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1、化工分离过程 Chemical Separation Processes,第一章 绪论第二章 单级平衡过程习题课,2,习题课,3,习题课大纲,1 重要知识点回顾2 思考题3 自由交流环节 习题2-1（刘旦主讲） EXCEL工具的应用（余丽主讲）4 EXCEL应用举例,4,1 重要知识点回顾,1.1 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1.3 相平衡常数的计算：状态方程法，活度系数法1.4 泡点、露点计算 （1）泡点计算：在一定P（或T）下，已知xi，确定Tb（或Pb）和yi。 （2）露点计算1.5闪蒸过程的计算：给定物料的量与组成，计算在一定P 和T下闪蒸得到的汽相量与
2、组成，以及剩余的液相量与组成。,5,1.1 分离操作在化工生产中的重要性,化工厂中分离设备投资约占总投资的5090 ！,6,1.1 分离操作在化工生产中的重要性,7,1.1 分离操作在化工生产中的重要性,化学工程学科,基础理论体系,专业基础理论及专业,专业基础理论体系,专业课程体系,无机化学,有机化学,物理化学,分析化学,生物化学,高等数学,工程数学,物理学等,化学动力学及热力学,化工原理,化工传递过程,化学反应工程,化工热力学,化工分离过程,化工系统工程,8,1.2 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（ ）的两种或 几种产品的那些操作。2 分离过程是（ ）的逆过程
3、，因此需加入（ ） 来达到分离目的。3 分离作用是由于加入（ ）而引起的，因为分离过程是 （ ）。4 传质分离过程用于各种（ ）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， 工业上常用的传质分离过程又可分为（ ）和 （ ）。,分离剂,熵减过程,混合过程,分离剂,均相,质量传递,平衡分离过程,速率分离过程,互不相同,9,1.2 传质分离过程的分类和特征,5 平衡分离过程是借助（ ）使（ ）混合物形成 （ ），以混合物中各组分（ ） 为依据实现混合物分离的过程。6 分离剂可以是（ ）或（ ），有时也可两种同时应用。7 速率分离过程的机理是利用溶液中不同组分在某种（ ）作用
4、下经过某种介质时的（ ）的差异而实现分离。,分离媒介,均相,两相,在处于平衡的两相中分布不同,能量ESA,物质MSA,推动力,传质速率,10,1.3 相平衡常数的计算,相平衡条件（准则）：各相的温度、压力相同，各相组分的逸度也相等。,11,1.3 相平衡常数的计算,汽液相平衡关系,将逸度和实测压力、温度、组成等物理量联系起来，引入逸度系数和活度系数。,12,1.3 相平衡常数的计算,状态方程法：,（2-14）,活度系数法：,（2-17）,（2-35）,13,1.3 相平衡常数的计算,汽液平衡系统分类及汽液平衡常数的计算：,14,1.4 泡点、露点计算,泡点温度为在一定压力的条件下升高温度，当出
5、现第一个气泡时的温度，泡点压力系指在一定温度下降低压力，当出现第一个气泡时的压力。露点温度是在一定压力下降低温度，当出现第一个液滴时的温度，露点压力是在一定温度下增加压力，当出现第一个液滴时的压力。,15,1.4 泡点、露点计算,泡点、露点的计算类型,16,1.4 泡点、露点计算,1. 平衡常数与组成无关的泡点温度计算,泡点方程：,求解泡点方程的试差法，求解步骤如下：,假定T,已知P,得到Ki,Kixi,|f(T) |=|Kixi-1 |,Y,T=T设，yi= Kixi,N,调整T,17,1.4 泡点、露点计算,相对挥发度法,由于,式（2-52）两边分别除以yi后可得出：,又,根据相对挥发度的
6、定义：,（2-52）,18,1.4 泡点、露点计算,设T=98（离泡点不远）,得到PiS,P28 例2-3,T泡,计算方法：,安托尼公式,19,1.4 泡点、露点计算,计算机计算（Newtow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K）,泡点计算：,泡点方程：,目标函数形式：,求导式：,按Newton迭代式导出式：,20,1.4 泡点、露点计算,2. 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Ki ：,（2-14） （2-35）,21,输入P，x及有关参数,开 始,计算yi,计算Ki和yi,计算Pis、viL、is、i,圆整yi计算,是否第一次迭代,|ln
