化工分离过程(第1章 第2章 习题课)(第6讲)精品PPT课件
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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
萃取塔
化工分离
教学内容
chap1 绪论
过程
chap2 单级平衡过程
Separation chap3 多 离 简组 过捷分程计多分算级析分与
Processes chap4 多 离组的分严多格级计分算
in Chemical
chap6 分离过程的节能 chap7 膜分离和反应精馏
Engineering
第一章 绪论
设 pA*和 pB*分别为液体A和B在指定温度时的饱和蒸 气压，p为体系的总蒸气压
pA
p* A
xA
pB pB* xB pB* (1 xA )
p pA pB p*AxA pB* (1 xA )
§2.2 多组分物系的 泡、露点计算
§2.3 闪蒸过程的 计算
§2.1 相平衡
一、相平衡条件
相平衡：指混合物或溶液形成若干相，这些相保持着物 理平衡而共存的状态。
热力学角度：整个体系的熵 达到最大值，自由焓达到最小值 动力学角度：相间表观传递速率为零
相平衡条件： 1、各相的 温度T、压力 p及每一组分 i 的化学位
乙
醛
水
93% 产品
8 9 10
废水
废水
1-固定床催化反应器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-闪蒸塔；6-粗馏塔； 7-催化加氢反应器；8-脱轻组分塔；10-产品塔
涉及分离过程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10；闪蒸：4；分凝器：2
化工厂中分离设备投资约占 总投资的50～90％ ！！！
鲁西化工集团
为惰性组分）
若 B 不溶于 S 中，xB＝0， AB
最理想情况
3. 萃取
AB
kA kB
(xA (xA
xB )E xB )R
化工分离
教学内容
chap1 绪论
过程
chap2 单级平衡过程
Separation chap3 多 离 简组 过捷分程计多分算级析分与
Processes chap4 多 离组的分严多格级计分算
in Chemical
chap6 分离过程的节能 chap7 膜分离和反应精馏
Engineering
第一章 绪论
设 pA*和 pB*分别为液体A和B在指定温度时的饱和蒸 气压，p为体系的总蒸气压
pA
p* A
xA
pB pB* xB pB* (1 xA )
p pA pB p*AxA pB* (1 xA )
§2.2 多组分物系的 泡、露点计算
§2.3 闪蒸过程的 计算
§2.1 相平衡
一、相平衡条件
相平衡：指混合物或溶液形成若干相，这些相保持着物 理平衡而共存的状态。
热力学角度：整个体系的熵 达到最大值，自由焓达到最小值 动力学角度：相间表观传递速率为零
相平衡条件： 1、各相的 温度T、压力 p及每一组分 i 的化学位
乙
醛
水
93% 产品
8 9 10
废水
废水
1-固定床催化反应器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-闪蒸塔；6-粗馏塔； 7-催化加氢反应器；8-脱轻组分塔；10-产品塔
涉及分离过程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10；闪蒸：4；分凝器：2
化工厂中分离设备投资约占 总投资的50～90％ ！！！
鲁西化工集团
为惰性组分）
若 B 不溶于 S 中，xB＝0， AB
最理想情况
3. 萃取
AB
kA kB
(xA (xA
xB )E xB )R
化工分离过程讲义(第6讲) - 武汉工程大学
一、汽液平衡常数与组成无关
Ki f (T , P)
已知闪蒸温度和压力，Ki值容易确定，所以联立
求解上述（2C+3）个方程比较简单。 具体步骤如下：
36
将E－方程：
代入M-方程：
yi Ki xi
i 1,2,...C
Fzi Lxi Vyi i 1,2,...C 消去yi ,得到：
Fzi Lxi VK i xi i 1,2,...C
（2-65）
通过闪蒸方程（2-71）求出汽化率后，由（2-67）和（2-68）式可 分别求出xi 和yi ，进而由总物料衡算式（2-64）可求出V 和 L，由热 量衡算式（2-65）可求出Q。
40
汽化率 的迭代：
设 初值，计算f()：
C
f ( )
(Ki 1)zi
0
i1 1 (K i 1)
（2-71）
的 泡点温度 2 精馏踏各板温度
的计算: 精馏塔板温度为上
升汽相的露点 温度,下降液相 的泡点温度
22
泡点温度和压力的计算
