复习课件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期中复习第1页第一章 绪论(小结)1.1.分离过程分类分离过程分类分离过程分类分离过程分类l l平衡分离过程:以相平衡为分离极限。平衡分离过程:以相平衡为分离极限。平衡分离过程:以相平衡为分离极限。平衡分离过程:以相平衡为分离极限。l l如:蒸发、精馏、吸收、萃取、结晶。如:蒸发、精馏、吸收、萃取、结晶。如:蒸发、精馏、吸收、萃取、结晶。如:蒸发、精馏、吸收、萃取、结晶。l l速率分离过程:以扩散速率差异实现分离。速率分离过程:以扩散速率差异实现分离。速率分离过程:以扩散速率差异实现分离。速率分离过程:以扩散速率差异实现分离。l l如:膜分离,超滤,反渗透,渗析,电渗
2、析。如:膜分离,超滤,反渗透,渗析,电渗析。如:膜分离,超滤,反渗透,渗析,电渗析。如:膜分离,超滤,反渗透,渗析,电渗析。2.2.分离媒介分离媒介分离媒介分离媒介l l能量媒介能量媒介能量媒介能量媒介(ESA(ESA,energyseparationagent)-energyseparationagent)-热,功;热,功;热,功;热,功;l l物质媒介(物质媒介(物质媒介(物质媒介(MSA,matterseparationagentMSA,matterseparationagent)-吸收剂,萃取剂。吸收剂,萃取剂。吸收剂,萃取剂。吸收剂,萃取剂。3.3.平衡分离过程分离单元可略分成几大类
3、平衡分离过程分离单元可略分成几大类平衡分离过程分离单元可略分成几大类平衡分离过程分离单元可略分成几大类l l仅输入仅输入仅输入仅输入ESAESA:蒸发,冷凝、凝华、普通精馏,结晶,干燥,区:蒸发,冷凝、凝华、普通精馏,结晶,干燥,区:蒸发,冷凝、凝华、普通精馏,结晶,干燥,区:蒸发,冷凝、凝华、普通精馏,结晶,干燥,区域熔炼域熔炼域熔炼域熔炼。l l仅输入仅输入仅输入仅输入MSAMSA:吸收:吸收:吸收:吸收,蒸出蒸出蒸出蒸出,萃取,吸附,离子交换萃取,吸附,离子交换萃取,吸附,离子交换萃取,吸附,离子交换,气提。气提。气提。气提。l l同时加入同时加入同时加入同时加入ESAESA和和和和MS
4、AMSA:萃取精馏,共沸精馏,吸收蒸出,带回:萃取精馏,共沸精馏,吸收蒸出,带回:萃取精馏,共沸精馏,吸收蒸出,带回:萃取精馏,共沸精馏,吸收蒸出,带回流蒸出(水蒸汽蒸馏)流蒸出(水蒸汽蒸馏)流蒸出(水蒸汽蒸馏)流蒸出(水蒸汽蒸馏),干燥。干燥。干燥。干燥。第2页 相平衡条件l l相平衡热力学相平衡热力学相平衡热力学相平衡热力学是建立在是建立在是建立在是建立在化学位化学位化学位化学位概念基础上。概念基础上。概念基础上。概念基础上。w w 从工程角度上讲从工程角度上讲从工程角度上讲从工程角度上讲:第二章单级平衡过程(小结)2.1-小结第3页l l1.1.相平衡关系相平衡关系相平衡关系相平衡关系汽
5、液平衡关系:汽液平衡关系:汽液平衡关系:汽液平衡关系:逸度系数:逸度系数:逸度系数:逸度系数:活度系数:活度系数:活度系数:活度系数:第4页l l2.2.相平衡常数(相平衡常数(相平衡常数(相平衡常数(汽液平衡常数汽液平衡常数汽液平衡常数汽液平衡常数)l3.相平衡常数计算相平衡常数计算l l汽液平衡汽液平衡汽液平衡汽液平衡:液液平衡液液平衡液液平衡液液平衡:2.1 小结第5页l l4.4.活度系数法计算汽液平衡常数通式活度系数法计算汽液平衡常数通式活度系数法计算汽液平衡常数通式活度系数法计算汽液平衡常数通式2.1-小结第6页几类汽液平衡常数计算简式几类汽液平衡常数计算简式液相液相液相液相汽相汽
