第三章 多组分多级分离-1
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第一章绪论1.分离工程的定义、作用及分类?2.何为“清洁工艺”?与分离工程有何关系?3.按所依据的物理化学原理不同,传质分离过程可分为那两类?4.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。
试比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。
5.请列举至少4种速率分离过程,并说明其推动力及传递机理。
第二章单级平衡过程1.相平衡常数相关的概念?(K、α、β)2.相平衡关系可用几种方法来表达?3.什么叫泡点、露点?如何计算?设计精馏塔时各处温度如何处理?4.活度系数法计算气液平衡常数的简化形式?5.怎样判断混合物在指定T,P下的相态?若为两相区其气化率和气液相组成怎样计算?第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算第一、二节设计变量、多组分精馏1. 基本概念:设计变量;清晰分割;关键组分/非关键组分;分配组分/非分配组分;逆行精馏;最小回流比;全回流意义。
2. 单元及装置设计变量计算及变量组的指定。
3. 如何确定最小回流比和最少理论板数?相应的方程及条件?4. 总结简捷法计算精馏塔的步骤。
第三节萃取精馏和共沸精馏1. 基本概念:特殊精馏;萃取精馏;共沸精馏。
2. 萃取精馏的原理是什么?画出液相进料的萃取精馏流程。
3. 溶剂的作用?选择时考虑因素?4. 萃取精馏特点?其流量、浓度分布特点?5. 共沸精馏的基本原理?6. 理想共沸剂的要求?共沸剂用量的确定?7. 分离均相共沸物的双塔双压法流程及二元非均相共沸精馏流程。
8. 请指出共沸精馏与萃取精馏的主要异同。
第四节吸收和蒸出过程1. 基本概念:吸收因子/蒸出因子2. 吸收的分类?吸收塔内组分分布特点?3. 平均吸收因子法计算吸收过程。
4. 简述精馏和吸收过程的主要不同点。
第六章第三节分离顺序的选择确定分离顺序的经验法有哪些?第七章其他分离技术1.催化精馏实质是什么?有何特点?2.简述溶液结晶过程。
3.常用的固体吸附剂有哪些?简述两床变压吸附过程。
4.膜分离定义是什么?举例说明膜分离在工业上的运用。
化⼯分离过程_课后答案刘家祺化学⼯程与⼯艺教学改⾰系列参考书分离过程例题与习题集叶庆国钟⽴梅主编化⼯学院化学⼯程教研室前⾔化学⼯程与⼯艺专业所在的化学⼯程与技术⼀级学科属于⼭东省“重中之重”学科,⼀直处于⼭东省领先地位,⽽分离⼯程是该专业⼆门重要的必修专业课程之⼀。
该课程利⽤物理化学、化⼯原理、化⼯热⼒学、传递过程原理等基础基础知识中有关相平衡热⼒学、动⼒学、分⼦及共聚集状态的微观机理,传热、传质和动量传递理论来研究化⼯⽣产实际中复杂物系分离和提纯技术。
传统的教学⽅法的突出的弊端就是⼿⼯计算⼯程量⼤,⽽且结果不准确。
同时由于现代化化学⼯业⽇趋集成化、⾃动化、连续化,学⽣能学到的东西越来越少。
所以,传统的教学模式不能满⾜现代化⼯业⽣产对⾼⽔平⼯业⼯程师的需求,开展分离⼯程课程教学⽅法与教学⼿段课题的研究与实践,对我们的学⽣能否承担起现代化学⼯业的重任,与该课程的教学质量关系重⼤,因此对该门课程进⾏教学改⾰具有深远意义。
分离⼯程课程的改⾰主要包括多媒体辅助教学课件的开发、分离⼯程例题与习题集、分离⼯程试题库的编写等⼯作。
⽬前全国各⾼校化学⼯程与⼯艺专业使⽤的教材⼀般均为由化学⼯程与⼯艺专业委员会组织编写的化⼯分离过程(陈洪钫主编,化学⼯业出版社),其他类似的教材已出版了⼗余部。
这些教材有些还未配习题,即便有习题,也⽆参考答案,⽽⾄今没有⼀本与该课程相关的例题与习题集的出版。
因此编写这样⼀本学习参考书,既能发挥我校优势,⼜符合形势需要,填补参考书空⽩,具有良好的应⽤前景。
分离⼯程学习指导和习题集与课程内容紧密结合,习题贯穿⽬前已出版的相关教材,有解题过程和答案,部分题⽬提供多种解题思路及解题过程,为学⽣的课堂以及课后学习提供了有⼒指导。
编者2006 年3 ⽉⽬录第⼀章绪论 (1)第⼆章单级平衡过程 (5)第三章多组分精馏和特殊精馏 (18)第四章⽓体吸收 (23)第五章液液萃取 (26)第六章多组分多级分离的严格计算 (27)第七章吸附 (33)第⼋章结晶 (34)第九章膜分离 (35)第⼗章分离过程与设备的选择与放⼤ (36)第⼀章绪论1. 列出5 种使⽤ESA 和5 种使⽤MSA 的分离操作。
第三章 多组分精馏在化工原理课程中,对双组分精馏和单组分吸收等简单传质过程进行过较详尽的讨论。
然而,在化工生产实际中,遇到更多的是含有较多组分或复杂物系的分离与提纯问题。
在设计多组分多级分离问题时,必须用联立或迭代法严格地解数目较多的方程,这就是说必须规定足够多的设计变量,使得未知变量的数目正好等于独立方程数,因此在各种设计的分离过程中,首先就涉及过程条件或独立变量的规定问题。
多组分多级分离问题,由于组分数增多而增加了过程的复杂性。
