《化工分离工程》课件第3讲分离过程.ppt
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化工分离过程PPT课件
B 交错采出的逆 C 序流程
D
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C个组分，采用C-1个塔，分离序数为：
SC
C 1
S j SC j 或：SC
i1 (6 28)
[（2 C 1）]！ C！(C 1)!(6
29)
用（6—28）或（6—29）计算结果列入表6—2。
对于特殊精馏： 例萃取精馏：加质量分离剂，且数目多。
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返回
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返回
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6.2.4 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏 1. 使操作向可逆精馏方向趋近 2. 采用中等温度的再沸器和冷凝器 图6—13 SRV蒸馏
特点：沿全塔布置的换热元件能大大降低塔 顶、塔釜负荷
提馏段：蒸汽流率自下而上稳定增加 精馏段：液体回流量自上而下稳定增加
出
n j[ xi, j ln（ i, j xi, j )] （6 11）
进
二元混合物分离成纯组分：
Wmin,T RT nF [ x A,F ln（ A,F x A,F） xB,F ln（ B,F xB,F）] （6 12）
例6-1； 例6-2
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传热速率： Q nk Hk n j H j Wmin，T
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使净功降低的方法：
降低压差 减少温差 减少浓度与平衡浓度差 1）塔设备
若N越多，使△P↑，不可逆性越大 可使：气速↓，液层高度↓；使△P ↓ 但是：气速↓，生产能力不变时D ↑，投资费↑
液层高度↓，板效率↓ 改进方式：1. 选择合适的塔径、液层高度
2. 改板式塔为高效填料塔
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D
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C个组分，采用C-1个塔，分离序数为：
SC
C 1
S j SC j 或：SC
i1 (6 28)
[（2 C 1）]！ C！(C 1)!(6
29)
用（6—28）或（6—29）计算结果列入表6—2。
对于特殊精馏： 例萃取精馏：加质量分离剂，且数目多。
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6.2.4 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏 1. 使操作向可逆精馏方向趋近 2. 采用中等温度的再沸器和冷凝器 图6—13 SRV蒸馏
特点：沿全塔布置的换热元件能大大降低塔 顶、塔釜负荷
提馏段：蒸汽流率自下而上稳定增加 精馏段：液体回流量自上而下稳定增加
出
n j[ xi, j ln（ i, j xi, j )] （6 11）
进
二元混合物分离成纯组分：
Wmin,T RT nF [ x A,F ln（ A,F x A,F） xB,F ln（ B,F xB,F）] （6 12）
例6-1； 例6-2
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传热速率： Q nk Hk n j H j Wmin，T
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使净功降低的方法：
降低压差 减少温差 减少浓度与平衡浓度差 1）塔设备
若N越多，使△P↑，不可逆性越大 可使：气速↓，液层高度↓；使△P ↓ 但是：气速↓，生产能力不变时D ↑，投资费↑
液层高度↓，板效率↓ 改进方式：1. 选择合适的塔径、液层高度
2. 改板式塔为高效填料塔
