第一篇：化工分離 心得

讀《現代分離技術》的心得

近年來，“分離工程”和“新型分離技術”已經被各個高等院校作為化學工程與工藝、制藥工程、生物工程和食品工程等專業的一門學科基礎課。所以，在讀這本書之前，我——作為化工專業的一名學生，已經學過《化工分離工程》的一些相關知識。通讀完這本書后，發現《現代分離技術》這本書將分離工程和新型分離技術內容進行融合的同時，又添加了反映該學科最新進展的內容。我認為，它與《化工分離工程》最不同的地方是：《化工分離工程》強調將工程與工藝相結合，側重介紹精餾單元，還討論了其他常見的分離技術和分離的節能問題。而《現代分離技術》在闡述傳統多組分精餾的同時，著重介紹各種新型分離單元的基本原理、相關設備、應用實例和進展情況。特別是對應用實例的介紹，激發我將相關的分離技術聯系到實際，幫助我更好地了解該技術。通讀完《現代分離技術》不僅有利于我對已學知識的回顧，還讓對新型分離技術有一些新的了解。但由于我自身的知識水平和認識水平有限，對書中所講述的知識所學不多，且難免對某些知識點仍存在困惑，現就一些主要的內容來講述下我從《現代分離技術》這本書中的所得：

第一點，關于料液的預處理與固液分離——這一章是《化工分離工程》中所沒有的。預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特性，以利于非均相物系的分離，同時還除去一些對下游分離操作有影響的雜質，使后續的分離提純過程能順利進行。其實在《化工分離工程》的課程上，也曾被貫徹過程預處理的概念，只是不曾注意。一提到預處理，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，我則學到了預處理的另外3種方式：加熱、凝聚和絮凝。加熱是發酵液預處理最簡單、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。同時在適當溫度和受熱時間下可使蛋白質凝聚，形成較大顆粒的凝聚物，進一步改善料液的特性。在生物工程中，加熱方式應用較多；凝聚是指在特定電解質作用下，破壞懸浮固形顆粒、菌體和蛋白質等膠體粒子的分散狀態，使膠體粒子聚集的過程。解釋凝聚微觀機理的模型是擴散雙電層模型；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），在懸浮粒子之間產生架橋作用而使膠粒形成粗大的絮凝團的過程。完成料液預處理之后才是應用過濾或沉降、離心分離等操作單元來實現固液分離的過程。此外讀完這一章，更提醒我要學會將學科知識進行融合貫通，因為絮凝和凝聚是《膠體化學》中學過的知識。（每一個單元操作的進料都要滿足相應的工藝規格，因此，一般都有原料的預處理過程，其實質上也可看成一步單元操作。）

第二點，關于新型萃取技術。《現代分離技術》主要介紹的新型萃取技術包括雙水相萃取和超臨界萃取。對于超臨界萃取，由于報道的文獻較多而且有接觸過，所以對該技術的了解較多。對于雙水相萃取則較陌生，所以認真琢磨了一番。雙水相萃取是利用被萃取物質在互不相溶的兩個水相中的分配系數不同，從而實現萃取的過程。不過由于自身知識水平和認識水平有限，對于雙水相體系的形成和待分離物質在雙水相中的分離理論仍是一知半解。還有關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仔細閱讀過《現代分離技術》在這一章中的闡述。（蒸發濃縮再低溫結晶就是可行方法之一）

第三點，薄層色譜、柱色譜和紙色譜。色譜法是分離、提純和鑒定有機化合物的重要方法。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動的兩相（流動相和固定相）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、氨基酸、生物代謝產物和激素等的分離和分析。通讀《現代分離技術》在這一章中的闡述，我認為薄層色譜和紙色譜側重用于物質分離后的分析，它們并不適合于實現物質的分離過程。而柱色譜則不僅可用于實現物質分離后的分析還可以用于物質的（工業規模的）分離過程。

最后一點是關于結晶和沉淀——在讀到結晶的章節時引發的思考。結晶和沉淀同樣是從液相或氣相中形成固相的過程，它們有怎樣的區別？讀完《現代分離技術》后，我得到以下結論：結晶過程中得到的晶體是具有整齊的幾何外形，固定熔點和各向異性的固態物質，組成晶體的單位原子、分子或離子具有規律的排列（正確）。而沉淀得到的是無定形的固體粒子，其內部的組成單位是無規則排列的（不同意你的觀點，沉淀有可能得到晶體！結晶是某物質的濃度達到過飽和狀態時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。它們溶液體系的熱力學情況是不同的！）。而且與沉淀相比，結晶中得到的晶體往往具有較高的純度（結晶可能含有結晶水，另外在結晶過程中會挾帶其它的物質，并影響其純度。因此，該觀點不十分正確，結晶產物的純度受濃縮液純度的影響很大。）。讀完《現代分離技術》這本書后，盡管學了點東西，不過我最大的體會就是本人的知識水平亟待提高，還有很多知識需要花時間和心思去學習。（共勉！）

第二篇：2014化工分離題庫

衢州學院化工分離復習題庫

一、填空：

1、分離作用是由于加入（分離劑）而引起的，因為分離過程是（混合過程）的逆過程。

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

3、汽液相平衡是處理（氣液傳質分離）過程的基礎。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、為表示塔傳質效率的大小，可用（級效率）表示。

5、對多組分物系的分離，應將（分離要求高）或（最困難）的組分最后分離。

6、設計變量分為（固定設計變量）與（可調設計變量）。

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

8、關鍵組分的相揮發度越大，精餾過程所需的最少理論板數（越少）。

9、進料中易揮發含量越大，精餾過程所需的最少理論板數（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，原料中的平衡常數小的組分主要在塔內（底）板被吸收。12.完成一個給定的分離要求所需功最小的過程是（可逆）。

13、從節能的角度分析難分離的組分應放在（最后）分離。

15、分離工程操作中，分離劑可以是（能量分離劑）和（物質分離劑）。

16、對于二元溶液的范拉爾方程，當x1?0 時，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關系在恒沸點左側為（y?x），在恒沸點右側為（y?x）。

18、在一個塔中精餾某二元最低恒沸物時，塔頂得到的產物是（恒沸物），塔底得到的產物是（純組分）。

19、萃取精餾塔中，當原料以（氣相或q=0）熱狀況加入時，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，原料中的平衡常數小的組分主要在塔內（底）板被吸收，吸收中平衡數大的組分主要在塔內（頂）板被吸收。

