化工分离第三章-6概论
《化工基础》课程教学大纲
《化工基础》课程教学大纲（一）课程性质与任务《化工基础》分析化学是研究物质化学组成的方法及理论的一门学科，是化工类各专业的重要主干基础课，通过学习本课程，可培养学生分析和解决有关单元操作各种问题的能力，以便在化工生产和管理工作中达到强化生产过程，提高产品质量，提高设备能力及效率，降低设备投资及产品成本，节约能耗，防止污染以及加速新技术开发等方面的目的。
该课程主要包括：化工单元操作基础、单元反应基础、化学工艺基础。
化工单元操作基础部分包括：流体输送；热量传递；混合物分离；蒸馏。
单元反应基础包括：单元反应。
化学工艺包括：化工工艺概论；无机物化工实例—硫酸的生产；有机化工实例—氯乙烯；精细化工概述。
本课程主要任务：使学生掌握化工生产自动化类相关专业必备的化工生产中单元操作的基本原理、典型设备及其计算（包括选型）方法，以培养学生分析和解决有关工程实际问题的能力。
本课程强调工程观点、定量计算和工程设计（研究）能力的训练，强调处理工程问题的方法论，强调理论与实践的结合，为学习后续专业技能课程打下基础；除此之外，对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。
（二）课程教学总体目标通过对单元操作基本原理、过程计算和典型设备的讲授，培养学生从过程的基本原理出发，观察、分析、综合、归纳众多影响因素，从中找出问题的主要方面的能力。
通过本课程学习，培养学生的自学能力和独立工作能力，初步具备根据所处理问题的需要，寻找、阅读有关手册、参考书、文献资料并理解其内容。
结合生产生活实际，培养对化工技术的学习兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯；通过课堂讲授、习题课、讨论课、课外作业以及化工基础实验、认识实习（另见有关教学大纲）的系统训练，培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风。
强化安全生产、节能环保和产品质量等职业意识，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。
化工分离过程讲义(第6讲) - 武汉工程大学
Ki f (T , P)
已知闪蒸温度和压力，Ki值容易确定，所以联立
求解上述（2C+3）个方程比较简单。 具体步骤如下：
36
将E－方程：
代入M-方程：
yi Ki xi
i 1,2,...C
Fzi Lxi Vyi i 1,2,...C 消去yi ,得到：
Fzi Lxi VK i xi i 1,2,...C
（2-65）
通过闪蒸方程（2-71）求出汽化率后，由（2-67）和（2-68）式可 分别求出xi 和yi ，进而由总物料衡算式（2-64）可求出V 和 L，由热 量衡算式（2-65）可求出Q。
40
汽化率 的迭代：
设 初值，计算f()：
C
f ( )
(Ki 1)zi
0
i1 1 (K i 1)
（2-71）
的 泡点温度 2 精馏踏各板温度
的计算: 精馏塔板温度为上
升汽相的露点 温度,下降液相 的泡点温度
22
泡点温度和压力的计算
规定液相组成 x 和压力p（或温度T）， 计算汽相组成 y 和温度T（或压力p）。
已知： x 、p 计算： y 、T
泡点温度计算
已知： x 、T 计算： y 、p
泡点压力计算
23
化工分离工程
第6讲 多组分精馏过程
1
2
多组分精馏过程
多组分精馏过程分析
最小回流比 (Minmum Reflux Ratio)
最少理论塔板数和组分分配 实际回流比、理论板数、进料位置
3
第二章总结
2 单级平衡过程
一、学习目的与要求 通过本章的学习，要求正确理解相平衡热力学中的基本概念，掌
《化工分离工程》教案
@@@@大学《化工分离工程》教案~ 学年第学期课程学时65学院化学工程课程名称化工分离工程专业化工工艺主讲教师课时安排：5学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第一章绪论教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解分离工程在工业生产中的重要性，分离过程的分类以及常用的化工分离操作过程。
了解工业上常用的分离单元操作的基本原理，了解一些典型应用实例。
