分离工程

第一章.绪论和吸收1.几种物质混合在一起是自发过程，熵增加的过程。

分离是混合的逆过程，熵减过程，需要在分离设备中添加分离剂，（分为能量分离剂和质量分离剂）。

2.分离因子（根据实际产品组成）是表示任一分离过程所达到的分离程度，a sij =(x i1/x j1)/(x i2/x j2),若其=1表示组分i 和j 之间不能被分离；若>1表示i 富集于1相，j 富集于2相；若<1表示i 富集于2相，j 富集于1相。

固有分离因子（根据气液相平衡组成），a ij =(x i /x j )/(x i /x j )。

气液相物系的最大分离程度又称为理想分离因子。

将实际分离设备所能达到的分离因子和理想分离因子之间的差别用板效率来表示，板效率= a sij / a ij 。

处于气液相平衡状态的分离程度是固有分离因子。

3.分离过程的分类，按照分离过程中有无物质传递现象发生，分为机械分离过程（非均相混合物）和传质分离过程。

传质分离过程按所依据的物理化学原理不同又分为平衡分离和速率分离；平衡分离利用两相平衡组成不等的原理，包括气液、汽液、液液、液固、气固传质分离，并把其它影响归纳于效率中。

速率分离（同相）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差异而实现分离，包括膜分离、场分离。

平稳分离的过程是（吸收，萃取）。

4.分离工程研究内容：研究和处理传质分离过程的开发和设计中遇到的工程问题，包括适宜的分离方法的选择，分离流程和操作条件的确定和优化。

5.绿色分离工程是指分离过程绿色化的工程实现，通过对传统分离过程进行改进、优化，使过程对环境的影响最小甚至没有等途径，也要利用开发及使用新型的分离技术，如超临界技术、膜分离技术等。

6.分离过程的开发方法有逐级经验放大法、数学模型法等。

7.在计算吸收设备时，需要对吸收组分作气、液两相的物料衡算，所得出在气、液相浓度的关系式称为操作线方程。

另外还须求得两相的相平衡方程式。

把操作线方程的斜率与相平衡方程的斜率之比定义为吸收因子，其值反映吸收过程的难易程度。

对于一个四块板的吸收塔，总吸收量的80%是在塔顶釜两块板完成的。

吸收剂的再生常采用的是：用蒸汽或惰性气体的蒸出塔、用再沸器的蒸出塔、用蒸馏塔。

8.吸收过程发生的条件为溶质由气相溶于液相P i ＞P i *,y i ＞y i *，用于吸收过程的相平衡关系可表示为L = AV ，在温度降低、压力升高操作下有利于吸收，吸收过程在塔釜的限度为iN xiK iN y ,,1≥+，它决定了吸收液的该组分的最大浓度。

吸收过程在塔顶的限度为i xi K iy ,0,1≤，它决定了吸收剂中自身夹带。

吸收过程只有在贫气吸收的条件下，才能视为恒摩尔流。

吸收过程计算各板的温度采用热量衡算来计算，而其流率分布则用简捷计算来计算。

对多组分吸收，当吸收气体中关键组分为重组分时，可采用吸收蒸出塔的流程。

吸收有1个关键组分，因为是单向传质；精馏有b 个关键组分，因为是双向传质。

解吸收因子定义为S’= VK / L，由于吸收过程的相平衡关系为V = SL 。

吸收剂的再生：用蒸汽或惰性气体的蒸出塔、用再沸器的蒸出塔、用蒸馏塔。

在板式塔的吸收中，平衡常数小的组分是（易）吸收组分，主要在塔内（底）板被吸收；平衡数大的组分是（难）吸收组分，主要在塔内（顶）板被吸收。

9.图解梯级法计算多组分吸收过程的理论板数，假定条件为（三组分物系中，x A 与x S 的比值与共沸物中组分A 与组分B 的相对量一样），因此可得出（αAB ,αSB ）的结论。

