分离工程复习学期.doc

分离工程内容概要
第一章 绪论
1、物料平衡；2、相平衡；3、传质速率式； 4、热平衡；5、数学工具（插值法、迭代法、牛顿法）
第二章 精馏
（一）概述
1、精馏；2、理论板和板效率；3、精馏与相平衡。
（二）气液平衡关系
1、精馏原理
2、平衡关系
1）一般式
2）低压条件，
3）中压条件（抱负溶液）、（非抱负溶液）
4）高压条件
3、平衡关系的应用
1）、泡点计算；
①关系式：
②环节：
2）、露点计算；
①
②环节
3）、用相对挥发度表达的泡点和露点方程
①泡点方程：
②露点方程：
4、平衡汽化和平衡液化
5、绝热闪蒸
1）关系式、、
2）计算环节
（三）物料衡算
1、清楚分割
1） 清楚分割条件；2）清楚分割内容
3） 两种清楚分割的物料衡算方法及关系式
①、
②、
2、非清楚分割物料衡算
1） 非清楚分割条件
2） 物料衡算 （汉斯克方程）

3、拟定塔顶、塔底的产品数量和组成的计算环节
（四）精馏工艺计算
1、最小理论板计算简捷法：
和
2、最小回流比
1）关系式
、
2）牛顿法关系式：的求解：；
、、
3）最小回流比拟定环节
3、操作回流比：
4、理论级（板）数

其中：
5、实际板数及板效率、全塔效率、等板高度
1）板效率
①
②
③
2)等板高度
① ()
② （）
6、进料位置拟定：
7、简捷法计算环节
8、严格法
1）关系式
①
②
③ ；；
④
⑤

⑥

2）环节
第三章 特殊精馏
一、基本概念
1、特殊精馏意义和分类
2、恒沸精馏和萃取精馏
1）定义；2）用途；
二、非抱负溶液相平衡
1、非抱负溶液相平衡类型
2、活度和活度系数
3、活度系数的拟定：
1）范拉尔方程：
2）方程：

其中：

3）威尔模型
①二元物系

②三元物系

4）沃尔模型

5）基团奉献法：
3、二元液液平衡：

三、恒沸精馏
1、恒沸现象、恒沸物分类、恒沸点特性
2、恒沸精馏原理—三角相图
3、恒沸剂量拟定
4、恒沸精馏重要流程
1）自夹带流程；2）非均相恒沸精馏流程；3）均相恒沸精馏流程；4）变压精馏流程
5、自夹带恒沸精馏物料衡算

塔1： 或

操作线方程：
6、自夹带理论板数拟定环节
7、有恒沸剂的恒沸精馏（非均相）
1）三角相图、精馏曲线和产物区域
2）夹带剂拟定
3）物料衡算关系式
4）理论级拟定环节
四、萃取精馏
1、萃取精馏特性和基本原理
1）萃取精馏定义
萃取精馏是在原溶液中添加较原溶液中各组分的沸点均高、不与被分离物系中任何组分形成恒沸物的萃取剂，有效地改善了原溶液组分间的相对挥发度，从而实现有效分离原溶液的一种精馏操作。
2）萃取精馏特性
①与常规精馏塔比较，萃取精馏塔增长了溶剂回收段，其作用回收溶剂，
②萃取精馏一般气相进料，以塔内保持萃取剂的恒摩尔流。
③一般萃取剂摩尔分数控制在0.4~0.9之间，存在最佳萃取剂浓度。
3）萃取精馏原理
①
②组分1与萃取剂形成正偏差的非抱负溶液、组分2与萃取剂形成负偏差的非抱负溶液可显著改变原组分间相对挥发度
③对于组分1与萃取剂形成正偏差、组分2与萃取剂形成负偏差的三元物系，萃取剂浓度愈大，改变相对挥发度效果更加明显，一般适宜的萃取剂浓度在0.4~0.9之间。

2、萃取剂的选择
3、萃取精馏工艺流程
1）气相进料萃取流程
①精馏段： 提馏段：
②萃取剂从塔顶部入塔
2）液相进料萃取流程
①溶剂浓度：精馏段 提馏段中：
②萃取剂进塔方式：塔上部和进料两处入塔。
4、萃取精馏塔的工艺计算
1）萃取精馏塔的溶剂计算
①溶剂对待分组分相相对挥发度
塔顶 ；
塔底 。
全塔：
②溶剂流量和浓度分布
精馏段：
提馏段：

