòng)邊界層的概念在實(shí)際流體沿固體壁面流動(dòng)時(shí)，緊貼壁面的一層極薄的流體，將附在壁面不滑脫，即壁面上的流體流速為零。在與流體流動(dòng)垂直方向上，流速由壁面上零值迅速增大而趨近于一定值（速度梯度大）?！摺嗖荒芎雎哉承粤Φ淖饔茫谶吔鐚觾?nèi)要同時(shí)考慮慣性力和粘性力的作用。在邊界層外，可以只考慮慣性力作用邊界層的概念邊界層的形成有層流邊界層轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鬟吔鐚拥呐R界距離xc與壁面前沿形狀、壁面粗糙度、流體性質(zhì)以及流速大小等有關(guān)。邊界層厚度的定義1、理論上，邊界層厚度隨x增加而不斷增加2、取流速到邊界層外均勻流速的0.99的y向距離為邊界層厚度。3、可假設(shè)一邊界層速度分布方程，如拋物線型。xyy0邊界層方程設(shè)流體在一無(wú)限大平板表面上穩(wěn)態(tài)流過(guò)（Re較高）此時(shí)二維平面連續(xù)性方程和N-S方程：xyPrandtl方程的推導(dǎo)1、Re較大，慣性力影響大于粘性力，但邊界層內(nèi)粘性力作用不能忽略。2、邊界層厚δ較定性長(zhǎng)度x小得多。3、數(shù)量級(jí)分析,方程中小項(xiàng)可以忽略，如1000＋5000＋0.1=6000，4、取x、u0為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量級(jí)，標(biāo)記為（1）x=0(1),u0=0(1),則δ很小，δ＝0（δ）y≤δ，∴y＝0（δ）Prandtl方程的推導(dǎo)Prandtl方程的推導(dǎo)0(1)0(1)(1)(1)（δ）(1/δ)≤1δ2（1）（1/δ2）(1)(δ)（δ）(1)δδ2（δ）（1/δ2）Prandtl方程的推導(dǎo)最后得：物體自由落體：方程的可解性邊界層積分動(dòng)量方程取一流體體積微元，x方向長(zhǎng)dx，厚（z）1個(gè)單位，高（y）取l(l>δ)，主體流速W為u0。

穩(wěn)態(tài)：質(zhì)量：入＝出，入-出＝0動(dòng)量：∑Fi+入＝出∑Fi＝出—入邊界層積分動(dòng)量方程

入出出—入穩(wěn)態(tài)，底面為壁面，z方向無(wú)流動(dòng)∴質(zhì)量差部分必由（2-3-7-6）面流入補(bǔ)償主體流中，這部分質(zhì)量流率必為：邊界層積分動(dòng)量方程而其中代入的動(dòng)量（注意：主體流流速為u0):動(dòng)量：∑Fi＝出—入入＝入1-2-5-6＋入2-3-7-6∴出—入1-2-5-6＋入2-3-7-6＝邊界層積分動(dòng)量方程邊界層積分動(dòng)量方程在P77作數(shù)量級(jí)分析時(shí)，有即邊界層壓力p在y方向近似不變，等于邊界層外面流體的壓力。邊界層外，p’1、p”2（按理想流體勢(shì)流）p”1、p”2p’1、p’2邊界層積分動(dòng)量方程（5—14）卡門邊界層積分動(dòng)量方程。適用于層流、湍流，精度取決于ux=f(x,y)可預(yù)先假定一個(gè)速度分布方程，如：代入，求得近似解。流體沿平板壁面流動(dòng)時(shí)層流邊界層計(jì)算設(shè)：不可壓縮流體，二維流動(dòng)（x,y),在某x處：流體沿平板壁面流動(dòng)時(shí)層流邊界層計(jì)算流體沿平板壁面流動(dòng)時(shí)層流邊界層計(jì)算(5-27)流體沿平板壁面流動(dòng)時(shí)湍流邊界層的計(jì)算計(jì)算出邊界層厚度δ、流體對(duì)板面施加的總曳力Fd、平均曳力系數(shù)CD等。δ利用邊界層積分動(dòng)量方程：要點(diǎn)總結(jié)邊界層理論；普蘭德邊界層方程的推導(dǎo)，數(shù)量級(jí)簡(jiǎn)化；邊界層積分動(dòng)量方程的推導(dǎo)邊界層分離作業(yè)P951,6

單級(jí)平衡過(guò)程第一節(jié)相平衡第二節(jié)多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算第三節(jié)閃蒸過(guò)程的計(jì)算第一節(jié)相平衡2.1.1相平衡條件2.1.2相平衡常數(shù)的計(jì)算返回返回2.1.1相平衡條件一、相平衡條件相平衡：由混合物或溶液形成若干相，這些相保持物理平衡而共存狀態(tài)。

熱力學(xué)上看—物系的自由焓最小

動(dòng)力學(xué)上看—相間表觀傳遞速率為零相平衡條件：

1.汽液平衡

引入逸度系數(shù)：

if引入活度系數(shù)：ig汽液平衡關(guān)系式：2.液液平衡

由（2-7）：基準(zhǔn)態(tài)相等二、相平衡常數(shù)和分離因子

定義：精餾、吸收：稱汽液相平衡常數(shù)液液萃?。阂阂合嗥胶獬?shù)（或分配系數(shù)）—三、用表示平衡關(guān)系ijiKa,返回2.1.2相平衡常數(shù)的計(jì)算一、狀態(tài)方程法二、活度系數(shù)法

一、狀態(tài)方程法由（2—8）：

由P—V—T關(guān)系計(jì)算LiViff,推導(dǎo)略以V為自變量：以P為自變量：(2-16)推導(dǎo)：積分后得（2-16）（2—15）、（2—16）適用于氣、液、固相，是計(jì)算的普遍化方法。注意：只要知道狀態(tài)方程就可代入求1.用Vanderwaals方程計(jì)算Vanderwaals方程：——a、b為Vanderwaals常數(shù)將（2—15）積分后代入以上結(jié)果：步驟：

i=1i=1i=i+1YesNo

●i=1時(shí)求汽相逸度系數(shù)；i=2時(shí)求液相逸度系數(shù)。

汽相：用y求a、b

液相：用x求a、b

●(1)式有三個(gè)根注意：2.用維里方程計(jì)算維里方程的截?cái)嗍剑夯謴?fù)恢復(fù)汽相喲！

的計(jì)算：●

為簡(jiǎn)單流體的對(duì)比第二維里系數(shù)，計(jì)算：●

為校正函數(shù)，計(jì)算：●為二元相互作用參數(shù)，計(jì)算：——用于烷烴相當(dāng)成功

二元常數(shù)的平均值ij水醇醚酮烴烴0.40.150.100.130酮0.150.050.130醚0.350.130醇0.10水0ijk由（2—16）：∴由（2—16）：P為自變量同樣由（2—15）：V為自變量用（2—31）解的步驟：

