1、1 化工分离过程化工分离过程 Chemical Separation Processes第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 单级平衡过程单级平衡过程习题课习题课2习题课习题课3习题课大纲习题课大纲 n1 重要知识点回顾重要知识点回顾n2 思考题思考题n3 自由交流环节自由交流环节 习题习题2-1（刘旦主讲）（刘旦主讲）EXCEL工具的应用（余丽主讲）工具的应用（余丽主讲）n4 EXCEL应用举例应用举例41 重要知识点回顾重要知识点回顾1.1 分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性1.2 传质分离过程的分类和特征传质分离过程的分类和特征1.3 相平衡常数的计算相平衡常数的计算
2、：状态方程法，活度系数法：状态方程法，活度系数法1.4 泡点、露点计算泡点、露点计算 （1）泡点计算：在一定）泡点计算：在一定P（或（或T）下，已知）下，已知xi，确定，确定Tb（或（或Pb）和）和yi。（2）露点计算）露点计算1.5闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算：给定物料的量与组成，计算在一定：给定物料的量与组成，计算在一定P 和和T下闪蒸得到的汽相量与组成，以及剩余的液相量与组成。下闪蒸得到的汽相量与组成，以及剩余的液相量与组成。51.1 分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性 化工过程化工过程化学反应过程化学反应过程物理处理过程物理处理过程 化工生产核心化工生产核心 原料
3、的预处理原料的预处理 产品的加工产品的加工（单元操作）（单元操作）化工厂中分离设备投资约化工厂中分离设备投资约占总投资的占总投资的5090！61.1 分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性71.1 分离操作在化工生产中的重要性分离操作在化工生产中的重要性化化学学工工程程学学科科基础理论体系基础理论体系专业基础理论及专业专业基础理论及专业专业基础理论体系专业基础理论体系专业课程体系专业课程体系无机化学无机化学,有机化学有机化学,物理化学物理化学,分析化学分析化学,生物化学生物化学,高等数学高等数学,工程数学工程数学,物理学等物理学等化学动力学及热力学化学动力学及热力学化工原理化
4、工原理化工传递过程化工传递过程化学反应工程化学反应工程化工热力学化工热力学化工分离过程化工分离过程化工系统工程化工系统工程81.2 传质分离过程的分类和特征传质分离过程的分类和特征1 分离过程是将一种混合物转变为组成（分离过程是将一种混合物转变为组成（）的两种或）的两种或 几种产品的那些操作。几种产品的那些操作。2 分离过程是（分离过程是（）的逆过程，因此需加入（）的逆过程，因此需加入（）来达到分离目的。来达到分离目的。3 分离作用是由于加入（分离作用是由于加入（）而引起的，因为分离过程是）而引起的，因为分离过程是 （）。）。4 传质分离过程用于各种（传质分离过程用于各种（）混合物的分离，其特
5、点是有）混合物的分离，其特点是有（）现象发生。按所依据的物理化学原理不同，）现象发生。按所依据的物理化学原理不同，工业上常用的传质分离过程又可分为（工业上常用的传质分离过程又可分为（）和）和（）。）。分离剂分离剂熵减过程熵减过程混合过程混合过程分离剂分离剂均相均相质量传递质量传递平衡分离过程平衡分离过程速率分离过程速率分离过程互不相同互不相同91.2 传质分离过程的分类和特征传质分离过程的分类和特征5 平衡分离过程是借助（平衡分离过程是借助（）使（）使（）混合物形成）混合物形成 （），以混合物中各组分（），以混合物中各组分（）为依据实现混合物分离的过程。为依据实现混合物分离的过程。6 分离剂可
6、以是（分离剂可以是（）或（）或（），有时也可两），有时也可两种同时应用。种同时应用。7 速率分离过程的机理是利用溶液中不同组分在某种（速率分离过程的机理是利用溶液中不同组分在某种（）作用下经过某种介质时的（作用下经过某种介质时的（）的差异而实现分离。）的差异而实现分离。分离媒介分离媒介均相均相两相两相在处于平衡的两相中分布不同在处于平衡的两相中分布不同能量能量ESA物质物质MSA推动力推动力传质速率传质速率101.3 相平衡常数的计算相平衡常数的计算相平衡条件（准则）：相平衡条件（准则）：各相的各相的温度温度、压力压力相同，各相组分的相同，各相组分的逸度逸度也相等。也相等。.TTT.PPP.i