规定液相组成 x 和压力p（或温度T）， 计算汽相组成 y 和温度T（或压力p）。
已知： x 、p 计算： y 、T
泡点温度计算
已知： x 、T 计算： y 、p
泡点压力计算
23
化工分离工程
第6讲 多组分精馏过程
1
2
多组分精馏过程
多组分精馏过程分析
最小回流比 (Minmum Reflux Ratio)
最少理论塔板数和组分分配 实际回流比、理论板数、进料位置
3
第二章总结
2 单级平衡过程
一、学习目的与要求 通过本章的学习，要求正确理解相平衡热力学中的基本概念，掌
Ki f (T , P)
已知闪蒸温度和压力，Ki值容易确定，所以联立
求解上述（2C+3）个方程比较简单。 具体步骤如下：
36
将E－方程：
代入M-方程：
yi Ki xi
i 1,2,...C
Fzi Lxi Vyi i 1,2,...C 消去yi ,得到：
Fzi Lxi VK i xi i 1,2,...C
（2-65）
通过闪蒸方程（2-71）求出汽化率后，由（2-67）和（2-68）式可 分别求出xi 和yi ，进而由总物料衡算式（2-64）可求出V 和 L，由热 量衡算式（2-65）可求出Q。
40
汽化率 的迭代：
设 初值，计算f()：
C
f ( )
(Ki 1)zi
0
i1 1 (K i 1)
（2-71）
的 泡点温度 2 精馏踏各板温度
的计算: 精馏塔板温度为上
升汽相的露点 温度,下降液相 的泡点温度
22
泡点温度和压力的计算
规定液相组成 x 和压力p（或温度T）， 计算汽相组成 y 和温度T（或压力p）。
已知： x 、p 计算： y 、T
泡点温度计算
已知： x 、T 计算： y 、p
泡点压力计算
23
化工分离工程
第6讲 多组分精馏过程
1
2
多组分精馏过程
多组分精馏过程分析
最小回流比 (Minmum Reflux Ratio)
最少理论塔板数和组分分配 实际回流比、理论板数、进料位置
3
第二章总结
2 单级平衡过程
一、学习目的与要求 通过本章的学习，要求正确理解相平衡热力学中的基本概念，掌
化工分离过程
系数 ˆiL
( 7 ) 由 Ki ˆiL ˆiV 求取 Ki
例题
［例2-1］计算乙烯在311K和3444.2kPa下的汽液平衡常数 (实测值KC2=1.726)。
解： （1）理想气体+理想溶液
fˆiV pyi
fˆiL pis xi
Ks C2
yi xi
ps C2 p
9117.0 2.647 3444.2
溶质的活度系数基准态定义为：
xi
0,
* i
1
不对称型 标准化方法
ˆiV
相平衡常数：
Ki
yi xi
i fiOL ˆiV P
？求取液相活度系数
2、液相活度系数 i：
活度系数i由过剩自由焓GE推导得出：
Excess free energy:
c
G E f ( i ) ni RT ln i i 1
设 pA*和 pB*分别为液体A和B在指定温度时的饱和蒸 气压，p为体系的总蒸气压
pA
p* A
xA
pB pB* xB pB* (1 xA )
p pA pB p*AxA pB* (1 xA )
pB* ( p*A pB* )xA
（2）p-x-y 图
这是 p-x 图的一种，把液相组成 x 和气相组成 y 画在 同一张图上。A和B的气相组成 yA 和 yB 的求法如下：
对象： 处于不同相态 分离依据：利用两相平衡组成不等的原理
B、速率控制分离 包括：膜分离（如反渗透 RO、超滤 UF、微滤 MF ）；
场分离（如电泳） ； 对象： 处于同一相态 分离依据：利用各组分传质速度的差异
我们要重点掌握的是传质分离中的平衡分离
三、发展趋势 1）传统分离技术改造：
( 7 ) 由 Ki ˆiL ˆiV 求取 Ki
例题
［例2-1］计算乙烯在311K和3444.2kPa下的汽液平衡常数 (实测值KC2=1.726)。
解： （1）理想气体+理想溶液
fˆiV pyi
fˆiL pis xi
Ks C2
yi xi
ps C2 p
9117.0 2.647 3444.2
溶质的活度系数基准态定义为：
xi
0,
* i
1
不对称型 标准化方法
ˆiV
相平衡常数：
Ki
yi xi
i fiOL ˆiV P
？求取液相活度系数
2、液相活度系数 i：
活度系数i由过剩自由焓GE推导得出：
Excess free energy:
c
G E f ( i ) ni RT ln i i 1
设 pA*和 pB*分别为液体A和B在指定温度时的饱和蒸 气压，p为体系的总蒸气压
pA
p* A
xA
pB pB* xB pB* (1 xA )
p pA pB p*AxA pB* (1 xA )
pB* ( p*A pB* )xA
（2）p-x-y 图
这是 p-x 图的一种，把液相组成 x 和气相组成 y 画在 同一张图上。A和B的气相组成 yA 和 yB 的求法如下：
