特殊精馏过程与液液萃取

关于特殊精馏过程与液液萃取12内容1。绪论2。单级平衡过程相平衡多组分物系的泡点和露点计算闪蒸过程的计算液液平衡过程的计算多相平衡过程3。多组分精馏和特殊精馏多组分精馏过程萃取精馏和共沸精馏反应精馏加盐精馏第2页,共57页，2024年2月25日，星期天3内容4。液液萃取萃取过程与萃取剂液液萃取过程的计算5。分离过程及设备的选择与放大传质设备的选择分离过程的选择第3页,共57页，2024年2月25日，星期天4第1章绪论1.1分离过程的地位和作用1.1.1分离过程的重要性（1）分离过程定义将混合物分成组成互不相同的两种或几种产品的操作。分离装置的费用占总投资的50%-90%。乙烯连续水合生产乙醇：对反应产物进行分离；未反应物循环利用1.1.2分离过程在清洁工艺中的地位和作用清洁工艺：合理利用资源，减少甚至消除废料的产生第4页,共57页，2024年2月25日，星期天5第1章绪论1.1分离过程的地位和作用1.1.1分离过程的重要性清洁工艺：合理利用资源，减少甚至消除废料的产生绿色化学与化工：为实现资源高效率的利用、减少与消除有害物质对人类健康与环境的威胁所作出的化学过程与产品的设计、开发和生产。化工过程强化技术：在实现既定生产目标前提下，大幅度减小生产设备尺寸、简化工艺流程、减少装置数目，使工厂布局更加紧凑合理，单位能耗、废料、副产品显著减少的技术。第5页,共57页，2024年2月25日，星期天6第1章绪论第6页,共57页，2024年2月25日，星期天7第1章绪论1.1分离过程的地位和作用1.1.1分离过程的重要性清洁工艺：合理利用资源，减少甚至消除废料的产生闭路循环系统是清洁工艺的重要方面。使废物最小化的方法：废物直接再循环；进料提纯；除去分离过程中加入的附加物质；附加分离与再循环系统第7页,共57页，2024年2月25日，星期天8第1章绪论1.1分离过程的地位和作用1.1.1分离过程的重要性清洁工艺：合理利用资源，减少甚至消除废料的产生第8页,共57页，2024年2月25日，星期天9第9页,共57页，2024年2月25日，星期天10第10页,共57页，2024年2月25日，星期天11第11页,共57页，2024年2月25日，星期天12第1章绪论1.2传质分离过程的分类和特征分离过程：（1）机械分离：过滤、沉降、旋风分离（2）传质分离：平衡分离过程、速率分离过程1.2.1平衡分离过程分离媒介（分离剂）：热能、溶剂或吸附剂能量媒介物质媒介萃取精馏吸收蒸出（精馏吸收）共沸精馏液液萃取；超临界流体萃取技术第12页,共57页，2024年2月25日，星期天13第1章绪论1.2.2速率分离过程利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离膜分离：微滤、超滤、反渗透、渗析和电渗析1.3分离过程的集成化1.3.1反应过程与分离过程的耦合化学吸收：吸收与反应化学萃取：萃取与反应反应精馏：精馏与反应1.3.2分离过程与分离过程的耦合萃取结晶：萃取与结晶吸附蒸馏：吸附与蒸馏第13页,共57页，2024年2月25日，星期天14第1章绪论1.3.3过程的集成一、传统分离过程的集成二、传统分离过程与膜分离的集成渗透蒸发和精馏集成1.4设计变量