22、分離工程分為(機械分離法)和(傳質分離法)兩大類。

23、對于能生成二元恒沸物的物系來說，在恒沸點處氣液相兩相組成（相等）。在恒沸點兩側組分的揮發能力（不同或相反）。

24、用郭氏法分析，串級單元的可調設計變量為（1）。

25、根據萃取精餾原理，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）偏差的非理想溶液。

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

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

28, 熱力學效率定義為（系統）消耗的最小功與（過程）所消耗的凈功之比。

29, 絕熱閃蒸過程，節流后的溫度（降低）。

30, 若組成為Zi的物系,∑Kixi>1,且∑KiZi>1時，其相態為（汽液兩相）31, 若組成為Zi的物系,Kixi>1時其相態為（過冷液相）32, 若組成為Zi的物系,∑KiZi>1時，其相態為（過熱氣相）33, 傳質分離過程分為（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）。

35, 非清晰分割法假設各組分在塔內的分布與在（全回流）時分布一致。35, 采用液相進料的萃取精餾時，要使萃取劑的濃度在全塔內為一恒定值，所以在（進料時補加一定的萃取劑）。

36, 當原溶液為非理想型較強的物系，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，當吸收氣體中關鍵組分為重組分時，可采用（吸收蒸出塔）的流程。

39,在塔頂和塔釜同時出現的組分為（分配組分）。

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

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，應將（分離要求高）或（最困難）的組分最后分離。43熱力學效率定義為（系統）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）時所消耗的功。

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

二、選擇題

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

2、下列哪一個是機械分離過程（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（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.相間不發生傳質

4、當把一個氣相冷凝時，開始產生液滴的點叫作（a）a.露點b.臨界點c.泡點d.熔點

5、閃蒸是單級蒸餾過程，所能達到的分離程度（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、當蒸餾塔的回流比小于最小的回流比時（c）

a.液相不能氣化b.不能完成給定的分離任務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.負偏差溶液d.不確定

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

9、下列哪一個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、平衡常數較小的組分是（d）

a.難吸收的組分b.最較輕組份c.揮發能力大的組分d.吸收劑中的溶解度大

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

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

a.越低b.越高c.不一定高，也不一定低 14.系統溫度大于露點時，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.等含節流之后（d）

a.溫度提高b.壓力提高c.有氣化現象發生,壓力提高 d.壓力降低，溫度也降低

16.A、B兩組份的相對揮發度αAB越小（b）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.當蒸餾塔的在全回流操作時，下列哪一描述不正確（d）

a.所需理論板數最小b.不進料c.不出產品d.熱力學效率高 b.恒摩爾流不太適合d.是蒸餾過程

18.吉利蘭關聯圖，關聯了四個物理量之間的關系，下列哪個不是其中之一（d）

a.最小理論板數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.負偏差溶液d.不確定 24.關于萃取精餾塔的下列描述中，那一個不正確（b）

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

25.萃取塔的汽、液相最大的負荷處應在（a）a.塔的底部b.塔的中部c.塔的項部

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.負偏差溶液d.不一定 27.下列哪一個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.進料板c.塔底板 29.平均吸收因子法（c）

a.假設全塔的溫度相等b.假設全塔的壓力相等c.假設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.負偏差溶液d.不一定

三、問答題：

1、精餾過程全回流操作特點？

①不進料也不出料；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達到指定分離程度所需的理論板數最少。

2、反應精餾的主要優點：（1）產物一旦生成立即移出反應區；（2）反應區反應物濃度高，生產能力大；（3）反應熱可由精餾過程利用；（4）節省設備投資費用；（5）對于難分離物系通過反應分離成較純產品。

3、工藝角度簡述萃劑的選擇原則。

a.容易再生，即不起化學反應、不形成恒沸物、P沸點高； b.適宜的物性，互 溶度大、穩定性好；c.價格低廉，來源豐富。

4、吸附過程的優點。

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

5、請敘述板式塔中實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)、實際板上汽液兩相存在不均勻流動，停留時間有明顯差異。

(4)、實際板存在霧沫夾帶、漏液和液相夾帶泡沫現象。

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：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：進料溫度=閃蒸溫度，Q≠0，進料壓力>閃蒸壓力 絕熱閃蒸：進料溫度>閃蒸溫度，Q=0，進料壓力>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別? 要點：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度發生改變。

區別：恒沸精餾在改變相對揮發度的同時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；

恒沸精餾可連續操作，也可間歇操作，萃取精餾一般只能連續操作。

9.簡述精餾過程最小回流時的特點。

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

10.從熱力學角度簡述萃取劑的選擇原則。

萃取應能使的體系的相對揮發度提高，即與塔組分形成正偏差，與塔組分形成負偏差或者理想溶液。

11、有一烴類混合物送入精餾裝置進行分離，進料組成和相對揮發度a值如下，現有A、B兩種方案可供選擇，你認為哪種方案合理？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，應放在最后分離；進料中戊烷含量高，應盡早分出。

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.有一定的機械強度；

d.有良好的化學穩定性和熱穩定性。

四、計算題：

1、試求氨仿（1）— 乙醇（2）在共沸溫度為55℃時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，液相活度系數用Van Laar方程計算，AAE=0.144，AEA=0.170。試計算在101.3kPa壓力下的泡點溫度。（設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己烷a.（沸點80.8℃）和苯b.（沸點80.2℃），它們的恒沸組成為苯0.502（摩爾分數），共沸點77.4℃，現以丙酮為恒沸劑進行恒沸精餾，丙酮與環己烷形成恒沸物，共沸組成為0.60（環己烷摩爾分數），若希望得到幾乎純凈的苯，試計算： ①所需恒沸劑量。

②塔頂、塔釜餾出物量各為多少。（以100kmol/h進料計）

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

5.某一分離組分B和C的連續精餾塔，其進料流量為100kmol/h，塔頂采用全凝器冷凝。泡點進料，進料組成和相對揮發度如下：

組分 A B C D 組成xF%（mol分數）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（摩爾分數）；（2）用簡捷法計算所需理論塔板數；（最小回流比為1.15）；（3）確定適宜的進料板位置。

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 先擬用不揮發的烴類液體為吸收劑在板式塔吸收塔中進行吸收，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)

