分离工程 第二章-2概要
分离工程 第二章-2讲解
②相对挥发度法——计算步骤
已知 设T xi, P
Pis , Pks , ...
i=1,2,…k…c
Ki
Pi s P
?
Y
yi 1
N
ik
Ki Kk
Pi s Pks
ik xi
T
Pks
Kk
ik xi
Pks f (T )
Pks Kk P
K k
1 ik xi
Tb，yi
24
C个
未知变量：
2C+2个
15
2.2.1 泡点温度和泡点压力计算
已知 xi (i=1,2,…c),P 或 T
计算方程有：
yi ,T或P
①相平衡关系 ②浓度和式
yi = Ki xi (i=1,2, …c)
c
yi 1
i 1
c
xi 1
i 1
C
1 2C+2
1
③汽液平衡常数关联式 Ki = f (P, T, xi, yi) C
(SRK or RKS)
Peng-Robinson (P-R)
Equation
p RT V
p ZRT V
p
RT V b
V
2
a
bV
Equation constants and function
None
Z zpr ,Tr , Zc or as derived from date
与实验 值相近
A.逸度系数法
K
C
2
1.742
B.列线图法
K
C
2
1.95
化工分离工程分章重点综述
分离因:'j X il/X jiX i2/X j2第一章化工分离工程概述分离过程的分类：机械分离、传质分离传质分离过程用于各种均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生，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两大类，即平衡分离过程和速率分离过程。
平衡分离过程是借助分离媒介（如热量、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。
分离媒介可以是能量媒介（ESA）或物质媒介（MSA ），有时也可两种同时应用。
蒸发、蒸馏、吸收、萃取、结晶、离子交换、吸附、干燥、浸取、泡沫吸附速率分离过程是在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。
气体扩散、热扩散、电渗析、电泳、反渗透、超过滤分离方法的选择可行性、分离过程类别的选择、产品的价格、产品的热敏性、物质与分子的性质、经济性、安全与环保、经验分离过程类别的选择分子特性：分子重量、Van der Waals体积、Van der Waals面积、偶极矩、极化度、双电常数、电荷、旋转半径热力学与传递性质：蒸气压、溶解度、吸附活性、扩散特性第二章精馏蒸馏（Distillation ）:借助液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一种操作方法。
简单蒸馏（simple distillation）：混合液受热部分汽化，产生的蒸汽进入冷凝器种冷凝，分批收集不同组成的馏出液产品。
平衡蒸馏（equilibrium distillation）：釜内液体混合物被部分汽化，使气相与液相处于平衡状态，然后将气相与液相分开，是一种单级蒸馏操作。
精馏（rectification）：液体混合物多次进行部分冷凝或部分汽化后，最终可以在气相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分。
精馏计算：物料衡算，热量衡算，相平衡关系计算方法：双组份常用图解法；多组分常用简捷法、严格计算法普通精馏不适用下列物料的分离：（1）待分离组分间的相对挥发度很接近于1。
分离工程第二章
板框过滤机
回转真空过滤机
Knife
Dry Wash Immersion
Cake Feed
Rotary vacuum filter 真空旋转过滤机
第二节 细胞破碎
• 许多生物产物在细胞培养过程中不能分 泌到胞外，而保留在细胞内。
• 如一些胞内酶、部分外源基因表达产物 和植物细胞产物等。这类生物产物在固 液分离后，需对收集到的菌体或细胞进 行细胞破碎（Cell disruption)，使目标 产物释放到液相中。
• 除去细胞碎片后，再进行后续分离纯化 操作。
一、细胞的结构
• 不同种类的细胞结构差别很大，破碎的 难易程度不同： 植物细胞＞真菌（如酵母菌）＞革兰氏 阳性细菌＞革兰氏阴性细菌＞动物细胞。
18μ L
Zg
4
Nr
22
vs
2
2d 2 s
9L
L N 2r
Sr 2
其中：r为离心半径；为旋转角速度；N为离心机转数； S为沉降系数，是溶剂物性的函数。
• 2、离心分离法
（1）差速离心分级（Differential centrifugation)
•生化工业中最常用的离心分离法，细 胞的分离为一级分级分离。实际应用 中据实际物系的特点、分离目的和所 需分离程度，选择适当的离心机转数 和时间，可使料液中不同组分得到分 级分离。
Filtrate
Dry vacuum pump
Air out
pump
Barometric seal
