分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合課件

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合2022/12/23分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合2022/12/17分離過程及1（1）掌握等溫分離的最小功的計(jì)算方法，了解非等溫分離和有效能、凈功消耗和熱力學(xué)效率的計(jì)算。（2）了解精餾過程的熱力學(xué)不可逆分析方法，掌握精餾過程的節(jié)能技術(shù)。（3）掌握簡單分離和復(fù)雜塔的分離順序的合成的原則。本章要求：分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（1）掌握等溫分離的最小功的計(jì)算方法，了解非等溫分離和有效能26.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率6.1.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備有板式塔和填料塔兩類。影響氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力的因素有：6.1.1.1液泛板式塔：，處理能力增加；填料塔：，處理能力增加。規(guī)整填料處理能力大于亂堆填料。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率6.1.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的36.1.1.2霧沫夾帶6.1.1.3.壓力降

板式塔中，霧沫夾帶程度用霧沫夾帶量（<0.1kg液體／kg氣體）或泛點(diǎn)百分率表示。隨。真空操作設(shè)備的往往成為限制生產(chǎn)能力的主要原因，還影響降液管內(nèi)液位高度，↑，液位高度↑，以造成液泛。6.1.1.4.停留時(shí)間精餾中液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間一般≮3～5秒。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.1.2霧沫夾帶6.1.1.3.壓力降板式塔中，46.1.2氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及影響因素6.1.2.1實(shí)際板和理論板的差異⑴理論板假定離開該板的汽、液兩相達(dá)到平衡

⑵理論板上相互接觸的汽液兩相完全混合，板上液相濃度均一⑶實(shí)際板上汽液兩相存在不均勻流動(dòng)，停留時(shí)間有明顯差異

⑷實(shí)際板存在霧沫夾帶、漏液和液相夾帶泡沫現(xiàn)象。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.2氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及影響因素6.1.2.1實(shí)際板56.1.2.2級效率的定義（1）全塔效率ET（總板效率，塔效率）－－為完成給定分離任務(wù)所需要的理論塔板數(shù)（N）與實(shí)際塔板數(shù)（Nact）之比。ET的特點(diǎn)是容易測定和使用。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.2.2級效率的定義（1）全塔效率ET（總板效率，塔效6⑵板式塔①默弗里（Murphree）板效率默弗里板效率――實(shí)際板上濃度變化與平衡時(shí)應(yīng)達(dá)到的濃度變化之比。――與成平衡的氣相摩爾分率。默弗里氣相板效率yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑵板式塔①默弗里（Murphree）板效率默弗里板效率――7一般默弗里液相板效率yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合一般默弗里液相板效率yi,j+1xi,j-1yi,j8②默弗里（Murphree）點(diǎn)效率

板上氣液兩相錯(cuò)流，假定液體在垂直方向上完全混合。若氣液兩相完全混合，則＝。――與成平衡的氣相摩爾分率。xi,j-1xi,jjj-1分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合②默弗里（Murphree）點(diǎn)效率板上氣液兩相錯(cuò)流9⑶填料塔①傳質(zhì)單元高度分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑶填料塔①傳質(zhì)單元高度分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合10②等板高度（HETP）對于填料塔:為相當(dāng)于一塊理論板所需的填料高度。對于板式塔:

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合②等板高度（HETP）對于填料塔:對于板式塔:分離過程及116.1.2.3影響級效率的因素⑴點(diǎn)效率與傳質(zhì)間的關(guān)系由雙膜理論得：G一定，。塔板上液層愈厚，氣泡愈分散，表面湍動(dòng)程度愈高，點(diǎn)效率愈高。NG、NL可由經(jīng)驗(yàn)式求得。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.2.3影響級效率的因素⑴點(diǎn)效率與傳質(zhì)間的關(guān)系由雙膜理12⑵液體混合情況對板效率的影響液體流經(jīng)塔板時(shí)，板上任一點(diǎn)的液體會(huì)在三個(gè)垂直方向上發(fā)生混合：縱向混合、橫向混合和垂直于塔板液面，沿氣流的混合。這些混合將影響板效率。描述流型對效率影響的數(shù)學(xué)模型：yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑵液體混合情況對板效率的影響液體流經(jīng)塔板時(shí)，板上任一13①板上液體完全混合板上各點(diǎn)均相同，并等于該板出口溢流液的xi,j組成，即，若進(jìn)入板各點(diǎn)的是均一的，則有：分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合①板上液體完全混合板上各點(diǎn)均相同，并等于該板14②液體完全不混合（活塞流）且停留時(shí)間相同默弗里板效率和點(diǎn)效率間關(guān)系式：由上式得右圖知：液體混合作用的減弱使默弗里板效率增大。1.05.000.53.0EOG／λEMV／EOG完全不混合完全混合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合②液體完全不混合（活塞流）且停留時(shí)間相同默弗里板效率和點(diǎn)效率15③液體部分混合縱向混合將使下降；橫向混合將使上升。不完全混合使得。不均勻流動(dòng)，尤其是環(huán)流會(huì)對效率產(chǎn)生不利影響；橫向混合能削弱液相不均流動(dòng)的不利影響；塔徑加大，縱向不完全混合有利影響減弱，不均勻流動(dòng)則趨于加強(qiáng)。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合③液體部分混合縱向混合將使下降；橫向混合將16液體流程的平均寬度完全混合

完全不混合

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合液體流程的平均寬度完全混合完全不混合分離過程及設(shè)備的效率1730分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合30分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合18（3）霧沫夾帶霧沫夾帶為級間混合，降低分離設(shè)備的分離效果，板效率下降。Colburn（可爾本）1936年推導(dǎo)出下關(guān)系：――有霧沫夾帶下的板效率。此外，漏液和氣體被液體夾帶也會(huì)使板效率降低。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（3）霧沫夾帶霧沫夾帶為級間混合，降低分離設(shè)備的分19分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合20求得由泛點(diǎn)百分率分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合求得由泛點(diǎn)百分率分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合21Ea求取步驟①由公式求出ＥOG②求出彼克來準(zhǔn)數(shù)由圖或公式求出EMV/EOG，進(jìn)而求出EMV。③查圖得到液泛極限KV，進(jìn)而求出液泛速度uf④查圖得夾帶分率e，由公式求出有霧沫夾帶下的板效率。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合Ea求取步驟①由公式求22（4）物性的影響①

液體粘度②密度梯度

當(dāng)易揮發(fā)組分的大于難揮發(fā)組分的時(shí)，能形成混合旋流，可提高液相傳質(zhì)系數(shù)。大，產(chǎn)生氣泡大，相界面小，兩相接觸差，且液相擴(kuò)散系數(shù)小，效率低。因精餾T一般較吸收T高，小，故精餾塔效率高于吸收塔。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（4）物性的影響①

液體粘度②密度梯度當(dāng)易揮發(fā)組分23③相對揮發(fā)度

大則相當(dāng)于汽相溶解度低，Ki小，液相阻力大，效率低④表面張力梯度

a.正系統(tǒng)

泡沫狀態(tài)下操作

b.負(fù)系統(tǒng)噴射狀態(tài)下操作

c.中性系統(tǒng)分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合③相對揮發(fā)度泡沫狀態(tài)下操作b.負(fù)系統(tǒng)噴射狀態(tài)下操作c246.1.3.級效率的計(jì)算方法由理論板數(shù)求實(shí)際板數(shù)需要板效率數(shù)據(jù)。獲取方法有三種：A、由工業(yè)塔數(shù)據(jù)歸納出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式求算；B、依賴傳質(zhì)速率的半理論模型求得；C、從實(shí)驗(yàn)裝置或中間工廠直接得到數(shù)據(jù)。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.3.級效率的計(jì)算方法由理論板數(shù)求實(shí)際板數(shù)需要板25

