第一篇：化工分離 心得

讀《現(xiàn)代分離技術(shù)》的心得

近年來，“分離工程”和“新型分離技術(shù)”已經(jīng)被各個(gè)高等院校作為化學(xué)工程與工藝、制藥工程、生物工程和食品工程等專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)課。所以，在讀這本書之前，我——作為化工專業(yè)的一名學(xué)生，已經(jīng)學(xué)過《化工分離工程》的一些相關(guān)知識。通讀完這本書后，發(fā)現(xiàn)《現(xiàn)代分離技術(shù)》這本書將分離工程和新型分離技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行融合的同時(shí)，又添加了反映該學(xué)科最新進(jìn)展的內(nèi)容。我認(rèn)為，它與《化工分離工程》最不同的地方是：《化工分離工程》強(qiáng)調(diào)將工程與工藝相結(jié)合，側(cè)重介紹精餾單元，還討論了其他常見的分離技術(shù)和分離的節(jié)能問題。而《現(xiàn)代分離技術(shù)》在闡述傳統(tǒng)多組分精餾的同時(shí)，著重介紹各種新型分離單元的基本原理、相關(guān)設(shè)備、應(yīng)用實(shí)例和進(jìn)展情況。特別是對應(yīng)用實(shí)例的介紹，激發(fā)我將相關(guān)的分離技術(shù)聯(lián)系到實(shí)際，幫助我更好地了解該技術(shù)。通讀完《現(xiàn)代分離技術(shù)》不僅有利于我對已學(xué)知識的回顧，還讓對新型分離技術(shù)有一些新的了解。但由于我自身的知識水平和認(rèn)識水平有限，對書中所講述的知識所學(xué)不多，且難免對某些知識點(diǎn)仍存在困惑，現(xiàn)就一些主要的內(nèi)容來講述下我從《現(xiàn)代分離技術(shù)》這本書中的所得：

第一點(diǎn)，關(guān)于料液的預(yù)處理與固液分離——這一章是《化工分離工程》中所沒有的。預(yù)處理的主要目的是為了改善料液中非均相組分的分布特性及料液的流動(dòng)特性，以利于非均相物系的分離，同時(shí)還除去一些對下游分離操作有影響的雜質(zhì)，使后續(xù)的分離提純過程能順利進(jìn)行。其實(shí)在《化工分離工程》的課程上，也曾被貫徹過程預(yù)處理的概念，只是不曾注意。一提到預(yù)處理，想到的無非是過濾或沉降、離心分離等基本單元。而從本書中，我則學(xué)到了預(yù)處理的另外3種方式：加熱、凝聚和絮凝。加熱是發(fā)酵液預(yù)處理最簡單、最常用的方法。它可以有效降低液體粘度，從而改善固-液分離條件，使固液分離變得容易。同時(shí)在適當(dāng)溫度和受熱時(shí)間下可使蛋白質(zhì)凝聚，形成較大顆粒的凝聚物，進(jìn)一步改善料液的特性。在生物工程中，加熱方式應(yīng)用較多；凝聚是指在特定電解質(zhì)作用下，破壞懸浮固形顆粒、菌體和蛋白質(zhì)等膠體粒子的分散狀態(tài)，使膠體粒子聚集的過程。解釋凝聚微觀機(jī)理的模型是擴(kuò)散雙電層模型；絮凝是指使用絮凝劑（通常是天然或合成的大分子聚電解質(zhì)），在懸浮粒子之間產(chǎn)生架橋作用而使膠粒形成粗大的絮凝團(tuán)的過程。完成料液預(yù)處理之后才是應(yīng)用過濾或沉降、離心分離等操作單元來實(shí)現(xiàn)固液分離的過程。此外讀完這一章，更提醒我要學(xué)會(huì)將學(xué)科知識進(jìn)行融合貫通，因?yàn)樾跄湍凼恰赌z體化學(xué)》中學(xué)過的知識。（每一個(gè)單元操作的進(jìn)料都要滿足相應(yīng)的工藝規(guī)格，因此，一般都有原料的預(yù)處理過程，其實(shí)質(zhì)上也可看成一步單元操作。）

第二點(diǎn)，關(guān)于新型萃取技術(shù)?！冬F(xiàn)代分離技術(shù)》主要介紹的新型萃取技術(shù)包括雙水相萃取和超臨界萃取。對于超臨界萃取，由于報(bào)道的文獻(xiàn)較多而且有接觸過，所以對該技術(shù)的了解較多。對于雙水相萃取則較陌生，所以認(rèn)真琢磨了一番。雙水相萃取是利用被萃取物質(zhì)在互不相溶的兩個(gè)水相中的分配系數(shù)不同，從而實(shí)現(xiàn)萃取的過程。不過由于自身知識水平和認(rèn)識水平有限，對于雙水相體系的形成和待分離物質(zhì)在雙水相中的分離理論仍是一知半解。還有關(guān)于雙水相萃取后的組分如何從水相中分離出來，我依然困惑不解盡管我已經(jīng)仔細(xì)閱讀過《現(xiàn)代分離技術(shù)》在這一章中的闡述。（蒸發(fā)濃縮再低溫結(jié)晶就是可行方法之一）

第三點(diǎn)，薄層色譜、柱色譜和紙色譜。色譜法是分離、提純和鑒定有機(jī)化合物的重要方法。它是一種物理的分離方法，其分離原理是利用分析試樣各組分在不相混溶并作相對運(yùn)動(dòng)的兩相（流動(dòng)相和固定相）中的溶解度的不同，或在固定相上的物理吸附程度的不同等而使各組分分離。色譜法主要幫助解決像天然色素、蛋白質(zhì)、氨基酸、生物代謝產(chǎn)物和激素等的分離和分析。通讀《現(xiàn)代分離技術(shù)》在這一章中的闡述，我認(rèn)為薄層色譜和紙色譜側(cè)重用于物質(zhì)分離后的分析，它們并不適合于實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離過程。而柱色譜則不僅可用于實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離后的分析還可以用于物質(zhì)的（工業(yè)規(guī)模的）分離過程。

最后一點(diǎn)是關(guān)于結(jié)晶和沉淀——在讀到結(jié)晶的章節(jié)時(shí)引發(fā)的思考。結(jié)晶和沉淀同樣是從液相或氣相中形成固相的過程，它們有怎樣的區(qū)別？讀完《現(xiàn)代分離技術(shù)》后，我得到以下結(jié)論：結(jié)晶過程中得到的晶體是具有整齊的幾何外形，固定熔點(diǎn)和各向異性的固態(tài)物質(zhì)，組成晶體的單位原子、分子或離子具有規(guī)律的排列（正確）。而沉淀得到的是無定形的固體粒子，其內(nèi)部的組成單位是無規(guī)則排列的（不同意你的觀點(diǎn)，沉淀有可能得到晶體！結(jié)晶是某物質(zhì)的濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)時(shí)從溶液中析出的過程。而沉淀是由于溶解度太小而析出的過程。它們?nèi)芤后w系的熱力學(xué)情況是不同的?。?。而且與沉淀相比，結(jié)晶中得到的晶體往往具有較高的純度（結(jié)晶可能含有結(jié)晶水，另外在結(jié)晶過程中會(huì)挾帶其它的物質(zhì)，并影響其純度。因此，該觀點(diǎn)不十分正確，結(jié)晶產(chǎn)物的純度受濃縮液純度的影響很大。）。讀完《現(xiàn)代分離技術(shù)》這本書后，盡管學(xué)了點(diǎn)東西，不過我最大的體會(huì)就是本人的知識水平亟待提高，還有很多知識需要花時(shí)間和心思去學(xué)習(xí)。（共勉?。?/p>

第二篇：2014化工分離題庫

衢州學(xué)院化工分離復(fù)習(xí)題庫

一、填空：

1、分離作用是由于加入（分離劑）而引起的，因?yàn)榉蛛x過程是（混合過程）的逆過程。

2、固有分離因子是根據(jù)（氣液相平衡）來計(jì)算的。它與實(shí)際分離因子的差別用（板效率）來表示。

3、汽液相平衡是處理（氣液傳質(zhì)分離）過程的基礎(chǔ)。相平衡的條件是（所有相中的溫度壓力相等、每一組分的逸度也相等）。

4、為表示塔傳質(zhì)效率的大小，可用（級效率）表示。

5、對多組分物系的分離，應(yīng)將（分離要求高）或（最困難）的組分最后分離。

6、設(shè)計(jì)變量分為（固定設(shè)計(jì)變量）與（可調(diào)設(shè)計(jì)變量）。

7、.吸收過程計(jì)算各板的溫度采用（熱量衡算）來計(jì)算，而其流率分布則用（簡捷計(jì)算）來計(jì)算。

8、關(guān)鍵組分的相揮發(fā)度越大，精餾過程所需的最少理論板數(shù)（越少）。

9、進(jìn)料中易揮發(fā)含量越大，精餾過程所需的最少理論板數(shù)（不變）。10.萃取精餾塔中，萃取劑是從塔（底）出來。

11.在板式塔的吸收中，原料中的平衡常數(shù)小的組分主要在塔內(nèi)（底）板被吸收。12.完成一個(gè)給定的分離要求所需功最小的過程是（可逆）。

13、從節(jié)能的角度分析難分離的組分應(yīng)放在（最后）分離。

15、分離工程操作中，分離劑可以是（能量分離劑）和（物質(zhì)分離劑）。

16、對于二元溶液的范拉爾方程，當(dāng)x1?0 時(shí)，ln?1?=(A12)，?2=(1)。

17、對于能生成二元最低恒沸物的物系來說，x、y關(guān)系在恒沸點(diǎn)左側(cè)為（y?x），在恒沸點(diǎn)右側(cè)為（y?x）。

18、在一個(gè)塔中精餾某二元最低恒沸物時(shí)，塔頂?shù)玫降漠a(chǎn)物是（恒沸物），塔底得到的產(chǎn)物是（純組分）。

19、萃取精餾塔中，當(dāng)原料以（氣相或q=0）熱狀況加入時(shí)，精餾段與提餾段中的溶劑濃度大致相等，萃取劑將從塔（底或釜）出來。

20、單組分氣體在固體上吸附時(shí)適用于五種類型吸附等溫線中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ種類型的吸附理論是(BET多分子層吸附理論)，只適用于其中的第Ⅰ種類型的吸附理論是（朗格謬爾單分子層吸附理論）。

21、在板式塔的吸收中，原料中的平衡常數(shù)小的組分主要在塔內(nèi)（底）板被吸收，吸收中平衡數(shù)大的組分主要在塔內(nèi)（頂）板被吸收。

22、分離工程分為(機(jī)械分離法)和(傳質(zhì)分離法)兩大類。

23、對于能生成二元恒沸物的物系來說，在恒沸點(diǎn)處氣液相兩相組成（相等）。在恒沸點(diǎn)兩側(cè)組分的揮發(fā)能力（不同或相反）。

24、用郭氏法分析，串級單元的可調(diào)設(shè)計(jì)變量為（1）。

25、根據(jù)萃取精餾原理，通常希望所選擇的萃取劑與塔頂組分形成具有（正）偏差的非理想溶液，與塔底組分形成理想溶液或具有（負(fù)）偏差的非理想溶液。

26、萃取精餾塔中，當(dāng)原料以液相加入時(shí)，則提餾段中的溶劑濃度將會(huì)因料液的加入而變得比精餾段（低），此時(shí)為了保證整個(gè)塔內(nèi)萃取劑的濃度，常將部分溶劑隨（料液）一起加入。

27、在多組分精餾過程中，由芬斯克公式計(jì)算的最少理論板數(shù)決定于兩組分的分離要求和（揮發(fā)度或相對揮發(fā)度a），與進(jìn)料組成（無關(guān)）。

28, 熱力學(xué)效率定義為（系統(tǒng)）消耗的最小功與（過程）所消耗的凈功之比。

29, 絕熱閃蒸過程，節(jié)流后的溫度（降低）。

30, 若組成為Zi的物系,∑Kixi>1,且∑KiZi>1時(shí)，其相態(tài)為（汽液兩相）31, 若組成為Zi的物系,Kixi>1時(shí)其相態(tài)為（過冷液相）32, 若組成為Zi的物系,∑KiZi>1時(shí)，其相態(tài)為（過熱氣相）33, 傳質(zhì)分離過程分為（平衡分離過程）和（速率控制過程）兩大類。34, 分離劑可以是（能量）和（物質(zhì)）。

35, 非清晰分割法假設(shè)各組分在塔內(nèi)的分布與在（全回流）時(shí)分布一致。35, 采用液相進(jìn)料的萃取精餾時(shí)，要使萃取劑的濃度在全塔內(nèi)為一恒定值，所以在（進(jìn)料時(shí)補(bǔ)加一定的萃取劑）。