1.用狀態(tài)方程〈4〉求Vt(兩個(gè)根返回)、檢驗(yàn)：〈4〉式有實(shí)根，取大根，否則用（2—30）求取。

2.由（2—31）求注意：維里方程的適宜范圍：3.采用R—K方程計(jì)算特點(diǎn)：

1.比多參數(shù)狀態(tài)方程簡(jiǎn)單

2.適宜于氣、液態(tài)R—K方程：RK方程的另一種形式：推出：計(jì)算方法：

1.由〈6〉計(jì)算ZM

三個(gè)根：求氣體（）取求液體（）取

2.由〈7〉求注意：求汽相逸度時(shí)組成用求液相逸度時(shí)組成用作業(yè)：

P51：3題（只求）

Vif3題改錯(cuò)：

去掉“%”二、活度系數(shù)法由（2—9）：

已解決

對(duì)，分別討論igiVfiOLf恢復(fù)1.基準(zhǔn)態(tài)逸度

液相活度系數(shù)：OLif討論：◆可凝性組分基準(zhǔn)態(tài)

◆不凝性組分基準(zhǔn)態(tài)

◆溶液基準(zhǔn)態(tài)（1）可凝性組分基準(zhǔn)態(tài)取基準(zhǔn)態(tài)：的計(jì)算：（2—21）有二個(gè)校正系數(shù)：（2）不凝性組分基準(zhǔn)態(tài)取基準(zhǔn)態(tài)：H—化工計(jì)算解決（3）溶液基準(zhǔn)態(tài)

取基準(zhǔn)態(tài)：

溶質(zhì)：屬不凝性組分，定義基準(zhǔn)態(tài)

溶液：屬可凝性組分，定義基準(zhǔn)態(tài)

————不對(duì)稱性標(biāo)準(zhǔn)化方法2.液相活度系數(shù)化工熱力學(xué)提出：—1摩爾混合物的過(guò)剩自由焓到目前有20多種經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)公式。發(fā)展階段：

★20世紀(jì)初：?jiǎn)栴}集中于溶液的非理想性從何而來(lái)？二種觀點(diǎn)：1.VanLaar認(rèn)為分子的吸引與排斥

2.Dolezalek認(rèn)為分子間相互作用能，如締合

爭(zhēng)論了五年之久，由于vanderWaals力的提出，1占優(yōu)勢(shì)、2被埋沒(méi)，出現(xiàn)了：VanLaar；Margules方程。★1964年：化學(xué)熱力學(xué)的發(fā)展由提出，Wohl對(duì)歷年公式加以總結(jié)，并推廣到多元?！?964年：Wilson提出局部組成新概念，并得到發(fā)展。出現(xiàn)了Wilson方程、NRTL方程、UNQAC方程…。1>.Wohl型經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式Margules方程VanLaar方程

S—H方程

特點(diǎn)：簡(jiǎn)便，由于缺乏多元數(shù)據(jù)，因此不能應(yīng)用于多元。2>.由局部組成概念建立的半經(jīng)驗(yàn)方程Wilson方程：

三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1.推算精度高。

2.對(duì)理想系偏離很大的物系也適宜。

3.無(wú)須多元實(shí)驗(yàn)值。

二個(gè)主要缺點(diǎn)；

1.不適用于部分互溶系與液液平衡系。

——修正后可用

2.曲線呈極值點(diǎn)時(shí)不適用。NRTL方程：

適用于部分互溶體系，液液平衡體系。

缺點(diǎn)：引入第三參數(shù)，其計(jì)算由組分化學(xué)性質(zhì)估計(jì)（=0.2～0.4）。UNIQUAC方程：

復(fù)雜

優(yōu)點(diǎn)：1.僅用二個(gè)調(diào)整數(shù)，后即可用于液液體系。

2.參數(shù)隨T變化很小。

3.主要濃度變量為，并非，因此還可用于大分子（聚合物）溶液。三、活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的簡(jiǎn)化形式——計(jì)算Ki的普遍化形式（用于嚴(yán)格計(jì)算）各種簡(jiǎn)化形式：

1.汽相是理想氣體，液相是理想溶液。

——完全理想系適用物系：P<200kPa，分子結(jié)構(gòu)十分相近的組分溶液

2.汽相是理想氣體，液相是非理想溶液。適用物系：低壓下，分子結(jié)構(gòu)相差不大的組分溶液。

>1,為正偏差溶液

<1,為負(fù)偏差溶液

3.汽液相均為理想溶液。適用物系:中壓下烴類混合物.

4.汽相為理想溶液,液相為非理想溶液。例2—1：計(jì)算乙烯的相平衡常數(shù)

實(shí)驗(yàn)值：已知：T=311KP=344.2kPaTc=282.4KPc=5034.6kPa

解：1.按理想氣體、理想溶液計(jì)算

2.汽液均按理想溶液計(jì)算

A.逸度系數(shù)法

B.列線圖法

與實(shí)驗(yàn)值相近例2—2：計(jì)算混合物相平衡常數(shù)（甲醇-水）

實(shí)驗(yàn)值：K1=1.381K2=0.428

T=71.29℃P=0.1013MPa已知：1.B11、B22、B12、BM

（第二維里系數(shù)）

2.、

3.4.NRTL方程參數(shù)解1：按汽液均為非理想溶液計(jì)算A.求（采用維里方程計(jì)算）

iVfB.求（采用維里方程計(jì)算）

iSfC.求

LiSiLifRTPPV及])(exp[-D.求液相活度系數(shù)（采用NRTL方程）E.求相平衡常數(shù)

