机械分离过程

化工工艺分离过程解析摘要：在中国的化学生产行业中，生产相关化学产品所涉及的一些原材料和最终产品实际上需要分离和纯化。

这一分离措施几乎是任何化学生产系统实施中不可错过的核心环节。

因此，在化工过程的实际应用中，必须最大限度地保证分离方法的合理性，选择最佳的分离技术，从而大大降低不同环节的成本，这是实施分离顺序的一个至关重要的综合目的。

本文主要对化学过程分离过程进行了分析和研究。

关键词：化学技术；生产；分离技术前言：在当前我国化学工业快速发展的过程中，为了保证化学产品的质量，人们采用分离提纯的方法对原料进行相应的处理，从而有效控制化学工艺生产的成本。

目前，分离技术在中国化学工业的发展中具有重要意义。

它不仅保证了化工生产原料的质量，而且有效地提高了化工产品的质量，从而提高了化工行业的经济效益和社会效益。

以下是化学过程分离的介绍。

一、化学分离过程概述化工生产中常用的分离过程基本上可分为三大类,第一类是以能量为分离剂,例如精馏、蒸发、结晶、干燥、闪蒸等;第二类是以物质为分离剂，例如解吸、吸收、萃取、吸附、离子交换等;第三类是利用物质的密度、粒度、表面等性质不同而进行的机械分离过程，例如沉降、离心分离、过滤、浮选等过程。

在以上分离方法中,精馏方法往往是首选的分离方法,是实现传质分离的重要手段,通过对精熘分离过程流程合理设计以降低各项费用,是精馏分离序列综合的主要内容。

二、化学分离工艺的分类和特点化学生产中常用的分离工艺可分为机械分离和传质分离。

机械分离过程的分离对象是由两个或多个相组成的混合物。

目的只是将每个阶段分开。

只要使用简单的机械方法，两个相就可以分离，并且两个相之间没有物质转移；例如，过滤、沉淀、离心分离、旋风分离和静电沉淀。

传质分离过程用于分离各种均相混合物，其特征是传质。

根据物理和化学原理的不同，工业中常用的传质和分离过程可分为平衡分离过程和速率分离过程，即从物质中分离能量的过程。

2.1化学平衡分离过程在该方法中，利用分离介质将均质混合物系统转化为两相系统，然后根据两相系统中混合物中各组分的不同分布实现相平衡分离。

第一章 绪论分离过程的分类:机械分离、传质分离机械分离：处理两相以上的混合物如过滤、沉降、离心分离等 传质分离：处理均相混合物传质分离可分为：平衡分离过程如精馏、吸收、萃取、结晶、吸附等，借助分离剂使均相混合物系统变成两相系统，再利用混合物中各组分在处于相平衡的两相中的不等同分配而实现分离。

速率分离过程如微滤、超滤、反渗透、电渗析等，在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，利用各组分扩散速率的差异实现分离。

分离媒介：能量媒介ESA 、质量媒介MSA第二章 单级平衡过程相平衡关系：混合物所形成的若干相保持物理平衡而共存的状态。

热力学：整个物系的自由能最小。

动力学：相间表观传递速率为零。

相平衡条件（准则）：各相的温度相等、压力相等，每个组分的化学位相等。

相平衡常数：i i i x y K /= 分离因子：ji j i j i ij K K/x x /y y ==α，平衡分离过程，常采用分离因子表示平衡关系。

相对挥发度对温度和压力变化不敏感，常视为常数，简化计算。

分离因子与1的偏离程度表示组分间分离的难易程度。

相平衡方程：C 个 C 1,2,...,i ==i i i x K y 摩尔分率加和方程：2个0.11=∑=Cii x0.11=∑=Cii y汽液平衡常数关联式： C 个 C 1,2,...,i ),,,(==y x P T f K i 泡点方程： ()011=-=∑=Ciii x K Tf泡点压力的计算：泡点方程： ()011=-=∑=Ciii x K pf露点方程：()0.1/1=∑=cii i K y 闪蒸过程:连续单级蒸馏过程。

它使进料混合物部分汽化或冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。

物料衡算—M 方程 C 个 ,...C ,i Vy Lx Fz i i i 21=+= 相平衡—E 方程 C 个 C i x K y i i i ,...2,1== 摩尔分率加和式—S 方程 2个11=∑=Cii x11=∑=Cii y热量平衡式— H 方程 1个 L V F LH VH Q FH +=+设计前需预先给定数值的变量称为设计变量。