理解分离操作理论的形成和特性，分离过程的开发方法和发展趋势。
掌握分离因子的定义和应用，了解传质分离过程的分类和特征。
识记分离剂的类型及分离过程的选择方法。
教学目的要求：识记：分离剂的类型，分离因子概念，分离过程的选择方法。
领会：分离过程的特征与分类。
应用：分离过程的研究内容与研究方法。
本章重点：掌握分离过程的特征与分类，分离因子与固有分离因子的区别，平衡分离和速率分离的原理。
本章难点：用分离因子判断分离过程的难易程度，分离因子与级效率之间的关系。
教学内容（注明：* 重点# 难点？疑点）：分离操作在化工生产中的重要性；传质分离过程的分类和特征；本课程的任务和内容。
第一节分离操作在化工生产中的重要性第二节传质分离过程的分类和特征1．2．1平衡分离过程1．2．2速率分离过程第三节本课程的任务和内容教学方式、手段、媒介：以多媒体为主黑板设计：左边幻灯，右边板书讨论、思考题、作业：课时安排：15学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第二章多组分分离基础教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：教学目的要求：1. 掌握相平衡各种关系式及计算；2. 掌握多组分物系的泡点和露点温度和压力的计算；3. 掌握等温闪蒸和部分冷凝过程的计算。
本章主要讨论：设计变量；相平衡关系；泡点和露点的计算；闪蒸过程计算。
本章重点：多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子；泡点方程和露点方程法；等温闪蒸过程和部分冷凝过程；闪蒸方程。
化工分离工程重点
化工分离工程复习题第一章1、求解分子传质问题的基本方法是什么？1）分子运动理论2）速率表示方法（绝对、平均）3）通量2、漂流因子与主体流动有何关系？p/p BM反映了主体流动对传质速率的影响，定义为“漂流因子”。
因p＞p BM，所以漂流因数p/p BM＞1，这表明由于有主体流动而使物质A的传递速率较之单纯的分子扩散要大一些。
3、气体扩散系数与哪些因素有关？一般来说，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关。
对于双组分气体混合物，组分的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力的函数。
4、如何获得气体扩散系数与液体扩散系数？测定二元气体扩散系数的方法有许多种，常用的方法有蒸发管法，双容积法，液滴蒸发法等。
液体中的扩散系数亦可通过实验测定或采用公式估算。
5、描述分子扩散规律的定律是费克第一定律。
6、对流传质与对流传热有何异同？同：传质机理类似；传递的数学模型类似；数学模型的求解方法和求解结果类似。
异：系数差异：传质：分子运动；传热：能量过去7、提出对流传质模型的意义是：对流传质模型的建立，不仅使对流传质系数的确定得以简化，还可以据此对传质过程及设备进行分析，确定适宜的操作条件，并对设备的强化、新型高效设备的开发等作出指导。
8、停滞膜模型、溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么？各模型求得的传质系数与扩散系数有何关系，其模型参数是什么？停滞膜模型要点：①当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，溶质A经过两膜层的传质方式为分子扩散。
②在气液相界面处，气液两相出于平衡状态。
③在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动，各处浓度均匀一致。
关系：液膜对流传质系数k°G=D/(RTz G),气膜对流传质系数k°=D/z L对流传质系数可通过分子扩散系数D和气膜厚度z G或液膜厚度z L来计算。
模型参数：L组分A通过气膜扩散时气膜厚度为模型参数，组分A通过液膜扩散时液膜厚度为模型参数。
化工分离工程培训课件
化工分离工程培训课件1. 引言化工分离工程是化工过程中的一个重要环节，它涉及到原料分离、产品纯化和废物处理等多个方面。
本课程旨在帮助学员全面了解化工分离工程的基本原理、常用设备和工艺流程，并通过案例分析和操作实践提升其实际应用能力。