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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
化工分离工程(PPT32页).pptx
•
10、阅读一切 好 书 如 同 和过 去 最 杰 出 的人 谈 话 。 16 : 49 :1 1 16 : 49 : 11 1 6: 4 93 /1 3 /2 0 21 4:49:11 PM
•
11、越是没有 本 领 的 就 越加 自 命 不 凡 。2 1 .3 .1 3 16 : 49 : 11 1 6: 4 9Ma r- 21 1 3- Mar - 21
分离原理 蒸汽压不同 蒸汽压不同 溶解度不同 溶解度不同
过饱和 吸附力不同 湿组分蒸发 溶解度不同
离子的可交换性
2）速率控制分离过程
过程名称 气体扩散
原料 气体
分离剂 压力梯度和膜
产品 气体
热扩散 气体或液体 湿度梯度
气体或液体
分离原理
多孔膜中扩散的速 率差异
热扩散速率差异
电渗析 电泳
反渗透 超过滤由以：D来自lton分压定律 A可B 知BA：pyxAAA+//pxyBBB=p，而pA=yAp，pB=yBp，所
2）液液萃取的选择性系数 已知Ak、A B两yA组/ x分A 在两相kB中的yB分/ x配B 系数为：
则其选择性系数为：
AB
kA kB
yA / yB xA / xB
1.3 过程开发及方法
化工分离工程
Chemical Separation Engneering
课程简介
化工分离工程是化学工程学科的重要组成部分，是化 学工程与工艺专业的一门专业必修课。本课程的任务 是利用相平衡热力学、动力学的微观机理，传热、传 质和动量传递理论来研究化工及其它相关过程中复杂 物质的分离和纯化技术，分析和解决在化工生产、设 计和科研中常用的分离过程的理论和实际问题。
化工分离工程概述PPT公开课(55页)
分离过程（Separation Processes)
两种或多种物质的混合过程是一个自发过程，而将混合物分离须采用分离手 段并消耗一定的能量或分离剂，分离技术系指利用物理，化学或物理化学等基本 原理与方法将某种混合物分离成两个或多个组成彼此不同的产物的一种单元过 程．
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。
石油炼制过程基本流程
石油化工过程框图
CO+H2 甲烷
裂解汽油
石油炼制
石脑油
乙烯裂解炉
轻柴油
烯乙
丁二烯抽提
Cl2
食盐
烯丙
氯碱装置
H2 CO+H2 空气 空气分离
甲醇合成 芳烃抽提 低压聚乙烯 氯乙烯
C4馏分 环氧氯丙烷
苯酚丙酮 丁辛醇 合成氨 烧碱
苯
对二甲苯
邻二甲苯 HD聚乙烯 乙二醇
苯乙烯
聚氯乙烯
Created or added phase: vapor and liquid 为化学反应过程提供符合要求的原料，清除对反应和催化剂有害的杂质，减少副反应的发生，提高产品的收率。 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。 Created or added phase: vapor Separating agent: stripping vapor (MSA) and heat transfer (ESA) 分离过程在清洁工艺中的地位和作用
分离工程 第三章1ppt
通常指已约定的关系，或者设备为了达到应有的效果，还需要满足的 关系。如物料间的温度差、压力降的关系式等。 约定的关系，如：物料温度、压力相等。
3.1.1单元的设计变量 Design variables for elements
一个化工流程由很多装置组成，而每个装置又可以分 解为多个进行简单过程的单元。 单元 装置
∴吸收塔设计变量：
u Ne N - Nu Ni i r C N ( 2C 5) 1 - ( N - 1)[2(C 2)] 2C N 5 其中： u Nx 进料变量数(c 2) 每级压力 （ 2 C 2） N 2C 4 N u u u Na Ni - N x 1
例2. 产物为两相的全凝器
V Q
L1
N
e V
L2
出入物流变量数： 3（C+2） 能量交换数： 1 +) Nv = 3C+7
N De = N ve －N c e
= C+4
NCe
物料衡算式： C 能量衡算式： 1
相平衡关系式： 化学反应平衡式： 内在关系式： Nc =
C(P-1)+2=C+2 0 0 2C+3
= 2C+5
NCe
物料衡算式： C 能量衡算式： 1