Ni=Nv–NcNv:独立变量数Nc：约束关系数（独立方程式数目）第14页,共57页，2024年2月25日，星期天15第1章绪论1.4设计变量

f=C–π+2(f=C–P+2)自由度指强度性质的变量约束关系式包括：物料平衡式；能量平衡式；相平衡关系式；内在关系式MESH方程E相平衡c(π-1)1相A1B1C12相A2B2C23相A3B3C3第15页,共57页，2024年2月25日，星期天16第1章绪论作业：对乙苯和三种二甲苯混合物的分离方法进行选择。（1）列出间二甲苯和对二甲苯的有关性质：沸点、熔点、临界温度、临界压力、偏心因子、偶极矩……，利用哪些性质的差别进行该二元物系的分离是最好的？（2）为什么使用精馏方法分离间二甲苯和对二甲苯是不适宜的？（3）为什么工业上选择熔融结晶和吸附分离间二甲苯和对二甲苯？第16页,共57页，2024年2月25日，星期天17第1章绪论教材：刘家祺.分离过程.北京：化学工业出版社，2005参考书：1.陈洪钫，刘家祺.化工分离过程.北京：化学工业出版社，19952.蒋维钧.新型传质分离技术.北京：化学工业出版社，19973.邓修，吴俊生，化工分离工程，科学出版社，20004.Seader,J.D.,Henley,E.J.SeparationProcessPrinciples.NewYork:Wiley.5.朱自强，超临界流体技术–原理和应用，化学工业出版社，20016.陈维扭，超临界流体萃取的原理和应用，化学工业出版社，2000第17页,共57页，2024年2月25日，星期天18第1章绪论考核方式：1.平时作业；2.考试（开卷，时间：第8周，五月一日左右结束）3.大作业（综述：特殊精馏（如催化精馏、萃取精馏、吸附精馏、恒沸精馏等）新方法或新技术、液液萃取、超临界萃取、其它化工过程强化新方法或新技术（如结构化催化剂与反应器、燃煤烟气脱硝中的应用）；新型节能减排技术；计算机程序与综述选择其中之一）第18页,共57页，2024年2月25日，星期天19第1章绪论1.4设计变量

f=C–π+2(f=C–P+2)自由度指强度性质的变量约束关系式包括：物料平衡式；能量平衡式；相平衡关系式；内在关系式MESH方程E相平衡c(π-1)1相A1B1C12相A2B2C23相A3B3C3第19页,共57页，2024年2月25日，星期天20第2章单级平衡过程2.1.1相平衡关系相平衡条件汽液平衡关系液液平衡关系第20页,共57页，2024年2月25日，星期天21第2章单级平衡过程2.1.1相平衡关系相平衡常数分离因子（相对挥发度）选择度第21页,共57页，2024年2月25日，星期天22第2章单级平衡过程3.气相逸度系数：维里方程第22页,共57页，2024年2月25日，星期天23第2章单级平衡过程3.气相逸度系数：维里方程Bii

采用Prausnitz修正式：对非极性组分（ω

为偏心因子）：对极性组分（ωH

为极性组分异质同态物的偏心因子，所谓异质同态物是指分子形状和大小与极性组分类似的非极性组分，η

为缔合系数）第23页,共57页，2024年2月25日，星期天24第2章单级平衡过程3.气相逸度系数：维里方程（适用于中低压物系）第24页,共57页，2024年2月25日，星期天25第2章单级平衡过程三.活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式作业1：推导作业2：（见习题1，P.85)作业3：（见习题2，P.85)第25页,共57页，2024年2月25日，星期天26第2章单级平衡过程三.活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式作业3：关于Wilson方程1。汽相为理想气体，液相为理想溶液第26页,共57页，2024年2月25日，星期天27第2章单级平衡过程三.活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式2。汽相为理想气体，液相为非理想溶液第27页,共57页，2024年2月25日，星期天28第2章单级平衡过程三.活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式3。汽相为理想溶液，液相为理想溶液路易士-兰德规则或逸度规则第28页,共57页，2024年2月25日，星期天29第2章单级平衡过程三.活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式4。汽相为理想溶液，液相为非理想溶液第29页,共57页，2024年2月25日，星期天30第2章单级平衡过程三.活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式例2-1计算乙烯在311K和3444.2kPa下的汽液平衡常数（实测值Kc==1.726）（1）汽相按理想气体，液相按理想溶液（2）汽液相均按理想溶液（3）列线图法例2-2已知在0.1013MPa压力下甲醇（1）-水（2）二元系的汽液平衡数据。其中一组数据为：平衡温度T=71.29℃，液相组成x1=0.6，气相组成y1=0.8287(摩尔分数）。试计算汽液平衡常数，并与实测值比较。第30页,共57页，2024年2月25日，星期天31第2章单级平衡过程四.两种计算方法的比较（1）状态方程法不需要基准态；只需要P–V-T

数据；可以应用对比状态理论；可以用在临界区；没有一个状态方程能完全适用于所有的密度范围；受混合规则的影响很大；对于极性物质、大分子化合物和电解质系统很难应用（2）活度系数法简单的液体混合物的模型已能满足要求；温度的影响主要体现在fiL

上，而不在ri

上；对许多类型的混合物，包括聚合物、电解质系统都能应用。需用其他的方法获得液体的偏摩尔体积（在高压计算中）；在含有超临界组分的系统应用不够方便；难以在临界区内应用第31页,共57页，2024年2月25日，星期天32第2章单级平衡过程2.1.3.液液平衡液液平衡是萃取过程、三相精馏、非均相共沸精馏的理论基础；二元系上临界混溶温度(UCST)、下临界混溶温度(LCST)三元系四元系