⑴奧康奈爾（O’Connell）關(guān)系曲線(圖6-8）6.1.3.1經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑴奧康奈爾（O’Connell）關(guān)系曲線(圖6-8）6.126朱汝瑾公式：分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合朱汝瑾公式：分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合27⑵VanWinkle關(guān)系式⑶HETP亂堆填料HETP一般為0.45~0.6米；鮑爾環(huán)25mm的HETP為0.3m，38mm的HETP為0.45m，50mm的HETP為0.6m；規(guī)整填料如金屬絲網(wǎng)波紋填料CY型的HETP為0.125~0.166m、BX型的HETP為0.2~0.25m，麥勒派克填料的HETP為0.25-0.33m。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑵VanWinkle關(guān)系式⑶HETP分離過程及設(shè)備的效率與286.1.3.2機(jī)理模型（略）6.1.3.3.由實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)確定板效率當(dāng)無欲分離物系的氣液平衡數(shù)據(jù)時(shí)，達(dá)到分離程度所需的塔板數(shù)最好通過實(shí)驗(yàn)室測定。使用稱為Oldershaw塔的玻璃或金屬篩板塔，塔徑25～50毫米，篩孔1毫米，開孔率10％左右。塔板數(shù)任意。在20～1140千帕操作壓力范圍內(nèi)，Oldershaw塔的效率與塔徑在0.46～1.2米范圍的中間試驗(yàn)塔和工業(yè)塔的數(shù)據(jù)一致。AIChE（美國化學(xué)工程師學(xué)會(huì)）法,基于雙膜理論提出的計(jì)算方法。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.3.2機(jī)理模型（略）6.1.3.3.由實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)確29Oldershaw塔的偏于保守的試驗(yàn)步驟：1）測定泛點(diǎn)；2）在約60％泛點(diǎn)下操作（在40～60％范圍內(nèi)均可）；3）試驗(yàn)中通過調(diào)整塔板數(shù)和流率，達(dá)到預(yù)期分離程度；4）假設(shè)工業(yè)塔與Oldershaw塔在相同液氣比下操作需要相同的塔板數(shù)。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合Oldershaw塔的偏于保守的試驗(yàn)步驟：1）測定泛點(diǎn)；分離306.1.4.氣液傳質(zhì)設(shè)備的選擇6.1.4.1、板式塔和填料塔的選擇項(xiàng)目板式塔填料塔壓降較大小尺寸填料較大，大尺寸填料及規(guī)整填料較小空塔氣速較大小尺寸填料較小，大尺寸填料及規(guī)整填料較大持液量較大較小液氣比適應(yīng)范圍較大適應(yīng)范圍較小安裝檢修較易較難材質(zhì)常用金屬材料金屬及非金屬材料

造價(jià)大直徑時(shí)較低新型填料投資較大塔效率較穩(wěn)定，效率較高傳統(tǒng)填料較低，新型填料較高

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.4.氣液傳質(zhì)設(shè)備的選擇6.1.4.1、板式塔和填料塔31板式塔和填料塔的選擇要考慮以下因素：（1）物系的性質(zhì)①物料具有腐蝕性時(shí)，通常選用填料塔；②易發(fā)泡物系，宜選填料塔，因其具有限制和破碎泡沫的作用；③對熱敏物質(zhì)或需真空下操作的物系宜選用填料塔；分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合板式塔和填料塔的選擇要考慮以下因素：（1）物系的性質(zhì)32⑤分離有明顯熱效應(yīng)的物系宜選用板式塔（持液量大，便于安裝換熱裝置）；⑥易聚合和含有固體懸浮物的物系，不宜選用填料塔。④對高粘度的物系的分離，宜選用填料塔（粘度高，板式塔效率低）；分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑤分離有明顯熱效應(yīng)的物系宜選用板式塔（持液量大，便于安裝換33（2）塔的操作條件①板式塔的直徑一般≮0.6米，填料塔設(shè)備費(fèi)隨塔徑增加而迅速增加，大塔慎用填料塔；②填料塔操作彈性小，對液體負(fù)荷變化尤為敏感，板式塔往往具有較大彈性；③采用新型填料的填料塔具有較大的生產(chǎn)能力和較小的HETP。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（2）塔的操作條件①板式塔的直徑一般≮0.6米，填料塔設(shè)34（3）塔的操作方式①間歇操作，填料塔持液量較小，較合適；②由多個(gè)進(jìn)料口和側(cè)線采出的精餾塔，用板式塔更合適。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（3）塔的操作方式①間歇操作，填料塔持液量較小，較合適；356.1.4.2、填料的選擇（1）填料材質(zhì)的選擇

