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化工分离过程(总复习)

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化工分离工程第2章 单级平衡过程

化工分离工程第2章 单级平衡过程

FLGC
• 活度系数法通式
fˆi L
i
xi
fiL
i
xi
is
Pi s
expVi L
(P RT
Pi s
)
yiˆiv
P
i
xiis Pi s
expVi L
(P RT
Pi s
)
i 1,2,, N
低压至中压
expVi
L
(P RT
Pi
s
)
1
yiˆiv P
xi
s
ii
Pi
s
i 1,2,, N
(2-7)
11
FLGC
两种常用的汽液相平衡关系表达式：
(2-5)式和(2-6)式代入（2-4），得 ˆiV yi p ˆiL xi p (2-5)式和(2-7)式代入（2-4），得 ˆiV yi p i xi fiOL
12
FLGC
二、相平衡关系的表示方法：
1. 相图 yi
主要用来表示二元组分体系的相 平衡关系，包括恒压下的t-x图和 y-x图，以及恒温下的p-x图。
i
④判定 | 1 S y | 是否接近0，是，得到Tb=T和Ki；否，按以下方式调整
T。
⑤ S y 1，T偏大，调小； S y 1，T偏小，调大；调整后返回②。
FLGC
一、泡点温度的计算
1. Ki与组成无关： Ki f (T, P)
泡点方程：
f
T
C
Ki xi
1
0
i 1
假定T
已知P 得到Ki 调整T
3
FLGC
• 相平衡，是研究多相平衡体系的状态如何随温度、 压力、组成的变化的科学。