相平衡关系式： 化学反应平衡式： 内在关系式： Nc =
C(P-1)+2=C+2 0 0 +) 2C+3
V0
V1
L1
绝热操作的简单平衡级
L0
固定设计变量Nx = 进料＋压力＝2（C+2）+1＝2C＋5 可调设计变量Na = ND-Nx=(2C+5)-(2C+5)=0
3.1.1单元的设计变量 Design variables for elements
一个化工流程由很多装置组成，而每个装置又可以分 解为多个进行简单过程的单元。 单元 装置
∴吸收塔设计变量：
u Ne N - Nu Ni i r C N ( 2C 5) 1 - ( N - 1)[2(C 2)] 2C N 5 其中： u Nx 进料变量数(c 2) 每级压力 （ 2 C 2） N 2C 4 N u u u Na Ni - N x 1
例2. 产物为两相的全凝器
V Q
L1
N
e V
L2
出入物流变量数： 3（C+2） 能量交换数： 1 +) Nv = 3C+7
N De = N ve －N c e
= C+4
NCe
物料衡算式： C 能量衡算式： 1
相平衡关系式： 化学反应平衡式： 内在关系式： Nc =
C(P-1)+2=C+2 0 0 2C+3
= 2C+5
NCe
物料衡算式： C 能量衡算式： 1
相平衡关系式： 化学反应平衡式： 内在关系式： Nc =
C(P-1)+2=C+2 0 0 +) 2C+3
V0
V1
L1
绝热操作的简单平衡级
L0
固定设计变量Nx = 进料＋压力＝2（C+2）+1＝2C＋5 可调设计变量Na = ND-Nx=(2C+5)-(2C+5)=0
化工分离工程PPT课件
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
一、膜种类
二
天然膜 生物膜
、
天然物质改性膜 人工膜 无机膜 金属膜
设 备
非金属膜 有机膜 均质膜
微孔膜
管卷板 式式框
式
非对称性膜
复合膜
离子交换膜
➢ 膜性能：
1.分离透过性
a. 透过通量
单位时间通过单位膜面积的物理量。
b. 分离效率 用截留率表示： （R）
截留率：表示膜对溶质的截留能力，可用
操作中：
阳膜中带负电荷的基团“R SO3 ” 吸引溶液中带正电荷的离子，排斥带负电荷 的离子；
阴膜中带正电荷的基团“R N (CH3 )3 ” 吸引带负电荷的离子，排斥带正电荷的 离子
这种现象称：反粒子迁移
即：与膜所带电荷相反的离子穿过膜的现象 称反粒子迁移。
+++++++++++
1
Na
新型分离技术
第一节 膜分离技术 第二节 吸附分离 第三节 反应精馏
第一节 膜分离技术
➢ 膜的作用：
选择渗透
➢ 适用：
1.热敏性物质 ——可常温操作
2.特殊溶液 ——可用于大分子、无机盐、蛋
白质溶液等
第一节 膜分离技术
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5
分离用膜和膜分离设备 反渗透 超滤与微滤 电渗析 其它膜分离
J — 时间时的渗透通量 kg / m 2 h m — 率减系数（小数）
2. 物化稳定性
强度、耐温、耐压性等
二、分离设备 （1）板框式膜具
↑↑
（2）卷式膜具 由四层组成
化工分离工程
主要内容
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 绪论 精馏 吸收 液液萃取 分离过程的节能 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;
结晶
吸附 干燥 浸取 离子交换
液体
气体或液体 湿物料 固体 液体
冷或热
固体吸附剂 热 溶剂 固体树脂
液体+固体
固体+液体或气体 固体+蒸汽 固体+液体 液体+固体
过饱和
吸附力不同 湿组分蒸发 溶解度不同
离子的可交换性
2）速率控制分离过程
过程名称 气体扩散 原 料 气体 分离剂 压力梯度和膜 产 品 气体 分离原理 多孔膜中扩散的速 率差异 热扩散速率差异 膜对不同离子的选择 性渗透 胶质在电场下的迁 移速率差异 溶质溶解度与溶剂 在膜中的扩散速率 分子大小差异
精馏中，分离因子又称为相对挥发度，它相对于汽液平 衡常数而言，对温度和压力的变化不敏感，可近似看作 常数，使计算简化。
（2）分离因子的意义
1）双组分中的相对挥发度 已知A、B两组分挥发度为：
A pA / xA B pB / xB
由Dalton分压定律可知：pA+pB=p，而pA=yAp，pB=yBp， 所以：
WHY
Why Separate?
