分離工程期末知識總結(jié)20161219

1、分離工程分離過程基本分離過程基本概念概念定義：將一混合物轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成不相同的兩種或兩種以上產(chǎn)物的操作。分離工程示意圖分離工程示意圖第一章 緒論第一章 緒論n分離過程分為機械分離過程和傳質(zhì)分離過程兩大類。n機械分離過程是指分離裝置所接受的是多于一個相的非均相進料，只要簡單地分相就可以。如過濾、沉降、固-液分離和氣-液分離器等。n傳質(zhì)分離過程是除了機械地將不同相加以分離外，相間還發(fā)生物質(zhì)的傳遞。分離對象是均相混合物，將含有不同組分的均相混合物分成組成互不相同的兩種或多種產(chǎn)品的操作。精餾，吸收，萃取等。 平衡分離過程 傳質(zhì)分離過程 速率分離過程分離過程的分類分離過程的分類第二章 單級平衡過程重點掌握重

2、點掌握2.1 相平衡及其計算相平衡及其計算2.2多組分物系的泡點和露點計算多組分物系的泡點和露點計算 2.3閃蒸過程的計算閃蒸過程的計算掌握掌握掌握掌握 相平衡的定義相平衡的定義在一定的條件下，當(dāng)一個多相系統(tǒng)中各相的性質(zhì)和數(shù)量不隨時間變化時(即保持物理平衡)，則稱此系統(tǒng)處于相平衡。第二章 單級平衡過程相平衡的實質(zhì)相平衡的實質(zhì)：熱力學(xué)上看物系的Gibbs自由能最小動力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零相平衡準(zhǔn)則：相平衡準(zhǔn)則：各相的溫度相等、壓力相等，每個組分的化學(xué)位（逸度）相等。第二章 單級平衡過程相平衡關(guān)系的表示方法相平衡關(guān)系的表示方法（1）相圖）相圖 主要用來表示二元組分體系的相平衡關(guān)系，包括恒壓下

3、的主要用來表示二元組分體系的相平衡關(guān)系，包括恒壓下的t-x圖圖和和y-x圖，以及恒溫下的圖，以及恒溫下的p-x圖。圖。（2）相平衡常數(shù)）相平衡常數(shù)K 組分組分i的相平衡常數(shù)定義為：的相平衡常數(shù)定義為：（3）分離因子（相對揮發(fā)度）分離因子（相對揮發(fā)度） 組分組分i對組分對組分j的相對揮發(fā)度定義為：的相對揮發(fā)度定義為： 分離因子：表示組分間分離的難易程度。汽液平衡關(guān)系式：汽液平衡關(guān)系式：0(28)(29)VLiiiiVLiiiiiy px Py px f狀態(tài)方程法狀態(tài)方程法活度系數(shù)法活度系數(shù)法LiViff第二章 單級平衡過程第二章 單級平衡過程活度系數(shù)法計算汽液平衡常數(shù)活度系數(shù)法計算汽液平衡常數(shù))

4、352( )(exp)212()(exp RTPPVPPxyKRTPPVPfPfPfxyKSiLiVisisiiiiiSiLiSiSiLiViLiiViOLiiiii 計算計算Ki的普遍化形式（用于嚴格計算）的普遍化形式（用于嚴格計算）第二章 單級平衡過程液 相汽 相理想溶液實際溶液理想氣體理想溶液ppKsiippKsiiiViLiiffKViLiiiffK 為為i 組分的飽和蒸汽壓。組分的飽和蒸汽壓。sip活度系數(shù)法計算汽液平衡常數(shù)的簡化形式活度系數(shù)法計算汽液平衡常數(shù)的簡化形式 1、什么叫相平衡？相平衡常數(shù)的定義是什么、什么叫相平衡？相平衡常數(shù)的定義是什么？相平衡關(guān)系可用幾種方法來表達。？相

5、平衡關(guān)系可用幾種方法來表達。 2、就活度系數(shù)法計算汽液平衡常數(shù)的通式，、就活度系數(shù)法計算汽液平衡常數(shù)的通式，分以下幾種情況進行討論：分以下幾種情況進行討論： 1）汽相為理想氣體，液相為理想溶液；）汽相為理想氣體，液相為理想溶液； 2）汽相為理想氣體，液相為非理想溶液；）汽相為理想氣體，液相為非理想溶液； 3）汽相為理想溶液，液相為理想溶液；）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。）汽相為理想溶液，液相為非理想溶液。第二章 單級平衡過程 泡點計算依據(jù)的方程泡點計算依據(jù)的方程 相平衡關(guān)系：相平衡關(guān)系： 摩爾分率的歸一化方程：摩爾分率的歸一化方程： 相平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)式