實(shí)驗(yàn)值：K1=1.381K2=0.428解2：按理想氣體、非理想溶液計(jì)算

解3：按汽液均為理想溶液計(jì)算實(shí)驗(yàn)值：K1=1.381K2=0.428作業(yè)：

P51：2題

返回第二節(jié)多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算2.2.1泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算2.2.2露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算返回露點(diǎn)壓力露點(diǎn)溫度泡點(diǎn)壓力泡點(diǎn)溫度求解量規(guī)定量（C個(gè)）計(jì)算類型汽液平衡時(shí)：2.2.1泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算

變量分析：

一、泡點(diǎn)溫度的計(jì)算1.平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)的情況iiiVViifb32fTP.iiiiiiKK-1iiiSbbbf-.23LLifKTTTTKTKPPKTPK==+++==-=.321**),(43數(shù)據(jù)回歸計(jì)算圖查得采用泡點(diǎn)方程：1.000.95131.3440.379100℃98℃110℃70℃T（設(shè)）例2—3：計(jì)算塔釜溫度（完全理想系）已知：1.

2.

、

3.常壓操作解法1：用試差法計(jì)算wix,∴T=100℃計(jì)算方法：設(shè)T=98℃（離泡點(diǎn)不遠(yuǎn)）

∴T=99.7℃解法2：用計(jì)算（不試差，實(shí)用于完全理想系）

隨T變化不大，取某溫度范圍內(nèi)的均值iKaiKa解法3：電算（Newtow迭代法）設(shè)T=70℃（初值），5次完成。T=99.812例2—4：計(jì)算烴類混合物的泡點(diǎn)已知：1.

2.壓力解：用P—T—K圖計(jì)算方法：

設(shè)T（已知P）KixK圖查YesNo學(xué)了三種方法喲！作業(yè)：

P51：4題

注意：增加牛頓迭代法。2.平衡常數(shù)與組成有關(guān)的情況∴采用試差法計(jì)算框圖：開(kāi)始輸入P、x及有關(guān)參數(shù)設(shè)T并令作第一次迭代

計(jì)算計(jì)算計(jì)算是否第一次迭代圓整計(jì)算Y調(diào)整T

有無(wú)變化NYN輸出T、y結(jié)束NY圖2—2判別收斂條件：

（2—35）用于低壓時(shí)近似看成：二、泡點(diǎn)壓力的計(jì)算

與泡點(diǎn)溫度相同，比較與分析如下：項(xiàng)目求泡點(diǎn)溫度（已知P，x）求泡點(diǎn)壓力（已知T，x）計(jì)算相同變量與函數(shù)關(guān)系相同框圖圖（2—2）圖（2—3）iK求泡點(diǎn)溫度求泡點(diǎn)壓力泡點(diǎn)方程比較：計(jì)算框圖：計(jì)算計(jì)算Y開(kāi)始輸入T、x及有關(guān)參數(shù)估計(jì)P并令作第一次迭代

計(jì)算是否第一次迭代圓整計(jì)算調(diào)整P

有無(wú)變化NYN輸出P、y結(jié)束NY圖2—3例2—6：計(jì)算泡點(diǎn)壓力及汽相組成[氯仿（1）—乙醇（2）]已知：1.

2.不計(jì)Poynting因子解：混合物的逸度系數(shù)：計(jì)算方法；將（C）、（D）、（E）代入（B）求P，y返回2.2.2露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算已知：P（或T）T（或P）1.平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)的情況

露點(diǎn)方程：計(jì)算方法同于泡點(diǎn)計(jì)算：

1.試差；2.用計(jì)算；3.電算；4.查K圖

iKa2.平衡常數(shù)與組成有關(guān)的情況計(jì)算框圖：計(jì)算NNY計(jì)算Y輸出T、y開(kāi)始輸入P、y及有關(guān)參數(shù)設(shè)T并令作第一次迭代

計(jì)算是否第一次迭代圓整計(jì)算調(diào)整T

有無(wú)變化NY結(jié)束例2—7：計(jì)算50℃時(shí)蒸汽混合物露點(diǎn)壓力已知：1.

2.汽相組成解：汽相假定為理想氣體，液相為非理想溶液計(jì)算式：

結(jié)果：P=85.101kPa計(jì)算過(guò)程：計(jì)算Y開(kāi)始輸入T、y及有關(guān)參數(shù)估計(jì)P，X值

計(jì)算調(diào)整P圓整

有無(wú)變化N輸出P、x結(jié)束NY例題圖作業(yè)：

P51：6題

返回第三節(jié)閃蒸過(guò)程的計(jì)算流程示意圖：液體混合物的汽化氣體混合物的冷凝LiHxL,,ViHyV,,液體ZF,FFFHPT,,T，PLiHxL,,ZF,FFFHPT,,氣體ViHyV,,T，P變量分析：系統(tǒng)方程方程數(shù)2C+3∴一般計(jì)算后得2C+3個(gè)解：第三節(jié)閃蒸過(guò)程的計(jì)算2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過(guò)程2.3.2絕熱閃蒸過(guò)程（略）2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過(guò)程,ixL,iyV,T，P液體ZFPT,iQi,ixL,iyV,T，P氣體ZFPFTF,Q變量數(shù)：3C+8方程數(shù)：2C+3指定變量數(shù):(3C+8)-(2C+3)=C+5及：F、Zi、TF、PF、P、L(或汽化率)變量數(shù)：3C+6方程數(shù)：2C+3指定變量數(shù):(3C+6)-(2C+3)=C+3

及：F、Zi、T、P一、汽液平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)

1.聯(lián)立求解2C+3個(gè)方程對(duì)i組分物料衡算：

有：2.Rachford—Rice方程

用于電算由(2—68),(2—67）：3.Q的計(jì)算

Q—吸熱為正，移熱為負(fù)

H—混合物的摩爾焓對(duì)于理想混合：

純組分摩爾焓4.判斷閃蒸過(guò)程是否可行的方法方法一：已知P判斷：若閃蒸問(wèn)題成立

DBTTT<<方法二：判斷：例2—8液體混合物的汽化（烴類物系）

在50℃，200kPa下絕熱閃蒸，已知解：1.核實(shí)問(wèn)題是否成立iZ判斷：2.采用Rachford—Rice方程

烴類物系，K查P—T—K圖3.計(jì)算iiyx,4.計(jì)算V，L5.核實(shí)二、汽液平衡常數(shù)與組成有關(guān)的閃蒸計(jì)算對(duì)分層迭代：

iiyx,,y由(2—67),(2—68)

