分离过程的分类

第一章绪论分离过程的分类:机械分离、传质分离机械分离：处理两相以上的混合物如过滤、沉降、离心分离等传质分离：处理均相混合物传质分离可分为：平衡分离过程如精馏、吸收、萃取、结晶、吸附等，借助分离剂使均相混合物系统变成两相系统，再利用混合物中各组分在处于相平衡的两相中的不等同分配而实现分离。速率分离过程如微滤、超滤、反渗透、电渗析等，在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，利用各组分扩散速率的差异实现分离。分离媒介：能量媒介ESA、质量媒介MSA第二章单级平衡过程相平衡关系：混合物所形成的若干相保持物理平衡而共存的状态。热力学：整个物系的自由能最小。动力学：相间表观传递速率为零。相平衡条件（准则）：各相的温度相等、压力相等，每个组分的化学位相等。相平衡常数：K.二y./x.iiiy/y K分离因子：a.=」丄=-,平衡分离过程，常采用分离因子表示平衡关系。ijx/x Ki..相对挥发度对温度和压力变化不敏感，常视为常数，简化计算。分离因子与1的偏离程度表示组分间分离的难易程度。相平衡方程：C个 y=Kxi=1,2,...,Ci ii摩尔分率加和方程：2个摩尔分率加和方程：2个工x二1.0.i=1工y=1.0..=1汽液平衡常数关联式：C个K.=f（T,P，x，y） i=1,2,...,Ci —泡点压力的计算：泡点方程：f泡点压力的计算：泡点方程：fC)=工Kx一1=0...=1泡点方程：fT)=工KX一1=0...=1露点方程：工C./K.）=1，0...=1闪蒸过程:连续单级蒸馏过程。它使进料混合物部分汽化或冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体。物料衡算一M方程C个Fzi二Lxi+Vyii=1,2,...C相平衡一E方程 C个yi二Kxiii=1,2,...C摩尔分率加和式一S方程2个i=1工y=1ii=1i=1热量平衡式一H方程1个FHF+Q=VH+VLHL设计前需预先给定数值的变量称为设计变量。设计变量的个数称为设计变量数。设计变量数Ni=变量总数叫一约束关系数Nc!^=出入物流变量数+能量交换数(热、功)约束关系式：(1)物料衡算式(2)能量衡算式(3)相平衡关系式(4)化学反应平衡式(5)内在关系式第三章：多组分精馏和特殊精馏关键组分：在多组分精馏和吸收中，由设计者指定分离要求的组分。轻关键组分LK重关键组分HK根据组分是否在精馏塔的两端都出现，可分为分配组分和非分配组分。清晰分割：馏出液中除了重关键组分外，没有其它重组分；釜液中除了轻关键组分外，没有其它轻组分。两个关键组分的相对挥发度相邻且分离要求苛刻，或非关键组分的相对挥发度与关键组分相差较大时，可达到清晰分割。多元精馏与二元精馏在浓度分布上的区别：(1)关键组分含量存在极大值；(2)非关键组分通常是非分配的，即重组分通常仅出现在釜液中，轻组分仅出现在馏出液中；(3)重、轻非关键组分分别在进料板下、上形成几乎恒浓的区域；(4)全部组分均存在于进料板上但进料板含量不等于进料含量。各组分的浓度分布曲线在进料板处不连续。最小回流比：在无穷多塔板数的条件下达到关键组分预期分离所需要的回流比。在最小回流比下:多组分精镰中的夹点位置Locationofjiinch-pointzones恒報童有两个噸夹点想<1) 重组分均为非分配组分恒報童有两个噸夹点想<1) 重组分均为非分配组分■1SSSSS(3)重组分为分配组分•轻组分非为分配组分■1SSSSS(3)重组分为分配组分•轻组分非为分配组分「图■1至组分—恒躯⑴重蛆分为非分配组分「轻组分为分配组分(4)轻、重组分均为分配组■分(汕componentsdistiibiited)55多组分精馏简捷计算法：1、用芬思克公式估算最少理论板数和组分分配2、用恩特伍德公式估算最小回流比3、用吉利兰或耳波一马多克斯图或相应的关系式估算实际回流比下的理论板数普通精馏操作是分离液体混合物的最常用和有效的方法。应用范围：待分离的两组分的挥发性相差较大，两组分的相对挥发度较大，根据经验相对挥发度最少应大于1・05。待分离的混合物不存在恒沸点。组分间无化学反应，组分不发生分解。混合物各组分在一般(常压，温度不很高)条件下能够汽化和液化。特殊精馏：当待分离组分之间形成共沸物或相对挥发度接近1时，用普通精馏是无法实现分离或是经济上不合理的。此时，向体系中加入一种适当的新组分，通过与原体系中各组分的不同作用，改变组分之间的相对挥发度，使系统变得易于分离，这类既加入能量分离剂又加入质量分离剂的精馏称为特殊精馏或增强精馏。萃取精馏：加入的质量分离剂不与被分离系统中的任何组分形成共沸物，而其沸点又较原有的任一组分高，从塔釜离开。共沸精馏：加入的质量分离剂与被分离系统中的一个或几个组分形成共沸物，从塔顶蒸出。加入的质量分离剂称为共沸剂。