《化工分离工程》PPT课件-第3讲分离过程

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1、分离过程第2章单级平衡过程?设计变量提出分离装置的设计的实质就是确定与分离装置相关的各种物理量的具体数值。这些物理量之间是相互关联的，从数学的观点来看，如果这些物理量具有唯一的数值，这些物理量之间制约关系应该与物理量的数目相等。在实质分离过程设计中，两者之间常常不相等，为了使分离过程的计算得以进行，设计者通常要预先对其中的一些变量规定数值，设计者规定数值的变量称为设计变量。设计变量分类设计变量单元设计变量装置设计变量设计变量分类设计变量固定设计变量可调设计变量指确定进料物流的那些变量(例如，进料的组成和流量)以及系统的压力需要设计者确定的变量设计

2、变量的计算原则根据设计变量的定义，可以很容易得出设计变量的计算公式其中：NiNvNc分别设计变量数，描述系统的独立变量数和这些变量之间的约束关系。如果知道了描述系统的独立变量的数目和这些独立变量之间的约束关系，很容易统计出设计变量数。系统独立变量（Nv)的计算描述系统的独立变量数可以由进出系统的物流和系统与环境进行能量交换的情况确定具体的原则为：对一单相物流，其独立变量为：如果系统与环境有能量交换，则独立变量应该加上描述能量交换的变量数，如有一股热交换，又有一股功交换，则应该再加上两个设计变量，即：独立变量之间约束关系独立变量之间的约束关系包括：

3、1物料平衡关系（对C组分体系有C个）2能量平衡关系（对一个体系只有一个）3相平衡关系（对C组分π相体系有C（π+1）个）4化学平衡关系（分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件）5内在关系（指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等）简单吸收塔的设计变量该装置由N个绝热操作的简单平衡级构成,因此有:在串级之间有物流2(N+1)个,故有LN+1=SVN=DL1V0=F3N-1N-2N-312N4设计变量可以规定为:固定设计变量:两股进料2C+4每级压力N可调设计变量理论级数1装置设计变量统计举例分析如图所示精馏装置的设计变量（分为6个

4、单元）单元设计变量全凝器C+4回流分配器C+4N-（M+1）板的平衡级2C+（N-M-1）+5进料级3C+7（M-1）板的平衡串级2C+（M-1）+5再沸器C+4设计变量10C+N+27单元之间有9股物流，故装置的设计变量为:固定设计变量:可调设计变量:设计变量规定:固定设计变量可调设计变量进料C+2回流为泡点温度1每级压力N总理论级N1全凝器压力1进料位置M+11回流分配器压力1馏出液流率1回流比1C+N+45确定装置变量郭氏原则按每一股单相物流有（C+2）个变量，计算进料物流所确定的固定设计变量。确定装置中具有的不同压力的数目。上述之和既为为

5、装置的固定设计变量。将串级单元数，分配器数，侧线采出单元数以及传热单元的数目相加为装置的可调设计变量数。装置设计变量统计举例统计带有一个侧线采出口的精馏塔的设计变量压力等级1进料变量数C+2固定设计变量C+3串级单元数3回流分配器1侧线采出单元数1传热单元数2可调设计变量7装置设计变量C+10假设塔内无压降装置设计变量统计举例计算如图所示用苯作共沸剂分离乙醇-水恒沸物流程的设计变量数，假设塔板无压降进料异丙醇+水串级串级异丙醇再沸器全凝器分相器富异丙醇相富水相混合器串级水蒸气废水水塔异丙醇塔利用郭氏原则统计固定设计变量:进料变量数:进料:温度,压

6、力,流率,异丙醇组成:4水蒸气(温度,压力,流率)3压力等级1合计8可调设计变量:串级3换热单元2合计5进料异丙醇+水串级串级异丙醇再沸器全凝器分相器富异丙醇相富水相混合器串级水蒸气废水水塔异丙醇塔设计变量的规定对于这个问题,可调设计变量的规定有这样几种选择:一操作型:三个串级各自的平衡级级数；再沸器的蒸发速率;；冷凝器的过冷温度;二设计型;异丙醇塔釜液中异丙醇浓度；水塔釜液异丙醇浓度；异丙醇塔的进料位置；再沸器的蒸发速度；冷凝器的过冷温度．这两种选择只能作为一般的情况，由于在比较复杂的装置中，变量数目多，而且各变量间又相互制约，根据具体情况对设

7、计新塔和对原有塔的新分离任务确定可调变量的方案是不相同的，只有对分离过程的机理有比较深入和全面了解，才可能正确选择设计变量．第2章单级平衡过程2.1相平衡2.2多组分物系的泡点和露点计算2.3闪蒸过程的计算2.4液液平衡过程的计算2.5多相平衡过程√√√2.1相平衡2.1.1相平衡关系2.1.2相平衡常数的计算2.1.3液液平衡√√2.1.1相平衡关系一、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。汽液相平衡关系为把逸度和实测压力、温度、组成等物理量联系起来，引入逸度系数和活度系数。基准态下组分i的逸度。两种常用的汽液相平衡关

8、系表达式：计算相平衡常数的两个基本关系二、相平衡关系的表示方法：1.相图2.相平衡常数：yixi0三、分离因子：精馏中，分离因子又称为相