本课程分为以下几个部分：•原理概述•分离设备•工艺流程•案例分析•操作实践2. 原理概述分离工程是将混合物中的组分分开的过程。
在化工分离工程中，我们常用的分离原理包括以下几种：蒸馏是将液体混合物中具有不同沸点的组分分离的方法。
通过加热混合物，使其中沸点较低的组分蒸发，然后冷凝回收。
蒸馏可以分为常压蒸馏、减压蒸馏、精馏等多种方式。
2.2. 结晶结晶是通过溶解度的差异将溶液中的溶质分离出来的方法。
通过控制温度和溶剂浓度，使溶质在溶液中逐渐减少，形成晶体沉淀。
萃取是利用两个不相溶的溶剂将混合物中的组分分离的方法。
通过选择适当的溶剂对混合物进行萃取，将目标组分从混合物中转移到溶剂中，然后再将目标组分从溶剂中分离出来。
2.4. 吸附吸附是通过吸附剂吸附混合物中的组分分离的方法。
吸附剂可以是固体或液体，固体吸附剂常用活性炭、沸石等，液体吸附剂常用有机溶剂。
通过调节吸附剂的性质和操作条件，实现对目标组分的选择性吸附。
2.5. 膜分离膜分离是利用半透膜将混合物中的组分分离的方法。
半透膜具有选择性通透某些组分而阻挡其他组分的特性。
根据分离机制的不同，膜分离可以分为微滤、超滤、纳滤、反渗透等多种方式。
3. 分离设备在化工分离工程中，我们常用的分离设备包括以下几种：蒸馏塔是进行蒸馏操作的主要设备。
它通常由塔身、进料塔盘、蒸汽塔盘等组成。
蒸馏塔根据塔盘的结构和排列方式可以分为板式塔、填料塔等多种类型。
3.2. 结晶器结晶器是进行结晶操作的主要设备。
它通常由搅拌器、冷却器、过滤器等组成。
结晶器根据搅拌方式和结晶器的形状可以分为悬浮结晶器、搅拌结晶器等多种类型。
萃取塔是进行萃取操作的主要设备。
它通常由塔身、进料塔盘、萃取塔盘等组成。
化工分离过程(总复习)
蒸馏分离广泛应用于石油、化工、食品等领域，如石油工业中的原油分馏、酒精工业中的酒 精提纯等。
萃取分离
萃取分离是利用混合物中各组分在两 种不互溶溶剂中的溶解度不同，使其 中一种组分从一种溶剂转移到另一种 溶剂中，从而实现分离的方法。
萃取分离可以分为单级萃取、多级萃 取和逆流萃取等。单级萃取是将原料 液加入到有机溶剂中，经过充分混合 后进行分离；多级萃取是将单级萃取 的有机溶剂和原料液多次循环接触， 以提高萃取效果；逆流萃取则是采用 两股逆向流动的液体，使原料液和有 机溶剂在接触过程中不断更新，提高 传质效率。
萃取分离在化工、环保、食品等领域 有广泛应用，如工业废水处理中的重 金属离子去除、天然产物提取等。
再沸器
再沸器的作用是为蒸馏塔提供热源， 使液体混合物沸腾汽化。
萃取设备
混合澄清槽
混合澄清槽是实现液液萃取过程 的常用设备，通过搅拌使两种液 体充分混合，再通过沉降分离出
萃取相和萃余相。
离心萃取器
离心萃取器利用离心力的作用， 使两种液体在旋转中分离，实现
液液萃取。
萃取塔
萃取塔是实现连续液液萃取过程 的设备，通过填料或塔盘使两种 液体逆流接触，达到萃取的目的。
超滤膜组件
超滤膜组件是实现超滤分离过程的设备，通过半透膜使水 分子和部分溶质透过，而大分子溶质被截留，达到净化或 分离的目的。
纳滤膜组件
纳滤膜组件是实现纳滤分离过程的设备，通过半透膜使不 同分子量的溶质被截留，达到净化或分离的目的。
04
分离过程操作与控制
《分离工程第六章》课件
04
分离工程的应用领域
石油工业领域
01
02
03
石油分离
利用分离工程原理，将石 油中的不同组分进行高效 分离，如汽油、柴油、润 滑油等。
油气处理
通过分离技术对油田采出 液进行脱水、脱气和净化 处理，提高采收率和产品 质量。
石油化工
分离工程在石油化工中应 用广泛，如烯烃、芳烃、 合成橡胶等生产过程中的 分离和纯化。
萃取技术在处理放射性废液、提 取植物油、分离石油组分等领域
应用广泛。
吸附技术
吸附技术是利用固体吸附剂对不 同组分的吸附能力差异，实现气
体或液体混合物分离的方法。
吸附剂可以选择具有特定孔径和 表面性质的分子筛、活性炭、硅
胶等。
ห้องสมุดไป่ตู้
吸附技术在气体分离、废气处理 、气体纯化等领域应用广泛，是
一种高效节能的分离技术。
在分离过程中，相平衡原理的应用主要体现在利用物质在不同相态下的溶解度、蒸 汽压等性质差异，通过相平衡计算，确定最佳分离条件。
相平衡原理的应用范围广泛，包括蒸馏、萃取、吸收等分离技术。
传质过程原理
传质过程是物质传递的一种方式，主 要涉及到物质从一相转移到另一相的 过程。