36, 當(dāng)原溶液為非理想型較強(qiáng)的物系，則加入萃取劑起（稀釋）作用。37, 要提高萃取劑的選擇性，可（增大）萃取劑的濃度。

38, 對多組分吸收，當(dāng)吸收氣體中關(guān)鍵組分為重組分時(shí)，可采用（吸收蒸出塔）的流程。

39,在塔頂和塔釜同時(shí)出現(xiàn)的組分為（分配組分）。

40，在多組分精餾計(jì)算中為了給嚴(yán)格計(jì)算提供初值，通常用（清晰分割）或（非清晰分割）方法進(jìn)行物料預(yù)分布。

41常用吸附劑有（硅膠），（活性氧化鋁），（活性炭）。

42對多組分物系的分離，應(yīng)將（分離要求高）或（最困難）的組分最后分離。43熱力學(xué)效率定義為（系統(tǒng)）消耗的最小功與（過程）所消耗的凈功之比。44分離最小功是分離過程必須消耗能量的下限它是在分離過程（可逆）時(shí)所消耗的功。

45在相同的組成下，分離成純組分時(shí)所需的功（大于）分離成兩個(gè)非純組分時(shí)所需的功。

二、選擇題

1.下列哪一個(gè)是速率分離過程（c）a.蒸餾 b.吸收 c.膜分離 d.離心分離

2、下列哪一個(gè)是機(jī)械分離過程（d）a.蒸餾 b.吸收 c.膜分離 d.離心分離

3、氣液兩相處于平衡時(shí)（c）

a.兩相間組份的濃度相等 b.只是兩相溫度相等 c.兩相間各組份的逸度相等 d.相間不發(fā)生傳質(zhì)

4、當(dāng)把一個(gè)氣相冷凝時(shí)，開始產(chǎn)生液滴的點(diǎn)叫作（a）a.露點(diǎn)b.臨界點(diǎn)c.泡點(diǎn)d.熔點(diǎn)

5、閃蒸是單級蒸餾過程，所能達(dá)到的分離程度（b）

a.很高b.較低c.只是冷凝過程，無分離作用d.只是氣化過程，無分離作用

6、當(dāng)蒸餾塔的回流比小于最小的回流比時(shí)（c）

a.液相不能氣化b.不能完成給定的分離任務(wù)c.氣相不能冷凝d.無法操作

7、如果二元物系,γ1>1,γ2>1,則此二元物系所形成的溶液一定是（a）a.正偏差溶液b.理想溶液c.負(fù)偏差溶液d.不確定

8、下列哪一個(gè)不是均相恒沸物的特點(diǎn)（d）a.氣化溫度不變b.氣化時(shí)氣相組成不變 c.活度系數(shù)與飽和蒸汽壓成反比d.冷凝可以分層

9、下列哪一個(gè)不是吸收的有利條件（a）

a.提高溫度b.提高吸收劑用量c.提高壓力d.減少處理的氣體量

10、平衡常數(shù)較小的組分是（d）

a.難吸收的組分b.最較輕組份c.揮發(fā)能力大的組分d.吸收劑中的溶解度大

11、吸收塔的汽、液相最大負(fù)荷處應(yīng)在（a）a.塔的底部b.塔的中商c.塔的頂部

12、對一個(gè)恒沸精餾過程，從塔內(nèi)分出的最低溫度的恒沸物（b）a.一定是做為塔底產(chǎn)品得到b.一定是為塔頂產(chǎn)品得到 c.可能是塔項(xiàng)產(chǎn)品，也可能是塔底產(chǎn)品d.視具體情況而變 13.對兩個(gè)不同純物質(zhì)來說，在同一溫度壓力條件下汽液相平衡K值越大，說明該物質(zhì)費(fèi)點(diǎn)（a）

a.越低b.越高c.不一定高，也不一定低 14.系統(tǒng)溫度大于露點(diǎn)時(shí)，體系處于（b）a.飽和液相b.過熱氣相c.飽和氣相d.氣液兩相 15.等含節(jié)流之后（d）

a.溫度提高b.壓力提高c.有氣化現(xiàn)象發(fā)生,壓力提高 d.壓力降低，溫度也降低

16.A、B兩組份的相對揮發(fā)度αAB越?。╞）a.A、B兩組份越容易分離b.A、B兩組分越難分離

c.A、B兩組分的分離難易與越多，d.原料中含輕組分越多，所需的越少 17.當(dāng)蒸餾塔的在全回流操作時(shí)，下列哪一描述不正確（d）

a.所需理論板數(shù)最小b.不進(jìn)料c.不出產(chǎn)品d.熱力學(xué)效率高 b.恒摩爾流不太適合d.是蒸餾過程

18.吉利蘭關(guān)聯(lián)圖，關(guān)聯(lián)了四個(gè)物理量之間的關(guān)系，下列哪個(gè)不是其中之一（d）

a.最小理論板數(shù)b.最小回流比c.理論版d.壓力

19.如果二元物系，γ1<1,γ2<1,則此二元物系所形成的溶液一定是（c）a.正偏差溶液b.理想溶液c.負(fù)偏差溶液d.不確定

20.如果二元物系，γ1=1,γ2=1，,則此二元物系所形成的溶液一定是（b）a.正偏差溶液b.理想溶液c.負(fù)偏差溶液d.不確定 24.關(guān)于萃取精餾塔的下列描述中，那一個(gè)不正確（b）

a.氣液負(fù)荷不均，液相負(fù)荷大b.回流比提高產(chǎn)品純度提高 c.恒摩爾流不太適合d.是蒸餾過程

25.萃取塔的汽、液相最大的負(fù)荷處應(yīng)在（a）a.塔的底部b.塔的中部c.塔的項(xiàng)部

26.如果二元物系有最低壓力恒沸物存在，則此二元物系所形成的溶液一定是（c）

a.正偏差溶液b.理想溶液c.負(fù)偏差溶液d.不一定 27.下列哪一個(gè)不是影響吸收因子的物理量（d）a.溫度b.吸收劑用量c.壓力d.氣體濃度 28.易吸收組分主要在塔的什么位置被吸收（c）a.塔頂板b.進(jìn)料板c.塔底板 29.平均吸收因子法（c）

a.假設(shè)全塔的溫度相等b.假設(shè)全塔的壓力相等c.假設(shè)各板的吸收因子相等 30.如果二元物系有最高恒沸物存在，則此二元物系所形成的溶液一定是（c）

a.正偏差溶液b.理想溶液c.負(fù)偏差溶液d.不一定

三、問答題：

1、精餾過程全回流操作特點(diǎn)？

①不進(jìn)料也不出料；②無精餾段與提餾段之分；③兩板之間任一截面上上升蒸汽組成與下降液相組成相等；④達(dá)到指定分離程度所需的理論板數(shù)最少。

2、反應(yīng)精餾的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）產(chǎn)物一旦生成立即移出反應(yīng)區(qū)；（2）反應(yīng)區(qū)反應(yīng)物濃度高，生產(chǎn)能力大；（3）反應(yīng)熱可由精餾過程利用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用；（5）對于難分離物系通過反應(yīng)分離成較純產(chǎn)品。

3、工藝角度簡述萃劑的選擇原則。

a.容易再生，即不起化學(xué)反應(yīng)、不形成恒沸物、P沸點(diǎn)高； b.適宜的物性，互 溶度大、穩(wěn)定性好；c.價(jià)格低廉，來源豐富。

4、吸附過程的優(yōu)點(diǎn)。

a.選擇性高；b.吸附速度快，過程進(jìn)行的完全；c.常壓壓操作，操作費(fèi)用與投資費(fèi)用少。

5、請敘述板式塔中實(shí)際板和理論板的差異。

(1)、理論板假定離開該板的汽、液兩相達(dá)到平衡。

(2)、理論板上相互接觸的汽液兩相完全混合，板上液相濃度均一，等于離開該板溢流液的濃度。

(3)、實(shí)際板上汽液兩相存在不均勻流動(dòng)，停留時(shí)間有明顯差異。

(4)、實(shí)際板存在霧沫夾帶、漏液和液相夾帶泡沫現(xiàn)象。

6、恒沸劑回收的方法一般有以下幾 種：

① 冷卻分層;② 萃取;③不同壓力下精餾;④ 二次共沸精餾;⑤ 化學(xué)方法。

7、閃蒸過程主要分為哪兩種典型類型？ 該兩種類型有何異同？ 要點(diǎn)：閃蒸過程主要分為等溫閃蒸和絕熱閃蒸過程； 都是閃蒸過程

等溫閃蒸：進(jìn)料溫度=閃蒸溫度，Q≠0，進(jìn)料壓力>閃蒸壓力 絕熱閃蒸：進(jìn)料溫度>閃蒸溫度，Q=0，進(jìn)料壓力>閃蒸壓力 8.萃取精餾過程中，萃取劑的作用是什么？萃取精餾過程與恒沸精餾過程有何區(qū)別? 要點(diǎn)：萃取劑的作用：通過稀釋原溶液和分別與原溶液組分的相互作用力不同 使原溶液組分間的相對揮發(fā)度發(fā)生改變。

區(qū)別：恒沸精餾在改變相對揮發(fā)度的同時(shí)還要與原溶液組分生成恒沸物；

恒沸精餾的能耗一般比萃取精餾大；

恒沸精餾更適用于分離熱敏性物料；

恒沸精餾可連續(xù)操作，也可間歇操作，萃取精餾一般只能連續(xù)操作。

9.簡述精餾過程最小回流時(shí)的特點(diǎn)。

最小回流比是餾的極限情況之一，此時(shí)，未完成給定的分離任務(wù)，所需要理論經(jīng)板數(shù)無窮多，如果回流比小于最小回流比，則無論多少理論板數(shù)也不能完成給定的分離任務(wù)。

10.從熱力學(xué)角度簡述萃取劑的選擇原則。

萃取應(yīng)能使的體系的相對揮發(fā)度提高，即與塔組分形成正偏差，與塔組分形成負(fù)偏差或者理想溶液。

11、有一烴類混合物送入精餾裝置進(jìn)行分離，進(jìn)料組成和相對揮發(fā)度a值如下，現(xiàn)有A、B兩種方案可供選擇，你認(rèn)為哪種方案合理？為什么？

異丁烷

正丁烷

戊烷

摩爾%

a值

1.24

1.00

0.34

由于正丁烷和異丁烷是體系中最難分的組份，應(yīng)放在最后分離；進(jìn)料中戊烷含量高，應(yīng)盡早分出。

所以方案B是合理的。

12、吸附劑的選擇原則。a.選擇性高； b.比表面積； c.有一定的機(jī)械強(qiáng)度；

d.有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。

四、計(jì)算題：

1、試求氨仿（1）— 乙醇（2）在共沸溫度為55℃時(shí)的共沸組成和總壓力。（下式中t的單位是℃；P的單位是mmHg）

已知：

2ln?1?x2(0.59?1.66x1)

ln?2?x12(1.42?1.66x2)0lgP1?6.90328?1152.051163.00

lgP2?6.46827?

227?t231.48?t

2、含有80%(mol)醋酸乙酯(A)和20%乙醇(E)的二元物系，液相活度系數(shù)用Van Laar方程計(jì)算，AAE=0.144，AEA=0.170。試計(jì)算在101.3kPa壓力下的泡點(diǎn)溫度。（設(shè)T=350K）

安托尼方程為：

.50

醋酸乙酯：lnPA?21.0444?2790S?T?57.15?

(PS：Pa ；T：K)

.98

乙醇：lnPE?23.8047?3803S?T?41.68?