对象： 处于不同相态 分离依据：利用两相平衡组成不等的原理
B、速率控制分离 包括：膜分离（如反渗透 RO、超滤 UF、微滤 MF ）；
场分离（如电泳） ； 对象： 处于同一相态 分离依据：利用各组分传质速度的差异
我们要重点掌握的是传质分离中的平衡分离
三、发展趋势 1）传统分离技术改造：
化工分离工程 ppt课件
GiM, j L j1 xi, j1 V j1 yi, j1 F j zi, j ( L j U j ) xi, j
(V j G j ) yi, j 0
(i 1,2,, c) （(46-11）)
2.相平衡关系式GiE,（j 每一级有C个方程） — — E方程
xi,D Wxi,W
xi,W
n-C4 1500 0.366
0
0
n-C5 2475 0.605 25 0.004
n-C8 120 0.029 5880 0.996
合计 4095 1.000 5905 1.000
PPT课件
21
2. 相平衡计算
露点计算：
xi
yi, j Ki, j
1
有：(Kl, j
(i 1,2,, c) （(46-88）)
MESH方程全塔的个 数：N（2C+3）！
PPT课件
5
二、变量分析
总变量数NV：
3 股进料 Q、Gj、U j
G1、UN
串级
NV N[（3 C 2） 3] 2 1 N（3C 9） 1 设计变量数：N i N x Na
PPT课件
13
二、进料位置的确定
适宜进料位置： 完成分离任务理论板最少的进料位置
操 作 点 N
NF,OP
j板
PPT课件
进料板
14
进料位置的近似确定法：
R — —用精馏段操作线方程计算结果
S — —用提馏段操作线方程计算结果
从上向下计算(要求轻、重关键组分汽相浓度比值降低得越快
越好)：
(
yl, j yh, j
ABCD
化工分离技术 PPT课件
膜是具有选择性分离功能的材料， 利用膜的选择性分离实现料液的 不同组分的分离、纯化、浓缩的 过程称作膜分离。它与传统过滤 的不同在于，膜可以在分子范围 内进行分离，并且这过程是一种 物理过程，不需发生相的变化和 添加助剂。
1.微滤 具体涉及领域主要有：医药工业、 食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、 牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废 水、饮用水、生物技术、生物发酵等。 2.超滤 早期的工业超滤应用于废水 和污水处理。三十多年来，随着超滤技工业、生物制剂、 中药制剂、临床医学、印染废水、食品 工业废水处理、资源回收、环境工程等 众多领域。 （提醒）
• 与传统的制备色谱技术相比, SMB 采 用连续操作手段, 易于实现自动化操 作, 制备效率高, 制备量大, 大型模 拟移动床制备仪器每年制备量可达百 万吨级水平, 同时流动相的消耗量少, 因而在石油、精细化工、食品工业、 制药工业(特别是手性药物) 等诸多领 域发挥很大作用, 应用前景广阔。
模拟移动床技术的发展
国内模拟移动床分离技术的发展和应用
• 1.石化行业
• 国内引进的模拟移动床分离装置大部分采用美国 UOP公司的工艺技术及吸附剂。
• 2.糖醇食品行业
• 糖醇行业上, 模拟移动床分离装置可用于果糖与 葡萄糖分离; 木糖与阿拉伯糖分离; 麦芽糖醇与 多糖醇和山梨醇分离; 甘露醇与山梨醇分离; 甘 露糖与葡萄糖分离; 低聚果糖分离; 大豆低聚糖 与一糖二糖分离等。
膜分离技术
• 定义 • 工艺原理 • 技术特点 • 应用领域 • 发展与展望
膜分离技术是指在分子水平上不 同粒径分子的混合物在通过半透 膜时，实现选择性分离的技术
种类可分为：微滤膜（MF）超滤膜 （UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜 （RO）等
《化工分离工程》PPT课件
进料
溶质、盐 溶剂、水
推动力：压力差（1000～10000kPa） 传递机理：优先吸附毛细管流动溶解、扩散模型 膜类型：非对称性膜或复合膜
整理ppt
37
渗析（D）：
目的：大分子溶质溶液脱小分子，小分子溶质溶 液脱大分子。
进 料
扩散 液
净化液 接受液
推动力：浓度差
传递机理：筛分、微孔膜内的受阻扩散
透过物：小分子溶质或较小的溶质
萃取：5、6
结晶：10
整理ppt
目的产 物
18
总 结：
● 原料的净化与粗分
● 反应产物的提纯
● 药物的精制和提纯
● 精选金属的提取
● 食品除水、除毒、病毒分离、同 位数分离
● 三废处理
整理ppt
返回 19
1.1.2 分离过程在清洁工艺中的
地位与作用
清洁工艺：生产工艺和防治污染有机的结 合，将污染物减少或消灭在工艺过程中。
挥发度（ 蒸汽压） 有较大差
