分离工程---复习课

多组分精馏塔流程组织原则。 1、按相对挥发度大小依次分离（relative volatility） 2、顶釜出料摩尔数基本相等（mole of distillate and bottoms） 3、挥发度接近的物料应该放在最后一个塔分离(α≈1) 4、要求纯度高的两组分的分离应该放在最后分离，腐蚀性高 大的、热敏性强的（容易出现结焦或者聚合）应该尽早分离。 (high purity、corrosive、thermal sensitivity、 polymerization )
料的液相组成。
⑵逐板计算 恒分子流的逐板计算：
一、基本计算式
精馏段操作线方程:
y n ,i
R 1 xn +1,i + xd ,i = R +1 R +1
L + qF − W W = y m ,i + x w ,i L + qF L + qF
提馏段操作线方程： x m +1,i
二、计算方法 从塔顶向下计算： 已知xdi 从塔釜向上计算： 已知xwi
2、萃取精馏 萃取精馏的基本原理、萃取剂的选择条件、萃取剂加入位 置、流程（中间采出流程等）； 萃取精馏操作注意事项、与恒沸精馏的比较； 萃取精馏中萃取剂的用量、选择度的计算、萃取精馏塔简 捷计算方法。
lg
( α12 ) S
α12
′ ′ ′ ⎦ = x S ⎡ A1 S − A2 S − A12 ( 1 − 2 x1 ) ⎤ ⎣ ′
(ki − 1)zi = 0, 用气化率表示 ⎧ ⎪∑ (k − 1) + 1 ν ⎪ i ⎨ (ki − 1)zi = 0，用液化率表示 ⎪ ⎪∑ ki + (1 − ki )e ⎩
均为单值函数,计算 可以得到简化。
②牛顿迭代法
(k i − 1)z i f (ν ) = ∑ (k i − 1)ν + 1
(ki − 1) zi f ′(ν ) = −∑ [(ki − 1)ν + 1]2
2
f (ν )m −1 ν m = ν m −1 − f ′(ν )m −1
迭代到： f
(ν ) ≤ ε 为止。
在进行气化或者冷凝计算之前，应该判断原料混合物在给 定的温度和压力下的状态是否出于两相区。 ★
③闪蒸（等温闪蒸、绝热闪蒸）
等焓节流（绝热闪蒸）后压力温度均会降低。主要有三种 计算方法。 A:计算法：涉及到相平衡常数和焓平衡的计算。存在试差 过程，特别是双循环的试差。 B:相对挥发度计算法：用代替相平衡常数，但是仍然存在 焓平衡的计算，单循环的试差。 C:作图法：焓平衡方程作出一条等焓曲线，另外方程作出 一条闪蒸曲线，两条曲线的交点就是所求的值。
多组分多级平衡分离
精馏是目前化工过程中最常用的分离方法。
因为精馏一个使用能量分离剂的过程，操作方便，技术、 理论和应用均成熟，适合于不同规模尤其是大规模分 离，常需能位等级很低的分离剂即可。
设计变量的确定★
普通常规精馏塔可调设计变量为5，即R，q，f，xd，xw 多组分精馏装置的设计变量为C+6；可调设计变量与组分数无 关；教材P46
F
⎛ xl ⎞ 精馏段从塔顶向下到进料板， ⎜ ⎟ 逐渐变小；提馏段从塔 ⎜x ⎟ ⎝ h⎠
⎛ xl ⎞ 釜向上到进料板，⎜ ⎟ 逐渐变大。 ⎜x ⎟ ⎝ h⎠
⎛ xl 得出判断式：⎜ ⎜x ⎝ h
⎛ xl ⎞ ⎟ > ⎜ ⎜x ⎟ ⎝ h ⎠n
⎞ l ⎞ ⎟ ≥ ⎛ x。 ⎜ ⎟ ⎟ ⎜x ⎟ ⎠s ⎝ h ⎠m
《分离 工程》复习课
考试时间：2012年6月13日 8:00-10:00 考试地点：教201、教203 考试方式：一页开卷
分离过程特征及分类
分离过程的定义：将一混合物转变为组成互不相同的 两种或者两种以上产物的操作。 特点：非自发过程，需要加入分离剂，是熵减过程。 分离剂可以是能量分离剂或者物质分离剂，有时两者 可同时应用。
K Gm ⎛ ⎜ K =⎜ C G ⎜ Kx ⎜∑ i i ⎝ i =1 ⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ m −1
