分离过程

分离过程

绪论：

1：分离过程：

1：机械分离：用于两相混合物；如过滤、沉降、离心分离、旋风分离、静电除尘 2：传质分离：用于均相混合物；

1：平衡分离过程：借助分离媒介（能量（ESA ）媒介和物质（MSA ）媒介）

使变成两相系统。

例子：闪蒸、部分冷凝、精馏、萃取精馏、吸收蒸出、解吸、

共沸精馏、液液萃取、干燥、蒸发、结晶、升华、浸取、吸附、离子交换、泡沫分离、区域熔炼、膜萃取

2：速率分离过程：借助某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差） 例子：微滤、超滤、反渗透、渗析、电渗析、气体分离、渗透

蒸发、乳化液膜 （均为膜分离）

2：设计变量：在计算前应该指定的物理量

(1) 总变量数Nv ：

一个C 组分数的物流:每1股物流独立变量数为：c+2 (c+3-1)

系统总变量数 Nv ：Nv= nm （C+2）+nw+nq

Nv= 4（C+2）+1+2 = 4（C+2）+3

(2) 约束（条件）数N Ｃ：

1) 物料平衡约束：一个C 组分的物流有C 个物衡算式。 2) 能量平衡约束：对于和外界无机械能交换的分离过程有1个热衡算程。 3) 相间分配关系的约束：C 组分汽液平衡体系有C 个相间分配关系。 4) 固有约束：它们的温度、压力相等，这样就有两个固有约束。

(3) 设计变量数Ni ： 为固定设计变量 如：进料物流的变量（流量、组成、温

度和压力）及系统的压力。

为可调设计变量 真正需要设计者确定的变量

1：单元的设计变量：单元（或基元）——“e ”

分离过程中的单元可分为两大类:

1：单元中无浓度变化：每一物流都只有三个独立变量。

通常考虑取流率、温度和压力。

2：有浓度变化的单元：描述一个单相物料的独立变量数及一个两相（互成

平衡）物料的独立变量数都是c+2。

3：几种重要综合单元：

1)串级单元:

一块理论板可看作为混合器+分相器

2)侧线采出板：是理论板和分配器的组合。

3)加料板单元:是一个分相器和两个混合器组成的综合单元。 c V i N N N -=a x i N N N +=a

N

x N e

c e

V e i N N N -=e

x

e a e i N N N +=1=e a N 1=e a N 0

=e

a N 1=u

a N 1=u

a N

2:装置的设计变量：装置的设计变量——“u ”

(1)装置的设计变量总数Niu

精馏塔的精馏段和提馏段分别是一个串级单元，所以精馏塔Nr =2 。

若n 股单相物流联结在单元间，就增加 n (c+2)个新的约束关系式。

各个单元的可调变量数之和 ∑Nae 是整个装置的可调变量数 Nau

3：用郭氏法（简便计算 )确定分离装置的独立变量数的步骤：

1) 确定装置的固定设计变量 Nxu

①以每一进料有（c+2）个变量，计算装置的进料变量总数。 ②确定过程中的独立压力等级数。

2) 计算整个装置的可调设计变量Nau

第二章：

1：相平衡常数：Ki=Yi/Xi 2：相对挥发度：aij=Ki/Kj 3：相平衡常数的计算：

1：状态方程法：用于气相 也可看作是逸度系数法。 主要求出各组分的气液逸度系数：P30 2：活度系数法：用于液相 1：步骤：

1：求出基准态逸度：P32

2：求液态的活度系数：P33 3：求出气相逸度系数：P34 2：简化形式：P35 3：泡点和露点计算：

1：泡点计算：

1）泡点温度计算：已知x i ，p ，求解T ，y i

泡点压力计算：已知x i ，T ，求解P ，y i 1：完全理想体系：

2：气相—理想气体，液相——非理想溶液

u

c u

V u i N N N -=∑

+=e

a u x u i N N N u

x u a u i N N N +=u

c r i

e i u i N N N N -+=∑

)

2(++=∑

c n N N e c u c 11=∑

=i c i i x K P P K s

i i

=b

i c

i s i P x P P ==∑

=1

P

P K s i i i γ=i c i s i i b x

P P ∑

==1

γi k ik i x K y α

=k

i ik K K =

α

2：露点计算：

露点温度计算：已知y i ，P ， 求解T ，x i 露点压力计算：已知y i ，T ， 求解P ，x i

4：闪蒸过程计算：

闪蒸计算：

已知 F ，Zi ，PF ，TF ，HF →V ，L ，yi ，xi ，T 或Q 闪蒸计算类型：

（1）计算方程：

1) 物料衡算式： 总物料衡算式： 2) 焓平衡关系式 ： 绝热闪蒸：Q=0；

等温闪蒸：Q 应取达到规定分离或闪蒸温度所需要的热量。

3) 汽液平衡关系式： 4) 求和方程：

（2）通用闪蒸方程：汽相分率：

计算步骤：

1）等温闪蒸过程计算步骤：

①在给定温度下进行等温闪蒸计算时，须核实闪蒸问题是否成立：TB

②确定 —由闪蒸方程式（2-71）计算 ③计算x i ，y i ④计算V ，L

)632........(,2,1.......-=+=c i Vy Lx Fz i i i )

642.........(-+=V L F )

652(..........-+=+L V F LH VH Q FH i

i i x K y =)

,,,(y x P T K K i i =)462...(..........11-=∑

=c

i i

x )452...(..........11-=∑

=c i i y )672(..........,2,1.........)

1(1-=-+=c i K z x i i

i ψ)

682........(,2,1........)1(1-=-+=c i K Z K y i i

i i ψ/V F ψ=1

i i K z >∑

B T T

i i z K >∑

D T T >ψ