由催化裂化 装置主蒸塔 顶产物中回
出
热量（
别
收乙烷及较
L
ESA）
轻的烃。
萃
取
MSA
或 共
L或V
沸
精
馏
原料
相态 L：
汽、液 或汽液 L 混合物
液体溶剂（ MSA）或塔 釜加热（
ESA）
液体共沸剂 （MSA）或 塔釜加热（
ESA）
改变原溶 液的相对 挥发度
整理ppt
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。
整理ppt
9
实例3：Fe3+和Ti4+的分离实验（二）
化工分离工程 第一章绪论 课件
• 测试或检测用超纯标准品； • 混合物组成检测〔如DNA检测〕； •••
第11页，共24页。
按别离的规模分类
分析别离
• 规模小 • 定量分析
制备别离
• 规模小 • 研究用材料
工业别离
• 规模大 • 经济
例: 色谱别离
例: 离心别离
例: 精馏别离
化工厂中别离设备投资约占 总投资的50～90％ ！！！
反响〔催化〕精馏： 反响与精馏结合，提高别离效率；同时，借助精 馏手段，提高反响收率。
第18页，共24页。
膜反响器： 在反响的同时，利用膜的优良别离性能，选择 性的脱除产物，从而移动化学反响平衡，提高 反响的收率、转化率和选择性。
控制释放： 将药物或生物活性物质与膜结构相结合，使其以 一定的速度通过扩散等方式释放到环境中，从而 到达控制药物浓度，延长药效时间，减少服用量 和服用次数。
教材
第4页，共24页。
J D Seeder, E J Henley. Separation Process Principles. 化学工业出版社，2002年8月。
第5页，共24页。
分离过程
第1章 绪论
第2章 传质别离过程的热力学根底
第3章 气液传质别离过程
第4章 液液传质别离过程 第5章 传质别离过程的严格模拟计算
化工分离过程 Chemical Separation Processes
第1页，共24页。
第2页，共24页。
分离过程
Separation Processes
课程简介 先修课程：
物理化学、化工热力学、传递过程、化工 原理。
同时进行的课程： 化工工艺学、化工过程分析与模拟
教材：
第3页，共24页。
第11页，共24页。
按别离的规模分类
分析别离
• 规模小 • 定量分析
制备别离
• 规模小 • 研究用材料
工业别离
• 规模大 • 经济
例: 色谱别离
例: 离心别离
例: 精馏别离
化工厂中别离设备投资约占 总投资的50～90％ ！！！
反响〔催化〕精馏： 反响与精馏结合，提高别离效率；同时，借助精 馏手段，提高反响收率。
第18页，共24页。
膜反响器： 在反响的同时，利用膜的优良别离性能，选择 性的脱除产物，从而移动化学反响平衡，提高 反响的收率、转化率和选择性。
控制释放： 将药物或生物活性物质与膜结构相结合，使其以 一定的速度通过扩散等方式释放到环境中，从而 到达控制药物浓度，延长药效时间，减少服用量 和服用次数。
教材
第4页，共24页。
J D Seeder, E J Henley. Separation Process Principles. 化学工业出版社，2002年8月。
第5页，共24页。
分离过程
第1章 绪论
第2章 传质别离过程的热力学根底
第3章 气液传质别离过程
第4章 液液传质别离过程 第5章 传质别离过程的严格模拟计算
化工分离过程 Chemical Separation Processes
第1页，共24页。
第2页，共24页。
分离过程
Separation Processes
课程简介 先修课程：
物理化学、化工热力学、传递过程、化工 原理。
同时进行的课程： 化工工艺学、化工过程分析与模拟
教材：
第3页，共24页。
化工分离工程培训课件PPT(共 32张)
ij
xi1 xi2
/ /
x x
j1 j2
主要内容
第1章 绪论 第2章 精馏 第3章 吸收 第4章 液液萃取 第5章 分离过程的节能 第6章 其他分离技术和分离方
法的选择
第1章 绪论
1.1 概述 1.2 分离因子 1.3 过程开发及方法 1.4 分离方法的选择
第1章 绪论
基本要求： 1)了解分离操作在化工生产中的重要性; 2)熟悉分离过程的分类; 3)掌握分离因子的概念及意义; 4)了解分离方法的选择;
在天然药物（如中药等）生产现代化过程中， 超临界萃取、膜分离、先进的过滤、结晶、干 燥等分离技术有用武之地。
冶金工业
湿法冶炼中矿物浸取和萃取分离过程——溶剂 萃取法：
铀是在工业中第一个使用溶剂萃取法提取和纯 化的金属元素；
用溶剂萃取法从铜矿浸取液中提取铜，是二十 世纪七十年代，在湿法冶炼中取得的一项重要 成就；
处理均相混合物
（二）传质分离过程的分类
按物理化学原理的不同，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。