為完成此吸收任務所需的最小液氣比。

操作液氣比為組小液氣比的1.1倍時，為完成此吸收任務所需理論板數。

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 分離過程的發展與分類

隨著世界工業的技術革命與發展,特別是化學工業的發展,人們發現盡管化工產品種類繁多,但生產過程的設備往往都可以認為是由反應器、分離設備和通用的機、泵、換熱器等構成。其中離不開兩類關鍵操作: 一是反應器,產生新物質的化學反應過程,其為化工生產的核心;于是研究化學工業中具有共同性的過程和設備的規律,并將之運用于生產的“化學工程”這一 學科應運而生。

分離過程可分為機械分離和傳質分離兩大類。機械分離過程的對象都是兩相或兩相以上的非均相混合物,只要用簡單的機械方法就可將兩相分離,而兩相間并無物質傳遞現象發生傳質分離過程的特點是相間傳質,可以在均相中進行,也可以在非均相中進行。傳統的單元操作中,蒸發、蒸餾、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、結晶等單元操作大多在兩相中進行。依據處于熱力學平衡的兩相組成不相等的原理,以每一級都處于平衡態為手段,把其他影響參數均歸納于效率之中,使其更符合實際。它的另一種工程處理方法則是把現狀和達到平衡之間的濃度梯度或壓力梯度作為過程的推動力,而把其他影響參數都歸納于阻力之中,傳遞速率就成為推動力與阻力的商了。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行時,往往著眼于氣相或液相中粒子、離子、分子以及分子微團等在場的作用下遷移速度不同所造成的分離。熱擴散、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,都是很有發展潛力的新分離方法。綜上所述,分離過程得以進行的基礎是在“場”的存在下,利用分離組分間物理或化學性質的差異,并采用工程手段使之達到分離。顯然,構思新穎、結構簡單、運行可靠、高效節能的分離設備將是分離過程得以實施乃至完成的保證。

1.1.2 分離過程的地位

廣泛的應用、科技的發展、環境的需要都說明分離過程在國計民生中所占的地位和作用,并展示了分離過程的廣闊前景:現代社會離不開分離技術,分離技術發展于現社會。

1.2 分離分子

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

(1)開發基礎研究:針對項目的應用性基礎研究和工藝特征研究,以實驗室研究為主體

(2)過程研究:進行工藝、產品、設備等的工程放大試驗,包括模型試驗、徽型中試、中間試驗、原型裝置試驗及工業試驗的全部過程或部分過程。

(3)工程研究:包括技術經濟評價、概念設計、數學模型、放大技術及基礎設計等 所以,化工新技術開發不外乎三個關鍵環節:概念形成到課題的選定、技術與經濟論證(可行性)和放大技術。其中,放大技術是研究開發的核心。1.逐級經驗放大

其基本步驟是:進行小試,確定操作條件和設備形式,以及可望達到的技術經濟指標。確定的依據是最終產品質量、產量和成本,并不考慮過程的機理。小試之后進行規模稍大的中試,以確定設備尺寸放大后的影響(放大效應),然后才能放大到工業規模的大型裝置。

2.數學模型方法

此法基于對過程本質的深刻理解,將復雜過程分解為多個較簡單的子過程,再根據研究的目的進行合理簡化,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,首先應考查它的可行性。也就是說,應用該方法是否可能獲得所期望的結果。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性的差異而進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，產生的蒸汽進入冷凝器種冷凝，分批收

集不同組成的餾出液產品。

平衡蒸餾（equilibrium distillation)：釜內液體混合物被部分汽化，使氣相與液相處于平衡狀態，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組分，而在液相中得到較純的難揮發組分。精餾計算：物料衡算，熱量衡算，相平衡關系

計算方法：雙組份常用圖解法；多組分常用簡捷法、嚴格計算法 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度很接近于1。此時，它們的分離需要很多理論板數和很大的回流比，因此設備投資和操作費用很大，不經濟。一般認為，當分離所需的理論板數大于100時，精餾已不適用。

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

（3）待分離物料是熱敏性的，或是在高溫下易發生聚合、結垢、分解等不良反應的。（4）待回收的組分是難揮發組分，且在料液中含量很低。此時能量消耗太大，不經濟。理論板、板效率和填料的理論板當量高度

理論板：進入該板的不平衡的物流發生了充分的接觸傳質，離開了兩相的物流間達到了平衡；在該板上發生傳質接觸的汽液兩相各自完全混合，板上各點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現了機械上的完全分離，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，分子為汽相經實際板接觸傳質后的增濃值；分母則為經理論板后的增濃值；效率為兩者之比值。

點效率、莫夫里板效率（干板效率）、濕板效率、總板效率

理論板數只與相平衡關系、規定的分離要求和精餾操作參數（進料熱狀況、回流比和液氣比）有關，表征物料達到規定分離要求的難易。系統物性對板效率的影響

液相粘度：粘度高產生的氣泡大，兩相接觸差，液相擴散系數小，效率低； 相對揮發度：相對揮發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小。

二元精餾計算

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，在提餾段操作線與平衡線畫出的梯級數為提餾段的理論板數。汽液平衡關系；相鄰兩板之間汽液兩相組成的操作關系；原料液的組成；進料熱狀況；操作回流比；分離程度 精餾段

各組分的摩爾汽化焓相等； 氣液接觸時因溫度不同而交換的的顯熱可以忽略不計；塔的熱損失可以忽略不計 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 冷液進料、飽和液體、氣液混合進料、飽和蒸汽進料、過熱蒸汽進料 進料熱狀態參數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平衡級與進料板位置的確定

精餾的簡捷計算（多組分精餾）

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

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

對二組分精餾，設計變量值被確定后，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作逐板計算，無需進行試差。

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，要進行逐板計算，必須先假設一端的組成，然后通過反復試差求解。

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

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

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=∞)。此時通常不進料，塔頂、塔底不采出。故精餾塔內氣、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，使每塊理論板分離能力達到最大，完成相同的分離要求，所需理論板數最少，并稱其為最小理論板數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??吉利蘭關聯式：??