化工分离过程

化工分离过程

化工分离过程1. 引言化工分离过程是化学工程中的一个重要环节，用于将混合物中的组分分离出来，以获得纯净的产品。

它在化工生产中起着至关重要的作用，广泛应用于石油、化肥、制药、食品等行业。

本文将介绍化工分离过程的基本原理、常见的分离方法和设备，并探讨其在实际应用中的一些问题和挑战。

2. 分离过程的基本原理化工分离过程基于物质之间的差异性，通过改变条件使得混合物中的组分发生相变或物理/化学反应，从而实现组分之间的分离。

常见的差异性包括沸点、溶解度、密度、挥发性等。

3. 常见的分离方法和设备3.1 蒸馏法蒸馏法是一种基于沸点差异进行分离的方法。

它利用混合物中不同组分的沸点差异，在加热后使其中一个或多个组分汽化，并通过冷凝转变为液体，从而实现组分之间的分离。

常见的蒸馏设备包括塔式蒸馏柱、换热器和冷凝器。

3.2 萃取法萃取法是一种基于溶解度差异进行分离的方法。

它利用两种不同溶剂之间的亲疏性差异，将混合物中的组分分配到不同的溶剂相中，通过提取和分离来实现组分之间的分离。

常见的萃取设备包括萃取塔、搅拌槽和分液漏斗。

3.3 结晶法结晶法是一种基于溶解度差异进行分离的方法。

它利用溶液中某个组分的溶解度随温度变化而改变的特性，通过控制温度使其中一个或多个组分结晶出来，从而实现组分之间的分离。

常见的结晶设备包括结晶器和过滤器。

3.4 吸附法吸附法是一种基于吸附性差异进行分离的方法。

它利用固体吸附剂对混合物中不同组分的选择性吸附能力，通过吸附和解吸来实现组分之间的分离。

常见的吸附设备包括吸附塔和吸附柱。

3.5 膜分离法膜分离法是一种基于分子大小或分子间作用力差异进行分离的方法。

它利用特殊的膜材料将混合物中的组分分离开来，常见的膜分离设备包括膜反应器、膜过滤器和膜渗透器。

4. 实际应用中的问题和挑战化工分离过程在实际应用中面临着一些问题和挑战。

不同组分之间的物理/化学性质差异可能很小，导致难以实现有效的分离。

某些组分可能具有毒性或易燃性，需要采取特殊措施进行处理。

化工分离过程ppt

化工分离过程ppt

自由度数与
相律：f c 2 c 2 2 c
组分数相当
计算类型 泡点温度 泡点压力 露点温度 露点压力
规定量（c个）
P, x1, x2 ,xc1 T , x1, x2 ,xc1 P, y1, y2 ,yc1 T , y1, y2 ,yc1
求解量 T , y1, y2,yc P, y1, y2,yc T , x1, x2 ,xc P, x1, x2 ,xc
2. lnPiS=Ai-Bi/(t+Ci)
3. 常压操作 解法1：用试差法计算
Ki Pi S
c
P ; Ki xi 1 i 1
T(设) ∑Kixi
70℃ 0.379
110℃ 1.344
98℃ 0.951
100℃ 1.00
15
2.2.1 泡点温度和压力的计算
解法2：用αiK计算（不试差，适用于完全理想系）
露点温度是在一定压力下降低温度，当出现第一个液滴 时的温度，露点压力是在一定温度下增加压力，当出现 第一个液滴时的压力。
5
泡点和露点的意义
泡点温度:一定组成的液体，在恒压下加热的过程中，出现第一个气泡时的温 度，也就是一定组成的液体在一定压力下与蒸汽达到汽液平衡时的温度。
露点温度:一定组成的汽体，在恒压下冷凝的过程中，出现第一个液滴时的温 度，也就是一定组成的蒸汽在一定压力下与液相达到汽液平衡时的温度。
c
f P Ki xi 1 0 i 1
11
2.2.1 泡点温度和压力的计算
1. 平衡常数与组成无关的泡点温度计算
Ki f (T , P)
泡点方程：
c
f T Ki xi 1 0 i 1

化工分离过程-吸收

化工分离过程-吸收


1/ a
∵(CA) 物＞ (CA)化，∴ (PA)物 ＞ (PA)化
TSHY
3.3.2 伴有化学反应的吸收相平衡
1. 被吸收组分与溶剂相互作用
（1）溶质A与溶剂B反应生成M
若其反应关系为：
A(g) HA A(L)+ B(L) Ka M(L)
溶液中A组分的初始浓度 c 0 可写成： c 0 c A cM A A
ˆ f i L 2440 kP a) (
TSHY
解例 3-1
④计算相平衡常数
对于理想溶液， i 1
，则相平衡常数为：
Hale Waihona Puke ˆ yi f i L i 2440 mi G 1.49 ˆ xi 1640 fi
TSHY
3.3.2 伴有化学反应的吸收相平衡
亨利定律不适用化学吸收的相平衡，化 学吸收的气液平衡，既要服从溶解时的 相平衡又要服从化学反应时的相平衡关 系.

吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一 吸收是一个从气相往液相的传质过程。 被吸收的气体通过适当的方法与吸收液分离的过程称为解吸过程， 应用：常用于获得产品、分离气体混合物、净化原料气以及脱除尾气
种液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。

对吸收液而言，则成为再生。
式中，x0 是在溶液中吸收剂的摩尔分率，x0=1-xi ；Hi 为亨利系数， kPa；A是与温度和压力有关的一个常数。
ˆ fi A 2 ln ln H i (1 x0 ) xi RT
(3-11)
此式适合于任何浓度的电解质溶液和很低浓度的非电解质溶液。
TSHY
3.3.1 物理溶解时的相平衡

化工分离过程(第7讲)(3.2多组分精馏过程分析)

化工分离过程(第7讲)(3.2多组分精馏过程分析)

x1
y2 y 1
* TB
1.0 B7
3.2.1 多组分精馏过程分析
精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，
温度最高；塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收 集的是低沸点组分，高沸 点组分则留在塔底。
8
3.2.1 多组分精馏过程分析
1 从塔的中间O点进料； 2 组分B的液、汽相组 成分别为 x3 和 y3； 3 每层塔板都经历部分 汽化和部分冷凝过程；T
4
3.2.1 多组分精馏过程分析

简单蒸馏以及二组分精馏的原理图 关键组分(Key Components) 清晰分割 多组分精馏过程的复杂性
二组分精馏实例：苯－甲苯 三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯 四组分精馏实例：苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙苯

多组分精馏与二组分精馏在浓度分布上的区别
22
3.2.1 多组分精馏过程分析
2、关键组分
①若无LNK：HK分别在二段出现两个最高点，LK 表现像LNK。 （图3-7） ②若无HNK：LK分别在二段出现两个最高点，HK 表现像HNK。 （图3-8） ③有LNK、HNK，且都不同时出现在顶、釜时： LK在精馏段出现一个最大值，然后降到所规定的浓度； HK在提馏段出现一个最大值，然后降到所规定的浓度。 （图3-9）