7、iifff111.3 相平衡常数的计算相平衡常数的计算汽液相平衡关系汽液相平衡关系LiViff将将逸度逸度和和实测压力、温度、组成实测压力、温度、组成等物理量联系起来，引入等物理量联系起来，引入逸度系数逸度系数和和活度系数活度系数。pyfiViVi/pxfiLiLi/OLiiLiLifxf/VVOViiiify f121.3 相平衡常数的计算相平衡常数的计算状态方程法：状态方程法：ViLiiiixyK（2-14）活度系数法：活度系数法：PfxyKViOLiiiii（2-17）RTPPvPPxyKsiLiVisisiiiii)(exp（2-35）131.3 相平衡常数的计算相平衡常数的计算汽液平
8、衡系统分类及汽液平衡常数的计算：汽液平衡系统分类及汽液平衡常数的计算：液相液相汽相汽相理想溶液理想溶液 实际溶液实际溶液理想气体理想气体理想溶液理想溶液实际气体实际气体不存在不存在PPKsiiPPKsiiiViOLiiffK ViOLiiiffKPfKViOLiii141.4 泡点、露点计算泡点、露点计算n泡点温度泡点温度为在为在一定压力一定压力的条件的条件下下升高温度升高温度，当，当出现第一个气出现第一个气泡泡时的温度，时的温度，泡点压力泡点压力系指在系指在一定温度一定温度下下降低压力降低压力，当，当出现出现第一个气泡第一个气泡时的压力。时的压力。n露点温度露点温度是在是在一定压力一定压力下
9、下降低降低温度，温度，当当出现第一个液滴出现第一个液滴时的时的温度，温度，露点压力露点压力是在是在一定温度一定温度下下增加压力增加压力，当，当出现第一个液出现第一个液滴滴时的压力。时的压力。151.4 泡点、露点计算泡点、露点计算计算类型计算类型规定量（规定量（c c个）个）求解量求解量泡点温度泡点温度泡点压力泡点压力露点温度露点温度露点压力露点压力121,cP x xx12,cP x xx12,cT x xx121,cT x xx12,cP y yy121,cP y yy12,cT y yy121,cT y yy泡点、露点的计算类型泡点、露点的计算类型161.4 泡点、露点计算泡点、露点计算
10、1.平衡常数与组成无关的泡点温度计算平衡常数与组成无关的泡点温度计算),(PTfKi泡点方程：泡点方程：110ciiif TK x 求解泡点方程的试差法，求解步骤如下：求解泡点方程的试差法，求解步骤如下：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=KixiN调整调整T171.4 泡点、露点计算泡点、露点计算iikKKiikKKiikiyKx1ikiiyKxiiiiixyx1iiKx1iiiikkKxxKK1kiiKx相对挥发度法相对挥发度法 由于由于 式（式（2-52）两边分别除以）两边分别除以yi后可得出：后可得出：又又 根据相对挥发度的定义：
11、根据相对挥发度的定义：（2-52）181.4 泡点、露点计算泡点、露点计算设设T=98（离泡点不远）（离泡点不远）得到得到PiSP28 例例2-3T泡泡计算方法：计算方法：SiikSkPP1kikiKxSkkPK P安托尼公式安托尼公式191.4 泡点、露点计算泡点、露点计算计算机计算（计算机计算（Newtow迭代法）迭代法）前提条件：平衡常数和组成无关的泡点温度计算（简化前提条件：平衡常数和组成无关的泡点温度计算（简化K）泡点计算：泡点计算：泡点方程：泡点方程：1iiK x 110ciiif TK x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：1c
12、iiidKfTxdT(1)()KKKKf tttft201.4 泡点、露点计算泡点、露点计算2.平衡常数与组成有关的泡点温度计算平衡常数与组成有关的泡点温度计算由状态方程法或活度系数法求取由状态方程法或活度系数法求取Ki：yxPTfKi,ViLiiKRTPPvPPxyKsiLiVisisiiiii)(exp（2-14）（2-35）21输入输入P，x及有关参数及有关参数开开 始始计算计算 yi计算计算Ki和和yi计算计算Pis、viL、is、i圆整圆整yi计算计算是否第一次迭是否第一次迭代代|ln yi|yi有无变化有无变化设设T并令并令 1，作第一次迭代，作第一次迭代Vi输出输出T，yY结束结