瓷質(zhì)填料耐腐蝕性好，使用溫度范圍較寬，價(jià)廉。但質(zhì)脆、易碎。

金屬填料壁薄，ε大，通量大、壓降小。適用于真空精餾。但價(jià)高，且應(yīng)注意耐腐問題。

塑料填料耐腐蝕性好、質(zhì)輕、耐沖擊、不易破碎，通量大、壓降小，但耐高溫性能差。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.4.2、填料的選擇（1）填料材質(zhì)的選擇瓷質(zhì)36（3）填料尺寸的選擇填料尺寸小，壓降大，費(fèi)用高；填料尺寸大易出現(xiàn)液體分布不均及嚴(yán)重壁流，分離效率低。為此要求：（2）填料種類的選擇

（4）填料的單位分離能力分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（3）填料尺寸的選擇（2）填料種類的選擇（4）填料的37分離過程為什么要節(jié)能？分離過程的特征？多組分分離的多塔排列順序?qū)δ芎氖欠裼绊懀糠蛛x過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程為什么要節(jié)能？分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合38分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合39分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合406.2.分離過程的最小分離功6.2.1.1等溫分離最小功

當(dāng)分離過程完全可逆時(shí)，分離消耗的功

完全可逆①體系內(nèi)所有的變化過程必須是可逆的②體系只與溫度為T0的環(huán)境進(jìn)行可逆的熱交換6.2.1分離過程的最小功分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.2.分離過程的最小分離功6.2.1.1等溫分離最小功41熱力學(xué)第一定律等溫可逆過程，進(jìn)出系統(tǒng)的物流與環(huán)境的溫度均為T,熱力學(xué)第二定律分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合熱力學(xué)第一定律等溫可逆過程，進(jìn)出系統(tǒng)的物流與環(huán)境的溫度均為42物質(zhì)分離的難易程度，取決于待分離混合物和分離所得產(chǎn)物的組成（xi，yi）、溫度和壓力分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合物質(zhì)分離的難易程度，取決于待分離混合物和分離過程及設(shè)備的效率43（1）分離理想氣體的混合物理想氣體混合物

由混合物分離成純組分分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（1）分離理想氣體的混合物理想氣體混合物由混合物分離成44等溫等壓分離理想氣體耗功有以下規(guī)律：1）將等分子氣體混合物分離成兩個(gè)純組分時(shí)所需最小功要比分離其它混合物所需最小功要大。此時(shí)得無因次最小功為0.6931。2）同一進(jìn)料組成yA，F(xiàn)，分離成兩個(gè)純組分比分離成兩個(gè)非純組分所需最小功要大，產(chǎn)品純度越高，最小功越大。3)理想氣體的分離最小功與P和被分離組分間的相對揮發(fā)度無關(guān)。4)環(huán)境溫度較高，所需最小功較大分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合等溫等壓分離理想氣體耗功有以下規(guī)律：1）將等分子氣體混合45例6-1設(shè)空氣中含氧21％（體積），若在25℃常壓下將空氣可逆分離成95％O2的氣氧和99％N2的氣氮，計(jì)算分離1kmol空氣的最小功。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合例6-1設(shè)空氣中含氧21％（體積），若在25℃常壓下將空氣46解：設(shè)產(chǎn)品氣氧為1，氣氮為2，氧為A，氮為B，（1）計(jì)算分離產(chǎn)物1，2為非純產(chǎn)品需最小功