3, 要求在常壓下分離環(huán)己烷a.（沸點(diǎn)80.8℃）和苯b.（沸點(diǎn)80.2℃），它們的恒沸組成為苯0.502（摩爾分?jǐn)?shù)），共沸點(diǎn)77.4℃，現(xiàn)以丙酮為恒沸劑進(jìn)行恒沸精餾，丙酮與環(huán)己烷形成恒沸物，共沸組成為0.60（環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)），若希望得到幾乎純凈的苯，試計(jì)算： ①所需恒沸劑量。

②塔頂、塔釜餾出物量各為多少。（以100kmol/h進(jìn)料計(jì)）

4,一輕烴混合物進(jìn)行精餾塔的計(jì)算，已經(jīng)求得最小回流比Rm=1.45,最小理論板數(shù)Nm=8.6,如果實(shí)際回流比為R=1.25Rm,全塔平均板效率為n＝0.60，求所需最小塔板板數(shù)。(用埃特及Eduljec公司計(jì)算:Y=0.75-0.75X0.5668)

5.某一分離組分B和C的連續(xù)精餾塔，其進(jìn)料流量為100kmol/h，塔頂采用全凝器冷凝。泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料組成和相對揮發(fā)度如下：

組分 A B C D 組成xF%（mol分?jǐn)?shù)）21 22 34 23 αij 3.44 2.30 1.00 0.87 要求餾出液中B組分回收率0.997，釜液中C組分回收率0.996，實(shí)際回流比為最小回流比的1.8倍。

（1）試用清晰分割法確定餾出液和釜液的流量和組成（摩爾分?jǐn)?shù)）；（2）用簡捷法計(jì)算所需理論塔板數(shù)；（最小回流比為1.15）；（3）確定適宜的進(jìn)料板位置。

6.某原料氣組成如下：

組分

CH4

C2H6

C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12

n-C6H14 y0(摩爾分率)0.765 0.045 0.035

0.025

0.045 0.015

0.025

0.045 先擬用不揮發(fā)的烴類液體為吸收劑在板式塔吸收塔中進(jìn)行吸收，平均吸收溫度為38℃，壓力為1.013Mpa，如果要求將i-C4H10回收85%。試求：(1)(2)(3)(4)

為完成此吸收任務(wù)所需的最小液氣比。

操作液氣比為組小液氣比的1.1倍時(shí)，為完成此吸收任務(wù)所需理論板數(shù)。

各組分的吸收分率和離塔尾氣的組成。求塔底的吸收液量

第三篇：化工分離工程

化工分離工程

第一章 緒論 1.1概述

1.1.1 分離過程的發(fā)展與分類

隨著世界工業(yè)的技術(shù)革命與發(fā)展,特別是化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)盡管化工產(chǎn)品種類繁多,但生產(chǎn)過程的設(shè)備往往都可以認(rèn)為是由反應(yīng)器、分離設(shè)備和通用的機(jī)、泵、換熱器等構(gòu)成。其中離不開兩類關(guān)鍵操作: 一是反應(yīng)器,產(chǎn)生新物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)過程,其為化工生產(chǎn)的核心;于是研究化學(xué)工業(yè)中具有共同性的過程和設(shè)備的規(guī)律,并將之運(yùn)用于生產(chǎn)的“化學(xué)工程”這一 學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。

分離過程可分為機(jī)械分離和傳質(zhì)分離兩大類。機(jī)械分離過程的對象都是兩相或兩相以上的非均相混合物,只要用簡單的機(jī)械方法就可將兩相分離,而兩相間并無物質(zhì)傳遞現(xiàn)象發(fā)生傳質(zhì)分離過程的特點(diǎn)是相間傳質(zhì),可以在均相中進(jìn)行,也可以在非均相中進(jìn)行。傳統(tǒng)的單元操作中,蒸發(fā)、蒸餾、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、結(jié)晶等單元操作大多在兩相中進(jìn)行。依據(jù)處于熱力學(xué)平衡的兩相組成不相等的原理,以每一級都處于平衡態(tài)為手段,把其他影響參數(shù)均歸納于效率之中,使其更符合實(shí)際。它的另一種工程處理方法則是把現(xiàn)狀和達(dá)到平衡之間的濃度梯度或壓力梯度作為過程的推動(dòng)力,而把其他影響參數(shù)都?xì)w納于阻力之中,傳遞速率就成為推動(dòng)力與阻力的商了。上述兩種工程處理方法所描述的過程,都稱作平衡級分離過程。分離行為在單級中進(jìn)行時(shí),往往著眼于氣相或液相中粒子、離子、分子以及分子微團(tuán)等在場的作用下遷移速度不同所造成的分離。熱擴(kuò)散、反滲透、超過濾、電滲析及電泳等分離過程都屬此類,稱速率控制分離過程,都是很有發(fā)展?jié)摿Φ男路蛛x方法。綜上所述,分離過程得以進(jìn)行的基礎(chǔ)是在“場”的存在下,利用分離組分間物理或化學(xué)性質(zhì)的差異,并采用工程手段使之達(dá)到分離。顯然,構(gòu)思新穎、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、高效節(jié)能的分離設(shè)備將是分離過程得以實(shí)施乃至完成的保證。

1.1.2 分離過程的地位

廣泛的應(yīng)用、科技的發(fā)展、環(huán)境的需要都說明分離過程在國計(jì)民生中所占的地位和作用,并展示了分離過程的廣闊前景:現(xiàn)代社會(huì)離不開分離技術(shù),分離技術(shù)發(fā)展于現(xiàn)社會(huì)。

1.2 分離分子

組分 i和J的通用分高因一fαl11為二組分在嚴(yán)品l中的摩爾分率的比値除以在產(chǎn)品2中的比值。顯然，r的單位可以用組分的質(zhì)量分率、摩爾流量或質(zhì)量流量,其所得的分離因子值不變。1.3過程開發(fā)及方法

(1)開發(fā)基礎(chǔ)研究:針對項(xiàng)目的應(yīng)用性基礎(chǔ)研究和工藝特征研究,以實(shí)驗(yàn)室研究為主體

(2)過程研究:進(jìn)行工藝、產(chǎn)品、設(shè)備等的工程放大試驗(yàn),包括模型試驗(yàn)、徽型中試、中間試驗(yàn)、原型裝置試驗(yàn)及工業(yè)試驗(yàn)的全部過程或部分過程。

(3)工程研究:包括技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)、概念設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)模型、放大技術(shù)及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等 所以,化工新技術(shù)開發(fā)不外乎三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié):概念形成到課題的選定、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)論證(可行性)和放大技術(shù)。其中,放大技術(shù)是研究開發(fā)的核心。1.逐級經(jīng)驗(yàn)放大

其基本步驟是:進(jìn)行小試,確定操作條件和設(shè)備形式,以及可望達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。確定的依據(jù)是最終產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和成本,并不考慮過程的機(jī)理。小試之后進(jìn)行規(guī)模稍大的中試,以確定設(shè)備尺寸放大后的影響(放大效應(yīng)),然后才能放大到工業(yè)規(guī)模的大型裝置。

2.數(shù)學(xué)模型方法

此法基于對過程本質(zhì)的深刻理解,將復(fù)雜過程分解為多個(gè)較簡單的子過程,再根據(jù)研究的目的進(jìn)行合理簡化,得出物理模型。

1.4 分離方法的選擇 1可行性

要選擇合適的分離方法,首先應(yīng)考查它的可行性。也就是說,應(yīng)用該方法是否可能獲得所期望的結(jié)果。通過可行性判斷,可以篩選合適的分離方法。

第二章 精餾

蒸餾（Distillation）：借助液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異而進(jìn)行分離的一種操作方法。簡單蒸餾（simple distillation)：混合液受熱部分汽化，產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入冷凝器種冷凝，分批收

集不同組成的餾出液產(chǎn)品。

平衡蒸餾（equilibrium distillation)：釜內(nèi)液體混合物被部分汽化，使氣相與液相處于平衡狀態(tài)，然后將氣相與液相分開，是一種單級蒸餾操作。

精餾（rectification)：液體混合物多次進(jìn)行部分冷凝或部分汽化后，最終可以在氣相中得到較純的易揮發(fā)組分，而在液相中得到較純的難揮發(fā)組分。精餾計(jì)算：物料衡算，熱量衡算，相平衡關(guān)系

計(jì)算方法：雙組份常用圖解法；多組分常用簡捷法、嚴(yán)格計(jì)算法 普通精餾不適用下列物料的分離：

（1）待分離組分間的相對揮發(fā)度很接近于1。此時(shí)，它們的分離需要很多理論板數(shù)和很大的回流比，因此設(shè)備投資和操作費(fèi)用很大，不經(jīng)濟(jì)。一般認(rèn)為，當(dāng)分離所需的理論板數(shù)大于100時(shí)，精餾已不適用。

（2）待分離組分形成恒沸物，此時(shí)相對揮發(fā)度等于1，平衡的汽液兩相組成一樣，普通精餾無法實(shí)現(xiàn)分離。

（3）待分離物料是熱敏性的，或是在高溫下易發(fā)生聚合、結(jié)垢、分解等不良反應(yīng)的。（4）待回收的組分是難揮發(fā)組分，且在料液中含量很低。此時(shí)能量消耗太大，不經(jīng)濟(jì)。理論板、板效率和填料的理論板當(dāng)量高度

理論板：進(jìn)入該板的不平衡的物流發(fā)生了充分的接觸傳質(zhì)，離開了兩相的物流間達(dá)到了平衡；在該板上發(fā)生傳質(zhì)接觸的汽液兩相各自完全混合，板上各點(diǎn)的汽相和液相濃度各自一樣；該板上充分接觸后的汽液兩相實(shí)現(xiàn)了機(jī)械上的完全分離，離開該板的汽流中不夾帶霧滴，液流中不夾帶氣泡，也不存在漏液。板效率： EMV?yj?yj?1y*j?yj?1

式中，分子為汽相經(jīng)實(shí)際板接觸傳質(zhì)后的增濃值；分母則為經(jīng)理論板后的增濃值；效率為兩者之比值。

點(diǎn)效率、莫夫里板效率（干板效率）、濕板效率、總板效率

理論板數(shù)只與相平衡關(guān)系、規(guī)定的分離要求和精餾操作參數(shù)（進(jìn)料熱狀況、回流比和液氣比）有關(guān)，表征物料達(dá)到規(guī)定分離要求的難易。系統(tǒng)物性對板效率的影響

液相粘度：粘度高產(chǎn)生的氣泡大，兩相接觸差，液相擴(kuò)散系數(shù)小，效率低； 相對揮發(fā)度：相對揮發(fā)度大則氣相溶解度低，液相阻力大，板效率低； 表面張力：表面張力對板效率影響相當(dāng)小。

二元精餾計(jì)算

圖解法：在x－y圖上作出平衡線和操作線、對角線和曲，精餾段在 精餾段操作線與平衡線之間畫得的梯級即為精餾段的理論板數(shù)，在提餾段操作線與平衡線畫出的梯級數(shù)為提餾段的理論板數(shù)。汽液平衡關(guān)系；相鄰兩板之間汽液兩相組成的操作關(guān)系；原料液的組成；進(jìn)料熱狀況；操作回流比；分離程度 精餾段

各組分的摩爾汽化焓相等； 氣液接觸時(shí)因溫度不同而交換的的顯熱可以忽略不計(jì)；塔的熱損失可以忽略不計(jì) 操作線方程 y?(R1)x?()xD R?1R?1提餾段操作線方程 y?(VB?11)x?()xB VBVBFeed stage considerations 冷液進(jìn)料、飽和液體、氣液混合進(jìn)料、飽和蒸汽進(jìn)料、過熱蒸汽進(jìn)料 進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q：q?飽和蒸汽的摩爾焓－原料的摩爾焓

飽和蒸汽的摩爾焓－飽和液體的摩爾焓q線方程：y?(qz)x?(F)q?1q?1平衡級與進(jìn)料板位置的確定

精餾的簡捷計(jì)算（多組分精餾）

關(guān)鍵組分：進(jìn)料中按要求選取的兩個(gè)組分（大多是揮發(fā)度相鄰的兩個(gè)組分它們對物料的分離起控制作用。揮發(fā)度大的稱為輕關(guān)鍵組分（LK），它在塔釜中的濃度必須加以控制，不能大于某個(gè)規(guī)定值；兩組分中揮發(fā)度大的稱為重關(guān)鍵組分（HK），為達(dá)到分離要求，它在塔頂產(chǎn)品中的含量必須加以控制。料液中比輕關(guān)鍵組分更易揮發(fā)的組分為輕非關(guān)鍵組分（LNK），簡稱為輕組分；比重關(guān)鍵組分更難揮發(fā)的組分稱為重非關(guān)鍵組分（HNK），簡稱為重組分。

在多組分精餾中，只在塔頂或塔釜出現(xiàn)的組分為非分配組分；而在塔頂和塔釜均出現(xiàn)的組分則為分配組分。LK和HK肯定同時(shí)在塔頂和塔釜出現(xiàn)，是當(dāng)然的分配組分。多組分精餾過程特性：

對二組分精餾，設(shè)計(jì)變量值被確定后，很容易用物料衡算式，汽液平衡式和熱量衡算式從塔的任何一端出發(fā)作逐板計(jì)算，無需進(jìn)行試差。

但在多組分精餾中，由于不能指定餾出液和釜液的全部組成，要進(jìn)行逐板計(jì)算，必須先假設(shè)一端的組成，然后通過反復(fù)試差求解。

精餾塔的分離要求通常有兩個(gè)，它們可以是產(chǎn)品的純度和流量（或回收率），但至少有一個(gè)應(yīng)是純度。多組分精餾與二組分精餾在含量分布上的區(qū)別：

在多組分精餾中，關(guān)鍵組分的含量分布有極大值；非關(guān)鍵組分通常是非分配的，即重組分通常僅出現(xiàn)在釜液中，輕組分僅出現(xiàn)在餾出液中；重、輕非關(guān)鍵組分分別在進(jìn)料板下、上形成幾乎恒濃的區(qū)域；全部組分均存在于進(jìn)料板上，但進(jìn)料板含量不等于進(jìn)料含量，塔內(nèi)各組分的含量分布曲線在進(jìn)料板處是不連續(xù)的。

在精餾塔中，溫度分布主要反映物流的組成，而總的級間流量分布則主要反映了熱量衡算的限制。最小理論板數(shù)Nmin：精餾塔在操作過程中，將塔頂蒸氣全部冷凝，其凝液全部返回塔頂作為回流，稱此操作為全回流(total reflux)，回流比R為無窮大(R=∞)。此時(shí)通常不進(jìn)料，塔頂、塔底不采出。故精餾塔內(nèi)氣、液兩相流量相等，L = V，兩操作線斜率均為1，并與對角線重合。由于全回流操作時(shí)，使每塊理論板分離能力達(dá)到最大，完成相同的分離要求，所需理論板數(shù)最少，并稱其為最小理論板數(shù)Nmin。芬斯克方程

lg[(Nmin?xAx)D/(A)W]xBxB

lg?ABNmin?LK,D??HK,Wlg[](1??LK,D)(1??HK,W)?lg?LK?HK最小回流比Rmin：Rmin?xD?ye

ye?xe?iBxFi?1?q?i?iB??恩特伍德方程（估算最小回流比）：

?iBxDiRm???1i?iB??適宜回流比

??R?Rmin?0.5668?N?Nmin?0.75?1??吉利蘭關(guān)聯(lián)式：??

