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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(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)

i xiF 1 q i
i —组分i 的相对挥发度；
(xiD)m —最小回流比下馏出液中组分i的摩尔分数； xiF —进料中组分i的摩尔分数； q —进料热状态参数（进料液相分率）； 32 —方程的根，对于c组分系统有c个根，取LK>>HK的根。
3.2.2 最小回流比
重非关键组分（HNK），重组分
12
3.2.1 多组分精馏过程分析
关键组分的特点

LK和HK形成分离界限，且αlh越小，分离越难。 Dl D轻；Wh W重 1 精馏塔的任务：
使LK尽量多地进入馏出液，要严格控制其在釜液中的量； 使HK尽量多地进入釜液，要严格控制其在馏出液中的量。 只有无LNK，且αlh较大，塔顶可采出近于纯LK； 只有无HNK，且αlh较大，塔釜可采出近于纯HK。
二组分精馏原理图
* TA y6 T6 x y5 T5 6 x5 T4 x4 O T3 x3 T2 x2 T1
g
y4
定压
y3
x1
y2 y1
* TB
4 越往塔顶温度越低， 含低沸点物质递增； 5 越往塔底温度越高， 含高沸点物质递增。
x
0 A
l
1.0 B
xB
9
3.2.1 多组分精馏过程分析
关键组分(Key Components)
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）

分离工程ppt课件共52页PPT

分离工程ppt课件共52页PPT

将过程所产生的废物最大限度地回收和
循环使用。
产品
原
料
1
1
1
废
物 2
废
物 2
排除
2
1—单元过程；2—处理
实现分离与再循环系统使废物最小化的方法： ●废物直接再循环
例：废水
●进料提纯
例：氧化反应采用纯氧
●除去分离过程中加入的附加物质
例：共沸剂、萃取剂
●附加分离与再循环系统
例：分离废物中的有效物，循环使用
●加氢重整后得到：轻油 非芳烃 苯 甲苯 二甲苯 高级芳烃
目的产物为 对二甲苯
● 特点：
邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯
沸点℃ 熔点72
138.351 13.263
● 涉及到分离过程：精馏：4、7、8 萃取：5、6 结晶：10
目的产 物
总 结：
●降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、 回收利用率、循环利用率；
●开发和采用新技术、新工艺、改善生产操作条 件，以控制和消除污染；
●采用生产装置的闭路循环技术；
●处理生产中的副产物和废物，使之减少和消除 对环境的危害；
●研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的 “三废”治理技术。
闭路循环系统：
ESA）
改变原溶 液的相对 挥发度
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离芳烃 ；以醋酸丁 酯作共沸剂 从稀溶液中 分离醋酸。
返回
1.2.2 速率分离过程
膜分离 场分离
速率分离:
利用溶液中不同组分在某 种推动力（浓度差、压力差、 温度差、电位差等）作用下， 经过某种介质（半透膜）时 的传质速率（透过率、迁移 率、扩速率）差异而实现分 离。
吸
相态 介： 理： 用：

化工分离过程(第8,9讲)(3.2多组分精馏过程分析)

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：

化工分离化工分离过程 11 - 第三章 3[1].6 吸收与解吸1

化工分离化工分离过程 11 - 第三章 3[1].6 吸收与解吸1

LM c p, L / GM c p,V 0.2
46
热效应的处理方式：
（1）热效应忽略不计
当溶质浓度低、液气比大、溶解量小时，可视 为等温吸收，以吸收剂进塔温度作为全塔温度。 （2）仅考虑吸收热 当液气比较大时，可视为简单绝热吸收，全部 吸收热用于增加提高溶液的显热，提高溶液的温 度。

降低温度和提高压力具有相同的影响。

虽然吸收适于在低温下操作，但应避免采用冷冻 操作以减少动力消耗。
40
（3）液气比

液气比（L/V）与吸收剂用量直接相关，表示处 理单位原料气所需要的吸收剂量。 液气比大则吸收剂用量多。
液气比对吸收操作的影响与回流比对精馏操作的 影响相似。增大液气比将使各组分吸收因子增加， 因此增大液气比和增加操作压力或降低操作温度 有相同的效果。但随着液气比的增大，相应要增 大吸收剂的循环量和回收吸收剂的费用。