分离工程习题 一、填空： 1、分离过程分为（机械分离方法）和（传质分离）两大类。

2、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。

3、分离剂可以是（能量）和（物质）。

4、机械分离过程是（过滤、离心分离）、旋风分离、静电除尘 5、速率分离过程是超滤、渗析（膜分离、渗透）。

6、平衡分离过程是（吸收、萃取）、精馏、蒸发。

7、气液平相衡常数定义为（气相组成与液相组成的比值）。

8、理想气体的平衡常数与（组成）无关。

9、活度是（修正的）浓度。

10、低压下二元非理想溶液的相对挥发度α12等于（022011p p γγ）。

11、气液两相处于平衡时，（化学位）相等。

12、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（逸度）。

13、逸度是（修正的）压力。

14、在多组分精馏中塔顶温度是由（露点方程）方程求定的。

15、露点方程的表达式为（∑=1K /y i i ）16、泡点方程的表达式为（∑=1x K i i ）。

17、泡点温度计算时若1x K i i >∑，温度应调（小）。

18、泡点压力计算时若1x K i i >∑，压力应调（大）。

19、在多组分精馏中塔底温度是由（泡点）方程求定的。

20、绝热闪蒸过程，节流后的温度（降低）。

21、若组成为Z i 的物系，1K /Z 1Z K i i i i >∑>∑且时，其相态为（气液两相）。

22、若组成为Z i 的物系，1Z K i i <∑时，其相态为（过冷液相）。

23、若组成为Z i 的物系，1K /Z i i <∑时，其相态为（过热气相）。

24、绝热闪蒸过程，饱和液相经节流后会有（气相）产生。

25、设计变量与独立变量之间的关系可用下式来表示（Ni ＝Nv －Nc ）。

26、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。

27、回流比是（可调）（固定、可调）设计变量。

28、关键组分的相挥发度越大，精馏过程所需的最少理论板数（越少）。

分离过程绪论：1：分离过程：1：机械分离：用于两相混合物；如过滤、沉降、离心分离、旋风分离、静电除尘 2：传质分离：用于均相混合物；1：平衡分离过程：借助分离媒介（能量（ESA ）媒介和物质（MSA ）媒介）使变成两相系统。

例子：闪蒸、部分冷凝、精馏、萃取精馏、吸收蒸出、解吸、共沸精馏、液液萃取、干燥、蒸发、结晶、升华、浸取、吸附、离子交换、泡沫分离、区域熔炼、膜萃取2：速率分离过程：借助某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差） 例子：微滤、超滤、反渗透、渗析、电渗析、气体分离、渗透蒸发、乳化液膜 （均为膜分离）2：设计变量：在计算前应该指定的物理量(1) 总变量数Nv ：一个C 组分数的物流:每1股物流独立变量数为：c+2 (c+3-1)系统总变量数 Nv ：Nv= nm （C+2）+nw+nqNv= 4（C+2）+1+2 = 4（C+2）+3(2) 约束（条件）数N Ｃ：1) 物料平衡约束：一个C 组分的物流有C 个物衡算式。

2) 能量平衡约束：对于和外界无机械能交换的分离过程有1个热衡算程。

3) 相间分配关系的约束：C 组分汽液平衡体系有C 个相间分配关系。

4) 固有约束：它们的温度、压力相等，这样就有两个固有约束。

(3) 设计变量数Ni ： 为固定设计变量 如：进料物流的变量（流量、组成、温度和压力）及系统的压力。

为可调设计变量 真正需要设计者确定的变量1：单元的设计变量：单元（或基元）——“e ”分离过程中的单元可分为两大类:1：单元中无浓度变化：每一物流都只有三个独立变量。

通常考虑取流率、温度和压力。

2：有浓度变化的单元：描述一个单相物料的独立变量数及一个两相（互成平衡）物料的独立变量数都是c+2。

3：几种重要综合单元：1)串级单元:一块理论板可看作为混合器+分相器2)侧线采出板：是理论板和分配器的组合。

3)加料板单元:是一个分相器和两个混合器组成的综合单元。

c V i N N N -=a x i N N N +=aNx N ec eV e i N N N -=exe a e i N N N +=1=e a N 1=e a N 0=ea N 1=ua N 1=ua N2:装置的设计变量：装置的设计变量——“u ”(1)装置的设计变量总数Niu精馏塔的精馏段和提馏段分别是一个串级单元，所以精馏塔Nr =2 。

第一章定义：分离工程就是将混合物分离成两种或两种以上较纯物质的一门工程技术学科。

按分离过程中有无物质传递现象发生：1、机械分离过程 对象：非均相混合物 特点：用机械法将非均相物系分离，而相间并无物质传递发生 2、传质分离过程 特点：相间有质量传递现象平衡分离 利用两相平衡组成不等的原理：常采用平衡级（理论板）作为处理手段，并把其它影响归纳于效率中。