N?1R?1??????多組分精餾的FUG簡捷計算方法

①首先用芬斯克方程計算最少理論板數；②計算給定條件下的最小回流比；③應用吉利蘭經驗關聯式估算所需理論板數。

FUG法適合于新塔的設計計算，習慣需要指定以下三個變量：實際回流流率與最小回流流率之比；參考組分（通常是重關鍵組分）的切割程度；另一組分（通常為輕關鍵組分）的切割程度。精餾的簡捷計算例題-見課件

嚴格的多組分精餾計算 精餾的定態數學模型

MESH方程：組分物料衡算（M），相平衡關聯（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相平衡關聯（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)為進行精餾的嚴格計算，除MESH模型方程組外，Kij，hj和Hj的關聯式必須知道。

基于上述定態數學模型的操作型算法可歸并為兩大類：1）分塊求解；2）聯列解。王-亨克（Wang-Henke）的三對角矩陣法屬于分塊解法。王-亨克算法的計算框圖 泡點法（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）吸收劑進行解吸的吸收裝置：

1． 吸收劑價廉，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: 吸收劑與溶質之間沒有化學反應發生;化學吸收: 液相中發生化學反應。

塔設備：

填料塔：結構簡單，造價低廉，制造方便，體積大，重量大，傳質效率不高，操作穩定性差，容易發生溝流現象

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）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，床層結構均勻

? 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

? 要有足夠的機械強度。填料塔中的傳質速率

滲透論

傳質開始時，氣液兩相各自內部的濃度是一致的，兩者一開始接觸就開始傳質，氣相溶質不斷溶解到液相中，接觸時間愈長，累積在液膜內的溶質越多，傳質速率趨于穩定；

液相主體中任一元素都有可能被主體內的流動帶到氣液接觸界面上，進行不穩定的傳質，直到另一個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間相同； 界面無阻力，氣液兩相達到平衡。雙膜理論

在氣液接觸界面的兩側，存在著一層穩定的滯留膜；

膜兩側的主體流動區內由于湍流的激烈程度已使主體內物質的濃度趨于一致，滯流膜內傳質方式將以分子擴散來實現，傳質阻力集中在界面兩側的液膜和氣膜； 對于界面，氣液兩相立即達到平衡，界面無阻力。

姓名：何趙平

學號：1509010234 班級：15應用化工技術

第四篇：化工分離技術發展

化工分離技術進展

摘要 ： 任何化工生產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。化工分離技術是化學工程的一個重要分支。分離過程是耗能過程，設備數量多，規模大，在化工廠的設備投資和操作費用中占著很高的比例，對過程的技術經濟指標起著重要的作用。因此設計時要求選擇高效低耗的分離技術。隨著環保要求的不斷提高，三廢處理和綜合利用對分離技術提出了很多特殊的要求。伴隨著新產品的不斷出現，對分離技術的要求也越來越高。總之，化工分離技術也是在不斷地朝著多樣性和復雜性的方向發展。關鍵詞 ： 化工生產； 化工分離技術； 發展；

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

一個完整的化工過程，從原料的精制，中間產物的分離，產品的提純和廢水、廢氣的處理都有賴于化工分離技術。絕大多數反應過程的原料和反應所得到的產物都是混合物，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品、充分利用資源和控制環境污染的關鍵步驟。本文主要論述了傳統化工分離技術的改進和新分離技術的發展及其應用前景。

1.化工分離技術概述

伴隨著化工過程的發展，衍生出了諸多常規的化工分離技術，如蒸餾、結晶、萃取、吸收、吸附、離心萃取分離、電泳等。化工分離技術雖然有了很大的發展，但是一些新興分離技術由于受到操作條件和材料的限制而不能廣泛應用到工業化生產中。因此，精餾、萃取、吸收、結晶等最為常規的分離工藝仍是當前使用最多的分離技術。但是這并不影響到新化工分離工藝的研究和發展，相信隨著科學技術的進步，這些新型工藝會得到廣泛的應用

2．化工分離技術的新進展

2.1 膜分離技術 2.1.1發展概況

膜分離技術是借助膜的選擇滲透作用，對混合物中溶質和溶劑進行分離、分級、提純和富集，其過程一般不發生相變，且在常溫下進行。以膜為基礎的其他分離過程，如膜溶劑革取、膜氣體吸收、膜蒸餾、膜反應器及膜分離與其他分離過程相結合的集成膜過程，也正在日益得到重視和發展。與有相變的分離方法相比，膜分離技術能耗較低。適用于熱敏性物質及許多特殊溶液體系的分離，是一項簡單、快速、高效、選擇性好、經濟節能的新技術，已廣泛地用于水處理、濕法冶金、生物化工、醫藥工業、食品工業、環境保護等方面。膜分離技術作為一門新興的化工分離單元操作已在各個科學技術領域發揮愈來愈大的作用。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，另一側的接受液是接納滲析組分的溶劑或溶液。料液中的某些溶質或離子在濃度差、電位差的推動下，透過膜進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。在壓力差的作用下，部分物質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有區別，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，實現了組分的分離。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，液液兩相間的傳質分離操作類似于萃取和反萃取，溶質從料液進入液膜相當于萃取L2J。液膜分離可以看作是萃取與反萃取兩者的結合。2.1.3 膜分離技術的發展趨勢

膜技術開發的焦點是膜的選擇

性、過程的比產值及操作可靠性，同時繼續開發功能性的高分子膜材料和無機膜材料，乃至仿生膜材料仍是今后膜技術開發的另一個重要課題。2.2 離子液體在化工分離中的應用 2.2.1 離子液體概述

室溫離子液體是指室溫下呈液態的離子化合物。離子液體已經在諸如聚合反應、選擇性烷基化和胺化反應、酰基化反應等方面得到應用，并顯示出反應速率快、轉化率高、反應的選擇性高、催化體系可循環重復使用等優點。此外，離子液體在溶劑萃取、物質的分離和純化、廢舊高分子化合物的回收、燃料電池和太陽能電池、工業廢氣中二氧化碳的提取、地質樣品的溶解、核燃料和核廢料的分離與處理等方面也顯示出良好的應用前景。總之，離子液體的無惡臭、無污染、不易燃、易與產物分離、易回收、可反復多次循環使用、使用方便等優點，使它成為傳統揮發性溶劑的理想替代品。它有效地免除了使用傳統有機溶劑所造成的嚴重的環境、健康、安全以及設備腐蝕等問題為名符其實的環境友好的綠色溶劑，適合于當前所倡導的清潔技術和可持續發展的要求，已經越來越被人們廣泛認可和接受[3]。2.2.2 離子液體在萃取中的應用