甲苯为LK，二甲苯为HK，两 者的浓度分布曲线变化规律相 同，方向相反。 在 塔 底 处 ， 主 要 分 离 HK 和 HNK，所以此处HK浓度向上 增大；同理，在塔顶处，主要 分离LK和LNK，所以此处LK 浓度向上减小。


图3-9 苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙 苯液相浓度分布
苯为LNK，在进料板以下浓度 快速减小，最终全部进入塔顶； 异丙苯为HNK，在进料板以上 浓度快速减小，最终全部进入 21 塔釜。

化工分离工程课后答案

化工分离工程课后答案

化工分离工程课后答案【篇一：化工分离工程习题答案_刘家祺】章1. 列出5种使用esa和5种使用msa的分离操作。

答：属于esa分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。

属于msa分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。

9.假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。

求：（1）总变更量数nv;（2）有关变更量的独立方程数nc；（3）设计变量数ni;（4）固定和可调设计变量数nx ,na；（5）对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？思路1：l , xi , tl , plfzitfpfv , yi ,tv , pv3股物流均视为单相物流，总变量数nv=3(c+2)=3c+6习题5附图独立方程数nc 物料衡算式 c个热量衡算式1个相平衡组成关系式c个 1个平衡温度等式1个平衡压力等式共2c+3个故设计变量ni=nv-ni=3c+6-(2c+3)=c+3固定设计变量nx＝c+2,加上节流后的压力，共c+3个可调设计变量na＝0 解：（1） nv = 3 ( c+2 )（2） nc物c能1相c nc = 2c+3 （3） ni = nv – nc = c+3 （4）nxu = ( c+2 )+1 = c+3 （5） nau = c+3 – ( c+3 ) = 0 思路2：输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数nv=2(c+2)独立方程数nc：物料衡算式 c个，热量衡算式1个 ,共 c+1个设计变量数 ni=nv-ni=2c+4-(c+1)=c+3固定设计变量nx:有 c+2个加上节流后的压力共c+3个可调设计变量na：有011.满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求：（1）设计变更量数是多少？进料，（2）如果有，请指出哪些附加变量需要规定？解： nxu进料c+2压力9 c+11=7+11=18nau 串级单元 1合计2 nvu = nxu+nau = 20 附加变量：总理论板数。