速率分离 利用溶液中不同组分在某种推动力（如压差、浓度差、电位差）作用下经过某种介质（如半透膜）时的传质速率（透过率、迁移率、扩散速率）差异而实现分离 特点：所处理的物料和产品属于同一相态，仅有组成的差别。

通用 根据汽液相平衡组成将实际分离设备所能达到的分离因子与理想分离因子之间的差别用效率来表示： 效率第二章 吸收的定义：吸收是利用液体溶剂对气体混合物中各组分溶解度的差异来分离气体混合物的过程。

吸收的类别： 物理吸收 化学吸收 吸收过程：吸收→吸收塔 解吸→再生塔 解吸方法（1）减压冷再生（2）气提冷再生（3）间接蒸汽热再生气液相平衡---热力学体系：等T ，等P 下： 又 则 气相 液相 平衡时 ―― 气液平衡常数 大多数气液吸收过程中溶剂的温度高于气体的T C ,此时，气体不再被冷凝而只是溶解于液相： 其中 饱和液体的逸度=饱和蒸汽的逸度Pis 为纯物质i 的饱和蒸汽压。

理想溶液 低压下：Pei （平衡分压）代替f i G 则 亨利定律 若以浓度Ci 代替xi ，则： 其中 C M 溶液的总摩尔浓度 高压下 其中：Hi 为溶液中i 组分的标准态逸度，Pi 为纯物质i 的压力。

xi （溶质浓度）非常小的非电解质溶液 其中：x 0为溶液中吸收剂的摩尔分率（x0=1-xi ）， A 为常数，是温度、压力的函数。

对于理想溶液，A=0化学反应平衡常数 理想溶液Kr=1 其中溶解时相平衡服从亨利定律： 连解得 ①：物理溶解，H A ②：化学反应，K A 化学平衡根据K A 求C A ，再根据亨利定律求P A 双膜论 可简化为 Fick 定律如下： G Li i μμ=ln ()i i RT f T μλ=+GL i if f ∧∧=G i i i f P y φ∧∧=L L i i i i f f x γ∧=G L i if f ∧∧=L i i i i iP y f x φγ∧=Li i i i ii y f m x p γφ∧==ln ()L is i i v i f V p p f RT -=-v s i i f f=G i i if H x ∧=ei i i p H x =ei i i p H C '=i i M H H C '=()ln ln G i i i i i f V P P H x RT ∧--=+20ln ln (1)Gi i i f A H x x RT ∧=--/m n M N a a b A B a a K K K a a γ==m n /M N a b A BC C K C C =m n M N a bA B K γγγγλ=/A A A p H C =/1//()m n aM N A A bBC C p H K C =A A C N dz dz t z ∂∂=-∂∂)()(Ai Al l Ai Al lAB l Ai Al AB AABA C C k C C D C C D zC D N -=-=--=∂∂-=δδA AC N t z∂∂-=∂∂j i j i ij x x y y =α对于液相 对于气相 渗透论 物料衡算+费克定律 可得到 求解得其中 l 正比表面更新论 模型参数S (表面更新率) 传质总系数 K G 和K L双膜论的要点1) 传质在稳态下进行;2) 传质阻力集中在相界面两侧的滞留膜中，膜内进行分子扩散传递；3) 相界面保持气液平衡， 无界面阻力。

分离机、离心机分离过程分离机、离心机分离过程：:工业生产中，常常需要把悬浮液和乳浊液中的固体颗粒和液体分离，以满足不同的工艺目的。

凡是利用离心力来分离固—液、液—液以及液—液—固混合物的机械统称为离心机，它是一种典型的化工机器。

采用离心机进行分离的过程一般可分为离心过滤、离心沉降和离心分离三种。

1、离心沉降过程。

离心沉降常用于分离固体含量较少而且颗粒较细微的悬浮液。

转鼓壁上是不开孔的。

当悬浮液随着转鼓一起高速旋转时，其中固体颗粒由于离心力的作用向鼓壁沉降，积在外层，而液体则留在内层。

2、离心分离过程。

离心分离常用于分离两种密度不同的液体所形成的乳浊液或含有极微量固体颗粒的悬浮液。

在离心力的作用下，液体按密度不同分为里外两层，密度大的在外层，密度小的在里层，通过一定的装置将它们分别引出;固相则沉于鼓壁上，间歇排出。

其转鼓壁也是不开孔的。

3、离心过滤过程。

离心过滤通常用于固相含量较高、颗粒较大的悬浮液的分离。

过滤式离心机转鼓壁上有孔，一般转鼓内壁上衬有金属底网及滤网。

转鼓回转时，液体因离心力的作用透过滤渣、过滤介质(滤网)、底网及转鼓小孔甩出鼓外，固体被截留在转鼓内的滤网上形成滤渣，随着转鼓不停地转动，滤渣层在离心力作用下被逐步压实，其孔隙中的流体则在离心力的作用下，被不断甩出，最后得到较为干燥的滤渣。

