化工分离过程(总复习)省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、化工分离过程化工分离过程ChemicalSeparationProcesses总复习总复习第1页2习题课纲领习题课纲领1主要知识点回顾主要知识点回顾1.1绪论绪论1.2单级平衡过程单级平衡过程 1.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算 1.4多组分多级分离严格计算多组分多级分离严格计算 1.5分离设备处理能力和效率分离设备处理能力和效率 1.6分离过程节能分离过程节能 1.7其它分离技术和分离过程选择其它分离技术和分离过程选择 2考试题型考试题型3自由交流步骤自由交流步骤第2页31.1绪论绪论分离过程分类分离过程分类 分离过程分为分离过程分为机械分离过程机械分离过
2、程和和传质分离过程传质分离过程两类。两类。传质分离过程用于各种均相混合物分离,分为传质分离过程用于各种均相混合物分离,分为平衡平衡分离过程分离过程和和速率分离过程速率分离过程。平平衡衡分分离离过过程程借借助助分分离离媒媒介介(如如热热能能、溶溶剂剂或或吸吸附附剂剂)使使均均相相混混合合物物系系统统变变成成两两相相系系统统,再再以以混混合合物物中中各各组分组分在处于平衡两相中不等同分配在处于平衡两相中不等同分配为依据而实现分离。为依据而实现分离。第3页41.1绪论绪论速速率率分分离离过过程程借借助助某某种种推推进进力力(如如浓浓度度差差、压压力力差差、温温度度差差、电电位位差差等等)作作用用,一
3、一些些情情况况下下在在选选择择性性透透过过膜膜配配合合下下,利利用用各各组组分分扩扩散散速速度度差差异异而而实实现现混混合合物物分分离离操操作。作。分离媒介分为分离媒介分为能量媒介能量媒介(ESA)和)和物质媒介物质媒介(MSA)。)。第4页51.2单级平衡过程单级平衡过程 1、相平衡定义和条件、相平衡定义和条件相相平平衡衡:混混合合物物或或溶溶液液形形成成若若干干相相,这这些些相相保保持持着着物物理理平平衡衡而而共共存存状状态态。从从热热力力学学上上看看,整整个个物物系系自自由由焓焓处处于于最最小小状状态态,从从动动力力学学看看,相相间间无无物质传递。物质传递。第5页61.2单级平衡过程单级
4、平衡过程 1、相平衡定义和条件、相平衡定义和条件 相相平平衡衡时时,各各相相T、P,组组分分在在各各相相化化学学位位相相同同(相平衡条件)。(相平衡条件)。第6页71.2单级平衡过程单级平衡过程 2、活度系数法表示、活度系数法表示Ki简化形式简化形式(1)汽相为理想气体,液相为理想溶液)汽相为理想气体,液相为理想溶液g-l平衡关系:平衡关系:(2)汽相为理想气体,液相为非理想溶液)汽相为理想气体,液相为非理想溶液g-l平衡关系:平衡关系:第7页81.2单级平衡过程单级平衡过程(3)汽相为理想溶液,液相为理想溶液)汽相为理想溶液,液相为理想溶液(4)汽相为理想溶液,液相为非理想溶液)汽相为理想溶
5、液,液相为非理想溶液第8页91.2单级平衡过程单级平衡过程 3、多组分物系泡点和露点计算、多组分物系泡点和露点计算(1)泡点)泡点T、泡点、泡点P、露点、露点T、露点、露点P定义定义精馏塔为全凝器时回流为何温度?分凝器?精馏塔为全凝器时回流为何温度?分凝器?塔底温度?塔底温度?(2)泡点温度和泡点压力计算)泡点温度和泡点压力计算Ki与与xi无关泡点温度计算无关泡点温度计算泡点方程:泡点方程:第9页101.2单级平衡过程单级平衡过程 求解泡点方程试差法,求解步骤以下:求解泡点方程试差法,求解步骤以下:假定假定T已知已知P得到得到Ki Kixi|f(T)|=|Kixi-1|YT=T设设,yi=Ki
6、xiN调整调整T相对挥发度法相对挥发度法设设T(离泡点不远)(离泡点不远)得到得到PiST泡泡安托尼公式安托尼公式第10页111.2单级平衡过程单级平衡过程 前提条件:平衡常数和组成无关泡点温度计算(简化前提条件:平衡常数和组成无关泡点温度计算(简化K)泡点计算:泡点计算:泡点方程:泡点方程:目标函数形式:目标函数形式:求导式:求导式:按按Newton迭代式导出式:迭代式导出式:计算机计算(计算机计算(Newtow迭代法)迭代法)第11页121.2单级平衡过程单级平衡过程 泡点压力计算泡点压力计算理想物系:理想物系:汽相为理想气体,液相为非理想溶液汽相为理想气体,液相为非理想溶液第12页131