吸收过程气液平衡关系： 物理吸收：相平衡——亨利定律 化学吸收：相平衡——亨利定律； 化学平衡——化学平衡关系式
（1）物理吸收的气液相平衡关系
1) 低压下（low pressure） 气体在液体中的溶解度用Henry定律表示： x 2 p2 / H 或 p2 Hx2 x 2 ——溶质在液相中的溶解度（摩尔分数） p2 ——溶质在气相中的分压 H ——Henry系数，由溶质和溶剂的性质及温度 决定。
而反应平衡常数为：
K cM c Ac B c0 A cA c Ac B
则：
cA c0 A 1 K c B
总平衡又服从物理溶解时的亨利定律，因此：
pA
H c0 A A 1 K c B
（2） 化学吸收相平衡
H 0 A pA cA 1 k cB

化工分离工程培训课件

化工分离工程培训课件

化工分离工程培训课件1. 引言化工分离工程是化工过程中的一个重要环节，它涉及到原料分离、产品纯化和废物处理等多个方面。

本课程旨在帮助学员全面了解化工分离工程的基本原理、常用设备和工艺流程，并通过案例分析和操作实践提升其实际应用能力。

本课程分为以下几个部分：•原理概述•分离设备•工艺流程•案例分析•操作实践2. 原理概述分离工程是将混合物中的组分分开的过程。

在化工分离工程中，我们常用的分离原理包括以下几种：蒸馏是将液体混合物中具有不同沸点的组分分离的方法。

通过加热混合物，使其中沸点较低的组分蒸发，然后冷凝回收。

蒸馏可以分为常压蒸馏、减压蒸馏、精馏等多种方式。

2.2. 结晶结晶是通过溶解度的差异将溶液中的溶质分离出来的方法。

通过控制温度和溶剂浓度，使溶质在溶液中逐渐减少，形成晶体沉淀。

萃取是利用两个不相溶的溶剂将混合物中的组分分离的方法。

通过选择适当的溶剂对混合物进行萃取，将目标组分从混合物中转移到溶剂中，然后再将目标组分从溶剂中分离出来。

2.4. 吸附吸附是通过吸附剂吸附混合物中的组分分离的方法。

吸附剂可以是固体或液体，固体吸附剂常用活性炭、沸石等，液体吸附剂常用有机溶剂。

通过调节吸附剂的性质和操作条件，实现对目标组分的选择性吸附。

2.5. 膜分离膜分离是利用半透膜将混合物中的组分分离的方法。

半透膜具有选择性通透某些组分而阻挡其他组分的特性。

根据分离机制的不同，膜分离可以分为微滤、超滤、纳滤、反渗透等多种方式。

3. 分离设备在化工分离工程中，我们常用的分离设备包括以下几种：蒸馏塔是进行蒸馏操作的主要设备。

它通常由塔身、进料塔盘、蒸汽塔盘等组成。

蒸馏塔根据塔盘的结构和排列方式可以分为板式塔、填料塔等多种类型。

3.2. 结晶器结晶器是进行结晶操作的主要设备。

它通常由搅拌器、冷却器、过滤器等组成。

结晶器根据搅拌方式和结晶器的形状可以分为悬浮结晶器、搅拌结晶器等多种类型。

萃取塔是进行萃取操作的主要设备。

它通常由塔身、进料塔盘、萃取塔盘等组成。

化工分离过程-吸收及解吸35页PPT

化工分离过程-吸收及解吸
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
45、自己

化工分离过程(第10讲)(3.3.1萃取精馏)