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，以達到綜合利用資源、消除污染的目的。傳統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，它可與水或有機溶劑形成兩相，根據溶質在兩相中的不同分配系數達到萃取的目的。離子液體主要應用在有機物如生物制品、芳烴的分離及油品的脫硫脫氮等過程中，也可用于無機金屬離子的萃取過程中。2.2.3 離子液體的發展趨勢

從目前的研究結果來看，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。作為一個完整的分離流程，通過萃取分離后的離子液體需與目標化合物分離后再循環使用，少量溶解到原料中的離子液體也需回收，從而實現真正意義上的零污染。今后應針對不同體系，研究離子液體的再生方法，從而節省運行成本，并節約資源。隨著人們對離子液體認識的不斷深人，離子液體將會在化工分離過程中逐步取代傳統的有機溶劑，實現環境友好的清潔化工分離過程，給人類帶來一個面貌全新的綠色化工高科技產業。

2.3 耦合分離技術

近年來，諸如催化劑精餾、膜精餾、吸附精餾、反應萃取、絡合吸附、反膠團、膜萃取、發酵萃取、化學吸收和電泳萃取等新型耦合分離技術得到了長足的發展，并成功地應用于生產。它們綜合了兩種分離技術的優點，具有獨到之處。催化精餾在2FGH等工藝中的成功應用和反應萃取在己內酰胺工藝中的成功應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點。耦合分離技術還可以解決許多傳統的分離技術難以完成的任務，因而在生物工程、制藥和新材料等高新技術領域有著廣闊的應用前景。如發酵萃取和電泳萃取在生物制品分離方面得到了成功的應用。采用吸附樹脂和有機絡合劑的絡合吸附具有分離效率高和解析再生容易的特點[1]。2.4 超臨界CO2萃取技術

2.4.1 超臨界流體CO2萃取技術概述

目前，超臨界流體技術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 晶、超臨界色譜和超臨界流體中的化學反應。超臨界流體萃取作為一種高新技術受到人們的青睞，而且發展日趨成熟，被廣泛應用于醫藥、化工、石油、食品、疏水性染料、環保、塑料、納米材料、脂質體制備等諸多領域。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，不會破壞生物活性物質和熱敏性物質；再加上CO2具有低沸點、低粘度、低表面張力、無毒無害、不易燃易爆等優點，故CO2成為一種最常用的超臨界萃取劑。因此，超臨界CO2萃取技術一直是分離技術中最活躍的領域，并有“綠色分離技術”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點，既具有氣體的低粘度和高擴散系數，又具有液體的高密度。因而具有很好的傳質、傳熱和滲透性能。對許多物質有很強的溶解能力，而且，在臨界點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，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，又是一種良好的反應介質[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。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雜。在一定壓力下，一方面，升高溫度有利于溶質揮發和擴散，從而利于萃取，另一方面，溫度升高時流體密度減小，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 的影響常有一個最佳值。對于CO2在臨界點附近，升高溫度導致其溶解能力下降；在高壓區，升高溫度導致其溶解能力提高。3）萃取時間的影響

在一定條件下，萃取率隨萃取時間的增加而增大，直到分離組分大部分被萃取出而達到最大值。之后由于溶質組的減少，傳質推動力減小，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，利于向物料內部遷移，從而增強了傳質效果，利于萃取。但粒度過小會增加表面流動阻力，甚至產生溝流現象，反而不利于萃取。因此，粒度也有一個最佳值。2.4.4超臨界CO2萃取技術的展望[5] 超臨界CO2萃取技術作為一項新技術，有廣闊的應用前景，但也有局限性，存在著一些問題，如分離過程在高壓下進行，對設備的要求較高，萃取釜間歇操作，對提取效率較差的物質還需選用適宜的夾帶劑等。但是超臨界CO2萃取技術在剛剛起步的30年里就得到了人們如此廣泛的關注和青睞，并取得了優異的成果，相信在不久的將來，在更深入細致的研究開發下，超臨界CO2萃取技術在提取分離方面必能做出更大的貢獻，從而在 醫藥等領域完全實現工業化道路。

3.化工分離技術的發展趨勢

隨著新材料的發明與應用，一些傳統的分離工藝必定會得到進一步的改進與優化，而新興的化工分離技術會得到進一步的普及應用。像膜分離技術，離子液體，耦合分離技術以及超臨界CO2萃取技術等不僅僅會在化工領域大顯身手，也會在醫藥，生物工程方面嶄露頭角，為科技的進步，人類的前進做出巨大的貢獻。

參考文獻：

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第五篇：化工分離工程講稿

第1章緒論

教學目的與要求：

分離過程的發展及趨勢；傳質分離過程的分類和特征。重點：分離過程的特征；平衡分離和速率分離的原理。了解：本課程的任務和內容；與其它課程的相互關系。

分離工程是研究化學工業和其他化學類型工業生產中混合物的分離與提純的一門工程學科。

圖 1-1 生產過程中的分離操作

分離過程可分為機械分離和傳質分離兩大類: 機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、旋風分離和靜電除塵等。

傳質分離過程用于各種均相混合物的分離，其特點是有質量傳遞現象發生。本課程要討論的是傳質分離過程。

1.1 傳質分離過程的分類

按所依據的物理化學原理不同，工業上常用的傳質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)，使均相混合物系統變成兩相系統，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而實現分離。分離媒介：能量媒介(ESA)或物質媒介(MSA)，有時兩種同時應用。ESA 是指傳入或傳出系統的熱，還有輸入或輸出的功。MSA 可以只與混合物中的一個或幾個組分部分互溶，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)、結晶、凝聚、浸取、吸附、離子交換、泡沫分離、區域熔煉等。

二、速率分離過程

定義：在某種推動力(濃度差、壓力差、溫度差、電位差等)的作用下，有時在選擇性透過膜的配合下，利用各組分擴散速度的差異實現組分的分離。

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．反應過程與分離過程的耦合：化學吸收、化學萃取、催化精鎦、膜反應器

2．分離過程與分離過程的耦合：萃取結晶、吸附蒸餾、電泳萃取

3．過程的集成：傳統分離過程的集成（共沸精鎦—萃取、共沸精鎦—萃取精鎦）

傳統分離過程與膜分離的集成（滲透蒸發—吸附、滲透蒸發—吸收、滲透蒸發—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