③塔内汽液流量
2）萃取精馏塔简化法环节：
第四章 多组分吸取
一、概述
1、吸取操作定义；2、吸取操作的应用；3、吸取操作的分类；4、吸取典型流程；5、二氧化碳吸取技术汇总
二、平衡关系
1、溶解与相平衡
2、相平衡关系：1）亨利定律；2）、拉乌尔定律；3）亨利系数的拟定；4）电离对吸取相平衡的影响。
3、相平衡常数与亨利系数关系：
三、平均吸取因数法
1）吸取基本概念
2）多组分吸取计算内容
3）重要关系式：
①吸取分率和最小吸取因数：
②吸取因数；
③最小液气比：
④理论板数，
⑤溶剂量拟定：
4）平均吸取因数法拟定理论级环节
四、等板高度
1）
2）
3）参考数据尺寸如下：的为，的为，的为（金属鞍型填料）
五、吸取塔板效率：
1）
2）
3）
4）
六、吸取热平衡
1、溶解热分类
1）抱负溶液；2）不电离的非抱负溶液：
3）微分溶解热和积分溶解热；4）微分溶解热和积分溶解热关系
2、溶解热拟定方法
1）抱负溶液：查焓图、查冷凝热数据，气液之差即为溶解热
2）非抱负溶液：查溶解热数据或估算
3）估算式；
4）作图法：
3、吸取热平衡
1）由于相变，吸取过程有热释放，导致系统温升；温度不同，吸取效果不同；
2）当温升大于20℃时，需考虑温度对吸取的影响
4、抱负溶液热平衡
1）不加中间冷却器

2）加中间冷却器

为一摩尔进料的焓，为一摩尔尾气的焓，
为一摩尔溶剂的焓，为一摩尔富液的焓
5、非抱负溶液热平衡

七、有效吸取因数数法
1、有效吸取因子：
2、重要关系式
①
②
3、有效因数法环节
八、吸取蒸出塔
1、蒸出塔的应用
2、蒸出塔物料衡算
1）、重要关系式
①吸取段末端因吸取产生的组分液体量：
②蒸出段上端因蒸出产生的组分气体量：
③进入吸取段组分气体量：
④进入蒸出段组分的液体量：
3、蒸出塔热量衡算
4、蒸出塔的设计环节
七、汽提塔
1、关系式
①解吸分率和最小解吸因数：
②解吸因数；
③最小气液比：
④理论板数、
⑤汽提剂量拟定：
2、环节
八、化学吸取
1、物理吸取局限性
2、化学吸取优点及局限性
3、化学吸取速率
4、化学吸取
①物理意义
②关联式
0级反映：
一级反映：
二级反映：
5、八田数
1）
2）不同反映下八田数
①0级反映：----两厚度比与吸取组分浓度之商。
②一级反映：---两厚度之比
③二级反映： ----两厚度比与活性组分浓度之积
3）八田数与不同速率的一级反映的关系
①，则：为界面上瞬间完毕的化学反映；
②，:扩散至液膜内某一平面上完毕的瞬间反映；
③，：为整个膜内进行的快速反映；
④，：为不仅在膜内进行，还扩散到液相主体进行的慢反映。
6、不同化学反映下的化学吸取速率和表达式
1）物料衡算

2)双膜模型的增强因子表达式
①一般式
②反映不久时：

③一级反映速率虽然不快、但是很大并可满足：
④反映为慢一级反映：
3）表面更新模型的增强因子表达式
4）渗透模型的增强因子表达式
5）反映为瞬间不可逆时增强因子
①增强因子关系式

②临界浓度

③反映为瞬间不可逆反映几种情况下的速率表达式
A假如吸取剂中活性组分浓度大于临界浓度（），吸取过程完全为气膜控制，其速率表达式为：

B假如吸取剂中活性组分浓度低于临界浓度（），吸取过程属于气膜、液膜双控制，吸取速率为：

增强因子，可用下式表达：

第五章 吸附
一、吸附现象
1、吸附现象
2、吸附分类：物理吸附和化学吸附/变温吸附、变压吸附、离子互换
3、吸附应用：空分、制氢、净化
二、吸附原理
1、吸附
1）定义：在固相-气相、固相-液相、固相-固相、液相-气相、液相-液相等体系中某个相的物质密度或溶于该相中的溶质密度在相界面上发生改变的现象。
2）机理：界面存在剩余力场
3）正负吸附判断：
2、吸附平衡
1）吸附量：吸附量通常以单位质量吸附剂所吸附的吸附质在标准状态下的体积表达（气体）
2）等温吸附和等压吸附：、
3）吸附等温线：六大类，四种典型（不可逆型、线性、优惠型、非优惠型）
4）纯物质吸附等温式：、、
5）多组分吸附平衡
①分派比、选择性系数
②多组分吸附平衡相图
③气体吸附平衡关系式
二元物系：