N?1R?1??????多組分精餾的FUG簡捷計(jì)算方法

①首先用芬斯克方程計(jì)算最少理論板數(shù)；②計(jì)算給定條件下的最小回流比；③應(yīng)用吉利蘭經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式估算所需理論板數(shù)。

FUG法適合于新塔的設(shè)計(jì)計(jì)算，習(xí)慣需要指定以下三個(gè)變量：實(shí)際回流流率與最小回流流率之比；參考組分（通常是重關(guān)鍵組分）的切割程度；另一組分（通常為輕關(guān)鍵組分）的切割程度。精餾的簡捷計(jì)算例題-見課件

嚴(yán)格的多組分精餾計(jì)算 精餾的定態(tài)數(shù)學(xué)模型

MESH方程：組分物料衡算（M），相平衡關(guān)聯(lián)（E），摩爾分率加和歸一（S），熱量衡算（H）組分物料衡算（M）方程： uij+wij+lij+vij-vi,j+1-li,j-1-fij=0(i=1,?,c;j=1,?,N)

Lj相平衡關(guān)聯(lián)（E方程）：(i=1,?,c;j=1,?,N)

vij?KijVjlij?L??V??Fijijilijvijfijj?16

摩爾分率加和歸一（S）方程：(j=1,?,N)

(Uj?Lj)hj?(Wj?Vj)Hj?Vj?1Hj?1?Lj?1hj?1?FjhFj?Qj?0熱量衡算（H）方程：

(j=1,?,N)為進(jìn)行精餾的嚴(yán)格計(jì)算，除MESH模型方程組外，Kij，hj和Hj的關(guān)聯(lián)式必須知道。

基于上述定態(tài)數(shù)學(xué)模型的操作型算法可歸并為兩大類：1）分塊求解；2）聯(lián)列解。王-亨克（Wang-Henke）的三對角矩陣法屬于分塊解法。王-亨克算法的計(jì)算框圖 泡點(diǎn)法（BP法）

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第三章 吸收 吸收的定義

吸收分離過程的用途：獲得產(chǎn)品、分離氣體混合物、氣體的凈化、回收有用組分

吸收劑不需要解吸再生的吸收裝置：如硫酸吸收SO3制H2SO4、水吸收HCl制鹽酸、吸收甲醛制福爾馬林、堿液吸收CO2或SO2制碳酸氫鹽或硫酸鹽等。（流程圖）吸收劑進(jìn)行解吸的吸收裝置：

1． 吸收劑價(jià)廉，但必須解吸后再棄去的吸收裝置（液化廢氣中提取氯）； 2． 減壓冷再生流程（合成氨中CO2的解吸）3． 氣提冷再生流程（氧化法吸收H2S）4．間接蒸汽再生流程 吸收過程的分類：

物理吸收: 吸收劑與溶質(zhì)之間沒有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生;化學(xué)吸收: 液相中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

塔設(shè)備：

填料塔：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，制造方便，體積大，重量大，傳質(zhì)效率不高，操作穩(wěn)定性差，容易發(fā)生溝流現(xiàn)象

板式塔：單位處理量大，重量小，清理檢修方便，制造麻煩，投資費(fèi)用大（泡罩塔、篩板塔、浮伐塔）

板式塔特性的比較 填料塔（本章重點(diǎn)）填料的要求

? 比表面積要大；

? 能夠提供大的流體通量； ? 液體的再分布性能要好；

? 填料裝填后，床層結(jié)構(gòu)均勻

? 堆放的形狀有利于液體向四周均勻分布 ? 既能垂直上下傳遞，而且能夠橫向傳遞

? 要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。填料塔中的傳質(zhì)速率

滲透論

傳質(zhì)開始時(shí)，氣液兩相各自內(nèi)部的濃度是一致的，兩者一開始接觸就開始傳質(zhì)，氣相溶質(zhì)不斷溶解到液相中，接觸時(shí)間愈長，累積在液膜內(nèi)的溶質(zhì)越多，傳質(zhì)速率趨于穩(wěn)定；

液相主體中任一元素都有可能被主體內(nèi)的流動(dòng)帶到氣液接觸界面上，進(jìn)行不穩(wěn)定的傳質(zhì)，直到另一個(gè)漩渦把它拉回到液相主體。可假定微元停留在界面的停留時(shí)間相同； 界面無阻力，氣液兩相達(dá)到平衡。雙膜理論

在氣液接觸界面的兩側(cè)，存在著一層穩(wěn)定的滯留膜；

膜兩側(cè)的主體流動(dòng)區(qū)內(nèi)由于湍流的激烈程度已使主體內(nèi)物質(zhì)的濃度趨于一致，滯流膜內(nèi)傳質(zhì)方式將以分子擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)，傳質(zhì)阻力集中在界面兩側(cè)的液膜和氣膜； 對于界面，氣液兩相立即達(dá)到平衡，界面無阻力。

姓名：何趙平

學(xué)號：1509010234 班級：15應(yīng)用化工技術(shù)

第四篇：化工分離技術(shù)發(fā)展

化工分離技術(shù)進(jìn)展

摘要 ： 任何化工生產(chǎn)過程無論是石油煉制，還是生物制品的精制、納米材料的制備等都離不開化工分離技術(shù)?；し蛛x技術(shù)是化學(xué)工程的一個(gè)重要分支。分離過程是耗能過程，設(shè)備數(shù)量多，規(guī)模大，在化工廠的設(shè)備投資和操作費(fèi)用中占著很高的比例，對過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。因此設(shè)計(jì)時(shí)要求選擇高效低耗的分離技術(shù)。隨著環(huán)保要求的不斷提高，三廢處理和綜合利用對分離技術(shù)提出了很多特殊的要求。伴隨著新產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，對分離技術(shù)的要求也越來越高。總之，化工分離技術(shù)也是在不斷地朝著多樣性和復(fù)雜性的方向發(fā)展。關(guān)鍵詞 ： 化工生產(chǎn)； 化工分離技術(shù)； 發(fā)展；

Chemical separation technology progress

Abstract:Any chemical production process of oil refining, or biological products refined, such as the preparation of nanometer materials is inseparable from the chemical separation technology.Chemical separation technology is an important branch of chemical engineering.Separation process is energy consumption process, equipment number, large scale, in the chemical plant equipment investment and operation cost accounts for a high proportion, technical and economic index in the process of the plays an important role.Therefore, inexpensive design when asked to select efficient separation technology.With the constant improvement of the requirements of environmental protection, “three wastes” treatment and comprehensive utilization of separation technology put forward many special requirements.With the appearance of new products, is becoming more and more high to the requirement of separation technology.All in all, chemical separation technology is also in constant development in the direction of the diversity and complexity..Key words: Chemical production;Chemical separation technology;Development

引言

一個(gè)完整的化工過程，從原料的精制，中間產(chǎn)物的分離，產(chǎn)品的提純和廢水、廢氣的處理都有賴于化工分離技術(shù)。絕大多數(shù)反應(yīng)過程的原料和反應(yīng)所得到的產(chǎn)物都是混合物，需要利用體系中各組分物性的差別或借助于分離劑使混合物得到分離提純。它往往是獲得合格產(chǎn)品、充分利用資源和控制環(huán)境污染的關(guān)鍵步驟。本文主要論述了傳統(tǒng)化工分離技術(shù)的改進(jìn)和新分離技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用前景。

1.化工分離技術(shù)概述

伴隨著化工過程的發(fā)展，衍生出了諸多常規(guī)的化工分離技術(shù)，如蒸餾、結(jié)晶、萃取、吸收、吸附、離心萃取分離、電泳等。化工分離技術(shù)雖然有了很大的發(fā)展，但是一些新興分離技術(shù)由于受到操作條件和材料的限制而不能廣泛應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中。因此，精餾、萃取、吸收、結(jié)晶等最為常規(guī)的分離工藝仍是當(dāng)前使用最多的分離技術(shù)。但是這并不影響到新化工分離工藝的研究和發(fā)展，相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這些新型工藝會(huì)得到廣泛的應(yīng)用

2．化工分離技術(shù)的新進(jìn)展

2.1 膜分離技術(shù) 2.1.1發(fā)展概況

膜分離技術(shù)是借助膜的選擇滲透作用，對混合物中溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離、分級、提純和富集，其過程一般不發(fā)生相變，且在常溫下進(jìn)行。以膜為基礎(chǔ)的其他分離過程，如膜溶劑革取、膜氣體吸收、膜蒸餾、膜反應(yīng)器及膜分離與其他分離過程相結(jié)合的集成膜過程，也正在日益得到重視和發(fā)展。與有相變的分離方法相比，膜分離技術(shù)能耗較低。適用于熱敏性物質(zhì)及許多特殊溶液體系的分離，是一項(xiàng)簡單、快速、高效、選擇性好、經(jīng)濟(jì)節(jié)能的新技術(shù)，已廣泛地用于水處理、濕法冶金、生物化工、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等方面。膜分離技術(shù)作為一門新興的化工分離單元操作已在各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮愈來愈大的作用。2.1.2分離過程的形式

膜分離過程可以分為滲析式膜分離、過濾式膜分離和液膜分離三種形式[2]。1）滲析式膜分離

被處理的溶液置于固體膜的一側(cè)，另一側(cè)的接受液是接納滲析組分的溶劑或溶液。料液中的某些溶質(zhì)或離子在濃度差、電位差的推動(dòng)下，透過膜進(jìn)入接受液中而被分離出去。滲 析式膜分離有滲析和電滲析等方式。2）過濾式膜分離

被處理的溶液或混合氣體置于固體的一側(cè)。在壓力差的作用下，部分物質(zhì)透過膜而成為滲濾液或滲透氣，留下部分則為濾余液或滲余氣。由于組分的分子大小和物質(zhì)有區(qū)別，它們透過膜的速率有差異，因而透過部分與留下部分的組成不同，實(shí)現(xiàn)了組分的分離。過濾式膜分離有超濾、微濾、滲透和氣體滲透等方式。3）液膜分離

該過程涉及三個(gè)液相，料液是第一液相，接受液是第二液相，處于二者之間的液膜為第三液相。液膜必須與料液和接受液互不混溶，液液兩相間的傳質(zhì)分離操作類似于萃取和反萃取，溶質(zhì)從料液進(jìn)入液膜相當(dāng)于萃取L2J。液膜分離可以看作是萃取與反萃取兩者的結(jié)合。2.1.3 膜分離技術(shù)的發(fā)展趨勢

膜技術(shù)開發(fā)的焦點(diǎn)是膜的選擇

性、過程的比產(chǎn)值及操作可靠性，同時(shí)繼續(xù)開發(fā)功能性的高分子膜材料和無機(jī)膜材料，乃至仿生膜材料仍是今后膜技術(shù)開發(fā)的另一個(gè)重要課題。2.2 離子液體在化工分離中的應(yīng)用 2.2.1 離子液體概述

室溫離子液體是指室溫下呈液態(tài)的離子化合物。離子液體已經(jīng)在諸如聚合反應(yīng)、選擇性烷基化和胺化反應(yīng)、?；磻?yīng)等方面得到應(yīng)用，并顯示出反應(yīng)速率快、轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)的選擇性高、催化體系可循環(huán)重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。此外，離子液體在溶劑萃取、物質(zhì)的分離和純化、廢舊高分子化合物的回收、燃料電池和太陽能電池、工業(yè)廢氣中二氧化碳的提取、地質(zhì)樣品的溶解、核燃料和核廢料的分離與處理等方面也顯示出良好的應(yīng)用前景?？傊x子液體的無惡臭、無污染、不易燃、易與產(chǎn)物分離、易回收、可反復(fù)多次循環(huán)使用、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使它成為傳統(tǒng)揮發(fā)性溶劑的理想替代品。它有效地免除了使用傳統(tǒng)有機(jī)溶劑所造成的嚴(yán)重的環(huán)境、健康、安全以及設(shè)備腐蝕等問題為名符其實(shí)的環(huán)境友好的綠色溶劑，適合于當(dāng)前所倡導(dǎo)的清潔技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展的要求，已經(jīng)越來越被人們廣泛認(rèn)可和接受[3]。2.2.2 離子液體在萃取中的應(yīng)用

萃取過程可以用來從原料液中提取回收有用組分或去除有害組分，以達(dá)到綜合利用資源、消除污染的目的。傳統(tǒng)的萃取溶劑均為分子型溶劑，而離子液體則為由陰離子和陽離子組成的液體，它可與水或有機(jī)溶劑形成兩相，根據(jù)溶質(zhì)在兩相中的不同分配系數(shù)達(dá)到萃取的目的。離子液體主要應(yīng)用在有機(jī)物如生物制品、芳烴的分離及油品的脫硫脫氮等過程中，也可用于無機(jī)金屬離子的萃取過程中。2.2.3 離子液體的發(fā)展趨勢