6、：相平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)式： 以上方程組共有以上方程組共有3c+2個變量，獨立方程數(shù)個變量，獨立方程數(shù)2c+2個，自由度個，自由度為為c，給定，給定p和和c-1個個xi，方程有唯一解。，方程有唯一解。iiixKy ), 1(ciiiy1iix1),(yxTpfKii), 1(ci第二章 單級平衡過程泡點溫度的計算Ki與組成無關(guān)與組成無關(guān)：假定假定T),(PTfKi已知已知P得到得到Ki Kixif(T)=| Kixi-1 | yesT，yino調(diào)整調(diào)整T泡點方程：泡點方程： 011CiiixKTf計算過程：計算過程：？溫度溫度T T的調(diào)整的調(diào)整降低降低T；1iixK1iixK提高提高T平衡常數(shù)平衡常數(shù)

7、與組成無關(guān)的露點計算與組成無關(guān)的露點計算 ),(PTfki露點方程：)612(00 . 1)()602(00 . 1)(11 CiiiCiiiKyPfKyTf第二章 單級平衡過程露點計算TTkykykPTDYiiiiiTP 1)()(求已知調(diào)整調(diào)整T（P） 對于露點溫度，對于露點溫度， 1，說明所設(shè)溫度偏高；，說明所設(shè)溫度偏高；對于露點壓力，對于露點壓力， 1 1 BTT 可能為汽液兩相區(qū)可能為汽液兩相區(qū) 1 1 1 DTT 可能為汽液兩相區(qū)可能為汽液兩相區(qū) 1 1 DTT 進料為過熱蒸汽進料為過熱蒸汽 泡點方程泡點方程露點方程露點方程只有當(dāng)只有當(dāng)TBTTD時，才構(gòu)成閃蒸問題。時，才構(gòu)成閃蒸問

8、題。第二章 單級平衡過程汽液平衡常數(shù)與組成無關(guān)汽液平衡常數(shù)與組成無關(guān) 令料液的汽化率為令料液的汽化率為e，即：，即：則有：則有： 將相平衡關(guān)系式將相平衡關(guān)系式 , 帶入組分物料平衡帶入組分物料平衡式式 , 得到液相和汽相組成計算式：得到液相和汽相組成計算式： 計算收斂時，計算收斂時， ，目標(biāo)函數(shù)為：，目標(biāo)函數(shù)為： iiixKy FVe/0)(iiixyeFV FeL)1 ( 1) 1(eKzxiii1) 1(eKzKyiiiiiiiiiiieKKzxyeG1) 1() 1()()(iiiLxVyFz閃蒸方程閃蒸方程Rachford-Rice eq),(PTfKi第二章 單級平衡過程1. 什么叫

9、泡點，什么叫露點？什么叫泡點，什么叫露點？2. 精餾塔塔頂?shù)臏囟群退臏囟确謩e是什么？精餾塔塔頂?shù)臏囟群退臏囟确謩e是什么？3. 簡述求解泡露點的思路？簡述求解泡露點的思路？4. 對于泡點對于泡點溫度溫度，Kixi HK的根的根。 最少最少理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)全回流：全回流： D=0, R=L/D=全回流是精餾操作的一個極限（上限），全回流操作時，精餾全回流是精餾操作的一個極限（上限），全回流操作時，精餾段操作線和提餾段操作線重合，完成分離需要的理論板數(shù)最少。段操作線和提餾段操作線重合，完成分離需要的理論板數(shù)最少。說明：全回流時不向塔內(nèi)進料，也不從塔內(nèi)取出產(chǎn)品，裝置的說明：全回流時不向塔內(nèi)

10、進料，也不從塔內(nèi)取出產(chǎn)品，裝置的生產(chǎn)能力為生產(chǎn)能力為0 0，因此對正常生產(chǎn)并無意義。但全回流對精餾過程，因此對正常生產(chǎn)并無意義。但全回流對精餾過程的理論計算，開工階段及實驗研究等具有重要意義。的理論計算，開工階段及實驗研究等具有重要意義。特點：特點：F=D=W=0 L=V；L/V=1 操作線方程：操作線方程： 板效率板效率 最高最高ininxy, 1 方方程程）（）（）（，省省去去“均均”：表表示示由由于于全全回回流流，用用FenskexxxxNNNABWBADBAmm83lglg 最少理論板數(shù)只與分離要求有關(guān)，與進料組成無關(guān)最少理論板數(shù)只與分離要求有關(guān)，與進料組成無關(guān)。30簡捷計算法步驟：簡