7、.2单级平衡过程单级平衡过程(3)平衡常数)平衡常数与组成无关露点温度计算与组成无关露点温度计算露点方程:露点方程:目标函数形式:目标函数形式:第13页141.2单级平衡过程单级平衡过程 设设T给定给定P由由P-T-K图查图查KiYxi,T 结束结束N调整调整Tf(T)0,T设设偏低,提升偏低,提升T。f(T)0,T设设偏高,降低偏高,降低T。露点计算方法同于泡点计算:露点计算方法同于泡点计算:1.试差;试差;2.用用iK计算;计算;3.电算。电算。第14页151.2单级平衡过程单级平衡过程 4、等温闪蒸、等温闪蒸 核核定定给给定定温温度度下下闪闪蒸蒸问问题题是是否否成成立两种方法:立两种方法
8、:计算闪蒸压力下进料混合物泡计算闪蒸压力下进料混合物泡点温度点温度TB和露点温度和露点温度TD。方法一:方法一:若若TBT闪蒸闪蒸TD,则闪蒸问题成立。,则闪蒸问题成立。第15页161.2单级平衡过程单级平衡过程 方法二:假设闪点温度就是进料泡点温度:方法二:假设闪点温度就是进料泡点温度:则:则:应该成立应该成立,假如,假如再假设闪蒸温度就是进料露点温度:再假设闪蒸温度就是进料露点温度:说明说明TBT。综合两种试算结果,只有综合两种试算结果,只有TBT TD成立,成立,才能才能组成闪蒸问题组成闪蒸问题。第16页171.2单级平衡过程单级平衡过程 闪蒸过程计算基本关系:闪蒸过程计算基本关系:汽液
9、相平衡关系:汽液相平衡关系:物料平衡关系:物料平衡关系:热平衡关系:热平衡关系:归一化方程:归一化方程:(2-63)(2-64)(2-44)(2-65)(2-46)(2-45)第17页181.2单级平衡过程单级平衡过程 利用利用牛顿迭代法牛顿迭代法解解Rachord-Rice方程迭代方程方程迭代方程(2-71)(2-72)(2-73)第18页191.2单级平衡过程单级平衡过程 闪蒸过程计算步骤:闪蒸过程计算步骤:在给定温度下进行闪蒸计算,需要核实闪蒸问题是在给定温度下进行闪蒸计算,需要核实闪蒸问题是否成立(两种方法);否成立(两种方法);设定设定初值,利用初值,利用Rachord-Rice方程
10、进行闪蒸迭方程进行闪蒸迭代计算;代计算;计算汽、液流率;计算汽、液流率;利用式利用式(2-67)和和(2-68)计算汽液两相组成。计算汽液两相组成。第19页201.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算1.3.1设计变量设计变量设计变量设计变量计算前,必须由设计者赋值变量。计算前,必须由设计者赋值变量。1、独立变量数、独立变量数NV(2)描述系统与外界能量交换和功交换变量数。)描述系统与外界能量交换和功交换变量数。NV=(C+2)+能量、功交换变量数能量、功交换变量数(1)物流独立变量数物流独立变量数第20页211.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过
11、程分析与简捷计算2、约束关系数NC确定(1)物料衡算式)物料衡算式c个个 (2)能量衡算式)能量衡算式1个个(3)相平衡式)相平衡式有有c(1)个)个(4)化学平衡式)化学平衡式(5)内在关系式)内在关系式指约定关系指约定关系3、设计变量、设计变量第21页221.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算4、求、求Na确定确定Nx进料条件进料条件压力级数压力级数5、单元设计变量数确实定、单元设计变量数确实定第22页231.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算6、装置设计变量 确定(1)按每一股单相物流有()按每一股单相物流有(c+2)个变量
12、,计算进料物流所)个变量,计算进料物流所确定固定设计变量数;确定固定设计变量数;(2)确定装置中含有不一样压力数目;)确定装置中含有不一样压力数目;(3)上述两项之和即为装置固定设计变量数;)上述两项之和即为装置固定设计变量数;(4)将)将串级单元数串级单元数,分配器数分配器数,侧线采出单元数侧线采出单元数以及以及传热单传热单元数元数目相加,便是装置可调设计变量数。目相加,便是装置可调设计变量数。(*表表3-1中中Na=1单元)单元)(5)装置设计变量:)装置设计变量:第23页241.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算1.3.2多组分精馏过程多组分精馏过程1、相