從目前的研究結(jié)果來看，離子液體作為分離劑具有良好的分離性能，但離子液體的再生問題至今沒有深入的研究。作為一個(gè)完整的分離流程，通過萃取分離后的離子液體需與目標(biāo)化合物分離后再循環(huán)使用，少量溶解到原料中的離子液體也需回收，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的零污染。今后應(yīng)針對不同體系，研究離子液體的再生方法，從而節(jié)省運(yùn)行成本，并節(jié)約資源。隨著人們對離子液體認(rèn)識的不斷深人，離子液體將會(huì)在化工分離過程中逐步取代傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的清潔化工分離過程，給人類帶來一個(gè)面貌全新的綠色化工高科技產(chǎn)業(yè)。

2.3 耦合分離技術(shù)

近年來，諸如催化劑精餾、膜精餾、吸附精餾、反應(yīng)萃取、絡(luò)合吸附、反膠團(tuán)、膜萃取、發(fā)酵萃取、化學(xué)吸收和電泳萃取等新型耦合分離技術(shù)得到了長足的發(fā)展，并成功地應(yīng)用于生產(chǎn)。它們綜合了兩種分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具有獨(dú)到之處。催化精餾在2FGH等工藝中的成功應(yīng)用和反應(yīng)萃取在己內(nèi)酰胺工藝中的成功應(yīng)用充分說明了這類新方法具有簡化流程、提高收率和降低消耗的特出優(yōu)點(diǎn)。耦合分離技術(shù)還可以解決許多傳統(tǒng)的分離技術(shù)難以完成的任務(wù)，因而在生物工程、制藥和新材料等高新技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。如發(fā)酵萃取和電泳萃取在生物制品分離方面得到了成功的應(yīng)用。采用吸附樹脂和有機(jī)絡(luò)合劑的絡(luò)合吸附具有分離效率高和解析再生容易的特點(diǎn)[1]。2.4 超臨界CO2萃取技術(shù)

2.4.1 超臨界流體CO2萃取技術(shù)概述

目前，超臨界流體技術(shù)主要包括超臨界流體萃取、超臨界水氧化、超臨界流體中的重結(jié) 晶、超臨界色譜和超臨界流體中的化學(xué)反應(yīng)。超臨界流體萃取作為一種高新技術(shù)受到人們的青睞，而且發(fā)展日趨成熟，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、石油、食品、疏水性染料、環(huán)保、塑料、納米材料、脂質(zhì)體制備等諸多領(lǐng)域。超臨界萃取劑可分為極性和非極性兩大類。在各種萃取劑中，由于CO2的臨界溫度和臨界壓力較低，可在接近室溫條件下萃取，不會(huì)破壞生物活性物質(zhì)和熱敏性物質(zhì)；再加上CO2具有低沸點(diǎn)、低粘度、低表面張力、無毒無害、不易燃易爆等優(yōu)點(diǎn)，故CO2成為一種最常用的超臨界萃取劑。因此，超臨界CO2萃取技術(shù)一直是分離技術(shù)中最活躍的領(lǐng)域，并有“綠色分離技術(shù)”之稱。2.4.2超臨界CO2萃取原理

超臨界流體兼有液體和氣體的優(yōu)點(diǎn)，既具有氣體的低粘度和高擴(kuò)散系數(shù)，又具有液體的高密度。因而具有很好的傳質(zhì)、傳熱和滲透性能。對許多物質(zhì)有很強(qiáng)的溶解能力，而且，在臨界點(diǎn)附近流體的這種特性對壓力和溫度的變化非常敏感，即SCF的密度僅是溫度和壓力的函數(shù)，溫度和壓力的微小變化，就可引起密度的大幅度改變。因此超臨界流體既是一種 良好的分離介質(zhì)，又是一種良好的反應(yīng)介質(zhì)[4]。2.4.3 萃取效果的影響因素[4] 1）萃取壓力的影響

萃取壓力是影響超臨界CO2密度的重要參數(shù)。溫度一定，隨萃取壓力 的增加，超臨界CO2的溶解能力增加； 但壓力達(dá)到一定值后，溶解能力反而變小，這是由于在高壓下超臨界相密度隨壓力變化緩慢所致。

2）萃取溫度的影響

萃取溫度對萃取效果的影響較為復(fù)雜。在一定壓力下，一方面，升高溫度有利于溶質(zhì)揮發(fā)和擴(kuò)散，從而利于萃取，另一方面，溫度升高時(shí)流體密度減小，即溶解能力的減小，又不 利于萃取，因此萃取溫度對萃取效率 的影響常有一個(gè)最佳值。對于CO2在臨界點(diǎn)附近，升高溫度導(dǎo)致其溶解能力下降；在高壓區(qū)，升高溫度導(dǎo)致其溶解能力提高。3）萃取時(shí)間的影響

在一定條件下，萃取率隨萃取時(shí)間的增加而增大，直到分離組分大部分被萃取出而達(dá)到最大值。之后由于溶質(zhì)組的減少，傳質(zhì)推動(dòng)力減小，萃取率降低。4）粒度的影響

粒度越小，物料與超臨界CO2接觸的比表面積就越大，利于向物料內(nèi)部遷移，從而增強(qiáng)了傳質(zhì)效果，利于萃取。但粒度過小會(huì)增加表面流動(dòng)阻力，甚至產(chǎn)生溝流現(xiàn)象，反而不利于萃取。因此，粒度也有一個(gè)最佳值。2.4.4超臨界CO2萃取技術(shù)的展望[5] 超臨界CO2萃取技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，有廣闊的應(yīng)用前景，但也有局限性，存在著一些問題，如分離過程在高壓下進(jìn)行，對設(shè)備的要求較高，萃取釜間歇操作，對提取效率較差的物質(zhì)還需選用適宜的夾帶劑等。但是超臨界CO2萃取技術(shù)在剛剛起步的30年里就得到了人們?nèi)绱藦V泛的關(guān)注和青睞，并取得了優(yōu)異的成果，相信在不久的將來，在更深入細(xì)致的研究開發(fā)下，超臨界CO2萃取技術(shù)在提取分離方面必能做出更大的貢獻(xiàn)，從而在 醫(yī)藥等領(lǐng)域完全實(shí)現(xiàn)工業(yè)化道路。

3.化工分離技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著新材料的發(fā)明與應(yīng)用，一些傳統(tǒng)的分離工藝必定會(huì)得到進(jìn)一步的改進(jìn)與優(yōu)化，而新興的化工分離技術(shù)會(huì)得到進(jìn)一步的普及應(yīng)用。像膜分離技術(shù)，離子液體，耦合分離技術(shù)以及超臨界CO2萃取技術(shù)等不僅僅會(huì)在化工領(lǐng)域大顯身手，也會(huì)在醫(yī)藥，生物工程方面嶄露頭角，為科技的進(jìn)步，人類的前進(jìn)做出巨大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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第五篇：化工分離工程講稿

第1章緒論

教學(xué)目的與要求：

分離過程的發(fā)展及趨勢；傳質(zhì)分離過程的分類和特征。重點(diǎn)：分離過程的特征；平衡分離和速率分離的原理。了解：本課程的任務(wù)和內(nèi)容；與其它課程的相互關(guān)系。

分離工程是研究化學(xué)工業(yè)和其他化學(xué)類型工業(yè)生產(chǎn)中混合物的分離與提純的一門工程學(xué)科。

圖 1-1 生產(chǎn)過程中的分離操作

分離過程可分為機(jī)械分離和傳質(zhì)分離兩大類: 機(jī)械分離過程的分離對象是由兩相以上所組成的混合物，其目的只是簡單地將各相加以分離，例如，過濾、沉降、離心分離、旋風(fēng)分離和靜電除塵等。

傳質(zhì)分離過程用于各種均相混合物的分離，其特點(diǎn)是有質(zhì)量傳遞現(xiàn)象發(fā)生。本課程要討論的是傳質(zhì)分離過程。

1.1 傳質(zhì)分離過程的分類

按所依據(jù)的物理化學(xué)原理不同，工業(yè)上常用的傳質(zhì)分離過程可分為平衡分離過程和速率分離過程。

一、平衡分離過程

定義：借助分離媒介(如熱能、溶劑或吸附劑)，使均相混合物系統(tǒng)變成兩相系統(tǒng)，再以混合物中各組分在處于相平衡的兩相中不等同的分配為依據(jù)而實(shí)現(xiàn)分離。分離媒介：能量媒介(ESA)或物質(zhì)媒介(MSA)，有時(shí)兩種同時(shí)應(yīng)用。ESA 是指傳入或傳出系統(tǒng)的熱，還有輸入或輸出的功。MSA 可以只與混合物中的一個(gè)或幾個(gè)組分部分互溶，常是某一相中濃度最高的組分。

舉例：閃蒸和部分冷凝、普通精餾、萃取精餾、共沸精餾、吸收、解吸(含帶回流的解吸和再沸解吸)、結(jié)晶、凝聚、浸取、吸附、離子交換、泡沫分離、區(qū)域熔煉等。

二、速率分離過程

定義：在某種推動(dòng)力(濃度差、壓力差、溫度差、電位差等)的作用下，有時(shí)在選擇性透過膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速度的差異實(shí)現(xiàn)組分的分離。

舉例：微濾、超濾、納濾、反滲透、滲析、電滲析、滲透汽化、蒸汽滲透、滲透蒸餾等。

1.2分離過程的集成化：

1．反應(yīng)過程與分離過程的耦合：化學(xué)吸收、化學(xué)萃取、催化精鎦、膜反應(yīng)器

2．分離過程與分離過程的耦合：萃取結(jié)晶、吸附蒸餾、電泳萃取

3．過程的集成：傳統(tǒng)分離過程的集成（共沸精鎦—萃取、共沸精鎦—萃取精鎦）

傳統(tǒng)分離過程與膜分離的集成（滲透蒸發(fā)—吸附、滲透蒸發(fā)—吸收、滲透蒸發(fā)—催化精鎦）膜過程集成（微濾—超濾—納濾—反滲透）

第2章單級平衡分離過程

教學(xué)目的與要求：

相平衡基本理論；多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算；閃蒸過程的計(jì)算。

重點(diǎn)：相平衡分離的基本理論；活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的簡化形式；多組分物系的泡點(diǎn)方程、露點(diǎn)方程；計(jì)算方法；混合物相態(tài)的判別和等溫閃蒸過程的計(jì)算。

了解：相平衡常數(shù)的計(jì)算；絕熱閃蒸過程。

難點(diǎn)：多組分非理想體系平衡常數(shù)計(jì)算；多組分物系的泡點(diǎn)溫度和泡點(diǎn)壓力、露點(diǎn)溫度和露點(diǎn)壓力的計(jì)算；等溫閃蒸過程的計(jì)算。

2.1 相平衡基礎(chǔ)

相平衡是指混合物所形成的若干相保持物理平衡而共存的狀態(tài)；從熱力學(xué)看，是整個(gè)物系的自由能處于最小的狀態(tài)；從動(dòng)力學(xué)看，相間表觀傳遞速率為零。相平衡的準(zhǔn)則：各相的溫度、壓力相同，各組分的逸度也相等，即

相平衡常數(shù):

(2-4)對于平衡分離過程，常采用分離因子來表示平衡關(guān)系：

(2-5)分離因子在精餾過程中又稱為相對揮發(fā)度，它相對于汽液平衡常數(shù)而言，隨溫度和壓力的變化不敏感，其值與1的偏離程度表示組分i和j之間分離的難易程度。

? ?

