化工分离过程课件陈洪钫,刘家祺编第二章单级平衡过程

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化工分离过程胡大乔第2章单级平衡过程2

b0.08R 6c7 T pc
范围进行比较。
Soave-Redlich-Kwong (SRK or RKS)
p RT a
Vb V(Vb)
0 .5 1 ( 1 T r 0 .5 )0 .4 ( 1 8 .50 7 0 .1 42 7 ) 6
a0.42R 72T 8 c52 pc
b0.08R 6c7 T pc
ˆ iL ˆ Vi
应用状态方程分别计算汽、液两相的逸度系数。
2.1.1 汽液平衡 Vapor-liquid equilibria
At vapor-liquid equilibrium, fˆiV fˆiL
Activity coefficient of i species in a liquid phase is defined by:
equal to its partial pressure, pi yi p .
Dalton’s law
2.1.1 汽液平衡 Vapor-liquid equilibria源自Case 3---真实混合物
用逸度系数或活度系数计算逸度
For a real mixture, partial fugacity coefficients are defined by
Van der waals方程：
V t3 (b R P )V T t2 a p V t a p b 0 1
——a、b为Van der waals常
数
混合物：
纯组分i：
ai 27R2Tc2,i
64Pc,i
bi RTc,i 8Pc,i
c
a ( yi i1
c
b yibi i1
i
fˆi L xi fˆi 0 L

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

《化工分离工程》PPT课件-第4讲分离过程

y i = K i xi
C
i = 1,2,..., C
C
（2）摩尔分率加和方程： 2个摩尔分率加和方程：
∑x
i =1
i
= 1 .0
∑y
i =1
i
= 1.0
2C＋ 2C＋2 C个
（3）汽液平衡常数关联式：汽液平衡常数关联式：
Ki = f (T , P, x, y)
i = 1,2,...,C
变量数：变量数：
泡点和露点计算在设计计算中应用
精馏塔各级温度确定
泡点和露点计算在设计计算中应用
精馏塔操作压力的选择
① 塔顶蒸汽的冷凝温度和釜液的沸腾温度 ② 对组分相对挥发度的影响 ③塔的造价和操作费用 ④对传质效率的影响
计算出发点：计算出发点：
单级汽液平衡系统，单级汽液平衡系统，汽液相具有相同的温度T和压力p，组分的液相组成与汽相组成成平衡关系。组分的液相组成与汽相组成成平衡关系。（1）相平衡方程：相平衡方程：计算方程： C个
( new )
yi
yi(old ) = (old ) ∑ yi
（3）判断收敛的准则或者是温度的调节方案直接）关系到收敛速度和稳定性。关系到收敛速度和稳定性。
二、泡点压力的计算
仍然依据的是泡点方程：仍然依据的是泡点方程：
f ( p ) = ∑ K i xi − 1 = 0
i =1 C
当汽相为理想气体，液相为理想溶液时：当汽相为理想气体，液相为理想溶液时：
f (T ) = ∑ K i xi − 1 = 0
i =1 C
泡点温度计算
泡点压力计算
一、泡点温度的计算
1. Ki与组成无关：与组成无关：泡点方程：泡点方程：假定T 假定

化工分离过程讲义

“预防优于治理”的方针，同时又降低了原材料和能源的消耗，提高企
业的经济效益，是保护生态环境和经济建设协调发展的最佳途径。因此
清洁工艺是一种节能、低耗、高效、安全、无污染的工艺技术。就化学
工业而言，清洁工艺的本质是合理利用资源，减少甚至消除废料的产生。
化学工业是工业污染的大户，化工生产所造成的污染来源于：
•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。
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化工分离过程讲义
•分离过程在工业生产中的地位和作用
• 事实上，在医药、材料、冶金、食品、生化、原子能和环保等领域也都广泛地应用到分离过程。例如，药物的精制和提纯；从矿产中提取和精选金属；食品的脱水、除去有毒或有害成分；抗菌素的净制和病毒的分离；同位素的分离和重水的制备等都离不开分离过程。 • 随着现代工业趋向大型化生产，所产生的大量废气、废水、废渣更需集中排放。对各种形式的流出废物进行末端治理，使其达到有关的排放标准，不但涉及物料的综合利用，而且还关系到环境污染和生态平衡。如原子能废水中微量同位素物质，很多工业废气中的硫化氢、二氧化硫、氧化氮等都需妥善处理。近年来，由于能源紧张，石油提价，对分离过程的能耗要求越来越苛刻，随之对设备性能要求也越来越高。分离技术的应用越来越得到人们的高度重视。
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化工分离过程讲义

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

化工分离过程第二章

(2) 逸度与组成的关系气相逸度与气相组成yi的关系为：
fˆiV
fi0V
V i
yi
Pi0V
V i
yi
PˆiV yi
式中：fi0V 在系统温度和压力下纯组分i的气相逸度 γiV 组分i的气相活度系数 φi0V在系统温度和压力下，纯组分i的气相逸度系数 φiV 在系统温度和压力下，组分i的气相分逸度系数且
ˆiL
i0L
L i
平衡时，汽液两相逸度相等，通过平衡常数Ki的定义式可求出相平衡常数。
10
1. 汽液平衡关系（Vapor-liquid phase equilibrium）
fˆiV fˆi L
(2-4)
引入逸度系数：
ˆ i
，汽相中组分i的逸度系数 ˆ Vi 定义为
ˆ iV fˆiV / yiP
ZM
PVt RT
RT (Vt b
a Vt2
)Vt
RT
Vt Vt
b
a RTVt
2
④计算汽相逸度系数
将（2—15）积分后代入以上结果：
ln
) i
bi Vt b
ln[ZM
(1
b Vt
)]
2 aai RTVt
3
25
⑤用xi代替yi，按照②～④步骤求各组分的液相逸度系数
⑥由式（2-14）求Ki值。
fi L
Pi S iS
exp[ViL (P PiS )] RT
（2-21）
33
由式（2—21）可知，纯液体i在T、P下的逸度等于饱和蒸汽压乘以两个校正系数。
S i
为校正处于饱和蒸汽压下的蒸汽对理想气体的偏离，
而指数校正项也称普瓦廷（Poynting）因子，是校正压