1.1 概 述
什么是分离过程？ 纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之， 混合物变成纯净物则需作功。
混合物 （气、液、固） 分 离 过 程
产品1 产品2 产品n
能量分离剂 ESA 物质分离剂 MSA
借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级 （Fractionalization）、浓缩（Concentration）、富集 （Enrichment）、纯化（Purification）、精制（Refining） 与隔离（Isolation）等的过程称为分离过程。
《化工分离工程》PPT课件-第3讲分离过程
描述系统的独立变量数可以由进出系统的物流和系统与 环境进行能量交换的情况确定具体的原则为： 环境进行能量交换的情况确定具体的原则为： 对一单相物流，其独立变量为： 对一单相物流，其独立变量为：
NV = C + 2
如果系统与环境有能量交换， 如果系统与环境有能量交换，则独立变量应该加上描述 能量交换的变量数， 一股热交换，又有一股功交换， 能量交换的变量数，如有 一股热交换，又有一股功交换， 则应该再加上两个设计变量， 则应该再加上两个设计变量，即：
1
确定装置变量郭氏原则
按每一股单相物流有（ 按每一股单相物流有（C+2）个变量， ）个变量， 计算进料物流所确定的固定设计变量。 计算进料物流所确定的固定设计变量。 确定装置中具有的不同压力的数目。 确定装置中具有的不同压力的数目。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 将串级单元数，分配器数， 将串级单元数，分配器数，侧线采出单 元数以及传热单元的数目相加为装置的 可调设计变量数。 可调设计变量数。
简单吸收塔的设计变量
N
设计变量 可以规定为: 可以规定为 固定设计变 量: 两股进 2C+4 料 每级压力 N 可调设计变 量 理论级数 1
该装置由N个绝热操作的简单平衡级构 该装置由 个绝热操作的简单平衡级构 因此有: 成,因此有 e 因此有
i
VN=D
LN+1=S
= 2c + 5
Nr = 1
N N-1 N-2 N-3
N V = C + 2 + 能量交换增加的变量数
独立变量之间约束关系
独立变量之间的约束关系包括： 独立变量之间的约束关系包括： 1 物料平衡关系（对C组分体系有 个） 组分体系有C个 组分体系有 2 能量平衡关系（对一个体系只有一个） 对一个体系只有一个） 3 相平衡关系（对C组分 相体系有 （ π+1）个） 组分π相体系有C（ 组分 ） 4 化学平衡关系（分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 5 内在关系 （指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等） 指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等）
NV = C + 2
如果系统与环境有能量交换， 如果系统与环境有能量交换，则独立变量应该加上描述 能量交换的变量数， 一股热交换，又有一股功交换， 能量交换的变量数，如有 一股热交换，又有一股功交换， 则应该再加上两个设计变量， 则应该再加上两个设计变量，即：
1
确定装置变量郭氏原则
按每一股单相物流有（ 按每一股单相物流有（C+2）个变量， ）个变量， 计算进料物流所确定的固定设计变量。 计算进料物流所确定的固定设计变量。 确定装置中具有的不同压力的数目。 确定装置中具有的不同压力的数目。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 将串级单元数，分配器数， 将串级单元数，分配器数，侧线采出单 元数以及传热单元的数目相加为装置的 可调设计变量数。 可调设计变量数。
简单吸收塔的设计变量
N
设计变量 可以规定为: 可以规定为 固定设计变 量: 两股进 2C+4 料 每级压力 N 可调设计变 量 理论级数 1
该装置由N个绝热操作的简单平衡级构 该装置由 个绝热操作的简单平衡级构 因此有: 成,因此有 e 因此有
i
VN=D
LN+1=S
= 2c + 5
Nr = 1
N N-1 N-2 N-3
N V = C + 2 + 能量交换增加的变量数
独立变量之间约束关系