計(jì)算x，y如果不直接迭代，重新估計(jì)x，y值開(kāi)始給定F，Z，P，T估計(jì)初值x，y由Rachford-Rice方程迭代

比較x，y的估計(jì)值和計(jì)算值不收斂收斂輸出

對(duì)同時(shí)迭代：

如果不直接迭代，重新估計(jì)x，y值yy,,x不收斂收斂輸出開(kāi)始給定F，Z，P，T由(2—67),(2—68)

計(jì)算x，y由Rachford-Rice方程迭代估計(jì)初值x，y,作業(yè)：

P51：8題

P52：14題返回

對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱：流體中質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對(duì)位移而引起的熱交換（伴隨熱傳導(dǎo)），一般指流體與固體壁面的傳熱過(guò)程。動(dòng)量、熱量傳遞同時(shí)進(jìn)行關(guān)系復(fù)雜。計(jì)算時(shí)要結(jié)合連續(xù)性方程、N-S方程和能量方程，計(jì)算十分復(fù)雜。湍流時(shí)，壁面附近，三層：層流（導(dǎo)熱），湍流主體（對(duì)流傳熱），緩沖層（導(dǎo)熱和對(duì)流）一般將運(yùn)動(dòng)流體與壁面之間的熱量傳遞籠統(tǒng)考慮為對(duì)流傳熱。本書只考慮強(qiáng)制層流強(qiáng)制湍流。湍流中心緩沖層緩沖層層流內(nèi)層溫度邊界層邊界層定義(y向距離）u0,t0t0u0,t0t0t0tst0tstsδtδttsxy園管傳熱：①形成；②匯合；③越來(lái)越扁平對(duì)流傳熱系數(shù)層流內(nèi)層很薄，熱阻很大:tftbδfts對(duì)流傳熱系數(shù)壁面與主體流之間：層流下的熱量傳遞δt平板壁面上層流傳熱的精確解溫度邊界層δt和速度邊界層δ，δt〉δδt〈δδt=δδδtδ層流下的熱量傳遞N-S方程，連續(xù)性方程，能量方程：三個(gè)未知未知變量ux、uy、t,（自變量x、y、z）三個(gè)方程。如何求解？→非線性偏微分方程。普蘭德邊界層方程的精確解步驟：①由N-S方程和連續(xù)性方程求得速度分布函數(shù)u（x,y),邊界層厚度，曳力系數(shù)；②由速度分布u和能量方程求解溫度分布函數(shù)t(x,y)；③由溫度分布函數(shù)t(x,y)求得對(duì)流傳熱系數(shù)h和其它參數(shù)。由N-S方程和連續(xù)性方程求得速度分布函數(shù)u（x,y)②由速度分布u和能量方程求解溫度分布函數(shù)t(x,y)③由溫度分布函數(shù)t(x,y)求得對(duì)流傳熱系數(shù)h和其它參數(shù)。平板壁面上層流傳熱的近似解設(shè)：穩(wěn)態(tài)，二維流動(dòng)，不可壓縮。質(zhì)量守衡：入＝出能量守衡：入＝出平板壁面上層流傳熱的近似解質(zhì)量：1-2-5-6面：3-4-7-8面2-3-7-6面入＝出平板壁面上層流傳熱的近似解能量：平板壁面上層流傳熱的近似解平板壁面上層流傳熱的近似解平板壁面上層流傳熱的近似解膜系數(shù)：平板壁面上湍流傳熱的近似解湍流下的熱量傳遞雷諾類似律雷諾類似律湍流：包括分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散，其中渦流擴(kuò)散占主要部分質(zhì)量為M的質(zhì)點(diǎn)由1-1面跳到2-2面，另一質(zhì)點(diǎn)由2-2面跳到1-1面（交換混合），結(jié)果會(huì)使熱量、動(dòng)量同時(shí)得到交換，二者由質(zhì)量M聯(lián)系起來(lái)。同理，如果濃度不同，其質(zhì)量會(huì)發(fā)生傳遞（由M聯(lián)系）1122MMXY雷諾類似律熱量：動(dòng)量：1122MMXY（9-87）雷諾類似律在靠近壁面層流層內(nèi)層：比較（9-87）與（9-88），當(dāng)（9-88）雷諾類似律雷諾類似律雷諾類似律系數(shù)：1122MMXY雷諾類似律(12-74)要點(diǎn)總結(jié)對(duì)流傳熱特點(diǎn)；溫度邊界層與速度邊界層；對(duì)流傳熱系數(shù)h與牛頓冷卻定律；平板壁面上層流傳熱的精確解；平板壁面上層流傳熱的近似解；雷諾類似率作業(yè)P2022,3,6,10

多組分多級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算第一節(jié)平衡級(jí)的理論模型第二節(jié)逐板計(jì)算法第三節(jié)三對(duì)角矩陣法

第一節(jié)平衡級(jí)的理論模型考察；逆流接觸階梯布置、連續(xù)穩(wěn)定多級(jí)汽液或液液接觸設(shè)備（圖4—2）。對(duì)于任一級(jí)j（圖4—1）：第j級(jí)1111,1-----jjjjijPThxL1111,1+++++jjjjijPTHyVjjjjijPTHyV,jGjjjjijPThxL,jU數(shù)學(xué)模型：

1.物料衡算（M）

2.相平衡關(guān)系（E）

3.摩爾分率加和式（S）

4.熱量衡算（H）Qj一、MESH方程的推導(dǎo)方程—S方程——E方程——M方程——H

MESH方程全塔的個(gè)數(shù)：N（2C+3）！二、變量分析方程數(shù)——MESH∴MESH方程有解3股進(jìn)料jUjGQ、、NUG、1串級(jí)Ni