多元物系：
3、吸附过程速率
1）多孔吸附剂的吸附过程分为3 个过程：
2）吸附速率（略）
3）界膜扩散速度：
（1）
（2）

（3）
4）颗粒内扩散速度
（1）颗粒内扩散分为细孔扩散和表面扩散
（2）细孔扩散
努森扩散：、
分子扩散：
，

过度区扩散：、
扩散模型：
平行：

或
随机：

（3）表面扩散

系数估算：
（4）综合扩散：
或

（5）颗粒内物料衡算式：
或
5）有效系数的估算（略）
4、吸附双膜理论
5、吸附速度关系式：
（1）
（2） 、 、
（3）外扩散阻力很大，内扩散可忽略，为外扩散控制，有：
内扩散阻力很大时，外阻力可忽略，为内扩散控制过程：
（4）内扩散阻力系数和颗粒内有效扩散系数关系
三、吸附曲线
1、吸附过程
1）吸附过程；2）负荷曲线；3）吸附带：、；4）透过曲线
2、吸附速度及影响因素
1）
2）线性吸附等温线：理论上 ，实际吸附带有扩展
优惠型吸附等温线：，低浓度下
3、其他影响因素
4、吸附带在活塞流床层中移动浓度分布
1）一般式：

2）线性推动力时的近似解：

误差函数，或概率积分函数。可通过查表得到数据。
四、变温吸附
1、物料衡算：
2、操作线方程：
1）等温线为直线时，其推动力为浓度差
2）当等温线为优惠型时
3、吸附带宽度计算：
1）

2）
3）
4）

5）当等温线为线性时，则
4、吸附传质系数拟定
1）气体多采用以双膜理论为基础的解析法；
2）液体
（1）解析法；（2）实验法。
5、吸附柱高度计算

6、 水力计算
1）
2）压降
五、变压吸附
1、定义及特点
2、吸附系数 或（） （考虑死空间）
3、分离系数 （考虑死空间）
4、单台吸附器运营的局限性：回收率低
5、通用流程：4塔流程、8塔流程
6、四塔流程吸附过程（7个环节）
7、变压吸附计算
1）、
2）
3）、
4）、
5）
6）、
7）压力降

第六章 膜分离技术
一、膜分离简史
二、膜、膜材料和膜组件
1、分离膜分类
（1）按膜组件分，有平板型、管型、螺旋型、空心纤维型；
（2）按分离原理分，有微滤膜、超滤膜、反渗透（纳滤）膜、电渗析膜、渗透气体膜和气体分离膜；
（3）按膜的结构分：多孔膜、非多孔膜、复合膜和液膜；
（4）假如按驱动力分：压力驱动膜、浓度驱动膜、电驱动膜和热驱动膜微滤膜。
2、膜分离过程符号：渗析；：微滤；：超滤；：膜蒸发；：气体渗透；：反渗透。
3、膜分离技术特点：
4、膜材料特性：
1）天然膜材料的原料涉及木材、橡胶和纤维素。
2）人工合成膜材料的聚合物重要涉及纤维素衍生物：
5、膜结构
1）有孔膜结构
2）无孔膜结构
3）膜的孔径
6、膜设备、膜组件
1）一般是运用被称为膜设备或膜分离装置来实现分离目的的：膜设备由膜分离器（膜组件）、泵、过滤器、阀及管路仪表等构成。
2）膜组件：其中膜分离器是一种将膜以某种特定形式组装在一个基本单元设备内，能在外界驱动力作用下实现对混合物中各组分分离的器件。
3）膜元件：构成膜组件是被称为膜元件的具有特定形状的膜材料。
膜元件又分为平板膜、管式膜、卷式膜和中空纤维膜
4）膜元件组装成膜组件重要形式有板框式、圆管式、螺旋卷式和中空纤维式。
5）膜组件应达规定：
三、渗透平衡和渗透机理
1、渗透平衡：
2、渗透分离机理
1）．毛细管流学说：①氢键理论；②筛网效应模型；③优先吸附-毛细管流机制：
2）．溶解-扩散模型：
3）．孔隙开闭学说：
四、膜中传质
1、渗透率和渗透系数
2、速率关系式：
3、传递形式
1）多孔膜：主体流动；选择性扩散；受限制的扩散
2）致密膜(无孔膜):溶解-扩散
4、主体流动

5、微孔膜中流体分子的扩散
液体
气体：
6、无孔膜的溶解-扩散
液体 气体
7、分离因子
1）定义式
2）忽略膜后侧压力的分离因子关系式

3）未忽略膜后侧压力的分离因子关系式

五、流动类型和边界层阻力
1、流动类型：全混、逆流、并流和错流。
2、多孔膜阻力

3、无孔膜边界层阻力

4、流动边界层的阻力系数：
六、膜面积
1、回收率
2、摩尔分数与回收率关系

3．全混流的膜面积

七、反渗透
1、反渗透速率
1）渗透压关系式推导
2）渗透压关系式：
2）反渗透速率：　　

3) 盐的通过速率：
4)脱盐率：
2、反渗透设计计算

3、反渗透用途：脱盐
八、膜的制造
1、膜材料制造：多孔膜、复合膜
2、膜组件制造：平板膜、管式膜、螺旋卷膜