化工分离过程(总复习)

化工分离过程ChemicalSeparationProcesses总复习2习题课大纲1重要知识点回顾1.1绪论1.2单级平衡过程1.3多组分多级分离过程分析与简捷计算1.4多组分多级分离的严格计算1.5分离设备的处理能力和效率1.6分离过程的节能1.7其它分离技术和分离过程的选择2考试题型3自由交流环节31.1绪论分离过程的分类分离过程分为机械分离过程和传质分离过程两类。传质分离过程用于各种均相混合物的分离，分为平衡分离过程和速率分离过程。平衡分离过程——借助分离媒介（如热能、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于平衡两相中的不等同的分配为依据而实现分离。41.1绪论速率分离过程——借助某种推动力（如浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用，某些情况下在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异而实现混合物的分离操作。分离媒介分为能量媒介（ESA）和物质媒介（MSA）。51.2单级平衡过程1、相平衡的定义和条件相平衡：混合物或溶液形成若干相，这些相保持着物理平衡而共存的状态。从热力学上看，整个物系的自由焓处于最小状态，从动力学看，相间无物质的传递。61.2单级平衡过程1、相平衡的定义和条件相平衡时，各相的T、P，组分在各相的化学位相同（相平衡的条件）。piiii321iiifffPPPTTTˆˆˆ71.2单级平衡过程2、活度系数法表示Ki的简化形式（1）汽相为理想气体，液相为理想溶液PPxyKSiiiig-l平衡关系：iSiiiixPPxKy（2）汽相为理想气体，液相为非理想溶液PPxyKSiiLiiig-l平衡关系：iSiiLiiixPPxKy81.2单级平衡过程（3）汽相为理想溶液，液相为理想溶液ViLiViLiViSiSiiiiffPPxyK（4）汽相为理想溶液，液相为非理想溶液ViLiiLViLiiLViSiSiiLiiiffPPxyK91.2单级平衡过程3、多组分物系的泡点和露点计算（1）泡点T、泡点P、露点T、露点P的定义精馏塔为全凝器时回流为何温度？分凝器？塔底温度？（2）泡点温度和泡点压力的计算ⅠKi与xi无关的泡点温度的计算),(PTfKi泡点方程：110ciiifTKx101.2单级平衡过程①求解泡点方程的试差法，求解步骤如下：假定T已知P得到KiKixi|f(T)|=|Kixi-1|≤YT=T设，yi=KixiN调整T②相对挥发度法设T（离泡点不远）得到PiST泡SiikSkPP1kikiKxSkkPKP安托尼公式111.2单级平衡过程前提条件：平衡常数和组成无关的泡点温度计算（简化K）泡点计算：泡点方程：1iiKx110ciiifTKx目标函数形式：求导式：按Newton迭代式导出式：1ciiidKfTxdT(1)()KKKKftttft③计算机计算（Newtow迭代法）121.2单级平衡过程Ⅱ泡点压力的计算理想物系：ciiSixPP1泡汽相为理想气体，液相为非理想溶液iLciiSixPP1泡131.2单级平衡过程（3）平衡常数与组成无关的露点温度计算露点方程：0.1/1ciiiKy()/10ciiifTyK目标函数形式：()/10ciiifPyK141.2单级平衡过程1/1ciiiyK设T给定P由P-T-K图查KiYxi,T结束N调整Tf(T)0,T设偏低，提高T。f(T)0,T设偏高，降低T。露点计算方法同于泡点计算：1.试差；2.用αiK计算；3.电算。151.2单级平衡过程4、等温闪蒸iZF,iyV,eTP,,ixL,核定给定温度下闪蒸问题是否成立的两种方法：计算闪蒸压力下进料混合物的泡点温度TB和露点温度TD。