WHY
一、分离过程的地位
化工生产
反应（Reactive） 分离 萃取物 （Extractive Natural raw material） 配制（Formulation） 分离
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》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
精馏化工分离工程.ppt
开发步骤（单座精馏塔的设计计算）
1）确定操作压力；P 2）确定相平衡关系；TPXY 3）建立精馏操作的数学模型；MESH； 4） 解数学模型，求出操作参数(R、q)、和设备参数(NT、NF)； 5） 板式塔：确定板效率，将理论板数转化为实际板数；
填料塔：选定填料型式和尺寸，求取理论板当量高度HETP， 从而算得填料层高度；
化工分离工程 第三章 精馏
精馏原理
精馏是分离液体混合物的单元操作，是利用混合物中各组分间相对挥发
a 度 i, j 的差异及回流(R)的工程手段，实现组分的分离。
不适宜用普通精馏进行分离的物系
1） AB 1 2） AB 1，即待分离组分形成恒沸物，平衡的气液两相组成一样
3）热敏性物料：在高温下易发生聚合、结垢、分解等不良反应的。
精馏操作的开发目的
将 A+B 混合物 → 分离成A、B两股物料，要求：
确定适宜的操作条件和参数
P，R，NT ，q… 确定适宜的设备结构和尺寸
工艺参数
D，H，结构…
设备参数
开发内容
1）多座精馏塔分离序列的安排（见第6章） 2） 精馏塔类型的选择（见《化工原理》） 3）单座精馏塔的设计计算
具体包括：
1）确定塔的直径和高度 2）确定适宜的操作条件和参数 3）进行再沸器和冷凝器的设计计算 4）进行塔的结构的设计计算
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 ➢ 并结合应用回流R手段，使各组分分离
精馏操作流程
精馏操作流程
精馏操作流程
简单塔
精馏计算
精馏的定态数学模型有平衡级（理论板）和非平衡级两类， 本书讨论平衡级模型
多元精馏计算主要采用的方法
1、简捷计算法（设计型计算）———给定分离任务，选择工艺条件。
《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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分离过程
第2章 单级平衡过程
?
设计变量提出
分离装置的设计的实质就是确定与分离装置 相关的各种物理量的具体数值。这些物理量 之间是相互关联的，从数学的观点来看，如 果这些物理量具有唯一的数值，这些物理量 之间制约关系应该与物理量的数目相等。在 实质分离过程设计中，两者之间常常不相等， 为了使分离过程的计算得以进行，设计者通 常要预先对其中的一些变量规定数值，设计 者规定数值的变量称为设计变量。
系统独立变量（Nv)的计算
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：
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，则独立变量应该加上描述 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，即：
N
u c
2( N
1)(c 2)
N
u i
N
e i
N
r
N
u c
N(2c 5) 1 2(N 1)(c 2)
2c N 5
V0=F
LN+1=S
N N-1 N-2 N-3
4 3 2 1
L1
装置设计变量统计举例
分析如图所示精馏装置的设计变量（分为6个单元）
单元
设计变量
全凝器
C+4
回流分配器
ˆiV
yi
p
i
xi
f
OL i
计算相平衡常数的两个基本关系
二、相平衡关系的表示方法：
yi 1. 相图
0
xi
2. 相平衡常数：
Ki yi / xi
2.1 相平衡
2.1.1 相平衡关系 2.1.2 相平衡常数的计算 2.1.3 液液平衡
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 ......
fˆi fˆi fˆi ......
汽液相平衡关系
9
可调设计变量:
N
u x
c
N
4
设计变量规定:
N
u a
N
u i
N
u x
5
固定设计变量
可调设计变量
进料
C+2
回流为泡点温度 1
每级压力
N
总理论级N
1
全凝器压力
1
回流分配器压力 1
C+N+4
进料位置M+1
1
馏出液流率
1
回流比
1
5
确定装置变量郭氏原则
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。
利用郭氏原则统计
固定设计变量:
进料变量数:
进料: 温度,压力,流率,异丙醇组成: 4
水蒸气(温度,压力,流率)
3
压力等级
1
合计
8
可调设计变量:
串级
3
换热单元
2
合计
5
进料 异丙醇+水
混合器 富异丙醇相
全凝器 富水相
串级
分相器
异丙醇塔 串级
串级 水塔
再沸器 异丙醇
废水
水蒸气
设计变量的规定
对于这个问题,可调设计变量的规定有这样几种选择: 一 操作型: 三个串级各自的平衡级级数；再沸器的蒸 发速率;；冷凝器的过冷温度; 二 设计型; 异丙醇塔釜液中异丙醇浓度；水塔釜液异 丙醇浓度；异丙醇塔的进料位置；再沸器的蒸发速度； 冷凝器的过冷温度．