2.1.1 汽液平衡 2.1.2 液液平衡

2.1.1 汽液平衡

汽液平衡時(shí)，組分 i 在汽、液兩相的逸度相等：

(2-6)汽相中組分 i 的逸度用逸度系數(shù)表示：

(2-7)液相中組分i的逸度用逸度系數(shù)表示：

(2-8)液相中組分i的逸度還可用活度系數(shù)表示：

(2-9)將式(2-7)，(2-8)代入式(2-6)，得：

(2-10)將式(2-7)，(2-9)代入式(2-6)，得:

(2-11)式(2-10)、(2-11)對應(yīng)著計(jì)算相平衡常數(shù)的兩種途徑：狀態(tài)方程法和活度系數(shù)法。

一、狀態(tài)方程法

根據(jù)式(2-4)和式(2-10)，汽液平衡的相平衡常數(shù)可表示為：

(2-12)逸度系數(shù)通過狀態(tài)方程計(jì)算：

(2-13)關(guān)鍵: 選擇一個(gè)既適用于汽相、又適用于液相的狀態(tài)方程。[例2-1]

二、活度系數(shù)法

根據(jù)式(2-4)和式(2-11)，汽液平衡常數(shù)可表示為:

(2-15)（1）基準(zhǔn)態(tài)逸度

1)可凝性組分的基準(zhǔn)態(tài)逸度

基準(zhǔn)態(tài)是與系統(tǒng)具有相同 T、p 和同一相態(tài)的純 i 組分。

(2-19)2)不凝性組分的基準(zhǔn)態(tài)逸度

對于不凝性組分，當(dāng)組分 i 的摩爾分?jǐn)?shù)變?yōu)闊o限小時(shí)，活度系數(shù)近似為 1，組分 i 的逸度等于基準(zhǔn)態(tài)逸度乘以摩爾分?jǐn)?shù)。該基準(zhǔn)態(tài)下組分 i 的逸度即為在系統(tǒng)溫度和壓力下估計(jì)的亨利常數(shù)：

(2-21)或

(T，p一定，xi → 0)(2-22)（2）液相活度系數(shù)

常用活度系數(shù)方程有：對稱型 Margules-Van Laar 方程、Margules 方程、Van Laar 方程、Wilson 方程、NRTL 方程、UNIQUAC 方程和 Scatchard-Hildebrand 方程。

思考題：比較上述活度系數(shù)方程的區(qū)別及適用范圍。（3）汽相逸度系數(shù)

一般說來，只要具有合理的參數(shù)，并能準(zhǔn)確估算組分的汽相逸度系數(shù)的狀態(tài)方程均可采用。其中最簡便的是維里方程。

(2-26)將略去第二維里系數(shù)以后各項(xiàng)的維里方程分別代入式(2-13)和(2-14)，可得：

(2-28)

(2-29)（4）汽液平衡常數(shù)的計(jì)算

活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的通式：

(2-30)1)汽相為理想氣體，液相為理想溶液

；；；

式(2-30)簡化為

(2-31)此時(shí)，汽液平衡常數(shù)僅與系統(tǒng)的溫度和壓力有關(guān)，與溶液組成無關(guān)。例如苯、甲苯二元混合物。2)汽相為理想氣體，液相為非理想溶液

；；

(2-33)此時(shí)，汽液平衡常數(shù)不僅與 T、p有關(guān)，還與 x 有關(guān)(影響活度系數(shù))?；疃认禂?shù)>1為正偏差溶液；活度系數(shù)<1為負(fù)偏差溶液。低壓下的大部分物系，例如醇、醛、酮與水形成的溶液屬于這類物系。

3)汽相為理想溶液，液相為理想溶液

； g i =1

(2-35)即(2-36)此時(shí)，汽液平衡常數(shù)僅與 T、p 有關(guān)，而與組成無關(guān)。4)汽相為理想溶液，液相為非理想溶液

(2-38)汽液平衡常數(shù)不僅與 T、p 有關(guān)，也是液相組成的函數(shù)，但與汽相組成無關(guān)。5)列線圖法求汽液平衡常數(shù)

對于石油化工和煉油中重要的輕烴組分，經(jīng)過廣泛的實(shí)驗(yàn)研究，得出了求平衡常數(shù)的一些近似圖，稱為 P-T-K 圖，如圖 2-1所示。當(dāng)已知壓力和溫度時(shí)，從列線圖能迅速查得平衡常數(shù)。

思考題：比較狀態(tài)方程法和活度系數(shù)法的優(yōu)缺點(diǎn)。[例2-2]

? 2.1.2 液液平衡

2.1.2 液液平衡

液液平衡是萃取過程的基礎(chǔ)，也是三相精餾、非均相共沸精餾等精餾過程的理論基礎(chǔ)之一。液液平衡在許多情況下要比汽液平衡復(fù)雜。主要原因在于任一平衡相不再是理想溶液，組分的活度系數(shù)對于組分微小變化的敏感度要比汽液平衡中大得多。

液液平衡時(shí)，組分 i 在兩液相的逸度相等，即

(2-39)上標(biāo) I 和 II 分別表示液相 I 和液相 II。

用式（2-9）表示兩液相中組分i的逸度，且兩相中使用相同的基準(zhǔn)態(tài)逸度，則液液平衡可表示為：

(2-40)對于與理想溶液偏離較小的物系如烴類溶液等，其中各組分的逸度可用適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)方程進(jìn)行計(jì)算。但對于常見的極性溶液，由于它們的非理想性較強(qiáng)，至今尚無成熟的狀態(tài)方程適用。因此，這類混合溶液中各組分的逸度常按式(2-9)計(jì)算，相平衡常數(shù)則通過活度系數(shù)法計(jì)算。

? 2.1.1 汽液平衡 2.2 多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算

泡露點(diǎn)計(jì)算是分離過程設(shè)計(jì)中最基本的汽液平衡計(jì)算。例如在精餾過程的嚴(yán)格計(jì)算中 ,為確定各塔板的溫度，要多次反復(fù)進(jìn)行泡點(diǎn)溫度的運(yùn)算。為了確定適宜的精餾塔操作壓力，就要進(jìn)行泡露點(diǎn)壓力的計(jì)算。在給定溫度下作閃蒸計(jì)算時(shí)，也是從泡露點(diǎn)溫度計(jì)算開始，以估計(jì)閃蒸過程是否可行。

泡露點(diǎn)計(jì)算，按規(guī)定哪些變量和計(jì)算哪些變量而分成四種類型：

類型 規(guī)定 求解 泡點(diǎn)溫度 p, x1, x2,..., xc T, y1, y2,..., yc 泡點(diǎn)壓力 T, x1, x2,..., xc p, y1, y2,..., yc 露點(diǎn)溫度 p, y1 ,y2 ,...,yc p, x1 ,x2 ,...,xc 露點(diǎn)壓力 T, y1, y2,..., yc p, x1, x2,..., xc

? ?

2.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算 2.2.2 露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算

2.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算

泡點(diǎn)溫度計(jì)算：規(guī)定液相組成 x 和 p，計(jì)算汽相組成 y 和 T。泡點(diǎn)壓力計(jì)算：規(guī)定液相組成 x 和 T，計(jì)算汽相組成 y 和 p。計(jì)算方程： ①相平衡關(guān)系:

yi=Kixi

(i＝1,2,...,c)

(2-41)Ki=f(p,T,x,y)

(2-44)②濃度總和式:

(2-42)

(2-43)解法：試差法。

一、泡點(diǎn)溫度的計(jì)算

（1）平衡常數(shù)與組成無關(guān)的泡點(diǎn)溫度計(jì)算 泡點(diǎn)方程：

(2-45)求解步驟：

若，表明假設(shè)溫度偏高，降低溫度重算；若，則重設(shè)較高溫度。

圖 2-2 活度系數(shù)法計(jì)算泡點(diǎn)溫度的框圖

[例2-3][例2-4]

（2）平衡常數(shù)與組成有關(guān)的泡點(diǎn)溫度計(jì)算

當(dāng)系統(tǒng)的非理想性較強(qiáng)時(shí)，K i 必須按式(2-30)計(jì)算，然后聯(lián)立求解式(2-41)和(2-42)。因已知參數(shù)值僅有 p 和 x，計(jì)算 K i 值的其它各項(xiàng)：恰是未知數(shù)。此外，及

均是溫度的函數(shù)，而溫度恰還是汽相組成的函數(shù)。因此，手算難以完成，需要計(jì)算機(jī)計(jì)算。應(yīng)用活度系數(shù)法作泡點(diǎn)溫度計(jì)算的一般步驟如圖 2-2 所示。

當(dāng)系統(tǒng)壓力不大時(shí)（2MPa 以下），從式（2-30）可看出，K i 主要受溫度影響，其中關(guān)鍵項(xiàng)是飽和蒸汽壓隨溫度變化顯著，從安托尼方方程可分析出，在這種情況下 ln K i 與 1/ T近似線性關(guān)系，故判別收斂的準(zhǔn)則變換為：

(2-46)用 Newton-Raphson 法能較快地求得泡點(diǎn)溫度。

對于汽相非理想性較強(qiáng)的系統(tǒng)，例如高壓下的烴類，K i 值用狀態(tài)方程法計(jì)算，用上述準(zhǔn)則收斂速度較慢，甚至不收斂，此時(shí)仍以式（2-45）為準(zhǔn)則，改用 Muller 法迭代為宜。[例2-5]

二、泡點(diǎn)壓力的計(jì)算

泡點(diǎn)壓力計(jì)算公式為：

(2-47)若用式（2-31）表示理想情況的Ki，由上式得到直接計(jì)算泡點(diǎn)壓力的公式：

(2-48)對汽相為理想氣體，液相為非理想溶液的情況，用類似的方法得到：

(2-49)若用pK 圖求 Ki 的值，則需假設(shè)泡點(diǎn)壓力，通過試差求解。

圖 2-3 活度系數(shù)法計(jì)算泡點(diǎn)壓力的框圖

(2-7)

圖 2-4 狀態(tài)方程法計(jì)算泡點(diǎn)壓力框圖

[例2-6]

? 2.2.2 露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算

2.2.2 露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算

露點(diǎn)溫度計(jì)算：規(guī)定汽相組成 y 和 p，計(jì)算液相組成 x 和 T。露點(diǎn)壓力計(jì)算：規(guī)定汽相組成 y 和 T，計(jì)算液相組成 x 和 p。

一、平衡常數(shù)與組成無關(guān)的露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算

露點(diǎn)溫度方程:

(2-50)露點(diǎn)壓力方程:

(2-51)露點(diǎn)的求解方法與泡點(diǎn)計(jì)算類似。

二、平衡常數(shù)與組成有關(guān)的露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算

露點(diǎn)溫度的計(jì)算步驟與泡點(diǎn)溫度的計(jì)算相近。露點(diǎn)壓力的計(jì)算步驟與泡點(diǎn)壓力的計(jì)算相近。

? 2.2.1 泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算

2.3 閃蒸過程的計(jì)算

閃蒸是連續(xù)單級蒸餾過程，通常是作為進(jìn)一步分離的輔助操作。普通精餾塔中的平衡級就是一簡單絕熱閃蒸級。

圖 2-5 閃蒸分離

每一組分的物料衡算式：

i =1,2,…,c

(2-52)總物料衡算式為：

F ＝ L + V

(2-53)汽液平衡關(guān)系為：

i =1,2,…,c(2-41)

濃度總和式 :

(2-42)

(2-43)

焓平衡關(guān)系為：

FH F + Q ＝ VH V + LH L(2-54)對于絕熱閃蒸，Q＝0。而對于等溫閃蒸，Q 應(yīng)取達(dá)到規(guī)定分離或閃蒸溫度所需要的熱量。

表 2-3 閃蒸計(jì)算類型

規(guī)定變量 閃蒸形式 輸出變量 p, T 等溫 Q, V, yi, L, xi p, Q =0 絕熱 T, V, yi, L, xi p, Q≠0 非絕熱 T, V, yi, L, xi p, L(或Ψ)部分冷凝 Q, T, V, yi, xi p(或T), V(或Ψ)部分汽化

Q, T(或p), yi, L, xi

? 2.3.1 等溫閃蒸和部分冷凝過程

? 2.3.2 絕熱閃蒸過程

2.3.1 等溫閃蒸和部分冷凝過程

一、汽液平衡常數(shù)與組成無關(guān)

Ki=Ki(T, p)

解得：

(2-55)將 L=F-V 代入該方程，得:

(2-56)汽相分率： Ψ＝ V/F

(2-57)

(2-58)通用的閃蒸方程式（Rachford組成曲線就越偏離直線，極值點(diǎn)也就越明顯。圖 2-11 和圖 2-12 分別表示了較小正偏差和較大正偏差時(shí)形成最低共沸物的圖和

圖。

圖 2-11 具有較小正偏差的共沸物系

圖 2-12 具有較大正偏差的共沸物系

目前已有專著匯集了已知的共沸組成和共沸溫度 [14]。但在開發(fā)新過程或要了解共沸組成隨壓力（或溫度）而變化等情況時(shí)，也可以利用熱力學(xué)關(guān)系加以計(jì)算。

因在共沸組成時(shí)，故式(2-96)可改寫成：

(2-97)上式便是計(jì)算二元均相共沸組成的基本公式。若已知，以及和與組成和溫度的關(guān)系，則式(2-97)關(guān)聯(lián)了共沸溫度和共沸組成的關(guān)系。對T、p和x三個(gè)參數(shù)，無論是已知T求p和x或已知p求T和x，尚需它們之間的另一個(gè)關(guān)系

(2-98)用試差法便可確定在給定條件下是否形成共沸物以及共沸組成等具體數(shù)值。[例2-13]

(2)二元非均相共沸物

當(dāng)系統(tǒng)與拉烏爾定律的正偏差很大時(shí)，則可能形成兩個(gè)液相。二元系在三相共存時(shí)，只有一個(gè)自由度。因此在等溫（或等壓）時(shí)，系統(tǒng)是無自由度的，也就是說，壓力（或溫度）一經(jīng)確定，則平衡的汽相和兩個(gè)液相的組成就是一定的。這種物系中最有實(shí)用意義的是在恒溫下，兩液相共存區(qū)的溶液蒸汽壓大于純組分的蒸汽壓，且蒸汽組成介于兩液相組成之間，這種系統(tǒng)形成非均相共沸物。

若汽相為理想氣體，則

(2-99)式中 p ——兩液相共存區(qū)的溶液蒸汽壓；

——共存區(qū)飽和蒸汽中組分 1 及組分 2 的分壓。

由式(2-99)可得出不等式：

(2-100)在兩液相共存區(qū)，上標(biāo)“Ⅰ”表示組分 1 為主的液相；上標(biāo)“Ⅱ”

表示組分 2 為主的液相。將其代入式(2-100)可得出：

(2-101)若相互溶解度很小，則，即。

上式簡化為：

(2-102)故可用E作為定性估算能否形成共沸物的指標(biāo)。由式(2-102)可見，組分蒸汽壓相差越小，相互溶解度越小，則形成共沸物的可能性越大。

由于在二元非均相共沸點(diǎn)，一個(gè)汽相和兩個(gè)液相互成平衡，故共沸組成的計(jì)算必須同時(shí)考慮汽液平衡和液液平衡：

(2-103)

(2-104)

(2-105)若給定 p，則聯(lián)立求解上述三方程可得 T。如已知 NRTL 或 UNIQUAC 參數(shù)，首先假設(shè)溫度，由式(2-103)和式(2-104)試差求得互成平衡的兩液相組成，再用式(2-105)核實(shí)假設(shè)的溫度是否正確。

二元非均相共沸物都是正偏差共沸物。從二元系的臨界混溶溫度很容易預(yù)測在某溫度下所形成的共沸物是均相的還是非均相的。

? ?