教學目的與要求：

相平衡基本理論；多組分物系的泡點和露點計算；閃蒸過程的計算。

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

了解：相平衡常數的計算；絕熱閃蒸過程。

難點：多組分非理想體系平衡常數計算；多組分物系的泡點溫度和泡點壓力、露點溫度和露點壓力的計算；等溫閃蒸過程的計算。

2.1 相平衡基礎

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；從熱力學看，是整個物系的自由能處于最小的狀態；從動力學看，相間表觀傳遞速率為零。相平衡的準則：各相的溫度、壓力相同，各組分的逸度也相等，即

相平衡常數:

(2-4)對于平衡分離過程，常采用分離因子來表示平衡關系：

(2-5)分離因子在精餾過程中又稱為相對揮發度，它相對于汽液平衡常數而言，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，組分 i 在汽、液兩相的逸度相等：

(2-6)汽相中組分 i 的逸度用逸度系數表示：

(2-7)液相中組分i的逸度用逸度系數表示：

(2-8)液相中組分i的逸度還可用活度系數表示：

(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)對應著計算相平衡常數的兩種途徑：狀態方程法和活度系數法。

一、狀態方程法

根據式(2-4)和式(2-10)，汽液平衡的相平衡常數可表示為：

(2-12)逸度系數通過狀態方程計算：

(2-13)關鍵: 選擇一個既適用于汽相、又適用于液相的狀態方程。[例2-1]

二、活度系數法

根據式(2-4)和式(2-11)，汽液平衡常數可表示為:

(2-15)（1）基準態逸度

1)可凝性組分的基準態逸度

基準態是與系統具有相同 T、p 和同一相態的純 i 組分。

(2-19)2)不凝性組分的基準態逸度

對于不凝性組分，當組分 i 的摩爾分數變為無限小時，活度系數近似為 1，組分 i 的逸度等于基準態逸度乘以摩爾分數。該基準態下組分 i 的逸度即為在系統溫度和壓力下估計的亨利常數：

(2-21)或

(T，p一定，xi → 0)(2-22)（2）液相活度系數

常用活度系數方程有：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：比較上述活度系數方程的區別及適用范圍。（3）汽相逸度系數

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

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

(2-28)

(2-29)（4）汽液平衡常數的計算

活度系數法計算汽液平衡常數的通式：

(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，汽液平衡常數僅與系統的溫度和壓力有關，與溶液組成無關。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，汽液平衡常數不僅與 T、p有關，還與 x 有關(影響活度系數)。活度系數>1為正偏差溶液；活度系數<1為負偏差溶液。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，汽液平衡常數僅與 T、p 有關，而與組成無關。4)汽相為理想溶液，液相為非理想溶液

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

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

思考題：比較狀態方程法和活度系數法的優缺點。[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，也是三相精餾、非均相共沸精餾等精餾過程的理論基礎之一。液液平衡在許多情況下要比汽液平衡復雜。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，組分 i 在兩液相的逸度相等，即

(2-39)上標 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態逸度，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的狀態方程進行計算。但對于常見的極性溶液，由于它們的非理想性較強，至今尚無成熟的狀態方程適用。因此，這類混合溶液中各組分的逸度常按式(2-9)計算，相平衡常數則通過活度系數法計算。

? 2.1.1 汽液平衡 2.2 多組分物系的泡點和露點計算

泡露點計算是分離過程設計中最基本的汽液平衡計算。例如在精餾過程的嚴格計算中 ,為確定各塔板的溫度，要多次反復進行泡點溫度的運算。為了確定適宜的精餾塔操作壓力，就要進行泡露點壓力的計算。在給定溫度下作閃蒸計算時，也是從泡露點溫度計算開始，以估計閃蒸過程是否可行。

泡露點計算，按規定哪些變量和計算哪些變量而分成四種類型：

類型 規定 求解 泡點溫度 p, x1, x2,..., xc T, y1, y2,..., yc 泡點壓力 T, x1, x2,..., xc p, y1, y2,..., yc 露點溫度 p, y1 ,y2 ,...,yc p, x1 ,x2 ,...,xc 露點壓力 T, y1, y2,..., yc p, x1, x2,..., xc

? ?

2.2.1 泡點溫度和壓力的計算 2.2.2 露點溫度和壓力的計算

2.2.1 泡點溫度和壓力的計算

泡點溫度計算：規定液相組成 x 和 p，計算汽相組成 y 和 T。泡點壓力計算：規定液相組成 x 和 T，計算汽相組成 y 和 p。計算方程： ①相平衡關系:

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、泡點溫度的計算

（1）平衡常數與組成無關的泡點溫度計算 泡點方程：

(2-45)求解步驟：

若，表明假設溫度偏高，降低溫度重算；若，則重設較高溫度。

圖 2-2 活度系數法計算泡點溫度的框圖

[例2-3][例2-4]

（2）平衡常數與組成有關的泡點溫度計算

當系統的非理想性較強時，K i 必須按式(2-30)計算，然后聯立求解式(2-41)和(2-42)。因已知參數值僅有 p 和 x，計算 K i 值的其它各項：恰是未知數。此外，及

均是溫度的函數，而溫度恰還是汽相組成的函數。因此，手算難以完成，需要計算機計算。應用活度系數法作泡點溫度計算的一般步驟如圖 2-2 所示。

當系統壓力不大時（2MPa 以下），從式（2-30）可看出，K i 主要受溫度影響，其中關鍵項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近似線性關系，故判別收斂的準則變換為：

(2-46)用 Newton-Raphson 法能較快地求得泡點溫度。

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

二、泡點壓力的計算

泡點壓力計算公式為：

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

(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，則需假設泡點壓力，通過試差求解。

圖 2-3 活度系數法計算泡點壓力的框圖

(2-7)

圖 2-4 狀態方程法計算泡點壓力框圖

[例2-6]

? 2.2.2 露點溫度和壓力的計算

2.2.2 露點溫度和壓力的計算

露點溫度計算：規定汽相組成 y 和 p，計算液相組成 x 和 T。露點壓力計算：規定汽相組成 y 和 T，計算液相組成 x 和 p。

一、平衡常數與組成無關的露點溫度和壓力的計算

露點溫度方程:

(2-50)露點壓力方程:

(2-51)露點的求解方法與泡點計算類似。

二、平衡常數與組成有關的露點溫度和壓力的計算

露點溫度的計算步驟與泡點溫度的計算相近。露點壓力的計算步驟與泡點壓力的計算相近。

? 2.2.1 泡點溫度和壓力的計算

2.3 閃蒸過程的計算

閃蒸是連續單級蒸餾過程，通常是作為進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)汽液平衡關系為：

i =1,2,…,c(2-41)

濃度總和式 :

(2-42)

(2-43)

焓平衡關系為：

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 應取達到規定分離或閃蒸溫度所需要的熱量。

表 2-3 閃蒸計算類型

規定變量 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、汽液平衡常數與組成無關

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]。但在開發新過程或要了解共沸組成隨壓力（或溫度）而變化等情況時，也可以利用熱力學關系加以計算。

因在共沸組成時，故式(2-96)可改寫成：

(2-97)上式便是計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系，則式(2-97)關聯了共沸溫度和共沸組成的關系。對T、p和x三個參數，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關系

(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值。[例2-13]

(2)二元非均相共沸物

當系統與拉烏爾定律的正偏差很大時，則可能形成兩個液相。二元系在三相共存時，只有一個自由度。因此在等溫（或等壓）時，系統是無自由度的，也就是說，壓力（或溫度）一經確定，則平衡的汽相和兩個液相的組成就是一定的。這種物系中最有實用意義的是在恒溫下，兩液相共存區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 ——兩液相共存區的溶液蒸汽壓；

——共存區飽和蒸汽中組分 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，上標“Ⅰ”表示組分 1 為主的液相；上標“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。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，一個汽相和兩個液相互成平衡，故共沸組成的計算必須同時考慮汽液平衡和液液平衡：

(2-103)

(2-104)

(2-105)若給定 p，則聯立求解上述三方程可得 T。如已知 NRTL 或 UNIQUAC 參數，首先假設溫度，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)核實假設的溫度是否正確。

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)三元系相圖常以立體圖形表示。底面的正三角形表示組成、三個頂點分別表示純組分。立軸表示壓力（恒溫系統）或溫度（恒壓系統），分別用壓力面或溫度面表示物系的汽液平衡性質。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）或等溫線（恒壓系統）。

由于構成三元系的各組二元系的正負偏差及形成共沸物情況不同，三元系的汽液平衡性質有多種類型。在具有三個性質相同的二元共沸物時（即三個均為最高或最低共沸物），大多數情況是會有三元共沸物的（圖 2-13）；當三元系有兩個性質相同的二元共沸物時，壓力面上聯接兩個共沸物之間出現一個“脊”或“谷”（圖 2-14）；一個正（負）偏差共沸物與一個不參加此二元共沸物的低（高）沸點組分可使壓力面產生脊（谷）；當三元系的壓力面上既有脊又有谷時產生鞍形共沸物（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算也可按二元均相共沸物系的情況進行，由共沸條件

得出：

(2-106)

(2-107)再加上

(2-108)三個方程中包括：

故已知T可解出p，；已知p可解出。

圖 2-13 具有三個二元最低共沸物（m 1 , m 2 , m 3）及一個三元最低共沸物（m）三元系相圖

圖 2-14 具有二個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)分析一個由蒸餾釜和冷凝器構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，故隨蒸餾過程的進行，釜中剩余液體的組成連續變化。與此同時，蒸餾釜的溫度，即釜中剩余液體的泡點溫度也連續變化。用于描述間歇蒸餾釜中剩余液體組成隨時間的變化的曲線稱之為剩余曲線。曲線指向時間增長的方向，從較低沸點狀態到較高沸點狀態。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注的箭頭，都從較低沸點的組分或共沸物指向較高沸點的組分或共沸物。這些曲線包括三角形的三個邊。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。因為該剩余曲線將三角相圖分成兩個蒸餾區域，故稱它為簡單蒸餾邊界。所有處于蒸餾邊界右側的剩余曲線即處于 ADEC 區域的剩余曲線終止于正丙醇頂點C，它是該區域內的最高沸點(97.3 ℃)。所有處于蒸餾邊界左側的剩余曲線即 DBE 區域的剩余曲線都終止在純苯的頂點 B，它是第二蒸餾區域的最高沸點 80.1 ℃。若原料組成落在 ADEC 區域內，蒸餾過程液相組成趨于 C 點，蒸餾釜中最后一滴液體是純正丙醇。位于 DBE 區域的原料蒸餾結果為純苯（B 點）。蒸餾區域邊界（如 DE）均開始和終結于純組分頂點或共沸物。圖 2-16 中純組分的頂點、二元共沸物是特殊點（若有三元共沸物存在，也是特殊點），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，則稱該點為穩定節點，如圖中 B、C 兩點；凡剩余曲線發散于某點，則稱該點為不穩定節點，如 D 點；凡某特殊點附近的剩余曲線是雙曲線的，則該點為鞍形點，如 A、E。在同一蒸餾區域中，剩余曲線簇僅有一個穩定節點和一個不穩定節點。剩余曲線圖近似描述連續精餾塔內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。實際上雖有例外，但絕大多數情況，其操作線被限制在同一精餾區域內，連接餾出液、進料和釜液組成之間的總物料平衡線不能穿越蒸餾邊界。共沸精餾的產物組成除與工藝條件有關外，主要依賴于進料組成所處的精餾區域和它相對于蒸餾邊界的位置。

剩余曲線圖可用于開發可行的精餾流程。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計以及萃取精餾、共沸精餾和多組分精餾的集成提供理論依據。

第3章氣液傳質分離過程

學習要點：

? ? ?

1.設計變量數的確定（單元、設備、流程）；

? 2.多組分精餾過程分析及簡捷計算；

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

? ? ? ? ?

3.1 設計變量 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 設計變量

設計變量數: 進行一個分離單元、設備或分離流程的設計前必須規定的參數的數目。設計變量數ND為：ND＝NV甲苯-異丙苯三組分精餾

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

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

進料組成為： z1=0.125，z2=0.225，z3=0.375，z4=0.275（摩爾分數），甲苯在餾出液中的回收率為99%。各組分相對揮發度為：α12=2.25，α22=1.0，α32=0.33，α42=0.21。根據給定的要求，甲苯為輕關鍵組分，二甲苯為重關鍵組分，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別可歸納為：

?

? ? ?