11、捷計算法步驟：1、由工藝要求選、由工藝要求選LK和和HK，假設(shè)清晰分割或假設(shè)回收率，假設(shè)清晰分割或假設(shè)回收率， 物料分配物料分配得出得出D、W、xi,D，xi,w；2、分別由露點方程和泡點方程、分別由露點方程和泡點方程計算塔頂和塔底溫度計算塔頂和塔底溫度，由此，由此 計算計算全塔平均相對揮發(fā)度全塔平均相對揮發(fā)度；3、由、由Fenske方程計算方程計算最少理論板數(shù)最少理論板數(shù)，驗證清晰分割或回收，驗證清晰分割或回收 率（以產(chǎn)品是否合格為依據(jù)）；率（以產(chǎn)品是否合格為依據(jù)）；4、由、由Underwood方程計算方程計算最小回流比最小回流比；5、確定、確定實際實際N、R和和適宜進料位置適宜進料位置;6

12、、由、由熱量衡算熱量衡算計算塔頂冷凝器和塔底再沸器熱負荷。計算塔頂冷凝器和塔底再沸器熱負荷。多組分精餾1、試確定分配器、全凝器、分凝器的設(shè)計變量。、試確定分配器、全凝器、分凝器的設(shè)計變量。2、什么是關(guān)鍵組分？非關(guān)鍵組分？分配組分與非分配、什么是關(guān)鍵組分？非關(guān)鍵組分？分配組分與非分配組分？非關(guān)鍵組分是否就一定是非分配組分？組分？非關(guān)鍵組分是否就一定是非分配組分？3、什么是清晰分割法和不清晰分割法？敘述其原理。、什么是清晰分割法和不清晰分割法？敘述其原理。4、試分析多組分精餾在最小回流情況下，恒濃區(qū)出現(xiàn)、試分析多組分精餾在最小回流情況下，恒濃區(qū)出現(xiàn)的位置（按清晰分割處理，分只有輕非關(guān)鍵組分的的位置

13、（按清晰分割處理，分只有輕非關(guān)鍵組分的物系、只有重非關(guān)鍵組分的物系兩種情況論述）物系、只有重非關(guān)鍵組分的物系兩種情況論述）5、怎樣用簡捷法計算精餾過程的理論板板數(shù)。、怎樣用簡捷法計算精餾過程的理論板板數(shù)。特殊精餾當(dāng)待分離組分之間形成共沸物或相對揮發(fā)度接近1時，用普通精餾是無法實現(xiàn)分離或是經(jīng)濟上不合理的。此時，向體系中加入一種適當(dāng)?shù)男陆M分，通過與原體系中各組分的不同作用，改變組分之間的相對揮發(fā)度，使系統(tǒng)變得易于分離。這類既加入能量分離劑又加入質(zhì)量分離劑的精餾稱為特殊精餾或增強精餾。特殊精餾（1）共沸精餾）共沸精餾加入的加入的S組分和原溶液中的一個或幾個組分形組分和原溶液中的一個或幾個組分形成最低

14、共沸物，該共沸物與其它組分的相對揮發(fā)度有明顯差異，成最低共沸物，該共沸物與其它組分的相對揮發(fā)度有明顯差異，S組分以共沸物的形式從塔頂餾出。組分以共沸物的形式從塔頂餾出。（2）萃取精餾）萃取精餾加入的加入的S組分改變原溶液中各組分的揮發(fā)度，組分改變原溶液中各組分的揮發(fā)度，S的沸點較原有各組分的高而從塔釜采出。的沸點較原有各組分的高而從塔釜采出。萃取精餾和恒沸精餾的萃取精餾和恒沸精餾的比較比較 （1）都加入另一組分形成非理想溶液）都加入另一組分形成非理想溶液共同點共同點 （2）使相對揮發(fā)度增大）使相對揮發(fā)度增大 （3）計算過程所用的基本關(guān)系式都是物料衡算，熱量衡）計算過程所用的基本關(guān)系式都是物料衡

15、算，熱量衡算和相平衡關(guān)系算和相平衡關(guān)系不同點：萃取精餾不形成恒沸物，從塔釜離開不同點：萃取精餾不形成恒沸物，從塔釜離開 恒恒沸精餾形成恒沸物，從塔頂蒸出沸精餾形成恒沸物，從塔頂蒸出第四章 氣體吸收吸收的定義：吸收的定義：吸收吸收是利用液體處理氣體混合物，根據(jù)氣體混合物是利用液體處理氣體混合物，根據(jù)氣體混合物中各組分在液體中中各組分在液體中溶解度的不同溶解度的不同，而達到分離目的，而達到分離目的傳質(zhì)傳質(zhì)過程過程氣體吸收吸收與精餾操作的吸收與精餾操作的相同點相同點： 平衡分離過程平衡分離過程 熱、質(zhì)同傳過程，由質(zhì)量守恒方程求解熱、質(zhì)同傳過程，由質(zhì)量守恒方程求解 吸收與精餾的吸收與精餾的不同點不同點