2.6.2 三元共沸物系 2.6.3 剩余曲線

2.6.2 三元共沸物系

(自學(xué))三元系相圖常以立體圖形表示。底面的正三角形表示組成、三個(gè)頂點(diǎn)分別表示純組分。立軸表示壓力（恒溫系統(tǒng)）或溫度（恒壓系統(tǒng)），分別用壓力面或溫度面表示物系的汽液平衡性質(zhì)。另一種三元相圖是用底面的平行面切割上述壓力面或溫度面并投影到底面上形成等壓線（恒溫系統(tǒng)）或等溫線（恒壓系統(tǒng)）。

由于構(gòu)成三元系的各組二元系的正負(fù)偏差及形成共沸物情況不同，三元系的汽液平衡性質(zhì)有多種類型。在具有三個(gè)性質(zhì)相同的二元共沸物時(shí)（即三個(gè)均為最高或最低共沸物），大多數(shù)情況是會(huì)有三元共沸物的（圖 2-13）；當(dāng)三元系有兩個(gè)性質(zhì)相同的二元共沸物時(shí)，壓力面上聯(lián)接兩個(gè)共沸物之間出現(xiàn)一個(gè)“脊”或“谷”（圖 2-14）；一個(gè)正（負(fù)）偏差共沸物與一個(gè)不參加此二元共沸物的低（高）沸點(diǎn)組分可使壓力面產(chǎn)生脊（谷）；當(dāng)三元系的壓力面上既有脊又有谷時(shí)產(chǎn)生鞍形共沸物（圖 2-15）。

在共沸精餾中，由有限互溶度的組分所形成的非均相共沸物特別受到注意。若共沸劑能形成這種共沸物，那么共沸劑的回收只需用分層的方法即可。

三元均相共沸組成的計(jì)算也可按二元均相共沸物系的情況進(jìn)行，由共沸條件

得出：

(2-106)

(2-107)再加上

(2-108)三個(gè)方程中包括：

故已知T可解出p，；已知p可解出。

圖 2-13 具有三個(gè)二元最低共沸物（m 1 , m 2 , m 3）及一個(gè)三元最低共沸物（m）三元系相圖

圖 2-14 具有二個(gè)二元最低共沸物的三元系相圖

圖 2-15 具有鞍形共沸物的三元系相圖

? ?

2.6.1 二元共沸物系 2.6.3 剩余曲線

2.6.3 剩余曲線

(自學(xué))分析一個(gè)由蒸餾釜和冷凝器構(gòu)成的簡單間歇蒸餾過程。液體混合物在蒸餾釜中慢慢沸騰，氣體在逸出瞬間立即移出，由于一般情況下汽相組成與液相組成不同，故隨蒸餾過程的進(jìn)行，釜中剩余液體的組成連續(xù)變化。與此同時(shí)，蒸餾釜的溫度，即釜中剩余液體的泡點(diǎn)溫度也連續(xù)變化。用于描述間歇蒸餾釜中剩余液體組成隨時(shí)間的變化的曲線稱之為剩余曲線。曲線指向時(shí)間增長的方向，從較低沸點(diǎn)狀態(tài)到較高沸點(diǎn)狀態(tài)。對于三元混合物的蒸餾，可以很直觀地在三角相圖上表示剩余曲線。以正丙醇苯三元物系為例，在 101.3kPa 操作壓力下所做完整的剩余曲線圖如圖 2-16 所示。

圖 2-16 正丙醇-異丙醇-苯三元物系剩余曲線圖

圖2-16中正丙醇、異丙醇和苯的正常沸點(diǎn)分別為 97.3 ℃、82.3 ℃和 80.1 ℃。正丙醇、苯和異丙醇、苯分別形成二元最低共沸物，共沸溫度為 77.1 ℃和 71.7 ℃。圖中若干條剩余曲線上標(biāo)注的箭頭，都從較低沸點(diǎn)的組分或共沸物指向較高沸點(diǎn)的組分或共沸物。這些曲線包括三角形的三個(gè)邊。該三元物系的所有剩余曲線都起始于異丙醇苯二元共沸物。因?yàn)樵撌Ｓ嗲€將三角相圖分成兩個(gè)蒸餾區(qū)域，故稱它為簡單蒸餾邊界。所有處于蒸餾邊界右側(cè)的剩余曲線即處于 ADEC 區(qū)域的剩余曲線終止于正丙醇頂點(diǎn)C，它是該區(qū)域內(nèi)的最高沸點(diǎn)(97.3 ℃)。所有處于蒸餾邊界左側(cè)的剩余曲線即 DBE 區(qū)域的剩余曲線都終止在純苯的頂點(diǎn) B，它是第二蒸餾區(qū)域的最高沸點(diǎn) 80.1 ℃。若原料組成落在 ADEC 區(qū)域內(nèi)，蒸餾過程液相組成趨于 C 點(diǎn)，蒸餾釜中最后一滴液體是純正丙醇。位于 DBE 區(qū)域的原料蒸餾結(jié)果為純苯（B 點(diǎn)）。蒸餾區(qū)域邊界（如 DE）均開始和終結(jié)于純組分頂點(diǎn)或共沸物。圖 2-16 中純組分的頂點(diǎn)、二元共沸物是特殊點(diǎn)（若有三元共沸物存在，也是特殊點(diǎn)），按其附近剩余曲線的形狀和特征不同可分為三類：凡剩余曲線匯聚于某特殊點(diǎn)，則稱該點(diǎn)為穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)，如圖中 B、C 兩點(diǎn)；凡剩余曲線發(fā)散于某點(diǎn)，則稱該點(diǎn)為不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)，如 D 點(diǎn)；凡某特殊點(diǎn)附近的剩余曲線是雙曲線的，則該點(diǎn)為鞍形點(diǎn)，如 A、E。在同一蒸餾區(qū)域中，剩余曲線簇僅有一個(gè)穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)和一個(gè)不穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)。剩余曲線圖近似描述連續(xù)精餾塔內(nèi)在全回流條件下的液體含量分布，由于剩余曲線不能穿過蒸餾邊界，而蒸餾邊界與精餾曲線的邊界通常是十分接近的，故全回流條件下的液體含量分布也不能穿越蒸餾邊界。一些學(xué)者建議，作為近似處理，在一定回流比下操作的精餾塔的組成分布也不能穿越蒸餾邊界。實(shí)際上雖有例外，但絕大多數(shù)情況，其操作線被限制在同一精餾區(qū)域內(nèi)，連接餾出液、進(jìn)料和釜液組成之間的總物料平衡線不能穿越蒸餾邊界。共沸精餾的產(chǎn)物組成除與工藝條件有關(guān)外，主要依賴于進(jìn)料組成所處的精餾區(qū)域和它相對于蒸餾邊界的位置。

剩余曲線圖可用于開發(fā)可行的精餾流程。評比各種分離方案和確定最適宜的分離流程。為共沸精餾流程的設(shè)計(jì)以及萃取精餾、共沸精餾和多組分精餾的集成提供理論依據(jù)。

第3章氣液傳質(zhì)分離過程

學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

? ? ?

1.設(shè)計(jì)變量數(shù)的確定（單元、設(shè)備、流程）；

? 2.多組分精餾過程分析及簡捷計(jì)算；

3.特殊精餾（萃取精餾﹑共沸精餾、加鹽精餾）過程分析； 4.吸收過程的特點(diǎn)及多組分吸收和過程的簡捷計(jì)算方法。

? ? ? ? ?

3.1 設(shè)計(jì)變量 3.2 多組分精餾 3.3 特殊精餾 3.4 間歇精餾 3.5 吸收和解吸

3.1 設(shè)計(jì)變量

設(shè)計(jì)變量數(shù): 進(jìn)行一個(gè)分離單元、設(shè)備或分離流程的設(shè)計(jì)前必須規(guī)定的參數(shù)的數(shù)目。設(shè)計(jì)變量數(shù)ND為：ND＝NV甲苯-異丙苯三組分精餾

(2-42)圖3-5 苯－甲苯－異丙苯精餾塔內(nèi)汽液流率分布圖3-6 苯－甲苯－異丙苯精餾塔內(nèi)溫度分布

(虛線表示按摩爾流假設(shè)的模擬結(jié)果)體系2：苯（1）-甲苯（2）-二甲苯（3）-異丙苯（4）四組分精餾。

進(jìn)料組成為： z1=0.125，z2=0.225，z3=0.375，z4=0.275（摩爾分?jǐn)?shù)），甲苯在餾出液中的回收率為99%。各組分相對揮發(fā)度為：α12=2.25，α22=1.0，α32=0.33，α42=0.21。根據(jù)給定的要求，甲苯為輕關(guān)鍵組分，二甲苯為重關(guān)鍵組分，苯為輕組分，異丙苯為重組分。

(2-42)圖 3-7 苯－甲苯－二甲苯－異丙苯四組分精餾塔內(nèi)液相濃度分布圖

多組分精餾與二組分精餾在濃度分布上的區(qū)別可歸納為：

?

? ? ?

①在多組分精餾中，關(guān)鍵組分的濃度分布有極大值；

②非關(guān)鍵組分通常是非分配的，即重組分通常僅出現(xiàn)在釜液中，輕組分僅出現(xiàn)在餾出液中；

③重、輕非關(guān)鍵組分分別在進(jìn)料板下、上形成接近恒濃的區(qū)域；

料板處是不連續(xù)的。④全部組分均存在于進(jìn)料板上，但進(jìn)料板濃度不等于進(jìn)料濃度。塔內(nèi)各組分的濃度分布曲線在進(jìn)塔內(nèi)流量變化：

由于揮發(fā)度高的化合物通常是低分子量的，而低分子量組分一般具有較小的摩爾汽化潛熱，所以上升蒸汽進(jìn)入某級冷凝時(shí)將產(chǎn)生具有較多摩爾數(shù)的蒸汽，故沿塔向上流量通常有增加的趨勢。若沸點(diǎn)較高的組分具有較低的汽化熱，則情況正好相反。

塔內(nèi)溫度變化：

由于溫度沿塔向上是逐漸降低的，所以蒸汽向上流動(dòng)時(shí)被冷卻。這種冷卻或是增加液體的顯熱或是增加液體的汽化量，如果液體被汽化，則導(dǎo)致向上流量增加。再者，液體沿塔向下流動(dòng)時(shí)，液體必被加熱，其熱量或是消耗蒸汽的顯熱或造成蒸汽的冷凝，如果是蒸汽冷凝，則導(dǎo)致下降流量的增加。當(dāng)進(jìn)料中有大量的、相對于關(guān)鍵組分是非常輕的或非常重的組分，或者更一般地說，如果從塔頂?shù)剿椎臏囟茸兓却?，則這種影響更明顯。

結(jié)論：

在精餾塔中，溫度分布主要反映物流的組成，而總的級間流量分布則主要反映了熱衡算的限制。

?

? ? ?

3.2.2 最小回流比

3.2.3 最少理論塔板數(shù)和組分分配 3.2.4 實(shí)際回流比和理論板數(shù) 3.2.5 多組分精餾塔的簡捷計(jì)算方法

3.2.2 最小回流比

非分配組分：只在塔頂或塔釜出現(xiàn)的組分； 分配組分：在塔頂和塔釜均出現(xiàn)的組分。多組分精餾塔中恒濃區(qū)的位置：(a)輕、重組分均為非分配組分

(b)重組分為非分配組分，輕組分為分配組分

(c)輕組分為非分配組分，重組分為分配組分

(d)輕、重組分均為分配組分

最小回流比的計(jì)算方程：

(3-3a)

(3-3b)首先用試差法解出式(3-3b)中的。值應(yīng)處于輕、重關(guān)鍵組分的值之間。如果輕、重關(guān)鍵組分不是揮發(fā)度相鄰的組分，則可得出兩個(gè)或兩個(gè)以上的出液的組成通常近似用全回流條件下的組成代替。

值，分別計(jì)算Rm，取其大者。最小回流比下餾

? ? ? ?

