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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1习题课2习题课大纲n1 重要知识点回顾n2 思考题n3 自由交流环节习题2-1（刘旦主讲）EXCEL工具的应用（余丽主讲）n4 EXCEL应用举例31 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 。41.1 分离操作在化工生产中的重要性化工过程化学反应过程物理处理过程化工生产核心原料的预处理产品的加工（单元操作）化工厂中分离设备投资约 占总投资的5090 ！ ！51.1 分离操作在化工生产中的重要性61.1 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71.2 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
3、或几种产品的那些操作。2 分离过程是（ ）的逆过程，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81.2 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
4、中不同组分在某种（ ）作用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91.3 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。101.3 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。111.3 相平衡常数的计算状态方程法：（2-14）活度系数法：（2-17）（2-35）121.3 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：液相 汽相理想溶液 实际溶液理想气体理想溶液实际气体不存在131.4 泡点、露点计算n泡点
5、温度为在一定压力的条件 下升高温度，当出现第一个气 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。n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。141.4 泡点、露点计算计算类型规定量（c个 ）求解量泡点温度泡点压力露点温度露点压力泡点、露点的计算类型151.4 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KiKixi|f(T) |=|Kixi-1 |Y T=T设，yi= KixiN调整T161.4 泡点、露点计算相
6、对挥发度法由于 式（2-52）两边分别除以yi后可得出：又 根据相对挥发度的定义：（2-52） 171.4 泡点、露点计算设T=98（离泡点不远）得到PiSP28 例2-3T泡计算方法：安托尼公式181.4 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：191.4 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）20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
7、是否第一次迭 代|ln yi | yi有无变化设T并令 1，作第一次迭代输出T，yY结束调整T活 度 系 数 法 计 算 泡 点 温 度 的 框 图 NNNYY图2-2211.5 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）。 221.5 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：规定变量闪蒸形式输出变量P,T等温Q, V, L, yi, xiP,Q=0绝热
8、T, V, L, yi, xiP,Q0非绝热T, V, L, yi, xiP,L(或)部分冷凝Q, T, V, yi, xiP(或T),V(或)部分汽化Q, T(或P), L, yi, xi231.5 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：热平衡关系：归一化方程：（2-63） （2-64）（2-44）（2-65）（2-46） （2-45） 241.5 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）251.5 闪蒸过程的计算闪蒸过程的计算步骤：n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
9、）；n设定初值，利用Rachord-Rice方程进行闪蒸迭代计算；n计算汽、液流率；n利用式(2-67)和(2-68)计算汽液两相的组成。参见例28 262 思考题n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（）。n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（）。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外，还需对（）进行试差。272 思考题n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
10、和压力下是 否处于（）。n当混合物在一定的温度和压力下，满足（）条件，混合物 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， 采用Newton-Raphson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（）。282 思考题n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？n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？n分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，举例说明分离剂的类型.292 思考题n 什么叫
11、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。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，液相为非理想溶液。n 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？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为内循环，温度T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。303 自由交流环节习题2-1（刘旦主讲） EXCEL工具的应用（余丽主讲）314 EXCEL应用举例针入度指数（PI）的计算：沥青的针
12、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、 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。 324 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。 334 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。34阅读课本巩固知识35