Figure 2.2 Flowsheet for continuous rotary vacuum filtration
分离工程第2章多组分分离基础精品PPT课件
• 设计变量：确定设计中已知变量 • 对于一个只有一处进料的二组分精馏塔，如果
已知进料流率，进料组成浓度，进料状态，塔 压(固有的4个变量)，再规定馏出液浓度A or B ， 釜液回收率A or B 和回流比，则可计算出理论 板数（精馏段和提馏段板数，确定适宜的进料 位置）和冷凝器及再沸器的热负荷。 • 复杂体系
3
2.1.1 设计变量
• （1）设计变量
• 在化工原理课程中，对双组分精馏和单组分吸收 等简单传质过程进行过较详尽的讨论。然而，在 化工生产实际中，遇到更多的是含有较多组分或 复杂物系的分离与提纯问题。
• 在设计多组分多级分离问题时，必须用联立或迭 代法严格地解数目较多的方程，这就是说必须规 定足够多的设计变量，使得未知变量的数目正好 等于独立方程数，因此在各种设计的分离过程中， 首先就涉及过程条件或独立变量的规定问题。
9
• 能量交换数：有热与功的输入和输出，就要增加 相应的能量交换数。
• 系统与环境间能量交换数的确定：有一股热量交 换，增加一个变量数。既有一股热量交换，又有 一股功交换时，应增加两个变量数。
10
• 约束数 Nc
• 约束数可以依靠热力学第一定律和第二定律来计算， 即由物料衡算，热量衡算和平衡关系写出变量之间的 关系式。
调设计变量Na，Nx是指确定进料物流的那些变量
（进料组成和流量）以及系统的压力，这些变量常
常是由单元在整个装置中的地位，或装置在整个流
程中的地位所决定，也就是说，实际上不要由设计
者来指定，而Na才是真正要由设计者来确定的，因 此郭氏法的目的是确定正确Na的值。
8
(2)独立变量与约束数
• 系统的独立变量数由出入系统的各物流的独立变量数 以及系统与环境进行能量交换情况来决定。
讲义-化工分离工程-第二章
第二章精馏Chapter 2 Distillation主要内容及要求：1.相平衡常数计算：状态方程法，活度系数法2.泡点、露点计算（1）泡点计算：在一定P(或T)下，已知x i，确定T b(或P b)和y i（2）露点计算: 在一定P(或T)下，已知y i，确定T b(或P b)和x i3.等温闪蒸计算：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组成，以及剩余的液相量与组成。
4.掌握多组分精馏过程的基本原理、流程以及简捷计算方法；5.掌握萃取精馏和共沸精馏的原理、流程及其简捷计算法。
授课主要内容：2.1 概述2.2 汽液相平衡2.3 精馏计算2.4 特殊精馏2.5 板效率2.1 概述精馏原理:精馏是分离液体混合物的单元操作，是利用混合物中各组分挥发度的差异及回流的工程手段，实现组分的分离。
不适宜用普通精馏进行分离的物系：1. 1→AB α2.1=AB α3. 热敏性物料4. 难挥发组分的稀溶液2.1.1 理论板、板效率以及填料的理论板当量高度（HETP ）1. 理论板理论板= f(相平衡,分离要求,操作参数)⏹ 所谓理论塔板，如右图所示，即气、液两相在塔板上充分接触，混合进行传质、传热后，两相组成均匀且离开塔板的气、液两相呈相平衡关系。
显然，在相同条件下，理论板具有最大的分离能力，是塔分离的极限能力。
该状态可由热力学方法求解确定，离开塔板的气、液两相存在的相平衡关系由以下关系式表达： ⏹ 相平衡关系：y i =k i ·x i相平衡关系是传质过程趋向的目标，或所达到的热力学极限状态。
理论板是一个理想化了的两相间接触传质场所，也称为平衡级。
理论板符合以下三条假设：1）进入该板的不平衡物流在其间充分接触传质，使离开该板的汽液两相物流间达到了相平衡；2）在该板上发生接触的汽液两相各自完全均匀，板上各点汽相浓度和液相浓度各自都相同；3）该板上充分接触后的汽液两相实现了完全机械分离，不存在夹带、泄漏。
《分离工程第二章》课件
通过分离工程中的技术手段，将污水中的悬浮物、油、重金属等污 染物进行分离和去除。
大气治理
通过分离工程中的技术手段，将大气中的颗粒物、有害气体等进行 分离和去除。
固废处理
在固废处理中，分离工程用于将固体废物中的不同组分进行分离和回 收。
食品工业领域
食品加工
在食品加工中，分离工程用于分离食品中的不同组分，如牛奶中 的奶油和脱脂品添加剂， 如味精、食用香精等。
食品安全检测
通过分离工程中的技术手段，对食品中的有害物质进行检测和分离 。
其他领域
制药工业
在制药工业中，分离工程用于分离和 纯化各种药物成分。
新能源领域
在新能源领域中，分离工程用于太阳 能电池板制造中的硅片切割和海水淡 化技术中的盐分去除。
脱水
将石油中的水分进行分离，以减少对设备和管道的腐蚀。
化工领域
化学反应
01
通过分离工程中的技术手段，实现化学反应的高效分离和产物
纯化。
精细化工
02
在精细化工中，分离工程用于分离高纯度的化学品，如染料、
农药、医药等。
合成气分离
03
将合成气中的不同组分进行分离，如一氧化碳、氢气、甲烷等
。
环境工程领域
环境工程