方法一：若TBT闪蒸TD，则闪蒸问题成立。161.2单级平衡过程1iiKz1iiKz方法二：假设闪点温度就是进料的泡点温度：则：应该成立，如果再假设闪蒸温度就是进料的露点温度：说明TBT。/1iizK/1iizK则：应该成立，如果说明TDT。综合两种试算结果，只有TBTTD成立，才能构成闪蒸问题。171.2单级平衡过程闪蒸过程计算的基本关系：汽液相平衡关系：物料平衡关系：热平衡关系：归一化方程：iiiVyLxFzVLFVLFVHLHQFHiiixKy),,,(yxPTKKii1iy1ix（2-63）（2-64）（2-44）（2-65）（2-46）（2-45）181.2单级平衡过程利用牛顿迭代法解Rachord-Rice方程迭代方程0)1(1)1()(iiiKzKf)()()(')()()1(kkkkff2)(2)('))1(1()1()(kiiikKzKf（2-71）（2-72）（2-73）191.2单级平衡过程闪蒸过程的计算步骤：在给定温度下进行闪蒸计算，需要核实闪蒸问题是否成立（两种方法）；设定Ψ初值，利用Rachord-Rice方程进行闪蒸迭代计算；计算汽、液流率；利用式(2-67)和(2-68)计算汽液两相的组成。201.3多组分多级分离过程分析与简捷计算1.3.1设计变量设计变量——计算前，必须由设计者赋值的变量。cviNNNaxiNNN1、独立变量数NV（2）描述系统与外界能量交换和功交换的变量数。NV=∑（C+2）+能量、功交换变量数（1）物流独立变量数21CfNv211.3多组分多级分离过程分析与简捷计算2、约束关系数NC的确定（1）物料衡算式c个（2）能量衡算式1个（3）相平衡式有c（π－1）个（4）化学平衡式（5）内在关系式指约定关系3、设计变量cviNNN221.3多组分多级分离过程分析与简捷计算4、求Na确定Nx进料条件压力级数xiaNNN5、单元的设计变量数的确定231.3多组分多级分离过程分析与简捷计算6、装置设计变量的确定uiNuxNuaN（1）按每一股单相物流有（c+2）个变量，计算进料物流所确定的固定设计变量数；（2）确定装置中具有不同压力的数目；（3）上述两项之和即为装置的固定设计变量数；（4）将串级单元数，分配器数，侧线采出单元数以及传热单元的数目相加，便是装置的可调设计变量数。（****表3-1中Na=1的单元）（5）装置的设计变量：uuuixaNNN241.3多组分多级分离过程分析与简捷计算1.3.2多组分精馏过程1、有关概念LK、HK、LNK、HNK，关键组分选择的原则，分配组分及非分配组分，恒浓区，夹点。关键组分——精馏过程由设计者指定浓度或提出分离要求（如指定回收率）的那两个组分。结论：精馏塔中，温度分布主要反映物流的组成；而总的级间流量分布则主要反映热量衡算的限制。251.3多组分多级分离过程分析与简捷计算清晰分割——馏出液中除了HK外，没有其他重组分，釜液中除了LK外，没有其他轻组分。精馏操作的两种极限情况：Rm下精馏操作需要无穷多块理论板才能完成分离任务；全回流的意义、特点。2、恩德伍德法计算最小回流比的步骤，计算中应注意的问题。3、芬斯克公式的几种形式、公式使用条件，使用中应注意的问题。261.3多组分多级分离过程分析与简捷计算Fenske方程的几种形式m,,,,lg38lglg311lglg11315lgAABBxxxxDWABddwwABmABLKDHKWLKDHKWmLKHKNNN271.3多组分多级分离过程分析与简捷计算组分分配：将Fenske方程变形可得各组分流量分配。