独立变量之间的约束关系包括： 独立变量之间的约束关系包括： 1 物料平衡关系（对C组分体系有 个） 组分体系有C个 组分体系有 2 能量平衡关系（对一个体系只有一个） 对一个体系只有一个） 3 相平衡关系（对C组分 相体系有 （ π+1）个） 组分π相体系有C（ 组分 ） 4 化学平衡关系（分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 5 内在关系 （指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等） 指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等）
《化工分离工程》课件
分离过程优化
参数优化
新技术应用
通过调整工艺参数，如温度、压力、 流量等，优化分离过程，提高分离效 率和产品质量。
关注并引入先进的分离技术，如膜分 离、超临界流体萃取等，提高分离过 程的效率和降低能耗。
设备改进
针对现有设备的不足，提出改进措施 ，如改进塔内件、优化换热器等，提 高设备的分离性能和生产能力。
分离设备选型
根据分离流程的需要，选 择适合的分离设备，如蒸 馏塔、萃取塔、过滤器等 。
工艺流程设计
根据原料和产品的性质， 设计合理的工艺流程，确 保分离过程的效率和稳定 性。
能耗和效率分析
能耗分析
分析分离过程中的能耗来源，如热能 、电能等，并提出节能措施。
效率分析
评估分离过程的效率，包括分离效率 和生产效率，并提出提高效率的措施 。
02
蒸馏可以分为简单蒸馏、平衡蒸 馏和连续蒸馏等多种方式，适用 于从石油、天然气、煤等原料中 提取轻质烃、芳烃等。
萃取
萃取是利用不同物质在两种不混溶液体中的溶解度差异，将目标物质从一种溶剂 转移到另一种溶剂中。
萃取广泛应用于化工、制药、食品等领域，如从植物中提取天然色素、从海水中 提取铀等。
吸附
天然气工业
天然气的净化与分离，如天然 气脱硫、脱水等。
食品工业
食品的加工与分离，如果汁的 浓缩与提纯、乳制品的加工与 分离等。
石油工业
石油的分离与提纯，如石油裂 化、液化气分离等。
制药工业
药物的提取与分离，如中药的 提取、化学药物的合成与分离 等。
环保领域
废气、废水的处理与资源化利 用，如烟气脱硫脱硝、污水处 理等。
05
化工分离工程的实际应用案例
石油工业中的分离技术
化工分离工程01[1].ppt
![化工分离工程01[1].ppt](https://img.taocdn.com/s3/m/ded69ba9561252d381eb6e07.png)
●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；
●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℃
144.411 ﹣25.173
139.104 ﹣47.872
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：
教材：面向21世纪课程教材：
刘家祺.分离过程.北京:化学工业出版社, 2002
主要参考书: 陈洪钫,刘家祺.化工分离过程.北京:化学
工业出版社, 1995。 吴俊生，邓修 等编著，分离工程，华
东化工学院出版社，1992。 郁浩然 主编，化工分离工程，中国石
油出版社，1992。
返回
第一章 绪 论
345 6 7
乙
醚
水
93% 产品
8 9 10
废水
废水
1-固定床催化反应器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-闪蒸塔；6-粗馏塔； 7-催化加氢反应器；8-脱轻组分塔；10-产品塔
涉及分离过程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10；闪蒸：4
例2：二甲苯生产
放
混合二甲苯 循环混合二甲苯
3
H2
空
轻烃类 非芳烃
● 原料的净化与粗分
● 反应产物的提纯
● 药物的精制和提纯
● 精选金属的提取
● 食品除水、除毒、病毒分离、同 位数分离
● 三废处理
返回
1.1.2 分离过程在清洁工艺中的 地位与作用
●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；
●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℃
144.411 ﹣25.173
139.104 ﹣47.872
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：
教材：面向21世纪课程教材：
刘家祺.分离过程.北京:化学工业出版社, 2002
主要参考书: 陈洪钫,刘家祺.化工分离过程.北京:化学
工业出版社, 1995。 吴俊生，邓修 等编著，分离工程，华
东化工学院出版社，1992。 郁浩然 主编，化工分离工程，中国石
油出版社，1992。