設(shè)產(chǎn)品氣氧的量為xkmol，對分離前后的氧氣作物料衡算：1×0.21=0.95x+0.01(1—x)得：x=0.213kmol所以產(chǎn)品氣氮的量為0.787kmol，產(chǎn)品1，2的氧、氮摩爾出料如圖。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合解：設(shè)產(chǎn)品氣氧為1，氣氮為2，氧為A，氮為B，（1）計(jì)算分47⑵計(jì)算分離空氣為純N2，純O2所需最小功可見，分離成非純產(chǎn)品時(shí)所需最小功小于分離成純組分產(chǎn)品時(shí)所需的最小功。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑵計(jì)算分離空氣為純N2，純O2所需最小功可見，分離成非純產(chǎn)品48（2）分離低壓的液體混合物分離成純組分時(shí)所需最小功

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（2）分離低壓的液體混合物分離成純組分時(shí)所需最小功分離過49討論：1）若溶液為正偏差（即），等溫分離最小功將比分離理想溶液時(shí)?。?)若溶液為負(fù)偏差（即），等溫分離最小功將比分離理想溶液時(shí)大，原因是負(fù)偏差系統(tǒng)，不同組分間的分子力大于同一組分分子間的力，所以更難分離；3)對于完全不互溶體系（即）最小功等于零。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合討論：1）若溶液為正偏差（即），等溫分離50例6-2證明等溫分離二元理想氣體混合物為純組分，其最小功函數(shù)的極大值出現(xiàn)在等摩爾組成進(jìn)料的情況。證明：由計(jì)算此情況下最小功公式6－10對二元物系有：yBF=1-yAF,將之代入上式得分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合例6-2證明等溫分離二元理想氣體混合物為純組分，其最小功函數(shù)51上式兩邊對yAF求導(dǎo)得：則1－yAF=yAF,解得yAF=0.5.令分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合上式兩邊對yAF求導(dǎo)得：則1－yAF=yAF,解得yAF52由此證得，最小功函數(shù)的極大值出現(xiàn)在等摩爾組成進(jìn)料的情況。當(dāng)yAF<0.5，當(dāng)yAF>0.5，所以yAF=0.5時(shí)，有極大值。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合由此證得，最小功函數(shù)的極大值出現(xiàn)在等摩爾組成進(jìn)料的情況536.2.2非等溫分離和有效能分離過程所需的最小功，按物系在分離過程中的有效能的增量變化來表示

分離成純組分時(shí)分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.2.2非等溫分離和有效能分離過程所需的最小54凈功由可逆熱機(jī)將熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ源_定實(shí)際過程的凈功消耗。精餾分離

6.2.3凈功消耗

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合凈功由可逆熱機(jī)將熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，以確定實(shí)際過程的凈556.2.4熱力學(xué)效率熱力學(xué)效率

若分離過程是完全可逆的，熱力學(xué)效率為1實(shí)際過程為不可逆過程，故必定小于1.0分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.2.4熱力學(xué)效率熱力學(xué)效率若分離過程是完全可逆的，熱力56通常:

1)只依靠外加能量(ESA)的分離過程（如精餾、結(jié)晶），熱力學(xué)效率較高；2)除加入ESA，還需加入MSA的分離過程（如萃取精餾、共沸精餾、萃取、吸收和吸附等）熱力學(xué)效率較低；3)速率控制的分離過程熱力學(xué)效率更低。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合通常:1)只依靠外加能量(ESA)的分離過程（如精餾、結(jié)晶57如圖精餾過程的凈耗功為：QCTCQRTRDWF精餾塔若進(jìn)出體系的物料的焓相近時(shí)，近似有QR＝QC＝Q，則