,mNiHKiHKddww（3-12）iiiwfd,11miiiNiHKiHKffwddww281.3多组分多级分离过程分析与简捷计算由吉利兰图或由耳波和马多克斯关联图求N求理论板数的查图方法、步骤、使用条件及注意的问题。适宜进料位置的确定方法。4、实际回流比、理论板数和适宜进料位置的确定5、简捷法（FUG）设计精馏塔的步骤（1）根据工艺条件和经验数据确定对关键组分的分离要求；（2）按清晰分割作物料衡算，求D、W、xiD和xiW的初值；291.3多组分多级分离过程分析与简捷计算（3）由xiD和xiW计算塔顶和塔底温度及全塔相对挥发度的平均值；（4）利用芬斯克方程求出Nm；（5）利用芬斯克方程计算非关键组分分配比，然后按非清晰分割作物料衡算；（6）用恩德伍德公式求Rm；301.3多组分多级分离过程分析与简捷计算（7）由吉利兰图或耳波和马多克斯图求N并确定适宜进料板位置；（8）由全塔效率求操作回流比下的实际板数；（9）由热量衡算求冷凝器和再沸器的热负荷。其中，（2）、（4）、（5）必须熟练掌握。311.3多组分多级分离过程分析与简捷计算1.3.3萃取精馏和共沸精馏1、有关概念特殊精馏、萃取精馏、共沸精馏，共沸精馏和萃取精馏的异同点，溶液的正偏差和负偏差。2、萃取精馏过程溶剂的作用1122121lnxAAAxSSSS321.3多组分多级分离过程分析与简捷计算萃取精馏过程S作用可归纳为以下几点：（1）溶液性质的影响，最好为与1形成正偏差，与2形成负偏差的体系；（2）溶剂浓度的影响（稀释作用）使原溶液中各组分的作用减弱，S量要大（一般xS为0.6～0.8）。3、萃取精馏过程溶剂选择的原则及三种选择方法4、萃取精馏流程及萃取精馏塔的分段6、萃取精馏操作设计的特点5、萃取精馏塔内流量分布、和浓度分布特点331.3多组分多级分离过程分析与简捷计算7、共沸物的特征和共沸组成的计算（1）共沸物的特征：1221112ssPPa共沸点对应共沸组成x=y;b过了共沸点，轻、重组分互换；c原料组成在共沸点一侧，可得一纯组分和一共沸物。341.3多组分多级分离过程分析与简捷计算（2）共沸组成的计算（简单过程）PPTPPxTPxSiSSii解出计算）（由、，求：已知共沸组成1221PxPPTxPTiiSSi解出计算）（由、时形成共沸物，求：已知2112PxPPTxTPiiSSi解出计算）（设、，求：已知共沸压力212112ln351.3多组分多级分离过程分析与简捷计算8、能设置采用双塔分离均相共沸物和非均相共沸物的精馏流程。9、确定连续操作共沸精馏两端产品的几点考虑（1）精馏产品不仅与塔的分离能力有关，还与全部进料组成所在区域有关；（2）加入S对精馏的影响（量要合适）；（3）共沸剂加入位置。361.3多组分多级分离过程分析与简捷计算10、共沸精馏和萃取精馏的比较共同点：都加入S使；计算所用基本关系都是物量衡算、热量衡算和相平衡关系。不同点：（1）共沸精馏中所用S至少与被分离物料中一个组分形成共沸物，萃取精馏无此限制；（2）共沸精馏中S从塔顶蒸出，消耗热能较大；（3）萃取精馏只可用于连续操作；（4）共沸精馏T较低，更适合分离热敏性物料。371.3多组分多级分离过程分析与简捷计算1.3.4吸收和蒸出过程1、有关概念及基本知识物理吸收、化学吸收、关键组分的定义，吸收和蒸出的流程，吸收和精馏的区别，塔顶和塔底吸收的限度，最小液气比、相对吸收率、吸收率、相对蒸出率、蒸出率。VKLA2、吸收因子A的定义式，在吸收中的意义及影响因素。381.3多组分多级分离过程分析与简捷计算3、物理吸收过程和精馏过程的比较相同点：均属于传质分离过程。不同点：①精馏过程是气液相双向传质，利用组分的挥发度的不同实现分离，物理吸收过程是气相分子向液相的单方向分子扩散和传质过程，利用组分在吸收剂中溶解度的不同实现分离。②精馏指定两个关键组分的