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第一章 绪 论
345 6 7
乙
醚
水
93% 产品
8 9 10
废水
废水
1-固定床催化反应器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-闪蒸塔；6-粗馏塔； 7-催化加氢反应器；8-脱轻组分塔；10-产品塔
涉及分离过程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10；闪蒸：4
例2：二甲苯生产
放
混合二甲苯 循环混合二甲苯
3
H2
空
轻烃类 非芳烃
● 原料的净化与粗分
● 反应产物的提纯
● 药物的精制和提纯
● 精选金属的提取
● 食品除水、除毒、病毒分离、同 位数分离
● 三废处理
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1.1.2 分离过程在清洁工艺中的 地位与作用
《化工分离工程》PPT课件
2）使截留率下降 3）XAi高于溶解度时，会出现沉淀，使膜阻力增加。
减轻浓差极化的有效途径： 提高传质系数
方法：增加料液流速；增加湍流速度；提高 温度；清洗膜面。
整理ppt
20
反渗透过程通量与下列 △P —△ )↑
但能耗大。应选择适当的 △P (2)操作温度:T
T ↑,使纯水的透过系数A ↑,J ↑ 但受膜耐温所限。
(3)料液流速 流速大,传质系数大。 但溶质的渗透通量JA大。
整理ppt
21
（4）料液的浓缩程度
浓缩程度高，水回收率高。 但：① 有效压差小； ② 污染膜。
（5）膜材料与结构
（主要研究方向）
整理ppt
22
四、反渗透过程工艺流程与计算 1. 一级一段连续式
盐水
淡化水流
膜
整理ppt
10
（3）管式膜具
透过液
中心分布管
料液
浓缩液
纤维束管
整理ppt
11
7.1.2 反渗透
透过：溶剂 截留：水中无机离子、胶体物质、大分子溶液 应用： 海水、苦咸水淡化； 废水处理； 锅炉用水软化； 乳品、果汁浓缩； 生产产品、生物制剂的分离、浓缩。
整理ppt
12
一、基本原理 盐水溶液：
M1 — 料液侧表面膜中 M2 — 渗透液侧表面膜中 DMA — 膜中A的有效扩散系数
x — 摩尔分率 A — 溶质
—膜厚度
整理ppt
18
三、浓差极化
xMAi xAi
xMA2
xA1
xA2 xAixA1
传质方向
溶质在膜表 面附近积累
这种现象为浓差极化
整理ppt
19
浓差极化对过程的不利影响：
减轻浓差极化的有效途径： 提高传质系数
方法：增加料液流速；增加湍流速度；提高 温度；清洗膜面。
整理ppt
20
反渗透过程通量与下列 △P —△ )↑
但能耗大。应选择适当的 △P (2)操作温度:T
T ↑,使纯水的透过系数A ↑,J ↑ 但受膜耐温所限。
(3)料液流速 流速大,传质系数大。 但溶质的渗透通量JA大。
整理ppt
21
（4）料液的浓缩程度
浓缩程度高，水回收率高。 但：① 有效压差小； ② 污染膜。
（5）膜材料与结构
（主要研究方向）
整理ppt
22
四、反渗透过程工艺流程与计算 1. 一级一段连续式
盐水
淡化水流
膜
整理ppt
10
（3）管式膜具
透过液
中心分布管
料液
浓缩液
纤维束管
整理ppt
11
7.1.2 反渗透
透过：溶剂 截留：水中无机离子、胶体物质、大分子溶液 应用： 海水、苦咸水淡化； 废水处理； 锅炉用水软化； 乳品、果汁浓缩； 生产产品、生物制剂的分离、浓缩。
整理ppt
12
一、基本原理 盐水溶液：
M1 — 料液侧表面膜中 M2 — 渗透液侧表面膜中 DMA — 膜中A的有效扩散系数
x — 摩尔分率 A — 溶质
—膜厚度
整理ppt
18
三、浓差极化
xMAi xAi
xMA2
xA1
xA2 xAixA1
传质方向
溶质在膜表 面附近积累
这种现象为浓差极化
整理ppt
19
浓差极化对过程的不利影响：
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由状态方程法或活度系数法求取Ki ：
Ki
ˆiL ˆiV
（2-14）
Ki
yi xiiFra bibliotekPis
s i
ˆiV P
exp
viL
(
P RT
Pi
s
)
（2-35）
20
开始
活
度
输入P，x及有关参数
系
数 法
设T并令ˆiV＝1，作第一次迭代 Y
种同时应用。 7 速率分离过程的机理是利用溶液中不同组分在某种（ 推动力）
作用下经过某种介质时的（ 传质速率 ）的差异而实现分离。
9
1.3 相平衡常数的计算
相平衡条件（准则）： 各相的温度、压力相同，各相组分的逸度也相等。
T T T ...... P P P ......
fˆi fˆi fˆi ......