6、相汽相汽相理想溶液理想溶液理想溶液理想溶液实际溶液实际溶液实际溶液实际溶液理想气体理想气体理想气体理想气体理想溶液理想溶液理想溶液理想溶液实际气体实际气体实际气体实际气体 2.1 小结第7页2.2 小结1.泡点计算:泡点计算:已知已知xi,p或或T,求解,求解T或或p,yi2.泡点方程:泡点方程:或或第8页3.3.露点计算:已知露点计算:已知y yi i,P P或或T T,求解求解T T或或P P,x xi i 2.2 小结或或4.露点方程露点方程第9页2.2 小结5.计算方法计算方法(1 1)简化计算()简化计算()简化计算()简化计算(KKi i与组成无关与组成无关与组成无关与组成无关)试
7、差法试差法试差法试差法相对挥发度法相对挥发度法相对挥发度法相对挥发度法(2 2)严格计算法(计算机计算)严格计算法(计算机计算)严格计算法(计算机计算)严格计算法(计算机计算)(KKi i与组成相关与组成相关与组成相关与组成相关)KKi i=f f(T,P,(T,P,x xi i,y yi i)第10页2.2 小结已知已知 x xi i,P,P 设设TP-T-KP-T-K图图K Ki i=f(T=f(T,P P,x xi i,y yi i)i iKKi iKi设设yiYT,yiN试差法试差法第11页2.2 小结已知 xi,P Pis,Pks,.i=1,2,kcYTb相对挥发度法相对挥发度法第1
8、2页2.3 小结1.1.闪蒸计算问题:闪蒸计算问题:闪蒸计算问题:闪蒸计算问题:l l已知已知已知已知FF,Z Zi i,P PF F,T TF F,HHF FVV,L L,y yi i,x xi i,T T或或或或QQ2.2.2.2.闪蒸方程闪蒸方程闪蒸方程闪蒸方程汽相分率汽相分率汽相分率汽相分率第13页2.3 小结(1 1)汽液平衡常数与组成无关)汽液平衡常数与组成无关(例(例2-8)核实闪蒸温度核实闪蒸温度求求,令,令1=0.5用式(用式(2-672-67)计算)计算xi i,用式(,用式(2-682-68)计算)计算y yi i求求V,L3.闪蒸计算闪蒸计算(例(例2-9)(2)汽液平
9、衡常数与组成相关)汽液平衡常数与组成相关第14页3.1小结l l1.1.设计变量设计变量设计变量设计变量在计算前应该指定物理量在计算前应该指定物理量在计算前应该指定物理量在计算前应该指定物理量l l2.2.怎样确定设计变量问题?怎样确定设计变量问题?怎样确定设计变量问题?怎样确定设计变量问题?l l第一步:确定相关过程中设计变量数目;第一步:确定相关过程中设计变量数目;第一步:确定相关过程中设计变量数目;第一步:确定相关过程中设计变量数目;l l第二步:选择适当变量作为设计变量;第二步:选择适当变量作为设计变量;第二步:选择适当变量作为设计变量;第二步:选择适当变量作为设计变量;l l第三步:
10、给定设计变量详细数值。第三步:给定设计变量详细数值。第三步:给定设计变量详细数值。第三步:给定设计变量详细数值。l l3.3.总变量数总变量数总变量数总变量数N Nv v=n=nmm(c+2c+2)+n+nw w+n+nq q第15页l4.单元设计变量单元设计变量3.1 小结分配器分配器换热器(加热换热器(加热/冷却)冷却)部分凝器部分凝器再沸器再沸器侧线采出级侧线采出级带有传热平衡级带有传热平衡级 全凝器全凝器全蒸发全蒸发混合器混合器简单平衡级简单平衡级 给定出口温度给定出口温度由若干平衡级串联而成由若干平衡级串联而成串级单元串级单元加料板加料板第16页N Nr r单单单单元元元元重重重重复