的指定方法：

對(duì)操作型計(jì)算

我把不同類型分離設(shè)備設(shè)計(jì)中典型變量規(guī)定列在表4—1中，你可以去查喲！三、求解手算：

Lewis-Matheson法

——設(shè)計(jì)型計(jì)算

Thiele-Geddes法

——設(shè)計(jì)型計(jì)算電算：

MESH方程的解離法（Amundson-Pontinen方法）

泡點(diǎn)法（BP法）；流率加和法（SR法）

——改進(jìn)的Amundson-Pontinen方法

Newton-Raphson法：松弛法；等…返回1-NNL，V，LV1討論：1.恒摩爾流

2.用相對(duì)揮發(fā)度或相平衡常數(shù)表示平衡關(guān)系方法：交替使用操作線、平衡線方程模型塔：變量規(guī)定：Na=5

飽和液體溫度

LK的回收率

HK的回收率

回流比

最適宜進(jìn)料位置第二節(jié)逐板計(jì)算法喂,你怎么計(jì)算?當(dāng)然是逐板!一、逐板計(jì)算法二、進(jìn)料位置的確定適宜進(jìn)料位置：

完成分離任務(wù)理論板最少的進(jìn)料位置NNF,OP操作點(diǎn)進(jìn)料板j板進(jìn)料位置的近似確定法：板改換操作線方程板為進(jìn)料板，——1+jj板改換操作線方程板為進(jìn)料板，——1+jj從上向下計(jì)算：從下向上計(jì)算：

過(guò)早的改換操作線方程會(huì)導(dǎo)致不合理的結(jié)果：yx三、計(jì)算起點(diǎn)的確定二元精餾：誤差小的一端開(kāi)始計(jì)算起點(diǎn)：從物料分配多元精餾：計(jì)算起點(diǎn)：塔頂或塔釜例1.無(wú)輕組分（LNK）的精餾ABABCDA（LK）B（HK）CD討論：若C只有99%的進(jìn)入塔釜計(jì)算起點(diǎn)：塔釜例2.無(wú)重組分（HNK）的精餾CDABCDABC（LK）D（HK）計(jì)算起點(diǎn)：塔頂例3.LNK和HNK都有的精餾ABCBCDAB（LK）C（HK）D

計(jì)算起點(diǎn)：從頂或釜分別計(jì)算，進(jìn)料板契合。四、校核和修正計(jì)算起點(diǎn)由估計(jì)值確定，估計(jì)值稍有誤差，會(huì)對(duì)逐板計(jì)算影響很大，一輪計(jì)算后，要用非關(guān)鍵組分校核和修正。若從上向下計(jì)算完成后，用LNK校核：例4—1求N，進(jìn)料位置200kPa解：

1.物料衡算

2.相平衡計(jì)算方法：3.操作線方程4.逐板計(jì)算5.估計(jì)值的校核

對(duì)LNK組分校核重復(fù)計(jì)算。，新的、否則：按修正的WiDixxDW,,,一般情況：

萃取精餾：被萃取組分在塔釜回收率高，從釜計(jì)算。

共沸精餾：共沸物在塔頂能準(zhǔn)確估計(jì)，從頂開(kāi)始習(xí)題：

P1482題返回將MESH方程分成三組：適用于：操作型計(jì)算第三節(jié)三對(duì)角矩陣法第三節(jié)三對(duì)角矩陣法4.3.1方程的解離方法和三對(duì)角線矩陣方程的托瑪斯解法4.3.2泡點(diǎn)法（BP法）返回4.3.1方程的解離方法和三對(duì)角線矩陣方程的托瑪斯解法一、方程的解離1.2-jjjjLLLV，的關(guān)系式，消去式中與找出）方程（用矩陣表示修正的164.3-M恢復(fù)）（）為：方程（修正的1841641,,1,-=++-\+-jjijjijjijDxCxBxAM二、三對(duì)角矩陣的托瑪斯解法（追趕法）

屬于高斯消去法初等變換：2,111,1,,,111,,iijijjjiNiNNNiNNixPqxxPqxxPqxqx-=-=-==+---LLLL（4-28）該法優(yōu)點(diǎn)：1.避免計(jì)算機(jī)圓整誤差積累2.不會(huì)出現(xiàn)負(fù)摩爾分率返回4.3.2泡點(diǎn)法（BP法）1.采用方程修正的M方程——求解Xi,jS方程——求解Tj

修正的H方程如下：察看LjLj-1）（方程：修正的3641-=+\+jjjjjVVHgba）（起）（從43431111--=\----VjjjjjVVbag2.收斂條件（任一種）3.計(jì)算框圖和方法圖中步驟：11L第1級(jí)22HV11HV1h1UQkPaPUL4.6890.211==Q11234Q5例4-2式計(jì)算中用例）：（）（圖—查—)(),(44CBTfhHKTPKjji-=--解：1.初值的確定

jjjjjVVgba=++15.判斷收斂標(biāo)準(zhǔn)例4-3

1.觀察不同的初值對(duì)收斂的影響

2.討論最適宜的進(jìn)料位置

取不同的D、W、T為初值，采用泡點(diǎn)法計(jì)算，收斂條件：1.比較迭代次數(shù)、機(jī)時(shí)討論結(jié)果：

a.方案2最好；

b.方案1為簡(jiǎn)捷法結(jié)果初值，但迭代次數(shù)最大。結(jié)論：

a.收斂速度不可預(yù)示，很大程度取決于溫度初值和每次迭代后對(duì)變量的調(diào)整；

b.在高回流比情況下比在低回流比情況下更難收斂。2.討論進(jìn)料位置

已知D、W、N后，很難給出最好進(jìn)料位置。

一般：對(duì)嚴(yán)格的計(jì)算結(jié)果，可以LK和HK構(gòu)成假二元系，圖解梯級(jí)法確定進(jìn)料位置。（圖4-11）：

6板為進(jìn)料位置；

7板改換操作線位置。習(xí)題：

P1485題返回

分離過(guò)程的節(jié)能第一節(jié)分離的最小功和熱力學(xué)效率第二節(jié)精餾的節(jié)能技術(shù)第三節(jié)分離順序的選擇返回第一節(jié)分離的最小功和熱力學(xué)效率6.1.1