分离过程-第2章单级平衡过程

⎟⎞dP ⎠
（2-20）
对气、液、固组分均适用。
纯液体组分i的逸度：
∫ ∫ ln fiL P
=
1 RT
⎡ ⎢⎣
Pis 0
⎜⎛ ⎝
vi
−
RT P
⎟⎞dP ⎠
+
P pis
⎜⎛ ⎝
vi
−
RT P
⎟⎠⎞dP⎥⎦⎤
=
ln φis
+
viL (P − RT
Pis )
−
ln
P Pi s
纯组分i在一定温度的饱纯液体组分i在系统温度下
第2章单级平衡过程
?
2.1 相平衡
所谓相平衡指的是混合物或溶液形成若干相，这些相之间保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。从动力学来看，相间表观传递速率为零。
2.1.1 相平衡关系
一、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′′′ = ......
泡点方程：
C
f (T ) = ∑ Ki xi
−1= 0
i =1
假定T 已知P 得到Ki 调整T
ΣKixi
f(T)=|ΣKixi-1 |<ε
no yes
T，yi
（1）温度T初值的选定
取纯物质的沸点作为温度的迭代初值。
（2） Ki值的获得
1）p-T-K图（烃类物系） 2）简化表达式： K i = Pis / P 3）经验关系式
⎣
viL
(
P− RT
Pi
s
)
⎤ ⎥ ⎦

《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）

第2章单级平衡过程化学分离工程讲解

yi
ij
yj xj
xi

Ki Kj
(2-13)
8
END
2.1.2 汽液平衡常数的计算
一、状态方程法
由2-8式得方法模型：k i 其中：
yi
xi
ˆL i
ˆ V (2-14) i
L ˆ i
和
V ˆ i
由状态方程计算。
ˆL 和 ˆV 表达式：由P-V-T关系计算 i i
i i
f ioI iII xiII f ioII
(2-12)
２、相平衡常数法相平衡常数的定义式：
Ｋi yi x i
对精馏、吸收而言， Ki 称为汽液平衡常数；对萃取而言， Ki 称为液液平衡常数（分配系数）。３、分离因子法
定义：
s ij
xi 1 x j 1 xi 2 x j 2
26
2.2 Calculation about Bubble-point and
(2-15) 计算逸度系数的普遍化公式
9
(2-16)
2.1.2 汽液平衡常数的计算
只要知道状态方程，代入（2-15、2-16）就可以 ˆ 求逸度系数 i 不同的状态方程或同一状态方程采用不同的混合规
则，逸度系数的表达式不同！
状态方程选择原则：
选择既适用于汽相又适用于液相的状态方程。常用方程：RK、SRK、PR、BWRS等方程。适用条件：中压、液相非理想性不是很强的烃类系统。

(2-35)
(1)汽相为理想气体，液相为理想溶液（完全理想系）活度系数、逸度系数为1，指数因子近似为1，所以 Ki = PiS/P (2-36) Ki=f(T,P) 适用物系：P<200kPa、分子结构相似的物系 (苯-甲苯) (2)汽相为理想气体，液相为非理想溶液逸度系数为1，指数因子近似为1，所以 Ki=γi PiS/P (2-38) Ki=f(T,P,xi) 适用物系：低压下，分子结构相差不大组分溶液（醇、醛、 22

化工分离过程(2单级平衡过程)(第4讲)

28
2.3.1等温闪蒸和部分冷凝过程
④ 计算汽、液相产量V和L： V=ΨF=202.5kmol/h，L=(1-Ψ)F=297.5kmol/h ⑤ 利用下式计算汽、液相组成y和x：
yi
成分汽相组成yi 液相组成xi
K i zi ( K i 1) 1
乙烷(1) 0.1512 0.0315
c个 2c＋3
i 1, 2 ,... c
（3）摩尔分率加和式—S方程： 2个

c
xi 1
i 1

c
yi 1
i 1
（4）热量平衡式— H方程： 1个
FH
F
Q VH
V
LH
L
10
2.3 闪蒸过程的计算
闪蒸过程的设计变量
变量数： 3c+8个（F,TF ,PF ,T,P,V,L,Q,zi ,yi ,xi）
z 1 0 . 08
z 2 0 . 22
z 3 0 . 53
z 4 0 . 17
试计算汽、液相产品的流率和组成。
26
2.3.1等温闪蒸和部分冷凝过程
① 利用P-T-K图查得： K1=4.80，K2=1.96，K3=0.80，K4=0.33
② 验证料液的泡点和露点：泡点验证：
K
i 1
约束方程总数：
2c+3个
需规定变量数(设计变量)：c＋5个
其中进料变量数 (固定设计变量)：
(可调设计变量)：
c+3个 2个
（F,TF ,PF ,zi ）
11
2.3 闪蒸过程的计算
根据2个可调设计变量的规定方法可将闪蒸计算分为如下五类：规定变量
P,T P,Q=0 P,Q≠0 P,L(或ψ)