fˆiV fˆiL
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。
ˆiV fˆiV / yi p
ˆiL fˆiL / xi p
L i
fˆi L
/ xi
f
OL i
V i
fˆiV
/
xi
f
OV i
基准态下组分i的逸度。
两种常用的汽液相平衡关系表达式：
ˆiV yi p ˆiL xi p
塔内 无压 降
回流分配器
1
侧线采出单元数 1
传热单元数
2
可调设计变量 7
装置设计变量 C+10
装置设计变量统计举例
计算如图所示用苯作共沸剂分离乙醇-水恒沸物流程的设计变量数，假设塔板无压降
混合器 富异丙醇相
全凝器 富水相
进料 异丙醇+水
串级
分相器
异丙醇塔 串级
串级
水塔
再沸器
异丙醇
废水
水蒸气
NV 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：
1 物料平衡关系（对C组分体系有C个）
2 能量平衡关系（对一个体系只有一个）
3 相平衡关系（对C组分π相体系有C（ π+1）个）
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）
5 内在关系
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。 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。
装置设计变量统计举例
统计带有一个侧线采出口的精馏 塔的设计变量
压力等级
1
进料变量数
C+2 假设
固定设计变量 C+3
串级单元数
3Leabharlann （指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等）
简单吸收塔的设计变量
设计变量 可以规定为: 固定设计变 量: 两股进 料 2C+4 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
N成ie,因此有2: c 5 Nr 1
VN=D
在串级之间有物流2(N+1)个,故有
这两种选择只能作为一般的情况，由于在比较复杂的装置中，变量数目多，而且各变 量间又相互制约，根据具体情况对设计新塔和对原有塔的新分离任务确定可调变量的方案 是不相同的，只有对分离过程的机理有比较深入和全面了解，才可能正确选择设计变量．
第2章 单级平衡过程
2.1 相平衡 2.2 多组分物系的泡点和露点计算 2.3 闪蒸过程的计算 √ 2.4 液液平衡过程的计算 2.5 多相平衡过程
C+4
N-（M+1）板的平衡级
2C+（N-M-1）+5
进料级
3C+7
（M-1）板的平衡串级
2C+（M-1）+5
再沸器
C+4
设计变量
10C+N+27
单元之间有9股物流，故N
装置的设计变量为:
u c
（ 9 c 2)
9c 18
固定设计变量:
N
u i
（10c
N
27) (9c 18)
c
N
设计变量分类
设计变量
单元设计变量 装置设计变量
指确定进料物流 的那些变量(例 如，进料的组成 和流量)以及系
统的压力
设计变量分类
固定设计变量
设计变量
需要设计者 确定的变量
可调设计变量
设计变量的计算原则
根据设计变量的定义，可以很容易得出设计变量的 计算公式
Ni Nv Nc
其中：Ni Nv Nc分别设计变量数，描述系统的独立变 量数和这些变量之间的约束关系。如果知道了描述 系统的独立变量的数目和这些独立变量之间的约束 关系，很容易统计出设计变量数。
第2章 单级平衡过程
?
设计变量提出
分离装置的设计的实质就是确定与分离装置 相关的各种物理量的具体数值。这些物理量 之间是相互关联的，从数学的观点来看，如 果这些物理量具有唯一的数值，这些物理量 之间制约关系应该与物理量的数目相等。在 实质分离过程设计中，两者之间常常不相等， 为了使分离过程的计算得以进行，设计者通 常要预先对其中的一些变量规定数值，设计 者规定数值的变量称为设计变量。
系统独立变量（Nv)的计算
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：
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，则独立变量应该加上描述 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，即：
N
u c
2( N
1)(c 2)
N
u i
N
e i
N
r
N
u c
N(2c 5) 1 2(N 1)(c 2)
2c N 5
V0=F
LN+1=S
N N-1 N-2 N-3
4 3 2 1
L1
装置设计变量统计举例
分析如图所示精馏装置的设计变量（分为6个单元）
单元
设计变量
全凝器
C+4
回流分配器
ˆiV
yi
p
i
xi
f
OL i
计算相平衡常数的两个基本关系
二、相平衡关系的表示方法：
yi 1. 相图
0
xi
2. 相平衡常数：
Ki yi / xi
2.1 相平衡
2.1.1 相平衡关系 2.1.2 相平衡常数的计算 2.1.3 液液平衡
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 ......
fˆi fˆi fˆi ......