ln 1 2 S A21 x2 x1 x2 x2 2 x1 A12 A21
xS A1S AS 2 2 x1 AS1 A1S xS A2 S AS 2 C x2 x1
A12 , A21 A1S , AS 1 A2 S , AS 2
24
3.3.1.2 萃取精馏的原理和溶剂的选择
一. 溶剂的作用
（1）对原溶液1、2组分产生不同的作用，提高α12
体现：原溶液沸点差不大（ A12’ ≈0）非理想性不很强时， 若：A1S’>0; A2S’>0，有： A1S’- A2S’>0，加S后， α12/s/α12>1 （2）稀释原溶液 体现：原溶液沸点差大，非理想性很强时，α12 →1 加S后，浓度下降，而xS增加，由(3-23)： A12’(1-xS)(1-2x1’)值小，突出了PiS作用。
化工分离过程
Chemical Separation Processes
第三章 多组分多级分离过程 分析与简捷计算
特殊精馏
当待分离组分之间形成共沸物或相对挥发度接 近 1 时，用普通精馏是无法实现分离或是经济上不 合理的。 此时，向体系中加入一种适当的新组分，通过 与原体系中各组分的不同作用，改变组分之间的相 对挥发度，使系统变得易于分离。 这类既加入能量分离剂又加入质量分离剂的精 馏称为特殊精馏或称增强精馏。
3.3.1 萃取精馏 3.3.1.1 萃取精馏的流程 3.3.1.2 萃取精馏原理和溶剂的选择 3.3.1.3 萃取精馏过程分析 3.3.1.4 萃取精馏的计算 3.3.2 吸）过程
6
3.3.1 萃取精馏
萃取精馏是向原料液中加入第三组分(称为
萃取剂或溶剂),以改变原有组分间的相对挥发度而 达到分离要求的特殊精馏方法。 要求萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点高 得多,且不与组分形成共沸液,容易回收。萃取精馏 常用于分离各组分挥发度差别很小（ ＜1.05）的 溶液。

现代化工分离过程


• 膜分离过程的实质是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程，依据 滤膜孔径大小而达到物质分离的目的，故而可以按分离粒子大小进行分类：
微滤（MF）：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差为推动力，使不溶性物质得以 分离的操作，孔径分布范围在0.025~14μm之间；常用对称微孔膜
超滤（UF）：分离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.02 μm，分离推动力仍为 压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质；常用非对称微孔膜
管式膜组件
内压式：膜涂在管内，料液由管内走； 外压式：膜涂在管外，料液由管外间隙走。
内压管式：
料液
外压管式：
多孔管 膜
料液
组件的进出料示意图
原料液
渗透液
垫圈 渗余液
渗透液
组件外壳
多通道组件
渗透液
4) 中空纤维膜组件
有数百上万根中空纤维膜固定在圆形容器内构成， 内径为40-80um膜称中空纤维膜，0.25-2.5mm膜称毛细管膜。 前者耐压，常用于反渗透。后者用于微、超滤 料液流向：采用内压式时为防止堵塞，需对料液预处理去固形 微粒，采用外压式时，凝胶层控制较困难。
• 超滤(UF,ultrafiltration)
•
微滤(MF,microfiltration)
影响膜渗透能力的因素：
• 渗透组分分子的大小、形状、化学性质 • 膜的物理化学性质 • 渗透组分与膜的相互作用关系
膜分离过程示意
对膜材料的要求
• 具有良好的成膜性能和物化稳定性，耐酸、 碱、微生物侵蚀和耐氧化等。
2.2影响膜渗透性质的各种因素
• 渗透系数 • T、P的影响 • 溶液性质的影响 • 聚合物膜结构对渗透性质的影响
表征膜性能的参数

化工分离过程(31设计变量)(第5讲)


N
u a

N
u i

N
u x
=1
一般指定为理论板数或关键组分吸收率
此方法易混淆！
22
3.1.2 装置的设计变量
简便、可靠的确定装置设计变量的郭氏原则：
（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
• 将复杂化工装置分解成简单单元，求 Nie
例1. 分配器
三股单相物流，无热量引进和移出。
独立变量数为：
N
e v

3(c

2)

3c

6
约束关系：
物料平衡
c
能量平衡
1
内在关系: L1和L2 温度、压力相等 2
L1和L2 浓度相等
c-1
2c+2
设计变量为：
Nie Nve Nce 3c 6 2c 2 c 413
注意：其中可调设计变量为1的有三类单元。 （分配器、侧线采出单元、换热单元） 17
3.1.1 单元的设计变量
若干个简单平衡级所组成的组合单元称为串级。 串级单元在精馏塔的变量分析中十分有用。由于串 级单元是重复地应用同一种单元（简单平衡级）， 所以在确定变量总数时，除一般的强度性质（T、P、 浓度等）和容度性质（流率）外，应该另加一个变 量，以说明不同理论板数所组成的串级单元间的区别。 因此，虽然简单平衡级的可调设计变量：
NVe 物流数c 2 热进出数
N
e c
3c 2 1 3c 7
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