Ki
Pi s P
Ki
f iOL
f
V i
不存在
Ki
i Pis
P
Ki
i f iOL
f
V i
Ki
i f iOL ˆiV P
13
1.4 泡点、露点计算
泡点温度为在一定压力的条件 下升高温度，当出现第一个气 泡时的温度，泡点压力系指在 一定温度下降低压力，当出现 第一个气泡时的压力。
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。
化工分离过程
Chemical Separation Processes
第一章 绪论 第二章 单级平衡过程 习题课
1
习题课
2
习题课大纲
1 重要知识点回顾 2 思考题 3 自由交流环节
习题2-1（刘旦主讲） EXCEL工具的应用（余丽主讲） 4 EXCEL应用举例
3
1 重要知识点回顾
1.1 分离操作在化工生产中的重要性 1.2 传质分离过程的分类和特征 1.3 相平衡常数的计算：状态方程法，活度系数法 1.4 泡点、露点计算
16
1.4 泡点、露点计算
②相对挥发度法
根据相对挥发度的定义：
i
Ki Kk
yi i • Kk • xi
Ki i • Kk
（2-52）
由于
yi Kk •i • xi 1
式（2-52）两边分别除以∑yi后可得出：
yi
i xi i xi
又∵
Ki • xi 1 ∴
Ki Kk
科
专业基础理论及专业
化学反应工程
专业课程体系
化工热力学 化工分离过程
化工系统工程
7
1.2 传质分离过程的分类和特征
1 分离过程是将一种混合物转变为组成（ 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。
3 分离作用是由于加入（ 分离剂 ）而引起的，因为分离过程是 （熵减过程）。
4 传质分离过程用于各种（均相）混合物的分离，其特点是有 （ 质量传递 ）现象发生。按所依据的物理化学原理不同， 工业上常用的传质分离过程又可分为（ 平衡分离过程 ）和 （速率分离过程）。
8
1.2 传质分离过程的分类和特征
5 平衡分离过程是借助（分离媒介 ）使（均相）混合物形成 （两相 ），以混合物中各组分（在处于平衡的两相中分布不同） 为依据实现混合物分离的过程。 6 分离剂可以是（ 能量ESA ）或（ 物质MSA），有时也可两
Ki
yi xi
ˆiL ˆiV
（2-14）
活度系数法：
Ki
yi xi
i f iOL ˆiV P
（2-17）
Ki
yi xi
i
Pi
s
s i
ˆiV P
exp
viL
(
P RT
Pi
s
)
（2-35）
12
1.3 相平衡常数的计算
汽液平衡系统分类及汽液平衡常数的计算：
液相 汽相
理想溶液
实际溶液
理想气体 理想溶液 实际气体
10
1.3 相平衡常数的计算
汽液相平衡关系
fˆiV fˆi L
将逸度和实测压力、温度、组成等物理量联系起来，引入 逸度系数和活度系数。
ˆiV fˆiV / yi p
L i
fˆi L
/ xi
f i OL
ˆiL fˆiL / xi p
V i
fˆiV
/
yi
fiOV
11
1.3 相平衡常数的计算
状态方程法：
产品的加工
化工厂中分离设备投资约 占总投资的50～90％ ！！！
5
1.1 分离操作在化工生产中的重要性
6
1.1 分离操作在化工生产中的重要性
基础理论体系
无机化学,有机化学,物理化学,分析化学, 生物化学,高等数学,工程数学,物理学等
化
学
化学动力学及热力学
工
程
专业基础理论体系
化工原理
学
化工传递过程
xi
i xi
1 Kk
∴ Kk
1
i xi 17
1.4 泡点、露点计算
计算方法： 设T=98℃（离泡点不远）
1
Kk ik xi
得到PiS
PkS Kk P
ik
Pi S PkS
安托尼公式
P28 例2-3
T泡
18
1.4 泡点、露点计算
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）
（1）泡点计算：在一定P（或T）下，已知xi，确定Tb（或 Pb）和yi。 （2）露点计算 1.5闪蒸过程的计算：给定物料的量与组成，计算在一定P 和 T下闪蒸得到的汽相量与组成，以及剩余的液相量与组成。
4
1.1 分离操作在化工生产中的重要性
化学反应过程
化工生产核心
化工过程
原料的预处理
物理处理过程 （单元操作）
P, x1, x2 ,xc
15
1.4 泡点、露点计算
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
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
Kixi
|f(T) |=|Kixi-1 |≤
N Y
T=T设，yi= Kixi
泡点计算： 泡点方程： Ki xi 1
目标函数形式： f T c Ki xi 1 0 i 1
求导式：
f
T
c i 1
xi
dKi dT
f tK
按Newton迭代式导出式： t(K 1) t(K )
f tK 19
1.4 泡点、露点计算
2. 平衡常数与组成有关的泡点温度计算
Ki f T , P, x, y
14
1.4 泡点、露点计算
泡点、露点的计算类型
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） 求解量
P, x1, x2 ,xc1 T , x1, x2 ,xc1 P, y1, y2 ,yc1 T , y1, y2 ,yc1
T , y1, y2 ,yc P, y1, y2 ,yc T , x1, x2 ,xc