“化工分离过程”考资料资料精

“化工分离过程”考资料1. 陈洪钫. 基本有机化工分离工程. 北京: 化学工业出版社, 1981.2. 陈洪钫, 刘家祺. 化工分离过程. 北京: 化学工业出版社, 1995.3. 刘家祺, 姜忠义, 王春艳. 分离过程与技术. 天津: 天津大学出版社, 2001.4. 刘家祺. 分离过程. 北京: 化学工业出版社, 2002.5. 李淑芬, 姜忠义. 高等制药分离工程. 北京: 化学工业出版社，2004.6. 刘家祺. 传质分离过程. 北京: 高等教育出版社, 2005.7. 刘家祺. 分离过程与模拟. 北京: 清华大学出版社, 2007.8. 史季芬. 多级分离过程——蒸馏、吸收、萃取、吸附. 北京: 化学工业出版社, 1991.9. 吴俊生, 邓修等. 分离工程. 上海: 华东化工学院出版社, 1992.10. 郁浩然. 化工分离工程. 北京: 中国石油出版社, 1992.11. 蒋维钧. 新型传质分离技术. 北京: 化学工业出版社, 1992.12. (日)大矢晴彦著，张瑾译. 分离的科学与技术. 北京: 中国轻工业出版社 1999.13. 邓修，吴俊生. 化工分离工程. 北京: 科学出版社, 2000.14. 耿信笃. 现代分离科学理论导引. 北京: 高等教育出版社, 2001.15. 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(英])什顿,沃德, 霍尔迪奇著; 朱企新译. 固液两相过滤及分离技术(第2版) . 北京: 化学工业出版社, 2005.67. 蒋培华. 反应与分离工程基础. 北京: 中国石化出版社, 2008 .68. King C J. Separation Processes, 2nd. New York : McGraw Hill, 1980.69. Henley E J, Seader J D. Equilibrium Stage Separation in Chemical Engineering. New York : John Wiley&Sons, 1981.70. Rousseau R W. Handbook of Separation Process Technology. New York: John Wiley ＆ Sons, 1987.71. Wankat P C. Equilibrium-Stage Separations in Chemical Engineering. New York : Elsevier, 1988.72. Wankat P C. Rate-Controlled Separations. New York : Elsevier Applied Science, 1990.73. Schweitzer P. Handbook of Separation Technique for Chemical Engineers, 3rd ed. New York : McGraw Hill, 1997.74. Seader J D, Henley E J. Separation Process Principles. New York : John Wiley & Sons, 1998.75. Clifton E. Meloan. Chemical Separations: Principles, Techniques and Experiments (Techniques in Analytical Chemistry) . Wiley-Interscience, 1999.76. Christie John Geankoplis. 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McGraw-Hill Professional, 2007.网上资源：1. 泡露点及闪蒸过程计算Free Software about bubble point and dew point1.1 Flash Calculator/chemsim.htm#FTTech("FLSC") is a self-contained, easy-to-use product for getting single flash solutions and bubble or dew points. It contains Digital Analytics' vapor-liquid equilibrium database and modelling methodology which includes Peng-Robinson EOS, UNIFAC, and Wilson methods.1.2 ThermoSolver/education/Thermosolver/ThermoSolver is a software program which accompanies the textbook Engineering and Chemical Thermodynamics by Milo Koretsky. This software allows students to perform complex thermodynamics calculations, and explore thermodynamics for systems which would be impossible to solve without a significant investment in programming.•Thermodynamic properties for 350+ compounds are provided.•Saturation pressure calculator can be used with 338 species in the database. •Solver for the Peng-Robinson and Lee-Kesler equations of state is provided. •Fugacity coefficients can be solved for pure species or mixtures.•Models for Gibbs energy can be fit to isobaric or isothermal vapor-liquid equilibrium data. Sample data sets are provided. The results can be plotted.•Bubble-point and dew-point calculations can be made.•Equilibrium constant (KT) solver is provided.•General chemical reaction equilibria solver is provided.•Equations used in the calculation process can be viewed.1.3 BR AET Calculation Shareware/fractional-distillation/shareware.htmlThis program is a useful utility when estimating boiling points at reduced pressures. It allows the calculation of AET (Atmospheric Equivalent Temperature) by entering the actual temperature and pressure. The actual temperature can be calculated by entering the AET and the actual pressure.2．精馏过程计算2. Free Software about distillation2.1 /McCabe-Thiele.html2.2 Online Calculation of a Binary Distillation Column2.3 Pressure Swing Adsorption Calculator by James Ritter at the University of South CarolinaAdsorption and Chromatography Software at the University of Bath Basic programs and MS Excel spreadsheets employing the tanks in series modelNumerical Simulation of Nonlinear Multicomponent Chromatography Quattro Pro spreadsheet developed by D. D. Frey at UMBC. It's more sophisticated and accurate than the U. of Bath and UMCP software. Assorted online calculators for engineering problems3．膜分离过程计算3. Free Software about Membrane Separation3.1 Membrane Simulator Version 2.0/koros/index.php?do=resources3.2 Membrane Simulation 2.0/Default.asp?Category=Simulation4. 美国麻省理工学院“分离”开放课程网站(1) /OcwWeb/Chemical-Engineering/10-32Spring-2005/CourseHome/(2)/OcwWeb/Chemical-Engineering/10-445Summer-2005/CourseHome/。

化工分离过程(第8,9讲)(3.2多组分精馏过程分析)

Nm d d i , HK （3-12） w i w HK
15
3.2.3 最少理论塔板数和组分分配
对于非关键组分i有物料衡算式：
fi di wi
fi wi 1 d
可求得组分i在 将（3-12）式与上式联立得： 塔顶和塔釜的量
1 di fi wi wi
6
3.2.3 最少理论塔板数和组分分配
Fenske（芬斯克）公式推导前提


芬斯克推导了全回 流时二组分和多组 分精馏的严格解。 塔顶采用全凝器, 假设所有板都是理 论板,从塔顶第一 块理论板往下计塔 板序号。
7
3.2.3 最少理论塔板数和组分分配
Fenske方程推导过程：
从塔顶向下排序，由相对挥发度的定义有：
甲烷 乙烷（LK） 丙烯（HK） 丙烷 异丁烷 正丁烷
总计
5.0 35.0 15.0 20.0 10.0 15.0
100.0
15.0-0.025D 20.00 10.00 15.00
W
18
1.根据物料衡算可列方程组：
100 D W
解得：
5 35 0.05W 0.025D D