11、复复复使使使使用用用用变变变变量量量量数数数数称称称称为为为为重重重重复复复复变变变变量或量或量或量或串级单元串级单元串级单元串级单元数。数。数。数。3.1 小结5.5.5.5.装置设计变量总数装置设计变量总数装置设计变量总数装置设计变量总数 N Ni iu u第17页串级单元串级单元分配器分配器理论板理论板(2)(2)(2)(2)侧线采出板侧线采出板侧线采出板侧线采出板是是是是理论板理论板理论板理论板和和和和分配器分配器分配器分配器组合。组合。组合。组合。(3(3(3(3)加料板加料板加料板加料板单元是一个单元是一个单元是一个单元是一个分相器分相器分相器分相器和和和和两个混合器两个混合器两个
12、混合器两个混合器组成综合单元。组成综合单元。组成综合单元。组成综合单元。因分相器和混合器因分相器和混合器因分相器和混合器因分相器和混合器 故故故故进料板进料板进料板进料板3.1小结l6.几个主要综合单元几个主要综合单元 第18页3.1 小结l7.用郭氏法(简便计算用郭氏法(简便计算)确定分离装置独立变量数确定分离装置独立变量数步骤:步骤:(1)(1)确定装置确定装置确定装置确定装置固定设计变量固定设计变量固定设计变量固定设计变量NNx xu u以以以以每每每每一一一一进进进进料料料料有有有有(c+2c+2)个个个个变变变变量量量量,计计计计算算算算装装装装置置置置进进进进料变量总数。料变量总数
13、。料变量总数。料变量总数。(2)(2)计算整个装置计算整个装置计算整个装置计算整个装置可调设计变量可调设计变量可调设计变量可调设计变量N Na au u 确定过程中确定过程中确定过程中确定过程中独立压力等级数独立压力等级数独立压力等级数独立压力等级数。第19页3.1 小结l l经典设计变量要求经典设计变量要求经典设计变量要求经典设计变量要求 操作型计算:操作型计算:操作型计算:操作型计算:进料位置进料位置进料位置进料位置11侧线采出位置侧线采出位置侧线采出位置侧线采出位置11侧线采出流量侧线采出流量侧线采出流量侧线采出流量11平衡级数平衡级数平衡级数平衡级数11馏出液流量馏出液流量馏出液流量馏
14、出液流量11回流比回流比回流比回流比116馏出液中馏出液中馏出液中馏出液中A A组分浓度组分浓度组分浓度组分浓度11釜液中釜液中釜液中釜液中BB组分浓度组分浓度组分浓度组分浓度11设计设计设计设计型计算:型计算:型计算:型计算:回流比回流比回流比回流比11(最适宜最适宜最适宜最适宜)进料位置进料位置进料位置进料位置11侧线采出位置侧线采出位置侧线采出位置侧线采出位置11侧线采出流量侧线采出流量侧线采出流量侧线采出流量116n8.举例-复杂精馏塔第20页3.2 多组分精馏过程 l l对对对对于于于于多多多多组组组组分分分分精精精精馏馏馏馏过过过过程程程程设设设设计计计计和和和和操操操操作作作作计