汽液相平衡关系
9
可调设计变量:
N
u x
c
N
4
设计变量规定:
N
u a
N
u i
N
u x
5
固定设计变量
可调设计变量
进料
C+2
回流为泡点温度 1
每级压力
N
总理论级N
1
全凝器压力
1
回流分配器压力 1
C+N+4
进料位置M+1
1
馏出液流率
1
回流比
1
5
确定装置变量郭氏原则
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。
利用郭氏原则统计
固定设计变量:
进料变量数:
进料: 温度,压力,流率,异丙醇组成: 4
水蒸气(温度,压力,流率)
3
压力等级
1
合计
8
可调设计变量:
串级
3
换热单元
2
合计
5
进料 异丙醇+水
混合器 富异丙醇相
全凝器 富水相
串级
分相器
异丙醇塔 串级
串级 水塔
再沸器 异丙醇
废水
水蒸气
设计变量的规定
对于这个问题,可调设计变量的规定有这样几种选择: 一 操作型: 三个串级各自的平衡级级数；再沸器的蒸 发速率;；冷凝器的过冷温度; 二 设计型; 异丙醇塔釜液中异丙醇浓度；水塔釜液异 丙醇浓度；异丙醇塔的进料位置；再沸器的蒸发速度； 冷凝器的过冷温度．
fˆiV fˆiL
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。
ˆiV fˆiV / yi p
ˆiL fˆiL / xi p
L i
fˆi L
/ xi
f
OL i
V i
fˆiV
/
xi
f
OV i
基准态下组分i的逸度。
两种常用的汽液相平衡关系表达式：
ˆiV yi p ˆiL xi p
塔内 无压 降
回流分配器
1
侧线采出单元数 1
传热单元数
2
可调设计变量 7
装置设计变量 C+10
装置设计变量统计举例
计算如图所示用苯作共沸剂分离乙醇-水恒沸物流程的设计变量数，假设塔板无压降
混合器 富异丙醇相
全凝器 富水相
进料 异丙醇+水
串级
分相器
异丙醇塔 串级
串级
水塔
再沸器
异丙醇
废水
水蒸气
NV 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：
1 物料平衡关系（对C组分体系有C个）
2 能量平衡关系（对一个体系只有一个）
3 相平衡关系（对C组分π相体系有C（ π+1）个）
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）
5 内在关系
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。 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。
装置设计变量统计举例
统计带有一个侧线采出口的精馏 塔的设计变量
压力等级
1
进料变量数
C+2 假设
固定设计变量 C+3
串级单元数
3Leabharlann （指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等）
简单吸收塔的设计变量
设计变量 可以规定为: 固定设计变 量: 两股进 料 2C+4 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
N成ie,因此有2: c 5 Nr 1
VN=D
在串级之间有物流2(N+1)个,故有
这两种选择只能作为一般的情况，由于在比较复杂的装置中，变量数目多，而且各变 量间又相互制约，根据具体情况对设计新塔和对原有塔的新分离任务确定可调变量的方案 是不相同的，只有对分离过程的机理有比较深入和全面了解，才可能正确选择设计变量．
第2章 单级平衡过程
2.1 相平衡 2.2 多组分物系的泡点和露点计算 2.3 闪蒸过程的计算 √ 2.4 液液平衡过程的计算 2.5 多相平衡过程
C+4
N-（M+1）板的平衡级
2C+（N-M-1）+5
进料级
3C+7
（M-1）板的平衡串级
2C+（M-1）+5
再沸器
C+4
设计变量
10C+N+27
单元之间有9股物流，故N
装置的设计变量为:
u c
（ 9 c 2)
9c 18
固定设计变量:
N
u i
（10c
N
27) (9c 18)
c
N
设计变量分类
设计变量
单元设计变量 装置设计变量
指确定进料物流 的那些变量(例 如，进料的组成 和流量)以及系
统的压力
设计变量分类
固定设计变量
设计变量
需要设计者 确定的变量
可调设计变量
设计变量的计算原则
根据设计变量的定义，可以很容易得出设计变量的 计算公式
Ni Nv Nc
其中：Ni Nv Nc分别设计变量数，描述系统的独立变 量数和这些变量之间的约束关系。如果知道了描述 系统的独立变量的数目和这些独立变量之间的约束 关系，很容易统计出设计变量数。