等溫分離最小功6.1.2

非等溫分離和有效能6.1.3

凈功消耗和熱力學(xué)效率返回?zé)崃W(xué)第二定律：完成同一變化的任何可

逆過(guò)程所需功相等。6.1.1等溫分離最小功連續(xù)穩(wěn)定分離系統(tǒng)：進(jìn)出系統(tǒng)物流變量：

n，zi，H，S（熵），Q系統(tǒng)對(duì)環(huán)境作功：

W）（96-物一、分離理想氣體混合)86(-二、分離低壓下液體混合物例6-1；例6-2傳熱速率：◆◆◆返回6.1.2非等溫分離和有效能河水溫度）（規(guī)定：海洋、大氣、環(huán)境溫度—設(shè)0T熵平衡：非等溫不可逆過(guò)程）分離凈(BWD>-\分離過(guò)程有效能變化）產(chǎn)生（分離凈非等溫可逆過(guò)程：0=DD=-SBW式（6-20），（6-22）中：返回6.1.3凈功消耗和熱力學(xué)效率

通常，分離過(guò)程所需的能量多半是以熱能形式而不是以功的形式提供的。一般以W凈計(jì)算能量：凈功消耗：—W凈=W入—W出一般分離過(guò)程：原料產(chǎn)物QCQRTCTR）為：（256-)266(0110->-=-）（凈RCTTQTW

非等溫可逆過(guò)程為1。例6-3設(shè)環(huán)境溫度T0=294K，計(jì)算：

1.再沸器負(fù)荷（冷凝器負(fù)荷給定）

2.有效能變化

3.凈功消耗

4.熱力學(xué)效率解：計(jì)算機(jī)準(zhǔn)：1小時(shí)1.由圖解得：D=159.21kmol/hW=112.95kmol/hF=272.16kmol/h全塔熱量衡算：QR=34311918.14kJ/hT0=294KQR=34311918.14kJ/hQC=32401526kJ/h習(xí)題：

P2023題

3題返回第二節(jié)精餾的節(jié)能技術(shù)6.2.1

精餾過(guò)程的熱力學(xué)不可逆性分析6.2.2

多效精餾6.2.3

低溫精餾的熱泵6.2.4

設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾返回6.2.1精餾過(guò)程的熱力學(xué)不可逆性分析逆過(guò)程即：使過(guò)程盡量接近可）分離凈（非等溫可逆過(guò)程：BWD=-●●

熱力學(xué)不可逆性：1.通過(guò)一定壓力梯度動(dòng)量傳遞2.通過(guò)一定溫度梯度熱量傳遞3.通過(guò)一定濃度梯度質(zhì)量傳遞（或不同化學(xué)位物流直接混合）使凈功降低的方法：

降低壓差

減少溫差

減少濃度與平衡濃度差1）塔設(shè)備若N越多，使△P↑，不可逆性越大

可使：氣速↓，液層高度↓；使△P↓

但是：氣速↓，生產(chǎn)能力不變時(shí)D↑，投資費(fèi)↑

液層高度↓，板效率↓改進(jìn)方式：1.選擇合適的塔徑、液層高度

2.改板式塔為高效填料塔2）再沸器、冷凝器若傳熱溫差小，不可逆性減小但是：傳熱面積↑，設(shè)備費(fèi)用↑

液層高度↓，板效率↓改進(jìn)方式：1.采用高效換熱器

2.改進(jìn)操作方式3）傳熱推動(dòng)力、傳質(zhì)推動(dòng)力精餾操作：Ln+1，Vn-1進(jìn)入n板，對(duì)Vn，Ln在n板溫度和濃度相互不平衡改進(jìn)方式：1.傳熱推動(dòng)力△T=（Tn-1—Tn）↓2.傳質(zhì)推動(dòng)力△y=（KnXn,i—yn-1,i）↓即：y-x圖中，操作線向平衡線靠近△T↓△y↓R>RmyAXAXAyAR=RmN=∞

換熱器∞臺(tái)塔徑：

中間大，兩頭小XAyA可逆精餾操作線與平衡線重合XAyA分段精餾增加兩個(gè)換熱器返回(a)分別進(jìn)料(b)低壓塔產(chǎn)物進(jìn)高壓塔(C)產(chǎn)物前饋進(jìn)料返回6.2.2多效精餾多效精餾：能量減少30—40%

圖6-7：多效精餾塔的基本方式特點(diǎn)：高壓塔氣相采出是低壓塔塔釜的熱源；用一倍的熱處理兩倍之多進(jìn)料。例6—4返回返回6.2.3低溫精餾的熱泵用于：組分沸點(diǎn)差較小的低溫精餾采用：膨漲閥、壓縮機(jī)三種：1.外部制冷劑圖6—92.壓縮塔頂蒸汽圖6—103.用再沸器氣體閃蒸圖6—11

表6—1低溫下丙烯—丙烷分離的熱力學(xué)效率和日公用費(fèi)用返回返回返回返回返回6.2.4設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾

1.使操作向可逆精餾方向趨近

2.采用中等溫度的再沸器和冷凝器圖6—13

SRV蒸餾特點(diǎn)：沿全塔布置的換熱元件能大大降低塔頂、塔釜負(fù)荷提餾段：蒸汽流率自下而上穩(wěn)定增加精餾段：液體回流量自上而下穩(wěn)定增加返回返回返回第三節(jié)分離順序的選擇6.3.1簡(jiǎn)單分離順序的合成6.3.2復(fù)雜塔的分離順序返回一、分離順序數(shù)將混合物ABCDE···(按揮發(fā)度降低排列）分離為純組分。6.3.1簡(jiǎn)單分離順序的合成ABAB二元：一個(gè)塔，一種方案三元：ABCABCABABCABCBC二個(gè)塔，二種方案四元：順序流程三個(gè)塔，五種方案ABCDABCDBCCDD按相對(duì)揮發(fā)度遞減采出ABCDAABCBCABD按相對(duì)揮發(fā)度遞增采出AABCDABCBCBCDABCDABCDBCDBCAABCDABBCCDD按相對(duì)揮發(fā)度交錯(cuò)采出的逆序流程C個(gè)組分，采用C-1個(gè)塔，分離序數(shù)為：用（6—28）或（6—29）計(jì)算結(jié)果列入表6—2。對(duì)于特殊精餾：

例萃取精餾：加質(zhì)量分離劑，且數(shù)目多。總序數(shù)：

T—不同質(zhì)量分離劑對(duì)相同組分分離方法數(shù)；

C—系統(tǒng)組分?jǐn)?shù)；SC—簡(jiǎn)單塔計(jì)算順序數(shù)。例6-5用普通精餾將混合物分離成三個(gè)產(chǎn)品，確定分離順序數(shù)。（相對(duì)揮發(fā)度遞減）解：產(chǎn)品揮發(fā)性不相鄰