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合如圖精餾過程的凈耗功為：QCTCQRTRDWF精58例6-2某丙烯(A)-丙烷(B)精餾塔。若進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量F=272.16kmol/h,HF=1740.38kJ/kmol，SF=65.79kJ/(kmol·K)，塔頂餾出液D=159.21kmol/h，HD=12793.9kJ/kmol，SD=74.69kJ/(kmol·K)，塔底釜液W=112.95kmol/h，HW=3073.37kJ/kmol，SW=66.10kJ/(kmol·K)，假設(shè)環(huán)境溫度T0＝294K。

計(jì)算⑴再沸器負(fù)荷(冷凝器負(fù)荷QC=32401526kJ/h給定)；⑵有效能變化；⑶當(dāng)再沸器加熱劑溫度TR=377.6K，冷凝器冷卻劑溫度TC=305.4K時(shí)的凈功消耗；⑷熱力學(xué)效率。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合例6-2某丙烯(A)-丙烷(B)精餾塔。若進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)59解：⑴作全塔熱量衡算：⑵己知T0＝294K分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合解：⑴作全塔熱量衡算：⑵己知T0＝294K分離過程及設(shè)備的60⑶凈功消耗⑷熱力學(xué)效率分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑶凈功消耗⑷熱力學(xué)效率分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合61例苯－甲苯常壓精餾塔，進(jìn)料、餾出液及釜液的溫度分別為92℃、82℃和108℃，設(shè)環(huán)境溫度為20℃，塔頂冷凝器的熱負(fù)荷為997kW（用水冷卻），塔釜再沸器熱負(fù)荷為1025kw（用130℃蒸汽加熱）。試求過程凈功消耗。解：塔頂用水冷卻，設(shè)循環(huán)水溫為35℃（308K）則由式6－25分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合例苯－甲苯常壓精餾塔，進(jìn)料、餾出液及釜液的溫度分別為92626.3.分離過程的節(jié)能6.3.1.分離過程的熱力學(xué)分析精餾過程熱力學(xué)不可逆的原因

精餾過程不可逆的根本原因是三傳的不可逆性。其主要表現(xiàn)于以下幾方面：分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.3.分離過程的節(jié)能6.3.1.分離過程的熱力學(xué)分析分離過63（1）流體流動(dòng)時(shí)有（通過一定壓力梯度的動(dòng)量傳遞）；（2）傳熱時(shí)有一定溫差（通過一定溫度梯度的熱量傳遞或不同溫度的物流直接混合）；（3）傳質(zhì)過程有濃度差（通過一定濃度梯度的質(zhì)量傳遞或不同化學(xué)位的物流直接混合）；（4）還可能存在不可逆化學(xué)反應(yīng)。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（1）流體流動(dòng)時(shí)有（通過一定壓力梯度的動(dòng)量傳遞）；分離64提高精餾過程熱力學(xué)效率的途徑

（1）降低流動(dòng)過程的，變板式塔為填料塔是降低提高生產(chǎn)能力的主要途徑；（2）減小塔頂冷凝器和塔底再沸器的,常采用高效換熱器或改進(jìn)操作方式；（3）在較小R或不同R（設(shè)中間再沸器或中間冷凝器）下操作，以便降低傳熱傳質(zhì)的不可逆性（降低了所耗能量的品位，降低了有效能消耗，從而提高了熱力學(xué)效率）；分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合提高精餾過程熱力學(xué)效率的途徑（1）降低流動(dòng)過程的65（4）采用雙效或多效精餾（各塔采用不同壓力，使供入塔內(nèi)的熱量重復(fù)使用，重復(fù)使用的次數(shù)稱為效數(shù)）（5）對原料中各組分沸點(diǎn)差不大的系統(tǒng)采用熱泵流程。有效能的充分回收及利用采用加強(qiáng)設(shè)備的保溫及利用物流的部分顯熱或潛熱等措施減少過程的凈耗功