15、计计计算算算算,一一一一样样样样包包包包括括括括最最最最小小小小回回回回流流流流比比比比和最少理论板和最少理论板和最少理论板和最少理论板这两个极限条件。这两个极限条件。这两个极限条件。这两个极限条件。l l这这这这两两两两个个个个极极极极限限限限条条条条件件件件常常常常被被被被用用用用来来来来关关关关联联联联操操操操作作作作回回回回流流流流比比比比和和和和所所所所需需需需理理理理论论论论板板板板数数数数,成为简捷法成为简捷法成为简捷法成为简捷法(FUGFUG)计算基础。计算基础。计算基础。计算基础。FUGFUG法法法法FenskeFenske(芬斯克),计算(芬斯克),计算(芬斯克),计算(芬
16、斯克),计算 UnderwoodUnderwood(恩特伍德(恩特伍德(恩特伍德(恩特伍德),计算,计算,计算,计算R Rmm,由由由由R Rmm R RGilliandGilliand(吉利兰图),吉利兰图),吉利兰图),吉利兰图),由由由由R Rmm,NNmm计算计算计算计算N N第21页ABCDEB(0.05%)C(0.02%)B(LK)轻关键组分)轻关键组分C(HK)重关键组分)重关键组分重组分重组分重组分重组分(3 3)重组分)重组分)重组分)重组分 挥发度比重关键组分小组分挥发度比重关键组分小组分挥发度比重关键组分小组分挥发度比重关键组分小组分N进料进料F,xi,F塔底产物塔底产物
17、W,xi,W塔顶产物塔顶产物D,xi,D3.2.1 3.2.1 多组分精馏过程分析多组分精馏过程分析1 1、关键组分、关键组分l l关键组分关键组分关键组分关键组分选取工艺中选取工艺中选取工艺中选取工艺中最关心最关心最关心最关心两个组分,指定他们在两个组分,指定他们在两个组分,指定他们在两个组分,指定他们在塔顶和塔底塔顶和塔底塔顶和塔底塔顶和塔底产品中分配产品中分配产品中分配产品中分配,将对整个溶液分离起关键性作用。,将对整个溶液分离起关键性作用。,将对整个溶液分离起关键性作用。,将对整个溶液分离起关键性作用。馏出液馏出液馏出液馏出液中某组分浓度中某组分浓度中某组分浓度中某组分浓度限制量限制量
18、限制量限制量(重关键组分,(重关键组分,(重关键组分,(重关键组分,HKHK)釜液釜液釜液釜液中某组分浓度中某组分浓度中某组分浓度中某组分浓度限制量限制量限制量限制量(轻关键组分,(轻关键组分,(轻关键组分,(轻关键组分,LKLK),(4 4 4 4)轻组分)轻组分)轻组分)轻组分 挥发度比轻关键组分大组分挥发度比轻关键组分大组分挥发度比轻关键组分大组分挥发度比轻关键组分大组分(2 2)重重重重关键组分关键组分关键组分关键组分HKHK 挥发度低一个关键组分挥发度低一个关键组分挥发度低一个关键组分挥发度低一个关键组分ABCDEABCDE(1 1)轻轻轻轻关键组分关键组分关键组分关键组分LKLK挥
19、发度高一个关键组分挥发度高一个关键组分挥发度高一个关键组分挥发度高一个关键组分A轻组分轻组分第22页A A 轻组分轻组分轻组分轻组分B B(LKLK)轻关键组分)轻关键组分)轻关键组分)轻关键组分C C(HKHK)重关键组分)重关键组分)重关键组分)重关键组分D D 重组分重组分重组分重组分E E 重组分重组分重组分重组分BB限制量限制量限制量限制量LKLKCC大部分大部分大部分大部分 DD几乎全部几乎全部几乎全部几乎全部 EE全部全部全部全部 进料进料进料进料塔底产物塔底产物塔底产物塔底产物塔顶产物塔顶产物塔顶产物塔顶产物AA全部全部全部全部 BB部分部分部分部分 CC限制限制限制限制HKH