溶剂的选择：1）沸点要较组分的高2）与被分离物系有较大的溶解度3）一般溶剂浓度＞60%，所以成本要低4）污染小，环境友好5）易与萃取组分分离对于一个具体的萃取精馏过程，溶剂对原溶液关键组分的相互作用和稀释作用是同时存在的，对相对挥发度的提高均有贡献。共沸物的特点：1）当P不变时，共沸组成（共沸点）一定，丁沪^，汽化过程中温度T不变；2）在泡点线和露点线交点，汽化时组成不变，a=1；3）共沸物体系特殊在共沸点，用普通精馏的方法不能通过共沸点，但在共沸点两侧仍有分离作用。共沸剂的选择：（1）显著影响关键组分的汽液平衡关系；（2）容易分离和回收；（3）用量少，汽化潜热低；（4）与进料组分互溶，不生成两相，不与进料中组分起化学反应；（5）无腐蚀、无毒；（6）价廉易得。共沸精馏与萃取精馏比较：共同点：基本原理相同，都是通过加入适量的质量分离剂，改变组分之间的相互作用，增大组分的挥发度差异，实现精馏分离。不同点：（1）共沸精馏中加入的共沸剂必须与原溶液中的一个或几个组分形成共沸物，而萃取精馏中的溶剂无此限制，共沸剂的选择范围相对较窄；（2） 共沸精馏中共沸剂以汽态离塔，消耗的潜热较多，萃取精馏中萃取剂基本不变化，因此共沸精馏的能耗一般比萃取精馏大；（3） 在同样压力下，共沸精馏的操作温度通常比萃取精馏低，故共沸精馏更适用于分离热敏性物料；（4）共沸精馏可连续操作，也可间歇操作，萃取精馏一般只能连续操作。第四章气体吸收吸收操作的分类依据吸收的机理可分成：物理吸收、化学吸收按照吸收温度状况可分为：等温吸收和非等温吸收吸收过程的特点吸收过程的特点□吸收与精憎操作的相同点：讶衡分离过程“热、质同传过程，由MESH方程求解□吸收与精馆的不同点：城牧过程气相(g)——竺岀一>液相⑺丁(G)>Tc塢憾过程冷凝进入汽相(V)， ・液相(L)T(V)<Tc汽化进入仪溶解平衡过程，相际传质速率和传质面积等成为重要的影响因素；仪传质过程同时受到平衡和扩散的控制，化学吸收过程反应与分离耦合；仪气体热容小，液体热容大，溶质浓度较低，且存在溶剂汽化冷凝，过程的温度变化较小；仪吸收操作多釆用连续逆流接触式设备(如填料塔)；仪研究的理论和方法不同--微分理论。吸收因子AKv $越大相平衡常数越小有利于吸收化学吸收的优点：吸收剂的吸收容量大，用量少，提高了吸收率，降低了设备的投资第五章膜分离各种膜分离过程的分离机理膜过:程相1#2推动力分离机理? 渗透物 ；截留物膜结构LL(D.01-0.筛分(0.01-lDun)JE力差水、痛触喬子和d咗｝子f生化制Sb胶体和畑子少LL筛分具育Id5MPa)分子里＜1000）子里1000-300000]细滤LL压力差©5-Z0MPa)点和涪剂毋子里它an溜虽二10盐、鲜細盼子B?00-1000）反'鎚LL压力差a.O-lD.OfTaJ水歸q电翔电降离子迪LLLLra发LG复合mm瞠L咒沖斷气体分剧乐力苯do-谓解/IT散G&lO.OMFa)吩瞇)LL時融融腳雌触器LGLLL&分^系数易扩散与鎚的物展smt与鉉曙子umn®隈分类:按被分离物质的状态分类：1•液体分离膜（微滤、超滤、渗析、电渗析、纳滤、反渗透、渗透汽化、膜蒸馏、膜萃取等）2•气体分离膜（气体分离、蒸汽渗透、膜吸收等）按膜的状态分类：1•固膜分离2•液膜分离3•气态膜分离常用的膜组件：板式膜组件、管式膜组件、卷式膜组件、毛细管膜组件、中空纤维膜组件反渗透原理：当用一个半透性膜分离两种不同浓度的溶液时，膜仅允许溶剂分子通过。由于浓溶液中溶剂的化学位低于它在稀溶液中的化学位，稀溶液中的溶剂分子会自发地透过半透膜向浓溶液中迁移。反渗透过程的实现必须满足两个条件：1•高选择性（对溶剂和溶质的选择透过性）和高透过通量（一般是透水）；2.操作压力必须高于溶液的渗透压。第六章吸附与制备色谱吸附：用固体吸附剂处理气体或液体混合物，将其中所含的一种或几种组分吸附在固体表面上，从而实现混合物的组分分离。常用的吸附剂：活性炭、活性白土、硅藻土、硅胶、活性氧化铝、分子筛、合成树脂等。吸附等温线：吸附等温线是被吸附在吸附剂（固定相）上的溶质浓度CS对其在液相中的平衡浓度CM的标绘，是该特定溶质在固定相和流动相之间的分配平衡关系。吸附分离过程：吸附和解吸工业上常用吸附剂：活性炭、沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝吸附剂主要特征：多孔结构和具有很大的比表面吸附平衡：在一定条件下，当流体（气体或液体）与附体吸附剂接触时，流体中的吸附质将被吸附剂吸收，经过足够长的时间，吸附质在两相中的浓度不再变化亨利系数随着温度增高而降低吸附机理：1、外扩散租房呢穿过气膜或者液膜到固体外表面2、组分经过内扩散进入内孔道3、吸附4、脱附5、内扩散组分从内孔道扩散到外表面6、外扩散组分穿孔过气膜或液膜到主流体中吸附质在微孔中扩散有两种形式：沿孔截面的扩散和沿孔表面的表面扩散表观吸附量：单位质量吸附剂吸附的吸附质的量第七章结晶结晶：固体物质以晶体状态从溶液、熔融混合物或蒸气中析出的过程称为结晶。结晶过程的特点:适用于共沸物系、同分异构体物系以及热敏性物系的分离；操作温度低，能耗低；三废排放少；便于产品的包装、储存