清晰分割假设对丙烷(4)不成立，须调整
21
5.调整（以前面的结果为初值，进行试差） 设d=0.6448，其它不变，重复1—4步 计算，至前面两次结果相近为止。
结果：
d d lg w l w h 6.805 Nm lg lh
校核
3.2.3 最少理论塔板数和组分分配
3、方程的变形形式：
摩尔分率可用摩尔数、体积或重量比来代替，因为换算 因子可以相互抵消，得到另一种常用的一般形式：

化工过程设计复习重点

一、不可简约的流程：采用洋葱逻辑结构，他首先选择反应器，然后通过增加分离与循环系统向外扩展，最后是换热网络公用工程。

缺点：（1）在每个设计阶段可能有不同的设计决定（2）即便完成并且评估了许多设计选择也不能保证最终找到最优设计；优点：主观能动性大，设计者能够控制基本设计决定，而且能够随设计进展与设计本身进行交流。

5、可简约流程：首先是一种超结构，而这种超结构包括所有可行的操作过程和可行的、相互影响的最优设计设备流程，其次是用设计方程和设计变量将设计问题转变成数学问题，再次运用优化算法求解。

缺点：是在决策过程中排除了设计工程师的作用。

优点：它能够同时考虑许多不同的设计方案。

另外，它能够将全部的设计编写成计算机程序，从而快速、高效低获得设计方案。

7、转变过程是通过反应、分离、混合、加热、冷却、压力改变和颗粒尺寸的变化等实现的。

8、模拟就是试图用该过程的数学模型预测它建成以后的行为。

9、化工过程合成的复杂性是双重的：（1）是否能确定所有的流程结构；（2）是否能够优化每一个流程并进行合理的比较，当优化流程结构时，有些多方法能用来完成每一个独立的任务，也有许多方法能把所有的任务相互连接起来。