这样， KG=f（P,T），由得出的KG 和已知条件P，查 诺谟图得出温度T。 这样，根据得出的温度，去查其他组分的诺谟图得出 Ki，然后根据下式来判断温度是否合适。
∑ y −1 = ∑ K x −1 ≤ ε
l
⎛ xl ⎞ ⎛ x h lg⎜ ⎟ ⎜ ⎜x ⎟ ⎜x ⎝ h ⎠d ⎝ l = lg α lh
⎞ ⎟ ⎟ ⎠f
⎧ ⎪ ⎪− 0，露点进料，全凝 ⎪ ⎪ ⎧泡点进料，部冷 ⎨− 2 ⎨ ⎪ ⎩汽液进料，部冷 ⎪ ⎧泡点、汽液进料，全凝 ⎪− 1⎨ ⎪ ⎩露点进料，部冷 ⎩
⎛ xh ⎞ ⎛ xl ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ 泡点进料： ⎟为塔顶采出的气（液）相组成；xl ⎟ 为泡点进料 ⎜x ⎝ ⎠f ⎝ h ⎠d
（S代表进料板）
前面为设计型的计算。接着又介绍的是操作型的理论板的 逐板计算法，这种计算方法很多，例如：比流量法、流量 平衡、三对角矩阵、松弛法等等。几种方法使用场合不一 样。 比流量法的使用场合、计算过程、计算框图、计算的约
束措施
复杂精馏塔严格计算 复杂精馏塔定义★ 流程 MSEH方程组指哪几个方程？ ★ MSEH方程中各个方程的作用★
2 非理想溶液液相活度系数计算
Van Laar Equation Margules equations Kogan equations Wohl equations Wilson equations 有规双液方程 UNIQUAC equation UNIFAC Equation (基团贡献法） Interpolation Method（内插法） 方程的含义、应用、端值常数含义等。
多组分单级平衡分离
1 相平衡计算（泡露点定义、泡露点计算任务） ★ ①手算法（试差法和加速收敛法 ） a：试差法 泡点计算 泡点方程：
设T (P )
∑ K x −1 = 0
i i
P T , xi
yi = k i xi
∑ yi − 1 ≤ ε ⎯是 T P ⎯→
否
重新设T P
当 ∑ yi − 1 ≤ ε 时，计算结束，得到T 和yi
特殊精馏
1、恒沸精馏 恒沸精馏定义 恒沸精馏的基本原理、恒沸物的形成条件与判别:
1 γ 〈 0〈 ∞ Pi γ j
∞ i
Pj0
，最高恒沸物
γ i∞ 〉
Pj0 Pi
〉 0
1 γ∞ j
，最低恒沸物
恒沸物形成原因★ 非均相恒沸物和均相恒沸物概念； 恒沸剂的选择、加入位置，流程、恒沸精馏塔简捷计算步 骤；
分离过程热力学
1、相平衡
（1）相平衡常数
Pi 0 Ki = P
Pi 0γ iL Ki = P
完全理想溶液状态下的相平衡常数 低压，溶液为非理想溶液的情况 中压
高压，液相为理想溶液，一般为同系物的分 离，只考虑气相的活度系数 非理想溶液
fi L Ki = V fi
Ki =
f iV γ iV
fi L
fi Lγ iL Ki = V V fi γ i
二、最小回流比 恩德吾德公式:
α ib zi ∑ α −θ = 1− q ib
α ib xdi ∑ α − θ = 1 + Rmin ib
对于上式需要注意的问题：
① α ib ，i为任一组分，b指整个被处理的物系中挥发度最小 的组分。 ②进料的组成zi是总的组成。 三种进料状态：泡点进料、露点进料、气液相混合进料 ③中间参数 θ ：对于 θ 的规定 α hb ≤ θ ≤ α lb ，一般选择在轻 重关键组分之间的值。 ④xdi是指塔顶的采出组成。
三、理论板数的确定 （1）吉利兰关联图（关联了四个变量） ★
R − Rm 横坐标： R +1
；纵坐标：
N − Nm N +1
（2）李德关联式
N − Nm R − Rm 横坐标： x = ；纵坐标： y = N + 1 R +1
y = 0.75 1 − x
(
0.5668
)
四、进料板位置的确定
nmin
………………
相平衡 y2,i ←⎯ ⎯ x2,i ⎯
y d ,i ← ⎯⎯ xd ,i