7、 yi | ,yi有无变化,设T并令 1，作第一次迭代,输出T，y,Y,结束,调整T,活度系数法计算泡点温度的框图,N,N,N,Y,Y,图2-2,22,1.5 闪蒸过程的计算,闪蒸（ Flash Vaporization）过程,闪蒸过程实质是一种连续单级蒸馏：液体进料流过阀门等装置，由于压力的突然降低而引起急剧蒸发，产生部分汽化，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）。,23,1.5 闪蒸过程的计算,根据2个可调设计变量的规定方法可将闪蒸计算分为如下五类：,24,1.5 闪蒸过程的计算,1、闪蒸过程计算的基本关系：,汽液相平衡关系：,物料平衡关系：,热
8、平衡关系：,归一化方程：,（2-63） （2-64）,（2-44）,（2-65）,（2-46） （2-45）,25,1.5 闪蒸过程的计算,利用牛顿迭代法解Rachord-Rice方程迭代方程,（2-71）,（2-72）,（2-73）,26,1.5 闪蒸过程的计算,闪蒸过程的计算步骤：,在给定温度下进行闪蒸计算，需要核实闪蒸问题是否成立（两种方法）；设定初值，利用Rachord-Rice方程进行闪蒸迭 代计算；计算汽、液流率；利用式(2-67)和(2-68)计算汽液两相的组成。,参见例28,27,2 思考题,单级分离是指两相经（）后随即分离的过程。常用的汽液相平衡关系为（）。相对挥发度的定义为
9、两组分的（）之比，它又称为（）。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（）。用于泡点计算的调整公式为（）。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。,28,2 思考题,在分离流程中常遇到的部分汽化和冷凝过程属（）。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（）。当混合物在一定的温度和压力下，满足（）条件，混合物 处于（）。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Newton-Raphson法时，较好的目标函数为（）。绝热闪蒸与等温闪蒸计算不同点是需要考虑（）。,29,2 思考题
10、,何为分离过程？分离过程的特征？何为分离工程？说明分离过程与分离工程的区别？何为逐级经验放大法？ 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？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？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.,30,2 思考题,什么叫露点，精馏塔顶温度如何处理？ 相平衡关系可用几种方法来表达。 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： 1）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； 3）气相为理想溶液，液相为理想溶液； 4）气相为理想溶液，液相
11、为非理想溶液。 怎样判断混合物在T，P下的相态，若为两相区其组成怎样 计算？ 用逐次逼近法进行等焓闪蒸计算时，什么情况下汽化率作 为内循环，温度T作为外循环，为什么？ 简述绝热闪蒸计算的计算方法和特点。,31,3 自由交流环节,习题2-1（刘旦主讲）EXCEL工具的应用（余丽主讲）,32,4 EXCEL应用举例,针入度指数（PI）的计算：,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，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、标准针和附加砝码的总重为1000.1g）、时间（5s）及温度（15、2
12、5和30等）条件下垂直插入沥青的深度来表示，针入度的单位为0.1mm。沥青针入度的标准测定方法可见GB/T 0604-2000。,33,4 EXCEL应用举例,针入度仪示意图,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1000.1g）、时间（5s）及温度（15、25和30等）条件下垂直插入沥青的深度来表示，针入度的单位为0.1mm。 沥青针入度的标准测定方法可见GB/T 0604-2000。,34,4 EXCEL应用举例,针入度指数（PI）的计算：,不同类型的沥青对温度的敏感性不同，所谓感温性就是沥青的粘度或稠度随温度改变而变化的程度。1936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直线关系：,针入度指数PI值是目前广泛使用的沥青感温性能指标，它与沥青的胶体结构、化学组成有密切关系。,式中：lgP针入度对数；A针入度对数的温度敏感性；T温度；K常数。,35,阅读课本 巩固知识,