13、束调整调整T活活度度系系数数法法计计算算泡泡点点温温度度的的框框图图 NNNYY图图2-2Vi221.5 闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算闪蒸（闪蒸（Flash Vaporization）过程）过程 闪蒸过程闪蒸过程实质是一种连续单级蒸馏：实质是一种连续单级蒸馏：液体进料液体进料流过阀流过阀门等装置，由于门等装置，由于压力的突然降低压力的突然降低而引起急剧而引起急剧蒸发蒸发，产生，产生部部分汽化分汽化，形成互成平衡的汽液两相，（也可以通过汽相部，形成互成平衡的汽液两相，（也可以通过汽相部分冷凝或液相的部分汽化产生平衡的两相）。分冷凝或液相的部分汽化产生平衡的两相）。231.5 闪蒸过程的计算闪蒸过
14、程的计算 根据根据2个可调设计变量个可调设计变量的规定方法可将闪蒸计算的规定方法可将闪蒸计算分为如下五类：分为如下五类：规定变量规定变量闪蒸形式闪蒸形式输出变量输出变量P,T等温等温Q,V,L,yi,xiP,Q=0绝热绝热T,V,L,yi,xiP,Q0非绝热非绝热T,V,L,yi,xiP,L(或或)部分冷凝部分冷凝Q,T,V,yi,xiP(或或T),V(或或)部分汽化部分汽化Q,T(或或P),L,yi,xi241.5 闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算1、闪蒸过程计算的基本关系：、闪蒸过程计算的基本关系：汽液相平衡关系：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：
15、归一化方程：iiiVyLxFzVLFVLFVHLHQFHiiixKy),(yxPTKKii1iy1ix（2-63）（2-64）（2-44）（2-65）（2-46）（2-45）251.5 闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算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0)1(1)1()(iiiKzKf)()()()()()1(kkkkff2)(2)()1(1()1()(kiiikKzKf（2-71）（2-72）（2-73）261.5 闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算步骤：闪蒸过程的计算步骤：n在给定温度下进行闪蒸计算，需要在给定温度下进行闪蒸计算，需要核实闪
16、蒸问题核实闪蒸问题是否成立（两种方法）是否成立（两种方法）；n设定设定初值，利用初值，利用Rachord-Rice方程进行闪蒸方程进行闪蒸迭迭 代计算代计算；n计算计算汽、液流率汽、液流率；n利用式利用式(2-67)和和(2-68)计算计算汽液两相的组成汽液两相的组成。参见例参见例28272 思考题思考题n单级分离是指两相经（）后随即分离的过程。单级分离是指两相经（）后随即分离的过程。n常用的汽液相平衡关系为（）。常用的汽液相平衡关系为（）。n相对挥发度的定义为两组分的（）之比，它又称为（）。相对挥发度的定义为两组分的（）之比，它又称为（）。n根据泡、露点的概念，精馏塔塔顶温度即为对应塔顶气相
17、根据泡、露点的概念，精馏塔塔顶温度即为对应塔顶气相 组成的（），塔釜温度即为对应塔釜液相组成的（）。组成的（），塔釜温度即为对应塔釜液相组成的（）。n用于泡点计算的调整公式为（）。用于泡点计算的调整公式为（）。n平衡常数与组成有关的露点计算，需迭代露点温度或压力平衡常数与组成有关的露点计算，需迭代露点温度或压力 外，还需对（）进行试差。外，还需对（）进行试差。282 思考题思考题n在分离流程中常遇到的部分汽化和冷凝过程属（）。在分离流程中常遇到的部分汽化和冷凝过程属（）。n在进行闪蒸计算时，需判断混合物在指定温度和压力下是在进行闪蒸计算时，需判断混合物在指定温度和压力下是否处于（）。否处于（）
18、。n当混合物在一定的温度和压力下，满足（）条件，混合物当混合物在一定的温度和压力下，满足（）条件，混合物 处于（）。处于（）。n等温闪蒸计算目标函数对收敛速度和稳定性有很大影响，等温闪蒸计算目标函数对收敛速度和稳定性有很大影响，采用采用Newton-Raphson法时，较好的目标函数为（）。法时，较好的目标函数为（）。n绝热闪蒸与等温闪蒸计算不同点是需要考虑（）。绝热闪蒸与等温闪蒸计算不同点是需要考虑（）。292 思考题思考题n何为分离过程？分离过程的特征？何为分离过程？分离过程的特征？n何为分离工程？说明分离过程与分离工程的区别？何为分离工程？说明分离过程与分离工程的区别？n何为逐级经验放大