4、分离因数。

当一物体绕一中心轴作匀速圆周运动时，则有向心力作用于该物体上，力的方向沿半径指向轴心，根据牛顿第三运动定律知，必将会产生一个大小相等，方向相反的力，此力称为离心力。

离心力随着转鼓的旋转不断改变方向，故离心力即物体运动方向改变。

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三、名词解释1、分离过程 : 将一混合物转变为组成互不相同的两种或几种产品的那些操作。

2、分离工程: 研究分离过程中分离设备的共性规律，分离与提纯的科学。

3、传统分离过程的绿色化：对过程(如蒸馏、干燥、蒸发等)利用系统工程的方法，充分考虑过程对环境的影响，以环境影响最小(或无影响)为目标，进行过程集成。

4、传质分离过程:一类以质量传递为主要理论基础、用于各种均相混合物分离的单元操作。

可分为平衡分离过程和速率分离过程两大类,遵循物质传递原理。

5、平衡分离过程：大多数扩散分离过程是不相溶的两相趋于平衡的过程，而两相在平衡时具有不同的组成，这些过程称为平衡分离过程。

6、速率控制分离过程::利用溶液中不同组分在某种推动力的作用下，经过某种介质时的传质速率差异而实现分离的过程。

7、泡点温度：是指液体在恒定的外压下，加热至开始出现第一个气泡时的温度。

8、露点温度：在恒压下冷却气体混合物，当气体混合物开始凝聚出第一个液滴时的温度。

9、汽化率：液体汽化所减少的质量占原液体质量的比率。

10、液化率：e=液化量/总加入量=L/F11、分离因子： 表示任一分离过程所达到的分离程度 表示组分i 及j 之间没有被分离 表示组分i 富集于1相，而组分j 富集于2相表示组分i 富集于2相，而组分j 富集于1相12、分离剂 ： 在两种相同的或不同的材料之间、材料与模具之间隔离膜，使二者间不发生粘连，完成操作后易于分离的液剂。

种类为：（1）石膏分离剂（2）树脂分离剂（3）蜡分离剂 （4）其他分离剂如硅油、凡士林等。

13、固有分离因子： αij 称为固有分离因子，也称相对挥发度，它不受分离设备的影响。

14、机械分离过程：分离对象为两相以上的混合物，通过简单的分相就可以分离，而相间并无物质传递发生。

15、膜分离：是利用液体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的单元操作。

16、关键组分:由设计者指定浓度或提出分离要求的两个组分称为关键组分。

第一部分 填空题非常全的一份复习题， 各个方面都到了。

1. 分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。

2. 衡量分离的程度用（分离因子）表示，处于相平衡状态的分离程度是（固有分离因子）。

3. 分离过程是（混合过程）的逆过程，因此需加入（分离剂）来达到分离目的。

4. 工业上常用（分离因子）表示特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为（理想分离因子）。

5. 固有分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。

它与实际分离因子的差别用（板效率来表示。

6. 汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。

相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。

7. 当混合物在一定的温度、压力下，满足（1,1 ∑∑iK i z i z i K ）条件即处于两相区，可通过（物料平衡和相平衡）计算求出其平衡汽液相组成。

8. 萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。

9. 最低恒沸物，压力降低是恒沸组成中汽化潜热（小）的组分增加。

10. 吸收因子为（ A=L/KV ），其值可反应吸收过程的（难易程度）。

11. 对一个具有四块板的吸收塔，总吸收量的80%是在（塔顶釜两块板 ）合成的。

12. 吸收剂的再生常采用的是（用蒸汽或惰性气体的蒸出塔），（用再沸器的蒸出塔），（用蒸馏塔）。

13. 精馏塔计算中每块板由于（组成）改变而引起的温度变化，可用（泡露点方程）确定。

14. 用于吸收过程的相平衡关系可表示为（ L = AV ）。

15. 多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。

16. 在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）。

17. 吸收过程在塔釜的（i N x i K iN y ,,1≥+ ），它决定了吸收液的（该组分的最大浓度）。

18. 吸收过程在塔顶的限度为（ix i K i y ,0,1≤ ），它决定了吸收剂中（自身挟带）。

19. 限度为（吸收的相平衡表达式为（L = AV ），在（温度降低、压力升高）操作下有利于吸收，吸收操作的限度是（i N x i K iN y ,,1≥+，ix i K i y ,0,1≤ ）。