3.2.1 多組分精餾過程分析 3.2.4 實(shí)際回流比和理論板數(shù)

3.2.3 最少理論塔板數(shù)和組分分配 3.2.5 多組分精餾塔的簡捷計(jì)算方法

3.2.3 最少理論塔板數(shù)和組分分配

最少理論級數(shù)的計(jì)算 — Fenske 方程：

(3-4)－輕關(guān)鍵組分在餾出液中的 mol 分?jǐn)?shù)；

－重關(guān)鍵組分在餾出液中的 mol 分?jǐn)?shù)；

－重關(guān)鍵組分在釡液中的 mol 分?jǐn)?shù)；

－輕關(guān)鍵組分在釜液中的 mol 分?jǐn)?shù)；

－輕重關(guān)鍵組分相對揮發(fā)度的平均值。

(3-5)或(3-6)更為常用的形式：

(3-7)或表示為：

(3-8)以回收率表示的方程形式：

(3-11)φL,D表示輕關(guān)鍵組分在餾出液中的回收率； φH,B表示重關(guān)鍵組分在釜液中的回收率。由 Fenske 公式可看出，最少理論板數(shù)與進(jìn)料組成無關(guān)，只決定于分離要求。隨著分離要求的提高，以及關(guān)鍵組分之間的相對揮發(fā)度向 1 接近，所需最少理論板數(shù)將增加。

[例3-3][例3-4]

? ? ?

3.2.1 多組分精餾過程分析

? 3.2.2 最小回流比

3.2.4 實(shí)際回流比和理論板數(shù)

3.2.5 多組分精餾塔的簡捷計(jì)算方法

3.2.4 實(shí)際回流比和理論板數(shù)

實(shí)際回流比的確定： Gilliand 經(jīng)驗(yàn)算法及 Erba和Maddox的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)。

Gilliand圖適用于相對揮發(fā)度變化不大的物系；Erba和Maddox圖對多組分精餾的適用性較好些。

圖3-9 Gilliand 圖

圖 3-10 Erba 和 Maddox 圖（圖中虛線為外推

值）

Gilliand 圖還可擬合成關(guān)系式用于計(jì)算：

(3-12)或 Y =0.75 － 0.75 X 0.5668(3-13)

式中(3-14)適宜進(jìn)料位置的確定方法：

(1)操作回流比下精餾段與提餾段理論板數(shù)之比等于全回流條件下用 Fenske 方程計(jì)算出的精餾段與提餾段理論板數(shù)之比。

或

(2)Kirkbride 經(jīng)驗(yàn)式：

(3-15)不同回流比時(shí)組分的分配比與組分的相對揮發(fā)度之間的關(guān)系： 全回流時(shí)是一條直線，這是芬斯克方程的結(jié)果；最小回流比時(shí)是一條 S 形曲線。由此結(jié)果可以看出，當(dāng)揮發(fā)度比輕關(guān)鍵組分的數(shù)值略大時(shí)，該輕組分的分配比就是無限大，也就是說它全部進(jìn)入餾出液中，對重組分也是相似的情況；而揮發(fā)度處于輕、重關(guān)鍵組分之間的組分，在最小回流比下的分配與全回流下的分配有一定的差別，若按全回流下的分配來代替最小回流比的分配，事實(shí)上是略微提高了要求。全回流下的分配比當(dāng)作實(shí)際操作回流比下的分配是比較接近的。

圖 3-12 ：不同回流比下的分配比 －全回流； 2 －高回流比(~5 R m)； 3 －低回流比(~1.1 R m)； 4 －最小回流比 [例3-5]

? ? ?

3.2.1 多組分精餾過程分析

? 3.2.2 最小回流比

3.2.3 最少理論塔板數(shù)和組分分配 3.2.5 多組分精餾塔的簡捷計(jì)算方法

3.2.5 多組分精餾塔的簡捷計(jì)算方法

多組分精餾的 FUG（Fenske-Underwood-Gilliland）簡捷計(jì)算法：

?

?

①用芬斯克公式估算最少理論板數(shù)和組分分配；

? ②用恩特伍德公式估算最小回流比：

③用吉利蘭圖或耳波—馬多克思圖或相應(yīng)的關(guān)系式估算實(shí)際回流比下的理論板數(shù)。

餾出液和釜液中組分分配的規(guī)定方式：

? ①當(dāng)給定輕、重關(guān)鍵組分分別在塔頂和塔釜的回收率時(shí)，應(yīng)用Fenske方程、Underwood公式和

物料衡算可直接進(jìn)行計(jì)算。? ②當(dāng)給定輕、重關(guān)鍵組分分別在塔頂、塔釡的含量，且輕重關(guān)鍵組分相對揮發(fā)度相鄰時(shí)，首先假定為清晰分割進(jìn)行物料衡算，通過校核，若假定合理，則能得到輕重關(guān)鍵組分的回收率；若假定不合理，則應(yīng)以該計(jì)算值作為初值進(jìn)行試差計(jì)算，直至得到合理物料分配。

? ③當(dāng)給定輕、重關(guān)鍵組分分別在塔頂、塔釡的含量，但輕、重關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度不相鄰時(shí)，首先設(shè)定輕、重關(guān)鍵組分的回收率初值，利用芬斯克公式進(jìn)行試差計(jì)算，最終得到符合規(guī)定輕、重關(guān)鍵組分的塔頂、塔釡的含量值。

? ④當(dāng)給定輕、重關(guān)鍵組分其中之一的回收率，另一個(gè)為塔頂或塔釡的含量時(shí)，首先假定比輕關(guān)鍵組分輕的組分在塔釡為零，比重關(guān)鍵組分重的組分在塔頂為零，作物料衡算并進(jìn)行校核。若假定合理，則得到輕重關(guān)鍵組分的回收率；若假定不合理，則應(yīng)以該計(jì)算值作為初值進(jìn)行試差計(jì)算，直至物料分配合理。

? ? ?

3.2.1 多組分精餾過程分析

? 3.2.2 最小回流比

3.2.3 最少理論塔板數(shù)和組分分配 3.2.4 實(shí)際回流比和理論板數(shù)

3.3 特殊精餾

加入質(zhì)量分離劑的精餾過程稱之為特殊精餾。被分離組分之間的相對揮發(fā)度接近于1或形成共沸物的系統(tǒng)，通過加入一個(gè)新組分(質(zhì)量分離劑)，改變它們之間的相對揮發(fā)度，使系統(tǒng)變得易于分離。

? ? ?

3.3.1 萃取精餾 3.3.2 共沸精餾 3.3.3 加鹽精餾

3.3.1 萃取精餾

圖 3-13 萃取精餾流程（1塔為萃取精餾塔，2塔為溶劑回收塔）

一、萃取精餾原理

溶劑在萃取精餾中的作用是使原有組分的相對揮發(fā)度按所希望的方向改變，并有盡可能大的相對揮發(fā)度。當(dāng)被分離物系的非理想性較大，且在一定濃度范圍難以分離時(shí)，加入溶劑后，原有組分的濃度均下降，而減弱了它們之間的相互作用，只要溶劑的濃度足夠大，就突出了兩組分蒸汽壓的差異對相對揮發(fā)度的貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了原物系的分離。在該情況下，溶劑主要起了稀釋作用。

當(dāng)原有兩組分 A和B的沸點(diǎn)相近，非理想性不大時(shí)，若相對揮發(fā)度接近于1，則用普通精餾也無法分離。加入溶劑后，溶劑與組分A形成具有較強(qiáng)正偏差的非理想溶液，與組分B 形成負(fù)偏差溶液或理想溶液，從而提高了組分A對組分B的相對揮發(fā)度，以實(shí)現(xiàn)原有兩組分的分離。溶劑的作用在于對不同組分相互作用的強(qiáng)弱有較大差異。

二、萃取精餾過程分析 一般規(guī)律：

（1）汽液流率：

? 由于溶劑的沸點(diǎn)高，流率較大，在下流過程中溶劑溫升會(huì)冷凝一定量的上升蒸汽，導(dǎo)致塔內(nèi)汽相

流率越往上走越小，液相流率越往下流越大。

? 溶劑存在下，塔內(nèi)的液汽比大于脫溶劑情況下的液汽比；

? 各板下流的溶劑流率均大于加入的溶劑流率；

? 汽相流率、液相流率都是越往上越小。

?

（1）濃度分布。溶劑在塔內(nèi)濃度分布分為四段：

? ? ? ?

1)溶劑回收段：2)精餾段：3)提餾段：4)塔釜：

?

舉例：丙酮 / 甲醇 / 水萃取精餾塔內(nèi)液相濃度分布（圖 3-18）。

圖 3-18 丙酮/甲醇萃取精餾塔液相濃度分布 ◆丙酮；○ 甲醇；▲ 水（溶劑）

三、萃取精餾塔的簡化算法

圖 3-21 萃取精餾塔

假設(shè)：①塔內(nèi)為恒摩爾流；②塔頂帶出的溶劑量忽略不計(jì)；③脫溶劑物系按二元物系處理；④進(jìn)塔溶劑中不含待分離組分。

(1)操作線方程

萃取精餾段操作線方程：

(3-20)

式中；； l 代表液相中原溶液組分的總流率，v 代表汽相中原溶液組分的總流率。(2)平衡關(guān)系

求出在溶劑存在下，組分 1 對組分 2 的全塔平均相對揮發(fā)度(α12)S，按公式:

(3-21)

計(jì)算汽液平衡數(shù)據(jù)，在~ 圖上繪制平衡線。

(3)操作回流比

假設(shè)進(jìn)料狀態(tài)為飽和蒸汽，在y ' ~ x ' 圖上圖解最小回流比：

（3-22）

取R = 1.2~1.5 R m，按操作回流比在~ 圖上繪出操作線后圖解理論板數(shù)和進(jìn)料位置。

(4)溶劑進(jìn)料量 精餾段：

(3-25)

(3-26)

提餾段：

(3-27)

當(dāng)溶劑揮發(fā)度很小時(shí)，可簡化為：

或

若β =0，當(dāng)進(jìn)料為飽和蒸汽時(shí)，則；當(dāng)進(jìn)料為液相或汽液混合物時(shí)，則。

[例3-7]

? ?

3.3.2 共沸精餾 3.3.3 加鹽精餾

3.3.2 共沸精餾

共沸精餾，又稱恒沸精餾，是利用混合物中的組分能形成共沸物的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)分離的精餾過程。通常在待分離的溶液中加入共沸劑（或稱夾帶劑），使其與溶液中的一個(gè)或兩個(gè)組分形成共沸物，以增大待分離組分間的相對揮發(fā)度而使分離易于進(jìn)行。

如果形成的共沸物是易揮發(fā)的塔頂產(chǎn)品，則塔底理論上得純組分，這種體系稱為具有最低共沸物得體系。若共沸物是難揮發(fā)的塔底產(chǎn)品，則塔頂理論上可得純組分，這種體系稱為具有最高共沸物的體系。

當(dāng)兩種性質(zhì)接近的液體混合時(shí)，所形成得溶液近似于理想體系，它們在一個(gè)很寬得溫度范圍內(nèi)相互溶解，蒸汽壓符合拉烏爾定律。共沸現(xiàn)象是由于組成溶液的各組分的分子結(jié)構(gòu)不相似，在混合時(shí)引起與理想溶液發(fā)生偏差所致。若溶液的蒸汽壓對理想溶液發(fā)生負(fù)偏差，即活度系數(shù)小于 1 時(shí)，則形成最高共沸物；若溶液得蒸汽壓對理想溶液發(fā)生正偏差，即活度系數(shù)大于 1，則形成最低共沸物。

共沸精餾分離原理：與萃取精餾基本相同，不同之處是共沸劑（夾帶劑，攜帶劑）在影響原溶液組分的相對揮發(fā)度的同時(shí)，還要與原溶液中一個(gè)或多個(gè)組分形成共沸物。一、二元非均相共沸精餾

圖 3-23 二元非均相共沸精餾流程

圖 3-24 二元非均相共沸精餾通用流程 二、二元均相共沸物的變壓精餾

表 3-3 適用變壓精餾的物系和使用條件

系統(tǒng)

壓力范圍 ,kPa 組成范圍 溫度范圍，℃

（均相二元最低共沸物）

乙腈－水 20 － 101.3 72.5 － 84.5 mol% 34 － 77 乙醇－水 13.3 － 193.3 89.0 － 99.6 mol% 34.2 － 95.3 甲醇－苯 26.7 － 1466.3 33.1 － 63.0 wt% 26 － 149 甲醇－甲乙酮 13.3 － 271.9 52 － 85 wt% 18.4 － 92.3 丙酮－水

342.6 － 1375.6 78.0 － 96.5 mol% 95.8 － 155.8 乙酸乙酯－乙醇 3.3 － 196.7 61.13 － 87.15 wt% － 1.4 － 91.4

鹽酸－水 6.7 － 161.3 19.3 － 23.5 wt% 48.7 － 123 HBr －水 13.3 － 160 47.03 － 49.8 mol% 74.12 － 137.34

(均相二元最高共沸物)