第32页,共57页，2024年2月25日，星期天33第2章单级平衡过程2.2.多组分物系的泡点和露点计算单级汽液平衡系统自由度：f=c–P+2=c–2+2=c泡露点计算分四种类型：泡点温度：p,x1,x2,….,xc;求T,y1,y2,….yc泡点压力：T,x1,x2,….,xc;求P,y1,y2,….yc露点温度：p,y1,y2,….yc;求T,x1,x2,….,xc露点压力：T,y1,y2,….yc;求P,x1,x2,….,xc

第33页,共57页，2024年2月25日，星期天34第2章单级平衡过程2.2.1泡点温度和压力的计算相平衡关系浓度总和式：汽液平衡常数关联式第34页,共57页，2024年2月25日，星期天35第2章单级平衡过程2.2.1泡点温度和压力的计算平衡常数与组成无关的泡点温度计算第35页,共57页，2024年2月25日，星期天36第2章单级平衡过程2.2.1泡点温度和压力的计算例2-3确定含正丁烷（1）0.15、正戊烷（2）0.4和正己烷（3）0.45

（均为摩尔分数）之烃类混合物在0.2MPa压力下的泡点温度。（利用p–T–K

图）（说明所设温度偏低？）第36页,共57页，2024年2月25日，星期天37第2章单级平衡过程2.2.1泡点温度和压力的计算平衡常数与组成有关的泡点计算关键是调整TNewton–Raphson法第37页,共57页，2024年2月25日，星期天38第38页,共57页，2024年2月25日，星期天39第2章单级平衡过程2.2.1泡点温度和压力的计算例2-5：丙酮（1）-丁酮（2）-乙酸乙酯（3）三元混合物所处压力为2026.5kPa，液相组成（摩尔分数）为x1=x2=0.3，x3=0.4。试用活度系数法计算泡点温度（逸度系数用维里方程计算；活度系数用Wilson方程计算）。(作业）第39页,共57页，2024年2月25日，星期天40第2章单级平衡过程2.3闪蒸过程的计算闪蒸是连续单级蒸馏过程。离开闪蒸罐的汽液两相处于平衡状态。第40页,共57页，2024年2月25日，星期天41第2章单级平衡过程2.3闪蒸过程的计算每一组分物料衡算式总物料衡算式焓平衡关系第41页,共57页，2024年2月25日，星期天42第2章单级平衡过程2.3.1等温闪蒸和部分冷凝过程汽液平衡常数与组成无关规定变量T,P每一组分物料衡算式汽相分率第42页,共57页，2024年2月25日，星期天43第2章单级平衡过程2.3.1等温闪蒸和部分冷凝过程汽液平衡常数与组成无关规定变量T,PRachford-Rice方程第43页,共57页，2024年2月25日，星期天44第2章单级平衡过程2.3.1等温闪蒸和部分冷凝过程汽液平衡常数与组成无关规定变量T,PRachford-Rice方程第44页,共57页，2024年2月25日，星期天45第2章单级平衡过程2.3.1等温闪蒸和部分冷凝过程汽液平衡常数与组成无关核实闪蒸问题是否成立闪蒸问题成立第45页,共57页，2024年2月25日，星期天46第2章单级平衡过程2.3.1等温闪蒸和部分冷凝过程汽液平衡常数与组成无关例2-8进料流率为1000kmol/h的轻烃混合物，其组成为：丙烷（1）30%；正丁烷（2）10%；正戊烷（3）15%；正己烷（4）

45%（摩尔分数）。求在50℃和200kPa条件下闪蒸的汽、液组成及流率。第46页,共57页，2024年2月25日，星期天47第2章单级平衡过程2.3.1等温闪蒸和部分冷凝过程汽液平衡常数与组成有关例2-9闪蒸罐压力为85.46kPa，温度为50℃，进入闪蒸罐物料组成（摩尔分数）为乙酸乙酯（1）0.33，丙酮（2）0.34，甲醇(3)0.33。试求汽相分率及汽液相平衡组成。（大作业）第47页,共57页，2024年2月25日，星期天48第2章单级平衡过程2.3.1等温闪蒸和部分冷凝过程汽液平衡常数与组成无关例2-8进料流率为1000kmol/h的轻烃混合物，其组成为：丙烷（1）30%；正丁烷（2）10%；正戊烷（3）15%；正己烷（4）

45%（摩尔分数）。求在50℃和200kPa条件下闪蒸的汽、液组成及流率。第48页,共57页，2024年2月25日，星期天49第2章单级平衡过程2.3.1等温闪蒸和部分冷凝过程汽液平衡常数与组成有关第49页,共57页，