10、在进行化工设计过程时，需要考虑两类基本问题？（1）是否能够确定所有的流程结构；（2）是否能够优化每一个流程并进行合理的比较。

11、过程设计的原则是从洋葱模型的中心即反应器开始的。

第二章1、理想的反应路径是利用最便宜的原料并生产少量的副产品。

2、影响新反应路径开发的最主要的原因是缺少合适的催化剂。

3、反应系统类型分类：单一反应；平行反应；串联反应；平行反应又串联反应；聚合反应。

4、反应器性能指标：转化率；选择性；反应器收率。

3、单一反应的目标：用最小的体积实现最大生产；单一不可逆的转化率应选择在95%左右，可逆转化率则为平衡转化率的95%左右。

系统宜采用理想间歇反应器或活塞流反应器。

单一可逆反应的浓度改变可以通过：（1）进料比；（2）惰性物的浓度；（3）在反应中间移走产物。

化工分离过程__第3章 第一讲 设计变量的确定


进料变量数： 2(C+2) 压力等级数： 1 +) 2C+5
F1 F2 QW
塔内无压降
N
u a
分配器数： 1 侧线采出： 1
传热单元： 2 串级数： 4 8
+)
34
3.2 多组分精馏 Multicomponent Distillation
3.2.1 多组分精馏过程分析 (Process Analysis)
自学p66例3-2双塔共沸精馏流程
28
例2. 双塔共沸精馏流程
Nx
进料变量数： 压力等级数：
原料 蒸汽
4+3 1 8
+)
N
u a
分配器数： 侧线采出： 传热单元： 串级数：
0 0
2
3 5 +)
29
5个可调设计变量的选择
情况（1）： 三个串级各自的级数 3； 再沸器的蒸发速率 1； 冷凝器的过冷温度 1。 情况（2）： 异丙醇塔釜液中异丙醇的摩尔分数 1； 水塔釜液中异丙醇的摩尔分数 1； 异丙醇塔的最适进料位置 1； 再沸器的蒸发速率 1； 冷凝器的过冷温度 1。
N =N +N
e D e x
e a
固定设计变量Nx 可调设计变量Na ＝ND-Nx
L1
L L2
Nx
= 进料物流变量数＋系统的压力
分配器
固定设计变量Nx = 进料＋压力＝（C+2）+1
分配比
可调设计变量Na = ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1
13
例2. 产物为两相的全凝器 NVe
出入物流变量数： 3（C+2） 能量交换数： 1 +) Nv = 3C+7
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▪ 2 考试题型
▪ 3 自由交流环节
2
1.1 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
综合两种试算结果，只有TB<T< TD成立， 才能构成闪蒸问题。
16
1.2 单级平衡过程
闪蒸过程计算的基本关系：
物料平衡关系： Fzi Lxi Vyi
（2-63）
F LV
（2-64）
汽液相平衡关系： yi Ki xi
（2-44）
Ki Ki (T , P, x, y)
热平衡关系： FH F Q LH L VHV
c
P泡 PiS xi iL i 1
12
1.2 单级平衡过程
（3）平衡常数与组成无关的露点温度计算
c
露点方程： yi / Ki 1.0 i 1
目标函数形式：
c
f (T ) yi / Ki 1 0
i
c
f (P) yi / Ki 1 0
i
13
1.2 单级平衡过程
露点计算方法同于泡点计算： 1.试差； 2.用αiK计算； 3.电算。
设T 给定P 由P-T-K图查Ki
N
调整T
f(T)>0,T设偏低，提高T。
f(T)<0,T设偏高，降低T。
c
yi / Ki 1
i 1
Y
xi, T
结束
14
1.2 单级平衡过程
4、等温闪蒸
核定给定温度 下闪蒸问题是否成 立的两种方法：
F, Zi
方法一： 计算闪蒸压力下进料混合物的
泡点温度TB和露点温度TD。
6
1.2 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
Ki
yi xi
Pi S P
g-l平衡关系：
yi
Ki xi
Pi S P
xi
（2）汽相为理想气体，液相为非理想溶液
Ki
yi xi
iL PiS
P
g-l平衡关系：
yi
Ki xi
iL PiS
P
xi
7
1.2 单级平衡过程
确定Nx
进料条件 压力级数
5、单元的设计变量数的确定
22
1.3 多组分多级分离过程分析与简捷计算
6、装置设计变量
N
u i
N
u x
N
u a
的确定
（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
Nm
1 LK ,D 1 HK ,W lgLK HK
3 8 3 11
3 15 26
1.3 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。
d w
i
d w HK
i , HK
Nm （3-12）
wi 1
fi d
w
1
i
fi d
w HK
i,HK
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： Niu
N
u x
N
u a
23
1.3 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
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。
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。
离。
3
1.1 绪论
分离媒介分为能量媒介（ESA）和物质媒介（MSA）。 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。
4
1.2 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
20
1.3 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 Ni Nv Nc
21
1.3 多组分多级分离过程分析与简捷计算
4、求Na Na Ni N x
设T（离泡点不远）
Kk
1
ik xi
Kixi
|f(T) |=|Kixi-1 |≤
N Y
T=T设，yi= Kixi
得到PiS
ik
Pi S PkS
PkS Kk P 安托尼公式 T泡
10
1.2 单级平衡过程
③计算机计算（Newtow迭代法）
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： Ki xi 1
若TB<T闪蒸<TD，则闪蒸问题成立。
V , yi P,T , e
L, xi
15
1.2 单级平衡过程
方法二：假设闪点温度就是进料的泡点温度：
则： Ki zi 1 应该成立 ，如果 Ki zi 1 说明TB<T。
再假设闪蒸温度就是进料的露点温度：
则： zi / Ki 1 应该成立 ，如果 zi / Ki 1 说明TD>T。
（2）按清晰分割作物料衡算，求D、W、xiD和xiW的初值；
28
1.3 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；
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 Ki f (T , P)
c
泡点方程：
f T Ki xi 1 0 i 1
9
1.2 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 调整T
②相对挥发度法
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。
36
1.3 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。
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。
5
1.2 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）。
i1 i2 i3 ip
T T T
P P P
fˆi fˆi fˆi
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
5、萃取精馏塔内流量分布、和浓度分布特点
6、萃取精馏操作设计的特点
32
1.3 多组分多级分离过程分析与简捷计算
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。
24
1.3 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。
7、共沸物的特征和共沸组成的计算 （1）共沸物的特征：
12 1P1s 2P2s 1
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。
33
1.3 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）
已知共沸压力P，求：T、xi
29
1.3 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。
30
1.3 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
设T
计算
P2S（ P1S
1 ） ln 2
1 2
解出 xi
i
P
已知共沸组成xi，求：P、T
由xi
计算 1（ 2
P2S P1S
）解出T
Pi S
P
已知T时形成共沸物，求：P、xi
由T
计算
P2S（ P1S
1 2
）解出
xi
i
P
34
1.3 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