20、KN清楚分割清楚分割清楚分割清楚分割3.2.1 多组分精馏过程分析(1 1)清楚分割)清楚分割l l若两关键组分若两关键组分若两关键组分若两关键组分挥发度挥发度挥发度挥发度相差较大相差较大相差较大相差较大,且二者为,且二者为,且二者为,且二者为相邻组分相邻组分相邻组分相邻组分。l l重组分全部进入釜液重组分全部进入釜液重组分全部进入釜液重组分全部进入釜液产品,轻组分全部进产品,轻组分全部进产品,轻组分全部进产品,轻组分全部进入馏出液产品中。入馏出液产品中。入馏出液产品中。入馏出液产品中。依据组分间挥发度差异,可有两种预分配方法。依据组分间挥发度差异,可有两种预分配方法。依据组分间挥发度差异,可
21、有两种预分配方法。依据组分间挥发度差异,可有两种预分配方法。2 2 2 2、组分在塔顶、塔底、组分在塔顶、塔底、组分在塔顶、塔底、组分在塔顶、塔底产品产品产品产品中预分配中预分配中预分配中预分配l l非关键组分在两产非关键组分在两产非关键组分在两产非关键组分在两产品中分配能够经过品中分配能够经过品中分配能够经过品中分配能够经过物料衡算求得。物料衡算求得。物料衡算求得。物料衡算求得。第23页3.2.2 最小回流比 lRmin,N两组分精馏两组分精馏两组分精馏两组分精馏夹紧点夹紧点夹紧点夹紧点。即操作线与平衡线交点(平衡线无下凹)。即操作线与平衡线交点(平衡线无下凹)。即操作线与平衡线交点(平衡线
22、无下凹)。即操作线与平衡线交点(平衡线无下凹)多多多多组组组组分分分分精精精精馏馏馏馏,若若若若在在在在最最最最小小小小回回回回流流流流比比比比下下下下操操操操作作作作,也也也也会会会会出出出出夹夹夹夹点点点点区区区区,但但但但不不不不是是是是一一一一个个个个(经经经经常常常常不不不不是是是是一一一一个个个个,有有有有时时时时是是是是一一一一个个个个,图图图图3-103-10,b,cb,c),对对对对应应应应于于于于图图图图3-103-10a a有有有有上上上上、下恒浓区。若组分处于下恒浓区。若组分处于下恒浓区。若组分处于下恒浓区。若组分处于恒浓区恒浓区恒浓区恒浓区,则需则需则需则需NN才能到
23、达分离要求。才能到达分离要求。才能到达分离要求。才能到达分离要求。图图图图3-103-10多组分精馏塔中恒浓区位置多组分精馏塔中恒浓区位置多组分精馏塔中恒浓区位置多组分精馏塔中恒浓区位置第24页3.2.3 最少理论板数和组分分配l lNNmm全回流操作全回流操作全回流操作全回流操作芬斯克(芬斯克(芬斯克(芬斯克(FenskeFenske)方程式)方程式)方程式)方程式 塔顶全凝器;塔顶全凝器;塔顶全凝器;塔顶全凝器;板板板板理论板;理论板;理论板;理论板;由由由由塔顶第一块塔顶第一块塔顶第一块塔顶第一块理论板开始计算理论板开始计算理论板开始计算理论板开始计算全回流:全回流:全回流:全回流:N1
24、FfiWxi,WDxi,Dxi,F=fi/Fxi,D=di/Dxi,W=wi/Wfi=di+wiF=D+W第25页芬斯克(芬斯克(FenskeFenske)方程推导)方程推导全回流:全回流:全回流:全回流:10 塔顶全凝器塔顶全凝器塔顶全凝器塔顶全凝器:3.2.3 最少理论板数和组分分配第26页FenskeFenske公式公式最小理论板最小理论板N Nm m 任意两组分任意两组分任意两组分任意两组分A A,B B3.2.3 最少理论板数和组分分配FenskeFenske公式公式公式公式几个形式:几个形式:几个形式:几个形式:第27页Fenske公式(几个形式)3.2.3 最少理论板数和组分分配
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