19、法？何为逐级经验放大法？n什么是分离因子，它与固有分离因子有何不同？怎样用分离什么是分离因子，它与固有分离因子有何不同？怎样用分离 因子判断分离过程进行的难易程度？因子判断分离过程进行的难易程度？n按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为那两类？按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为那两类？n分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，举例说分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，举例说 明分离剂的类型明分离剂的类型.302 思考题思考题n 什么叫露点，精馏塔顶温度如何处理？什么叫露点，精馏塔顶温度如何处理？n 相平衡关系可用几种方法来表达。相平衡关系可用几种方法来表达。
20、n 就活度系数法计算气液平衡常数的通式，分以下几种情况就活度系数法计算气液平衡常数的通式，分以下几种情况 进行讨论：进行讨论：1）气相为理想气体，液相为理想溶液；）气相为理想气体，液相为理想溶液；2）气相为理想气体，液相为非理想溶液；）气相为理想气体，液相为非理想溶液；3）气相为理想溶液，液相为理想溶液；）气相为理想溶液，液相为理想溶液；4）气相为理想溶液，液相为非理想溶液。）气相为理想溶液，液相为非理想溶液。n 怎样判断混合物在怎样判断混合物在T，P下的相态，若为两相区其组成怎样下的相态，若为两相区其组成怎样 计算？计算？n 用逐次逼近法进行等焓闪蒸计算时，什么情况下汽化率作用逐次逼近法进行
21、等焓闪蒸计算时，什么情况下汽化率作 为内循环，温度为内循环，温度T作为外循环，为什么？作为外循环，为什么？n 简述绝热闪蒸计算的计算方法和特点。简述绝热闪蒸计算的计算方法和特点。313 自由交流环节自由交流环节习题习题2-1（刘旦主讲）（刘旦主讲）EXCEL工具的应用工具的应用（余丽主讲）（余丽主讲）324 EXCEL应用举例应用举例针入度指数（针入度指数（PI）的计算：）的计算：沥青的针入度沥青的针入度是沥青稠度的一种表示方法，实质上表示的是沥青稠度的一种表示方法，实质上表示的是测试温度下沥青的粘度。同时，针入度也可用于表示沥青的是测试温度下沥青的粘度。同时，针入度也可用于表示沥青的软硬程度
22、，针入度愈小表明沥青愈硬。软硬程度，针入度愈小表明沥青愈硬。石油沥青的针入度是以标准针在一定的负重（针连杆、标石油沥青的针入度是以标准针在一定的负重（针连杆、标准针和附加砝码的总重为准针和附加砝码的总重为1000.1g）、时间（）、时间（5s）及温度（）及温度（15、25和和30等）条件下垂直插入沥青的深度来表示，针入度的单等）条件下垂直插入沥青的深度来表示，针入度的单位为位为0.1mm。沥青针入度的标准测定方法可见。沥青针入度的标准测定方法可见GB/T 0604-2000。334 EXCEL应用举例应用举例针入度仪示意图针入度仪示意图 石油沥青的针入度是石油沥青的针入度是以以标准针标准针在一
23、定的在一定的负重负重（针连杆、标准针和附加（针连杆、标准针和附加砝码的总重为砝码的总重为1000.1g）、）、时间时间（5s）及）及温度温度（15、25和和30等）条件下等）条件下垂直垂直插入沥青的深度插入沥青的深度来表示，来表示，针入度的单位为针入度的单位为0.1mm。沥青针入度的标准测沥青针入度的标准测定方法可见定方法可见GB/T 0604-2000。344 EXCEL应用举例应用举例针入度指数（针入度指数（PI）的计算：）的计算：KATPlg20 1 2530101 501 50APIAA 不同类型的沥青对温度的敏感性不同，所谓不同类型的沥青对温度的敏感性不同，所谓感温性感温性就是沥青就是沥青的的粘度或稠度随温度改变而变化的程度粘度或稠度随温度改变而变化的程度。1936年，科学家对大量年，科学家对大量试验数据进行总结，发现温度和相应的针入度在半对数坐标中呈试验数据进行总结，发现温度和相应的针入度在半对数坐标中呈直线关系：直线关系：针入度指数针入度指数PI值是目前广泛使用的值是目前广泛使用的沥青感温性能指标，沥青感温性能指标，它与它与沥青的沥青的胶体结构、化学组成胶体结构、化学组成有密切关系。有密切关系。式中：式中：lgP针入度对数；针入度对数；A针入度对数的温度敏感性；针入度对数的温度敏感性；T温度；温度；K常数。常数。35阅读课本阅读课本 巩固知识巩固知识