16、：原理不同原理不同吸收是根據(jù)各組分吸收是根據(jù)各組分溶解度不同溶解度不同進行分離的；進行分離的；精餾利用組分間精餾利用組分間相對揮發(fā)度不同相對揮發(fā)度不同使組分分離。使組分分離。塔式不同塔式不同精餾有簡單塔和復(fù)雜塔；精餾有簡單塔和復(fù)雜塔；最簡單的吸收為復(fù)雜塔最簡單的吸收為復(fù)雜塔36傳質(zhì)形式不同傳質(zhì)形式不同吸收過程：吸收過程：單向單向傳質(zhì)，氣相傳質(zhì)到液相，需外加傳質(zhì)，氣相傳質(zhì)到液相，需外加吸收劑；吸收劑； 精餾過程：精餾過程：雙向雙向傳質(zhì)，液相傳質(zhì)到汽相，汽相傳傳質(zhì)，液相傳質(zhì)到汽相，汽相傳質(zhì)到液相，不需質(zhì)到液相，不需加質(zhì)量加質(zhì)量分離劑。分離劑。 溫度范圍、變化不同溫度范圍、變化不同 汽相：組分沸點差

17、大，有些組分接近于臨界點汽相：組分沸點差大，有些組分接近于臨界點非理想非理想氣體氣體液相：吸收劑量大液相：吸收劑量大稀溶液稀溶液吸收要采用吸收要采用熱量衡算熱量衡算來確定溫度的分布來確定溫度的分布 37物料的預(yù)分布不同物料的預(yù)分布不同 精餾精餾可按清晰分割和非清晰分割進行物料的預(yù)分可按清晰分割和非清晰分割進行物料的預(yù)分布布 吸收吸收每端既有進料，又有出料每端既有進料，又有出料 需在確定滿足關(guān)鍵組分分離要求所需的理論板數(shù)需在確定滿足關(guān)鍵組分分離要求所需的理論板數(shù)的同時，做出物料預(yù)分布的同時，做出物料預(yù)分布 38精餾有精餾有兩個兩個關(guān)鍵組分，吸收有關(guān)鍵組分，吸收有一個一個關(guān)鍵組分關(guān)鍵組分 組分分布

18、不同組分分布不同精餾過程精餾過程，關(guān)鍵組分的濃度分布有極大值，非關(guān)鍵組分在進，關(guān)鍵組分的濃度分布有極大值，非關(guān)鍵組分在進料級上下形成幾乎恒濃的區(qū)域料級上下形成幾乎恒濃的區(qū)域吸收過程吸收過程，輕組分（即難溶組分）一般只在靠近塔頂?shù)膸准墸p組分（即難溶組分）一般只在靠近塔頂?shù)膸准壉晃?，而在其余級上變化很小被吸收，而在其余級上變化很小重組分（易溶組分）主要在塔底附近的若干級上被吸收重組分（易溶組分）主要在塔底附近的若干級上被吸收關(guān)鍵組分在全塔范圍內(nèi)被吸收關(guān)鍵組分在全塔范圍內(nèi)被吸收 39吸收因子吸收因子i組分的吸收因子組分的吸收因子 iiVKLA 吸收因子因吸收因子因組分而異組分而異 A值的大小可以

19、說明在某一具體的吸收值的大小可以說明在某一具體的吸收塔中過程進行的塔中過程進行的難易難易程度程度 吸收因子與吸收因子與操作條件操作條件有關(guān)有關(guān) iiAKTiiAKp解吸過程解吸過程 LKVAS1分離要求一定：分離要求一定：AN； N一定：一定：A吸收程度吸收程度 i組分組分的的解吸解吸因子因子2.關(guān)鍵組分的吸收因子關(guān)鍵組分的吸收因子A關(guān)關(guān)：K關(guān)關(guān)一般取全塔平均溫度和壓力下的數(shù)值一般取全塔平均溫度和壓力下的數(shù)值。1. 理論板數(shù)的直接理論板數(shù)的直接求解求解111NNAAA1lg)1lg(AAN 已知關(guān)鍵組分的吸收率，再求出關(guān)鍵組分的吸收因子，則已知關(guān)鍵組分的吸收率，再求出關(guān)鍵組分的吸收因子，則可由上式直接計算理論板數(shù)?？捎缮鲜街苯佑嬎憷碚摪鍞?shù)。關(guān)鍵在于確