解这类问题,严格的该用精确的计算机算法,但简捷计算常用于过程设计的初始阶段,是对操作进行粗略分析的常用算法。
§3-1分离系统的变量分析设计分离装置就是要求确定各个物理量的数值,但设计的第一步还不是选择变量的具体数值,而是要知道在设计时所需要指定的独立变量的数目,即设计变量。
一、设计变量1.设计变量⎩⎨⎧-=:可调设计变量固定设计变量a x c v i N N N N N :v N :描述系统所需的独立变量总数。
c N :各独立变量之间可以列出的方程式数和给定的条件,为约束关系数。
要确定i N ,需正确确定v N 和c N ,一般采用郭慕孙发表在AIchE J (美国化学工程师学会),1956(2):240-248的方法,该法的特点是简单、方便,不易出错,因而一直沿用至今。
郭氏法的基本原则是将一个装置分解为若干进行简单过程的单元,由每一单元的独立变量数e v N 和约束数e c N 求出每一单元的设计变量数e i N ,然后再由单元的设计变量数计算出装置的设计变量数E i N 。
在设计变量i N 中,又被分为固定设计变量x N 和可调设计变量a N ,x N 是指确定进料物流的那些变量(进料组成和流量)以及系统的压力,这些变量常常是由单元在整个装置中的地位,或装置在整个流程中的地位所决定,也就是说,实际上不要由设计者来指定,而a N 才是真正要由设计者来确定的,因此郭氏法的目的是确定正确的a N 值。
化工分离过程化学工程学院目录第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多组分多级分离过程多组分多级分离特点共沸精馏图解法、萃取精馏简化法吸收因子法、逆流萃取集团法逐板法:严格计算(非本章内容)第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算第一节设计变量第一节设计变量一、设计变量设计变量为求唯一解,指定的那些变量。
在设计中,给定数值的物理量数目一定要等于设计变量数,否则设计无法进行。
那么这个物理量设计变量数二元精馏F 、x i 、q 、p 、x W 、x D 、R适宜进料位置N 精,N 提,Q 冷,Q 再。
二、设计变量数的确定方法NvNc独立变量Nv= C -π+ 2 + 1 = C + 2Nv =N (C +2)+功(进)出数+能(进)出数约束条件数Nc :C 个1个2相,C 个,多相,C (π-1)个一般无物流间的温度关系、压力关系、浓度关系等3.1.1 单元的设计变量N ie单元的装置的NveN c eN i eNie=N v e-N c eNv e的确定:Nc e 的确定:例1. 计算分配器的设计变量FF P x ,P T x L L ,,,11PT x L L ,,,22N v e 每一物流均为单相:N v e = c+2N ce c 个1 个2个c-1个N i e = N v e –N ce = 3c + 6 -2c -2 = c + 4N c e=2c+2设计变量分类N x eN аe N x e N a e = N i e -N xe 分配器N x e :单元中有几个不同的压力)c+3N a e =c+4-(c+3)=1可规定F L 1FL 2或例2.产物为两相的全凝器134312=+−++=++)())CCCCLBF LAQ73123)()2(+=++=++=CCCeN V)(数出热进物流数可指定为平衡单元温度例3.简单绝热操作理论板5212252)32()84(=+=++=+=+−+=∴eaNCCexNCCCN e i)(其中:oViV OLL84)2(4)2(+=+=+=CCCeN V物流数2C+3Σ2二相T,P相等C相平衡1热量衡算C物料衡算数方程Nce我把各种单元的设计变量归纳在表3—1中,你可以去查哟!设计变量真难!3.1.2 装置的设计变量N iu N i u N i u =ΣN ie N c u 一个单元的出料为另一个单元的进料N c u c+2个重复设计变量Nr :串级重复设计变量Ni u = ΣN i e + N r -N c u例4. 简单吸收塔(N块理论板串级)D=V nL n+1N-14N 312(25)1(1)[2(2)]25u e u N N N N i i r CN C N C C N =+−∑=++−−+=++指定为理论板数或关键组分吸收率例5. 简单精馏塔,一个进料口,设全凝器和再沸器2MM+1M+2N FDW=L 110C+N+27C+42C+(M -1)+5板平衡串3C+7∑9股单元物流数C+N+45合计11(D/F )1进料位置1理论板数)(D L N 1+()u e ui i r ciN N N N=+−∑由Nxu 和Nau 计算NiuNxu NauNxuNau NaeN i u = N x u + N a u装置的进料变量数进料变量数:n (c+2)c+1压力等级数:个阀门为2,N a u N a e重复设计变量:N ru N r u例5:N xu :N a u:与上述结果相同。