与环境工程学科的交叉融合，实现环保与分离工程的有机 结合。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
分离工程的特点
分离工程具有多样性、复杂性、 高效率和高精度等特点，能够实 现混合物中各组分的有效分离、 纯化和精制。
分离工程的重要性
分离工程在工业生产中的应用
分离工程广泛应用于化工、制药、食品、环保等领域，是实现物质分离纯化的 关键技术之一。
生物分离工程第二章
➢板框压滤机 plate and frame filter
• 板框压滤机的过滤推动力来自泵产生的 液压或进料贮槽中的气压。
广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵 母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含 量1-10%的悬浮液的分离。
39
第三十九页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
2.2 细胞破碎
第二章 细胞分离与破碎
1
第一页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
总体学习目的和要求
通过本章学习，要求掌握细胞分离 和目标产物释放的原理和方法，熟知各 种方法的优缺点和应用范围。
2
第二页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
固液分离的目的
• 收集含生化物质的液相，分离除去固体悬浮物 （细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物和它 们的絮凝体等）。
11
第十一页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
离心沉降和重力沉降只是对沉降的作用力不同，因此， 将式(1)中的g用Zg代替，可得离心沉降速度Vs为
或
s
2
2
d
2 P
(
S
9 L
L)N 2r
s
dr dt
Sr
2 .N
12
第十二页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
即：
vs dP 2 (S L ) r 2 18L
过滤
• 过滤速度 • 过滤设备
31
第三十一页，编辑于星期日：二十点 五十四分。
过滤
过滤操作是借助于过滤介质，在一定的压力差 ΔP作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而 固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单 元操作。
过滤介质 : 过滤采用的多孔物质。
织物状介质，棉花、石棉、蚕丝、麻、羊
分离工程各章知识点总结
分离工程各章知识点总结分离工程是指对混合物中不同组分进行分离和提纯的工艺过程。
在化工生产中，分离工程是非常重要的一部分，它涉及到原料的提取、产品的纯化、废物的处理等诸多方面。
分离工程的核心是通过不同的分离方法，将混合物中的各种组分分离出来，以获得纯度较高的单一物质。
分离工程主要包括以下几个方面：1、分离原理：分离工程的基础是分离原理，它包括各种分离方法的基本原理，如溶剂抽提、蒸馏、结晶、萃取、吸附、色谱等。
2、分离设备：分离工程中常用的设备包括离心机、蒸馏塔、萃取塔、结晶器、过滤器、冷凝器等。
3、分离过程：分离过程包括前处理、分离操作、后处理等环节，其中前处理包括混合物的预处理和预分离，分离操作包括各种分离方法的应用，后处理包括得到的产品的进一步提纯和废物的处理。
在分离工程中，要充分考虑原料的性质、产品的要求、成本的限制等因素，综合考虑各种因素，选择合适的分离方法和设备，设计出合理的分离工艺流程。
第二章：溶剂抽提溶剂抽提是一种常用的分离方法，它适用于多种情况下，如萃取有机物质、提取植物精华、分离金属离子等。
溶剂抽提的基本原理是通过合适的溶剂，溶解目标组分，并将其与底物分离。
在实际操作中，通常是将混合物和溶剂加热混合，再通过过滤或离心等操作将底物和溶液分离开来，接着通过蒸馏等方法将溶剂去除，得到目标组分。
溶剂抽提的优点包括操作简单、效率高、选择的溶剂可以回收利用等。
但也有其缺点，如溶剂的选择和回收比较麻烦，产生的有机废物处理也相对复杂。
第三章：蒸馏蒸馏是一种基本的分离方法，适用于分离挥发性组分的情况。
它的基本原理是利用不同组分的沸点差异，通过加热混合物，使其中某些组分蒸发，再通过冷凝，将蒸气凝结收集下来，从而实现不同组分的分离。
蒸馏可以分为简单蒸馏、分馏、连续蒸馏等多种类型，根据实际需要选择合适的蒸馏方法。
蒸馏的优点包括分离效果好、操作相对简单、适用范围广等。
但它也有缺点，如耗能大、设备成本高、不适用于非挥发性组分的分离等。
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8
各种简化形式：
（3）汽相为理想溶液，液相为理想溶液
1
viL ( P Pi s ) yi i Pi sis Ki V exp ˆ xi RT i P