方法：1.先分出純品，查表6—2：C=5時(shí)，SC=14

2.再將烷烴、烯烴混合

結(jié)論：采用普通精餾不合理二、確定分離順序的經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法（啟發(fā)法）優(yōu)點(diǎn)：

不用對(duì)所有可能的分離順序進(jìn)行考察，在不作設(shè)計(jì)和設(shè)備費(fèi)用估計(jì)情況下，很快選出好順序。普通塔經(jīng)驗(yàn)法：1.按相對(duì)揮發(fā)度遞減順序分離依據(jù)：Underwood式：餾出物中：1.組分?jǐn)?shù)少，Vm少，熱負(fù)荷低；

2.若混合物中含低沸物，使之不進(jìn)入后面塔。大。提餾段熱力學(xué)不可逆性反之，若大。精餾段熱力學(xué)不可逆性，更接近與）比（）使（定；若后，塔釜蒸汽蒸發(fā)量一規(guī)定釜采出相差不大）盡可能對(duì)分（塔頂與塔提精,1,.3),(WDVLVLWDRWLVDLV>><<-

=

+=4.分離要求高的組分最后分

分離要求：純度、回收率純度高，N多，此時(shí)無(wú)關(guān)鍵組分，使塔徑減小。5.含量多的組分先分

使后面能量降低、塔徑減小。6.特殊組分先分

特殊組分：熱敏性、強(qiáng)腐蝕性、易爆、易燃等。注意：1.以上經(jīng)驗(yàn)互相沖突，要綜和考慮主要方面；2.不須得到純組分時(shí)，采用側(cè)線采出來(lái)減少塔數(shù)目。例6-6確定較好的精餾塔序。

解：1.根據(jù)沸點(diǎn)差和產(chǎn)品純度來(lái)考慮

2.根據(jù)餾出液和釜液流量相差不大來(lái)考慮。6.3.2復(fù)雜塔的分離順序

200頁(yè)例6-7

201頁(yè)習(xí)題：

P2037題返回

分離設(shè)備處理能力和效率第一節(jié)

氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率第二節(jié)

萃取設(shè)備的處理能力和效率第三節(jié)

傳質(zhì)設(shè)備的選擇第一節(jié)氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率5.1.1

氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因數(shù)5.1.2氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因數(shù)5.1.3

氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的估計(jì)法返回5.1.1氣液傳質(zhì)設(shè)備處理能力的影響因數(shù)

傳質(zhì)設(shè)備：板式塔；填料塔液泛：板式塔：液泛氣速隨L/V下降而上升；隨板間距增大而上升。填料塔：（包括規(guī)整或亂堆）

L/V下降、液體粘度下降、填料孔隙率升高、比表面積下降都會(huì)使液泛速度上升。霧沫夾帶

——分離過(guò)程中為處理能力的極限

表示方式：霧沫夾帶量或泛點(diǎn)百分率板間距下降、塔負(fù)荷上升會(huì)使霧沫夾帶量上升。壓力降（與處理能力有關(guān)）

真空操作：有一上限

板式塔：構(gòu)成降液管內(nèi)液位高度重要組成部分，壓力降大，液位高，若很大，就會(huì)產(chǎn)生液泛。停留時(shí)間停留時(shí)間長(zhǎng)，效率高，處理能力低；停留時(shí)間短，效率低，處理能力高，產(chǎn)品質(zhì)量差。返回5.1.2氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及其影響因數(shù)一、效率的表示方法

理論板與實(shí)際板比較：理論板實(shí)際板1.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(jìn)入的氣相各點(diǎn)濃度不相同。

有霧沫夾帶、漏液、液相夾帶汽相等。4.無(wú)霧沫夾帶、漏液、液相夾帶汽相等。

不均勻流動(dòng)，各點(diǎn)停留時(shí)間不同。3.均勻流動(dòng)，各點(diǎn)停留時(shí)間相同。

達(dá)到平衡要無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間。影響因數(shù)：塔板結(jié)構(gòu)，流動(dòng)情況、物性、平衡關(guān)系。2.離開(kāi)板的氣液相濃度達(dá)到平衡傳質(zhì)量：實(shí)際板理論板∴引入效率概念j-1jXi,j-1Xi,jyi,j+1yi,j

注意：1.2.不同組分計(jì)算結(jié)果不同（二元除外）。j-1jXi,j-1Xi,jyi,j+1JJ，假設(shè)：流體垂直方向完全混合在一垂直處J—J′處：jiy,

′jix,

′4.填料塔的等板高度HETP

HETP=填料層高度/理論板數(shù)二、效率的影響因素

從機(jī)理上分析1.傳質(zhì)速率

假設(shè)：

a.板上空間氣體完全混合，進(jìn)入液相氣體組成與板上位置無(wú)關(guān)。

b.液相組成在垂直方向上與液層高度(Z)無(wú)關(guān)。有：氣體通過(guò)板上dz的微元高度時(shí)i組分的傳遞量

氣相總傳質(zhì)單元數(shù)點(diǎn)效率)85(11--=-=--GaZKNOGYOGeeE由雙膜理論：2.流型和混合效應(yīng)二種極端情況：OGNOGMVeEE--==1(5-14)）（）（155]1[/--=llOGEMVeE兩種極限情況的比較：完全混合完全不混合圖5-41mVL=l兩條曲線之間。關(guān)系曲線位于圖與45.-lMVOGMVEEEa美國(guó)化工學(xué)會(huì)（AIChE）模型：條件：僅停留時(shí)間均一下縱向混合（無(wú)橫向混合）書中有錯(cuò)對(duì)（5—16）作圖：討論：1.不均勻流動(dòng)、環(huán)流對(duì)塔板效率產(chǎn)生不利影響（點(diǎn)效率下降）；2.小直經(jīng)塔，板上液體為完全混合；3.大直經(jīng)塔，板上液體不混合性增強(qiáng)。綜上所述：完全混合板效率等于點(diǎn)效率；液相縱向不完全混合，使對(duì)板效率起明顯有利的影響；不均勻流動(dòng)、環(huán)流會(huì)產(chǎn)生不利影響液相橫向混合，能削這種的影響，使；隨塔經(jīng)增大，縱向不完全混合性的有利影響下降，不均勻流動(dòng)趨于嚴(yán)重。3.霧沫夾帶