传质过程原理涉及到质量传递的基本 概念和扩散理论，通过了解扩散系数 、传质系数等参数，可以更好地应用 传质过程原理。
高分子膜材料
研究开发具有高渗透性、高选择性的高分子膜材料，用于膜分离 过程。
智能材料
利用智能材料（如形状记忆材料、自适应材料等）实现分离过程 的自动化和智能化。
新型分离技术的研发与推广
新型萃取技术
研究开发高效、低能耗的萃取技术，如反胶团萃取、膜萃取等。
新型吸附分离技术
化工分离第三章教案讲义
第三章 多组分精馏主要教学目标：通过本章的学习，使学生正确理解设计变量，掌握装置的设计变量计算，以及多组分简单精馏塔的计算等。
教学方法及教学手段：采用板书和教学课件及多媒体课件相结合，课堂上师生互动，采用启发式和提问式的教学方式，并且课堂上学习的表现记入学生的平时成绩。
教学重点及难点：多组分简单精馏塔的计算，设计变量，单元的设计变量，装置的设计变量。
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。
多组分多级分离问题，由于组分数增多而增加了过程的复杂性。
解这类问题，严格的该用精确的计算机算法，但简捷计算常用于过程设计的初始阶段，是对操作进行粗略分析的常用算法。
第一节 分离系统的变量分析设计分离装置就是要求确定各个物理量的数值，但设计的第一步还不是选择变量的具体数值，而是要知道在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。
一、设计变量1. 设计变量⎩⎨⎧-=：可调设计变量固定设计变量a x c v i N N N N N :v N ：描述系统所需的独立变量总数。
c N ：各独立变量之间可以列出的方程式数和给定的条件，为约束关系数。
要确定i N ，需正确确定v N 和c N ，一般采用郭慕孙发表在AIchE J （美国化学工程师学会），1956（2）：240-248的方法，该法的特点是简单、方便，不易出错，因而一直沿用至今。
郭氏法的基本原则是将一个装置分解为若干进行简单过程的单元，由每一单元的独立变量数e v N 和约束数e c N 求出每一单元的设计变量数e i N ，然后再由单元的设计变量数计算出装置的设计变量数E i N 。
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1（
2
P2S P1S
）解出
t
由t PiS P
不用试 差呀！
★ 已知t时形成共沸物，求：P、x
由t
计算
P2S（ P1S
g g
1 2
）解出
xi
g
i
P
2020/11/26
（2）压力对恒沸组成的影响
定性规律： 最 低高恒沸物，压力增加使恒沸组成中汽化潜热大小的组分增加 Ex：乙醇和水是具有最低恒沸物的二元系
pis f (T )
解方程，若有解即有恒沸
2020/11/26
B 求给定压力下的恒沸组成与恒沸温度
设恒沸温度 T
查出 计算出
pis
解方程① xi
调整
pisri xi P
No
2020/11/26
例3—6 已知P=86.659kPa，求共沸时x、T。
给出：llnn
g i f（1 x）
PiS f（2 T）
形成非均相混合物， 免除分离恒沸物的萃取操作； （3）恒沸剂容易分离和回收 在恒沸剂回收塔中，应与其它 物料有相当大的溶解度差异。
2020/11/26
（4）用量少，气化潜热小； （5）不与进料中组分起化学反应； （6）无腐蚀、无毒、价廉易得 。 3、恒沸精馏的举例与计算
相图分析 三组分体系的相图
2020/11/26
三、恒沸精馏（azeotropic distillation）
共沸物（恒沸物）： 在一定压力下，沸腾温度以及生成的汽相和液相组成
始终不变 共沸点（恒沸点）：
共沸时的温度。 对共沸物：
一个汽相，一个液相， yi xi —均相 一个汽相，多个液相，yi xi —非均相
j
2020/11/26
恒沸精馏 加入的新组分能和被分离物系中的一个或几个组分形成
2020/11/26
等边三角坐标表示法
顶点A,B,C各点分别代表纯A,纯B和纯C.
AB: A,B二元体系的组成;
BC: B,C二元体系的组成;
AC: A,C二元体系的组成.
G
物系点距离某顶点愈近,则
A%
体系中此组分的含量愈多,
物系点距离某顶点愈远,则
体系中此组分含量愈少.