i V
化简得：
（2-30）
viL ( P Pi s ) Pi sis K i V exp RT i P
道尔顿定律，液相服从拉乌尔定律。
7
各种简化形式：
（2）气相为理想气体，液相为非理想溶液
1 1
viL ( P Pi s ) yi i Pi sis Ki V exp ˆ xi RT i P
1
（2-30）
化简得：
Ki
i Pi s
P
（2-33）
Ki不仅与T和P有关，还与溶液组成xi有关。
P V 1 RT t ˆ ln [( ) ( )]dp( 2 14) i RT n T , P , n P j 0 i
2
范德华方程 维里方程 RK方程 SRK方程
P
P
RT a － 2 V－b V
RT B C 1 2 V V V
RT a － 0.5 V－b T V(V b)
（2-38）
Ki与T、P和液相组成xi有关，与气相组成无关。
10
列线图法求K值
11
例2-1：计算乙烯的相平衡常数
已知：T=311K P=344.2kPa P S 9117.0kPa
实验值： K C 1.726
2
Tc=282.4K Pc=5034.6kPa
C2
解：1.按理想气体、理想溶液计算
（2-35）
Ki fi /fi
L
v
Ki仅与T和P有关，与溶液
组成无关。
9
各种简化形式：
（4）汽相为理想溶液，液相为非理想溶液
viL ( P Pi s ) yi i Pi sis Ki V exp ˆ xi RT i P
i V 化简得：
（2-30）
viL ( P Pi s ) yi i Pi sis Ki V exp xi RT i P
B.列线图法 K
i i i i
12
2.2 多组分物系的泡点和露点计算
分离过程设计中最基本的气液平衡计算。 例如： 精馏计算： 各塔板温度---泡点计算 操作压力---泡露点压力计算 等温闪蒸计算：
估计闪蒸过程是否可行---泡露点温度计算
13
2.2 多组分物系的泡点和露点计算
泡点计算：
泡点温度计算：已知xi，p，求解T，yi
Equation
p p RT V
Equation constants and function
None
Z zpr , Tr , Z c or as derived from date
ZRT V
RT a p 2 V b V bV
R 2Tc a 0.4278 pc
5
2
b 0.0867
（2-30）
6
各种简化形式：
（1）气相为理想气体，液相为理想溶液：
1 1 1
viL ( P Pi s ) yi i Pi sis Ki V exp ˆ xi RT i P
1
（2-30）
化简得：
Pi s Ki P
（2-31）
Ki仅与T和P有关，与溶液组成无关。特点是气相服从
泡点压力计算：已知xi，T，求解P，yi
露点计算：
露点温度计算：已知yi，P， 求解T，xi
RT a p 2 V b V 2bV b 2
a
0.45724 R 2Tc 1 f 1 Tr
2
pc
0.5
pc
f 0.37464 1.54226 0.26992 2
4
ˆV i
f Ki ˆ p iV
0 iL iL
？求取基准态逸度、液相活度系数和汽相逸度系数。
Pi s Ki P
K
2.汽液均按理想溶液计算 A.逸度系数法 K 1.742
C2
C2
2.647
与实验 值相近
fiL Ki V fi
1.95 C2 ˆ V y f V， 又 由 ˆV f ˆ V / y P（2 5） 路 易 斯 兰 德 尔 逸 度 规 则 ： f i i i i i i ˆ V V ；f V V P
5
组分i在温度为T、压 力为Pis时的逸度系数。
组分i在液相中 的活度ห้องสมุดไป่ตู้数。
纯组分i在温度 为T时的饱和蒸 汽压。
纯组分i的液 态摩尔体积。
viL ( P Pi s ) yi i Pi sis Ki V exp ˆ xi RT i P
组分i在温度为T、压力为P时的 气相逸度系数。
V-Z
P
P
RT a(T) － V－b V(V b)
bi b ˆ ln Φi lnZ m 1 vt b vt
2 aai RTvt
3
Useful Equations of State
Name
Ideal gas law Generalized Redlich-Kwong (R-K) Soave-RedlichKwong (SRK or RKS)
上节回顾
相平衡准则有哪几条？ 相平衡常数定义。 什么是分离因子？在精馏过程中，分离因子有 什么特点？ 说明逸度、活度及逸度系数、活度系数的定义 及物理意义。
1
ˆ iL yi Ki V ˆ xi i
P 1 RT ˆ ln [( ) ( )]dV ln Z ( 2 13) i RT n T ,V , n t M V j V i t
RTc pc
p
RT a 2 V b V Vb
0.5 1 (1 Tr0.5 )(0.480 1.574 0.176 2 )
R 2Tc a 0.4278 pc
5 2
b 0.0867
RTc pc
b 0.07780
RT c
Peng-Robinson (P-R)