操作线方程
y1,i ← ⎯⎯ x1,i
操作线方程
操作线方程
相平衡 y1,i ←⎯ ⎯ x1,i ⎯
y 2 ,i ← ⎯⎯ x2,i
操作线方程
y w ,i ← ⎯⎯ xw,i
………………
三、进料位置的确定
n+1 n S 进料板 m+1 m
③相对挥发度Kb法
泡点：yi =
α ib xi
∑α
i =1
C
Kb =
x

ib i
∑α
i =1
C
ib i
x
露点：xi =
yi α ib
∑y
i =1
C
i
α ib
Kb = ∑
i =1
C
α ib
yi
2、单级平衡分离计算★ ①试差法（部分冷凝、气化）
zi ⎧ ⎪∑ (k − 1) + 1 − 1 = 0, 部分气化 均为有极值点函数， ν ⎪ i ⎨ zi ⎪∑ − 1 = 0，部分冷凝 即复值函数。 ⎪ ki + (1 − ki )e ⎩
的液相组成。
⎛ xh ⎞ ⎜ ⎟ 露点进料： ⎟ 必须采用液相组成，所以根据 ⎜x ⎝ l ⎠f
yi → xi∗ 求得液
相组成
nmin
∗ ⎛ xl ⎞ ⎛ xh ⎞ lg⎜ ⎟ ⎜ ∗ ⎟ ⎜x ⎟ ⎜x ⎟ ⎝ h ⎠d ⎝ l ⎠ f = lg α lh
⎛ xh ⎞ ⎛ xl ⎞ ⎜ ⎟ 为塔顶采出的气（液）相组成；⎜ x ⎟ 为进 ⎜ ⎟ 气液相混合进料： ⎜x ⎟ ⎝ l ⎠f ⎝ h ⎠d
（3） 分离过程的分类★
机械分离过程 分离过程 传质分离过程 速率分离过程：浓度差、 压力差、温度差 本课程主要讲述传质平衡分离过程中的多组分精馏，特殊 精馏和多组分吸收。 精馏是技术成熟度和应用度最高的分离技术。 平衡分离过程：MSA、ESA
根据两相状态不同，平衡分离过程分成几类： 气液传质过程：如吸收、气体的增湿或减湿。 汽液传质过程：如液体精馏和蒸馏； 液液传质过程：如萃取； 液固传质过程：如结晶、浸取、吸附、离子交换、色 层分离等； 气固传质过程：如固体干燥、吸附等。
（1）多组分精馏的简捷计算
计算内容：①最少理论板数；②最小回流比；③理论 板数；④进料位置 一、最少理论板数的计算
⎛ xl ⎞ ⎛ x h lg⎜ ⎟ ⎜ ⎜x ⎟ ⎜x ⎝ h ⎠d ⎝ l Nm = lg α lh ⎞ ⎧− 0, 塔顶：全凝；塔釜：热虹式或者泵厢循环式再沸器 ⎟ ⎪ ⎟ ⎠ w ⎪ ⎧塔顶：部冷；塔釜：热虹式或者泵厢循环式再沸器 ⎨− 1⎨ ⎪ ⎩塔顶：全凝；塔釜：部分汽化再沸器 ⎪− 2，塔顶：部冷；塔釜：部分沸器 ⎩
对上式的分析，来解释加入溶剂后对选择度的影响
多组分吸收
概念： 吸收的种类、应用范围、基本原理、吸收的操作条件 和影响因素、吸收率与吸收因子的关系★ （吸收因子 图）等等。 流程：吸收的几种流程。 计算：吸收和解吸的简捷计算过程。
露点计算 露点方程:
∑y
i
ki −1 = 0
设T (P )
P T , yi
xi = yi ki
∑ x −1 ≤ ε
i
⎯ ⎯→ T P
是
否
重新设T P
当 ∑ xi − 1 ≤ ε 时，计算结束，得到T 和xi
∑ x <1, 假设的温度偏高 ∑ x >1，假设的温度偏低
i i
需要重新假设温度T
b:加速收敛法 （引进KG来计算） 泡点计算
i i =1 i i
C
露点计算
K Gm
⎛ C yi ⎞ = K Gm −1 ⎜ ∑ ⎟ ⎝ i =1 K i ⎠m −1
这样， KG=f（p,T），由得出的KG和已知条件p，查诺谟图 得出温度T。 这样，根据得出的温度，去查其他组分的诺谟图得出Ki， 然后根据下式来判断温度是否合适。
∑ x −1 = ∑ y
i i =1
C
i
Ki − 1 ≤ ε
②牛顿迭代法 牛顿迭代公式：
f (Tm −1 ) Tm = Tm −1 − f ′ (Tm −1 )
dK i f ′ (T ) = ∑ xi dT
泡点计算：
f (T ) = ∑ Ki xi − 1
露点计算
yi f (T ) = ∑ − 1 Ki
yi dK i f ′(T ) = −∑ 2 K i dT