D
A
C％
E
C%
P
设有一物系点P.
a12
P1Sg 1 P2Sg 2
1
g 有：g
1 2
P2S P1S
讨论 :★PiS相差越小，可能在较小的正(负)偏差时 形成共沸物，且 x 接近等摩尔组成。
★PiS 相差增大 最低共沸物向含低沸点组分多浓度区移动； 最高共沸物向含高沸点组分多浓度区移动。
★ 系统非理想性很强时,极值点越明显。 若正偏差很强，可能形成二个液相，
以恒沸物的形式从塔顶蒸出。 新组分：恒沸剂、夹带剂
2020/11/26
1、共沸物的特性和共沸组成的计算 共沸物的形成： 对拉乌尔定律发生偏差
2020/11/26
科诺瓦洛夫定律指出：[适用于二元和多元] P～x曲线极值点，相当于汽液平衡相组成相等。
2020/11/26
2020/11/26
二元均相共沸物
1atm下，恒沸温度 T ＝78.15 ℃ 恒沸组成：x乙醇＝0.8943
H乙醇 ＝39020 KJ/Kmol< H 水 ＝41325 KJ/Kmol ∴ 若使 x乙醇＝1，应降低压力至70 mmHg
从而可利用双压精馏过程分离恒沸物
2020/11/26
2、恒沸剂的选择 （1）显著影响关键组分的汽液平衡关系， 改变其相对挥发度； （2）至少与料液中的一个或两个组分形成二元或三元最低恒
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若 T 未知，需联立：
P p1 p2 Py1 Py2 PK1x1 PK2 x2 p1sr1x1 p2sr2 x2 ②
①、② 两式联立求解。
计算类型：
A 判断某温度下是否有恒沸：
已知： ri 代入 r1
r2
f (T p2s
,
xi
)
p1s
或
ri
f (xi )
又 x1 x2 1
三角坐标的特点
三组分体系的相图及其应用
三组分体系相图类型
因为 C 3, f 3 2-Φ
当 Φ 1, f 4 ，无法用三维空间表 示相图。
当Φ 1 ，恒压，f * 3（或恒温，f * 3 ），用正 三棱柱体表示，底面正三角形表示组成，柱高表 示温度或压力。
当 Φ 1 ，且恒温又恒压，f ** 2 ，可用平面图形表 示。常用等边三角形坐标表示法，两个自由度均 为组成变化。
沸物，且恒沸物沸点比各纯组分及原来恒沸物低10 ℃以上； 一般原则: 1.分离负偏差共沸物或沸点相近的混合物 a.共沸剂仅与一个组分形成二元正偏差共沸物。 b.分别与两组分形成二元正偏差共沸物，且共沸点有明显差别。 c.与两组分形成三元正偏差共沸物，共沸点温度显著低。
2020/11/26
2.分离二元正偏差共沸物 a.共沸剂与一个组分形成二元正偏差共沸物，共沸温度明 显低。 b.形成三元正偏差共沸物，共沸点温度显著低。
解：设t
55oC
计算
P2S（ P1S
g g
1 2
）
g ln g
1 2
解出
xi
判断：0 xi 1
No：无解
Yes：由xi
g
i
P计
gg
1 1
x1 x1
P1S
g
2
x2 P2S
g 2 x2
比较： P计 - P ≤ e，否则重设T。
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另外：
★ 已知共沸组成xi，求：P、t
由xi
计算
g g
A％
过P分别作BC,AB,AC的
平行线与三角形 的边相
B
交于D,E,F.
B%
B％
C F
BD20代20/1表1/26A的含量; AG代表B的含量; GD代表C的含量.
三角坐标的特点
(1) 在与某边平
行 的 任 一 直 线 上 A%=40%
A的各点,与此边相Fra bibliotek对顶点所代表组
分的含量必相同.
如P作BC的平行 线EF,则EF线上各 物系点组分A的百 分含量相同,变化
E
P
的只是B,C组分的
相对含量.
B
2020/11/26
F C
三角坐标的特点
(2) 通过某顶点的任 意直线上各物系点所 代表的体系中,另外两 顶点所代表组分含量 之比, 必定相同.
WB/WC=GI/HG=DC/BD
A
A%
H
HG
G
C% GI I
WB/WC=DC/BD B
2020/11/26
BD B%
DC C D
一个汽相共沸物。
2020/11/26
2020/11/26
较小正偏差 较大正偏差
（1）恒沸组成的计算 恒沸物的判据：
r1 r2
p2s p1s
①
∵ ri f (T , xi ) 或 ri f (xi ) pis f (T )
∴ 对两元物系，若 T 已知，则式 ① 为关于 x1 的方程，从而求解。