①在多組分精餾中，關鍵組分的濃度分布有極大值；

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

③重、輕非關鍵組分分別在進料板下、上形成接近恒濃的區域；

料板處是不連續的。④全部組分均存在于進料板上，但進料板濃度不等于進料濃度。塔內各組分的濃度分布曲線在進塔內流量變化：

由于揮發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，所以上升蒸汽進入某級冷凝時將產生具有較多摩爾數的蒸汽，故沿塔向上流量通常有增加的趨勢。若沸點較高的組分具有較低的汽化熱，則情況正好相反。

塔內溫度變化：

由于溫度沿塔向上是逐漸降低的，所以蒸汽向上流動時被冷卻。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，則導致向上流量增加。再者，液體沿塔向下流動時，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，則導致下降流量的增加。當進料中有大量的、相對于關鍵組分是非常輕的或非常重的組分，或者更一般地說，如果從塔頂到塔底的溫度變化幅度大，則這種影響更明顯。

結論：

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 最少理論塔板數和組分分配 3.2.4 實際回流比和理論板數 3.2.5 多組分精餾塔的簡捷計算方法

3.2.2 最小回流比

非分配組分：只在塔頂或塔釜出現的組分； 分配組分：在塔頂和塔釜均出現的組分。多組分精餾塔中恒濃區的位置：(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

最小回流比的計算方程：

(3-3a)

(3-3b)首先用試差法解出式(3-3b)中的。值應處于輕、重關鍵組分的值之間。如果輕、重關鍵組分不是揮發度相鄰的組分，則可得出兩個或兩個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 實際回流比和理論板數

3.2.3 最少理論塔板數和組分分配 3.2.5 多組分精餾塔的簡捷計算方法

3.2.3 最少理論塔板數和組分分配

最少理論級數的計算 — Fenske 方程：

(3-4)－輕關鍵組分在餾出液中的 mol 分數；

－重關鍵組分在餾出液中的 mol 分數；

－重關鍵組分在釡液中的 mol 分數；

－輕關鍵組分在釜液中的 mol 分數；

－輕重關鍵組分相對揮發度的平均值。

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

[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 實際回流比和理論板數

3.2.5 多組分精餾塔的簡捷計算方法

3.2.4 實際回流比和理論板數

實際回流比的確定： Gilliand 經驗算法及 Erba和Maddox的經驗關聯。

Gilliand圖適用于相對揮發度變化不大的物系；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 圖還可擬合成關系式用于計算：

(3-12)或 Y =0.75 － 0.75 X 0.5668(3-13)

式中(3-14)適宜進料位置的確定方法：

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

或

(2)Kirkbride 經驗式：

(3-15)不同回流比時組分的分配比與組分的相對揮發度之間的關系： 全回流時是一條直線，這是芬斯克方程的結果；最小回流比時是一條 S 形曲線。由此結果可以看出，當揮發度比輕關鍵組分的數值略大時，該輕組分的分配比就是無限大，也就是說它全部進入餾出液中，對重組分也是相似的情況；而揮發度處于輕、重關鍵組分之間的組分，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，事實上是略微提高了要求。全回流下的分配比當作實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 最少理論塔板數和組分分配 3.2.5 多組分精餾塔的簡捷計算方法

3.2.5 多組分精餾塔的簡捷計算方法

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

?

?

①用芬斯克公式估算最少理論板數和組分分配；

? ②用恩特伍德公式估算最小回流比：

③用吉利蘭圖或耳波—馬多克思圖或相應的關系式估算實際回流比下的理論板數。

餾出液和釜液中組分分配的規定方式：

? ①當給定輕、重關鍵組分分別在塔頂和塔釜的回收率時，應用Fenske方程、Underwood公式和

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

? ③當給定輕、重關鍵組分分別在塔頂、塔釡的含量，但輕、重關鍵組分的相對揮發度不相鄰時，首先設定輕、重關鍵組分的回收率初值，利用芬斯克公式進行試差計算，最終得到符合規定輕、重關鍵組分的塔頂、塔釡的含量值。

? ④當給定輕、重關鍵組分其中之一的回收率，另一個為塔頂或塔釡的含量時，首先假定比輕關鍵組分輕的組分在塔釡為零，比重關鍵組分重的組分在塔頂為零，作物料衡算并進行校核。若假定合理，則得到輕重關鍵組分的回收率；若假定不合理，則應以該計算值作為初值進行試差計算，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 最少理論塔板數和組分分配 3.2.4 實際回流比和理論板數

3.3 特殊精餾

加入質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度接近于1或形成共沸物的系統，通過加入一個新組分(質量分離劑)，改變它們之間的相對揮發度，使系統變得易于分離。

? ? ?

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度按所希望的方向改變，并有盡可能大的相對揮發度。當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，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度的貢獻，實現了原物系的分離。在該情況下，溶劑主要起了稀釋作用。

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

二、萃取精餾過程分析 一般規律：

（1）汽液流率：

? 由于溶劑的沸點高，流率較大，在下流過程中溶劑溫升會冷凝一定量的上升蒸汽，導致塔內汽相

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：①塔內為恒摩爾流；②塔頂帶出的溶劑量忽略不計；③脫溶劑物系按二元物系處理；④進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度(α12)S，按公式:

(3-21)

計算汽液平衡數據，在~ 圖上繪制平衡線。

(3)操作回流比

假設進料狀態為飽和蒸汽，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和進料位置。

(4)溶劑進料量 精餾段：

(3-25)

(3-26)

提餾段：

(3-27)

當溶劑揮發度很小時，可簡化為：

或

若β =0，當進料為飽和蒸汽時，則；當進料為液相或汽液混合物時，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實現分離的精餾過程。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或兩個組分形成共沸物，以增大待分離組分間的相對揮發度而使分離易于進行。

如果形成的共沸物是易揮發的塔頂產品，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。若共沸物是難揮發的塔底產品，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。

當兩種性質接近的液體混合時，所形成得溶液近似于理想體系，它們在一個很寬得溫度范圍內相互溶解，蒸汽壓符合拉烏爾定律。共沸現象是由于組成溶液的各組分的分子結構不相似，在混合時引起與理想溶液發生偏差所致。若溶液的蒸汽壓對理想溶液發生負偏差，即活度系數小于 1 時，則形成最高共沸物；若溶液得蒸汽壓對理想溶液發生正偏差，即活度系數大于 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度的同時，還要與原溶液中一個或多個組分形成共沸物。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

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)