10.吸附负荷曲线是以（距床层入口的距离）横坐标，以（吸附剂中吸附质的浓度）为纵坐标绘制而成的，是分析（吸附剂）得到的。

吸附特点：吸附溶量小、吸附剂用量大，设备比较庞大；吸附剂的运输、装料、卸料较困难；吸附剂不容易找到，吸附理论不完善。

第二章.多组分分离基础1.设计变量数Nv ：设计过程需要指定的变量数，等于独立变量总数与约束数的差。

独立变量数Ni ：描述一个过程所需的独立变量的总数。

约束数Nc ：变量之间可以建立的方程的数目及已知的条件数目。

Ni=Nv-Nc 。

设计变量分为固定设计变量与可调设计变量，回流比是可调设计变量。

2.相平衡：混合物所形成的若干相保持物理平衡而共存的状态。

热力学上看——物系的自由焓最小，动力学来看——相间表观速率为零。

相平衡条件（准则）：各相的温度、压力相同， 每一组分各相的化学位、逸度相等（热平衡、机械平衡、物理化学平衡）。

汽液相平衡是处理汽液传质分离过程的基础。

相图主要用来表示两元或三元系统的相平衡关系，包括恒压下的 t -x 图和 y -x 图,恒温下的 p -x 图。

相平衡关系表示方法有：相平衡关系法、相平衡常数法（状态方程法和活度系数法）、相对挥发度法。

3.根据相平衡条件得出汽液平衡关系：，为把逸度和实测压力、温度、组成等物理量联系起来，引入逸度系数和活度系数。

还定义了相平衡常数：K i =y i /x i 。

定义了相对挥发度：。

当混合物在一定的温度、压力下，满足（1,1∑>∑>iii i K z z K ）条件即处于两相区，可通过（物料平衡和相平衡）计算求出其平衡汽液相组成。

4.五类汽-液平衡系统：完全理想系(气相为理想气体，液相为理想溶液)、（气相为理想气体，液相为非理想溶液）、理想系(气相为理想溶液，液相为理想溶液)、（气相为理想溶液，液相为非理想溶液）、完全非理想系(气相为实际气体，液相为非理想溶液)。

5.泡点温度(压力):在恒压(温)下加热液体混合物,当液体混合物开始气化出现第一个气泡时的温度(压力), 简称泡点。

露点温度(压力):在恒压(温)下冷却气体混合物,当气体混合物开始冷凝出现第一个液滴时的温度(压力), 简称露点。

精馏塔塔顶温度即为对应塔顶汽相组成的露点。

6.单级平衡：原料经过分离设备后，假设物系在出口处汽、液两相达到了平衡,由于平衡的两相组成不同而实现分离的过程，其分离效果相当于一块理论级。

闪蒸又称平衡蒸馏,是连续、稳态的单级蒸馏过程,该过程使进料混合物经加热、冷却或降压部分汽化或冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体,即一个平衡级过程。

有等温闪蒸和绝热闪蒸。

普通精馏塔中的平衡级就是一简单绝热闪蒸级。

7.怎样判断混合物在T ，P 下的相态，若为两相区其组成怎样计算？ 答：对进料作如下检验。

= 1 B T T = 进料处于泡点，0=νi i Z k ∑ > 1 T>B T 可能为汽液两相区，ν>0< 1 T <B T进料为过冷液体，= 1 D T T = 进料处于露点，1=νiik Z ∑> 1 T <D T 可能为汽液两相区，ν<1< 1 T >D T 进料为过热蒸汽计算时，所指定的温度应在泡露点温度之间，这样才会出现汽液两相，否则只会是单相不必进行等温闪蒸的计算。