13、关概念、相关概念LK、HK、LNK、HNK,关关键键组组分分选选择择标标准准,分分配组分及非分配组分,恒浓区,夹点。配组分及非分配组分,恒浓区,夹点。关键组分关键组分精馏过程由设计者指定浓度或提出精馏过程由设计者指定浓度或提出分离要求(如指定回收率)那两个组分。分离要求(如指定回收率)那两个组分。结论:精馏塔中,结论:精馏塔中,温度分布温度分布主要反应主要反应物流组物流组成成;而;而总级间流量分布总级间流量分布则主要反应则主要反应热量衡算限制热量衡算限制。第24页251.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算清清楚楚分分割割馏馏出出液液中中除除了了HK外外,没没有有
14、其其它它重重组分,釜液中除了组分,釜液中除了LK外,没有其它轻组分。外,没有其它轻组分。精精馏馏操操作作两两种种极极限限情情况况:Rm下下精精馏馏操操作作需需要要无无穷穷多多块块理理论论板板才才能能完完成成份份离离任任务务;全全回回流流意义、特点。意义、特点。2、恩恩德德伍伍德德法法计计算算最最小小回回流流比比步步骤骤,计计算算中中应应注意问题。注意问题。3、芬斯克公式几个形式、公式使用条件、芬斯克公式几个形式、公式使用条件,使用,使用中应注意问题。中应注意问题。第25页261.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算Fenske方程方程几个形式几个形式第26页271
15、.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算组分分配组分分配:将:将Fenske方程变形可得各组分流量分配。方程变形可得各组分流量分配。(3-12)第27页281.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算 由由吉吉利利兰兰图图或或由由耳耳波波和和马马多多克克斯斯关关联联图图求求N求求理理论论板板数数查查图图方方法法、步步骤骤、使使用用条条件件及及注注意意问问题。题。适宜进料位置确实定方法。适宜进料位置确实定方法。4、实际回流比、理论板数和适宜进料位置确定5、简捷法(、简捷法(FUG)设计精馏塔步骤)设计精馏塔步骤(1)依据工艺条件和经验数据确定
16、对关键组分分离要求;)依据工艺条件和经验数据确定对关键组分分离要求;(2)按清楚分割作物料衡算,求)按清楚分割作物料衡算,求D、W、xiD和和xiW初值;初值;第28页291.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算(3)由)由xiD和和xiW计算塔顶和塔底温度及全塔相对挥发度计算塔顶和塔底温度及全塔相对挥发度平均值;平均值;(4)利用芬斯克方程求出)利用芬斯克方程求出Nm;(5)利用芬斯克方程计算非关键组分分配比,然后按非)利用芬斯克方程计算非关键组分分配比,然后按非清楚分割作物料衡算;清楚分割作物料衡算;(6)用恩德伍德公式求用恩德伍德公式求Rm;第29页301.
17、3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算(7)由吉利兰图或耳波和马多克斯图求)由吉利兰图或耳波和马多克斯图求N并确定适宜进料并确定适宜进料板位置;板位置;(8)由全塔效率求操作回流比下实际板数;)由全塔效率求操作回流比下实际板数;(9)由热量衡算求冷凝器和再沸器热负荷。)由热量衡算求冷凝器和再沸器热负荷。其中,(其中,(2)、()、(4)、()、(5)必须熟练掌握。)必须熟练掌握。第30页311.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算1.3.3萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏1、相关概念、相关概念 特特殊殊精精馏馏、萃萃取取精精馏馏、共
18、共沸沸精精馏馏,共共沸沸精精馏馏和萃取精馏异同点,溶液正偏差和负偏差。和萃取精馏异同点,溶液正偏差和负偏差。2、萃取精馏过程溶剂作用、萃取精馏过程溶剂作用第31页321.3多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算萃取精馏过程萃取精馏过程S作用可归纳为以下几点:作用可归纳为以下几点:(1)溶液性质影响,最好为与)溶液性质影响,最好为与1形成正偏差,与形成正偏差,与2形成形成负偏差体系;负偏差体系;(2)溶剂浓度影响(稀释作用)使原溶液中各组分)溶剂浓度影响(稀释作用)使原溶液中各组分作用减弱,作用减弱,S量要大(普通量要大(普通xS为为0.60.8)。)。3、萃取精馏过程
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