使重組分含量高的液體進(jìn)入上層塔板

——上層塔板輕組分濃度下降霧沫夾帶對(duì)板效率的影響：4.物性的影響◆液體粘度粘度高，兩相接觸差，擴(kuò)散系數(shù)低，傳質(zhì)速率低，效率低。精餾：一般在較高溫度下操作，效率要高；吸收：一般在較低溫度下操作，效率要低。◆密度梯度由于易揮發(fā)組分氣化，靠近界面處形成一個(gè)密度較大區(qū)域，位于低密度液體之上，產(chǎn)生上下環(huán)流，從而提高傳質(zhì)系數(shù)。液體流動(dòng)流動(dòng)◆表面張力易揮發(fā)組分（MVC）表面張力較小——正系統(tǒng)易揮發(fā)組分（MVC）表面張力較大

——負(fù)系統(tǒng)表面張力梯度對(duì)泡沫穩(wěn)定層的影響：液體流動(dòng)流動(dòng)低XMVC高表面張力高XMVC低表面張力自愈合的正系統(tǒng)低XMVC低表面張力高XMVC高表面張力自破壞的負(fù)系統(tǒng)正系統(tǒng)：板式塔易形成穩(wěn)定的泡沫層，填料塔易形成穩(wěn)定的液體薄膜。負(fù)系統(tǒng)；反之，泡沫、薄膜不穩(wěn)定。提高傳質(zhì)效率◆噴霧狀態(tài)表面張力梯度對(duì)液滴生成的效應(yīng)：液體蒸汽較低的表面張力低XMVC負(fù)系統(tǒng)：負(fù)系統(tǒng)，液滴易斷裂，板效率高；正系統(tǒng)反之。傳質(zhì)設(shè)備的選取：正系統(tǒng)：選用泡沫接觸狀態(tài)方式負(fù)系統(tǒng)：選用噴射接觸狀態(tài)方式液體蒸汽低XMVC正系統(tǒng)：較高的表面張力返回5.1.3氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的估計(jì)法一、經(jīng)驗(yàn)法板式塔：查圖（奧康奈爾法）填料塔：求HETP二、機(jī)理模型（用來(lái)預(yù)測(cè)放大后塔板效率）美國(guó)化工學(xué)會(huì)（AIChE）提出方法：（5-10）（5-11）（5-12）→EOG、Pe查圖5-5：由圖5-8：由（5-20）：方法特點(diǎn)：

1.預(yù)測(cè)放大塔徑后的板效率

2.計(jì)算復(fù)雜習(xí)題：

P1811題表5-1萃取設(shè)備的分類

型式逐極接觸式微分接觸式無(wú)外加能量篩板塔噴灑塔、填料塔具有外加能量攪動(dòng)混合澄清器攪拌填料塔轉(zhuǎn)盤塔攪拌擋板塔脈沖脈沖篩板塔脈沖混合澄清器脈沖填料塔離心力逐極接觸離心萃取器連續(xù)接觸離心萃取器返回第二節(jié)萃取設(shè)備的處理能力和效率5.2.1萃取設(shè)備的處理能力和效率5.2.2影響萃取塔效率的因數(shù)5.2.3萃取塔效率返回5.2.1萃取設(shè)備的處理能力和效率一、設(shè)備的特性速度1.關(guān)系式噴灑塔設(shè)：密度小的相為連續(xù)相，連續(xù)向上運(yùn)動(dòng);

密度大的相為分散相，液滴在連續(xù)相中自由沉降。

——分散相空塔速度m/s——連續(xù)相空塔速度m/s——分散相在塔內(nèi)液相中所占體積分率（滯液分率）cududfsmusmudcdd/1/ff-連續(xù)相液體速度：分散相液體速度：（注：方向相反））（215-dcddsuuuff-+=\1兩相的相對(duì)速度：）（）（）（）代入（將：dtdccdpsdCddmugduffmrrfrfrr-=--=-+=111821）（245-液體混合物—連續(xù)相；—分散相；—度：在混合液中自由沉降速個(gè)液體由斯托克斯定律計(jì)算單）（mcdcmdpsgdumrr182-=：分散相液體平均直徑Pd之間的關(guān)系與、、表示：tdcduuuf適用于噴灑塔———分散相空塔速度m/s——連續(xù)相空塔速度m/s——分散相在塔內(nèi)液相中所占體積分率（滯液分率）

——單液滴在純連續(xù)相中的自由沉降速度，與操作條件無(wú)關(guān)。cududftu對(duì)于其他類型萃取設(shè)備：

由于接觸方式不同，對(duì)（5—25）改進(jìn).用于填料塔用于轉(zhuǎn)盤塔用于脈沖篩板塔分散相液滴不斷發(fā)生該過(guò)程：

分散——凝聚——再分散2.uk獲取法1）測(cè)定；2）由測(cè)定值關(guān)聯(lián)方程：

轉(zhuǎn)盤塔：（5-30）脈沖塔：（5-31）二、臨界持液分率與液泛速度實(shí)際不存在不變Cu·泛點(diǎn)三、塔徑的計(jì)算◆填料塔的液泛速度如圖5-13?！艮D(zhuǎn)盤塔液泛速度：◆脈沖篩板塔液泛速度：臨界速度例5-2求轉(zhuǎn)盤塔的直徑采用試差法：設(shè)D=2.1m，驗(yàn)證后圓整。習(xí)題：

P1824題返回5.2.2影響萃取塔效率的因數(shù)一、分散相液滴尺寸二、液滴內(nèi)的環(huán)流

由雙膜理論：總傳質(zhì)阻力=滴外阻力+滴內(nèi)阻力。一般：滴外液體流動(dòng)阻力小；液滴內(nèi)液體不流動(dòng)阻力大。

當(dāng)液滴作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，界面上摩擦力誘導(dǎo)液滴內(nèi)環(huán)流，使滴內(nèi)阻力減小。但：1.液滴尺寸過(guò)小

2.有少量表面活性劑抑制這種環(huán)流三、液滴的凝