只有)(i i k Z ∑> 1和i i Z k ∑< 1时，混合物始处于汽液两相区（0<ν<1），需要进行等温闪蒸的计算。

8.简述绝热闪蒸计算的计算方法。

作图法思路：先假设一个2t （2t 应在B D T T 与之间），这样可按闪蒸来计算产生的汽液两相组成和量，即得出v T-关系，闪蒸曲线，然后再由进出料热焓相等的原则来校核2t ，即等焓平衡线，交点为2t ，v 。

⑴闪蒸曲线（v T -曲线）试差求2P 下的B D T T ,；在B D T T ,之间设22,t t '''…，试差求21,v v …。

⑵等焓平衡线在上述B D T T ,之间所设22,t t '''…下，由求出的ii y x ,并根据22,T P 查出iLiV H H ,，求出LV H H ,，LV L H H H H v --=1*1b 、作*2v T -等焓平衡线，交点即为2t ，v ，由此求出i i y x L V ,,,手算或计算机计算思路：−→−-y HH i i R N TT P L V 122,21,12迭代设结束调整T 29.闪蒸--闪蒸过程计算方程MESH ，M 物料衡算关系；E 相平衡关系；S 摩尔疯子加和式；H 热量平衡式。

流量加合法在求得ijx 后，由（H 相平衡关系）方程求jV ，由（S摩尔分率加和式）方程求jT 。

在多组分精馏中塔顶温度是由（露点）方程求定的；塔底温度是由（泡点）方程求定的。

10.蒸特点：等焓过程，节流后压力降低，发生汽化现象，汽化要吸收热量，由于是绝热过程，只能吸收本身的热量，故体系的温度降低。

在多组分精馏中塔顶温度是由（露点）方程求定的；塔底温度是由（泡点）方程求定的。

第三章.精馏1.精馏是利用混合物中各组分的相对挥发度不同，采用液体多次部分汽化，蒸汽多次部分冷凝等汽液间的传质过程，使汽液相间浓度发生变化，并结合应用塔顶冷凝液部分回流、塔釜溶液部分汽化，还利用再沸器、冷凝器等和精馏塔（精馏段、提馏段）相关的设备，使各组分分离。

2.在设计或操作控制中，有一定分离要求，且在塔顶、塔釜都有一定数量的组分称为关键组分，否则为非关键组分。

轻关键组分（LK ）指在塔釜液中该组分的浓度有严格控制，并在进料液中比该组分轻的组分及该组分的绝大部分应该从塔顶采出。

重关键组分(HK)和此相反。

因此精馏塔的任务就是保证：LK 尽量多地进入塔顶镏出液，HK 塔釜。

多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。

3.塔顶、塔釜同时出现的组分分为分配组分，只在塔顶或塔釜出现的组分为非分配组分。

关键组分必定是分配组分。

而非关键组分不一定是非分配组分。

在多组分精馏计算中为了给严格计算提供初值，通常用清晰分割或非清晰分割法进行物料预分布。

非清晰分割法假设各组分在塔内的分布与在全回流时分布一致。

清晰分割可以用物料衡算求得塔顶、塔釜物流的量和组成，非清晰分割则需要估算。

精馏塔计算中每块板由于（组成）改变而引起的温度变化，可用（泡露点方程）确定。

4.恒沸精馏是在原溶液中添加恒沸剂S使其与溶液中至少一个组分形成最低（最高）恒沸物，以增大原组分间相对挥发度差的非理想溶液的多元精馏，形成的恒沸物从塔顶（塔釜）采出，塔釜（塔顶）引出较纯产品，最后将恒沸剂与组分分离。

恒沸物是指在一定压力下，气液相组成与沸腾温度始终不变的这一类溶液。

最低沸点恒沸物，压力降低是恒沸组成中汽化潜热（小）的组分增加；压力升高时，恒沸物组成中摩尔气化潜热大的组分增大。

若为最高沸点恒沸物，则组分的无限稀释活度系数与饱和蒸汽压的关系式为（∞∞21121γγSPSP）。

恒沸物组成是指在某一定压力下的，不同压力下恒沸物的组成。