改變分離過程操作條件減少過程的凈耗功，如嚴(yán)控設(shè)計(jì)富裕度，選定最佳R

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（4）采用雙效或多效精餾（各塔采用不同壓力，使供入塔內(nèi)的熱666.3.2.設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器設(shè)置設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器，使操作更趨于可逆精餾，凈功消耗降低，同時(shí)可回收或節(jié)省高位的能量。當(dāng)頂?shù)蜏夭钶^大時(shí)，效果尤佳。若在中間冷凝器和中間再沸器之間加一熱泵，效率更高。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.3.2.設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器設(shè)置設(shè)置中間冷凝器和中67分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合686.3.3.多效精餾利用若干壓力不同的精餾塔，按壓力高低順序進(jìn)行組合，使相鄰兩塔之間將高壓塔頂?shù)恼羝鳛榈蛪核椎脑俜衅鞯募訜峤橘|(zhì)

多效精餾比單效精餾可節(jié)省加熱蒸汽的30%-50%

但需增加設(shè)備投資，需要更高的控制系統(tǒng)。

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.3.3.多效精餾利用若干壓力不同的精餾塔，按壓力69并流型混流型串聯(lián)型分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合并流型混流型串聯(lián)型分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合70低壓塔高壓塔F1F2D2W1W2D1低沸成分>高沸成分1、并流型2、逆流型低壓塔高壓塔FD2WD1SW低沸成分>高沸成分分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合低壓塔高壓塔F1F2D2W1W2D1713、混流型低壓塔高壓塔FD2WD1SW低沸成分>高沸成分W低壓塔高壓塔FW1W2DS低沸成分<高沸成分分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合3、混流型低壓塔高壓塔FD2WD1S726.3.4.低溫精餾的熱泵熱泵——將精餾和制冷循環(huán)結(jié)合起來，把塔頂?shù)蜏靥幍臒崃總鬟f給塔釜高溫處的系統(tǒng)。解決辦法

將制冷與精餾結(jié)合起來，把熱量由低溫處傳向高溫處。存在問題

T頂<T釜，熱量不能自動(dòng)由低溫傳向高溫提出設(shè)想將塔頂移出熱量拿到塔釜供熱精餾操作共同特點(diǎn)

塔頂溫度低于塔底溫度塔頂需供冷移熱，塔釜須供熱

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.3.4.低溫精餾的熱泵熱泵——將精餾和制冷循環(huán)結(jié)合起來，73(1)采用外部致冷劑的熱泵（閉式熱泵）DW

F精餾塔分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(1)采用外部致冷劑的熱泵（閉式熱泵）DWF精餾74(2)采用壓縮塔頂蒸汽的熱泵（開式A型熱泵）FDW精餾塔分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(2)采用壓縮塔頂蒸汽的熱泵（開式A型熱泵）FDW75(3)采塔底液體閃蒸的熱泵（開式B型熱泵）低溫精餾采用熱泵可提高熱力學(xué)效率。當(dāng)原料中各組分沸點(diǎn)接近，且沸點(diǎn)均小于環(huán)境溫度時(shí)，效果更佳。DWF精餾塔分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(3)采塔底液體閃蒸的熱泵（開式B型熱泵）低溫精餾采用熱76雙塔式熱泵精餾流程分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合雙塔式熱泵精餾流程分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合77(4)熱泵精餾節(jié)能例子將溫度較低的塔頂蒸汽經(jīng)壓縮后作為塔底再沸器的熱源消耗一定量的機(jī)械功來提高低溫蒸汽的能位而加以利用

1234分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(4)熱泵精餾節(jié)能例子將溫度較低的塔頂蒸汽經(jīng)壓縮后作為塔底再786.3.5有關(guān)分離操作的節(jié)能經(jīng)驗(yàn)規(guī)則P202表6-1１、如果進(jìn)料混合物中不止存在一相，則首選采用機(jī)械分離２、避免熱量、冷量或機(jī)械功的損失；采用合適的絕熱措施；避免排出大量熱的或冷的產(chǎn)品，質(zhì)量分離劑等等３、避免作過于安全的設(shè)計(jì)和（或）沒有必要使分離過度的實(shí)際操作；對于生產(chǎn)能力變動(dòng)的裝置，則尋求有效調(diào)節(jié)范圍的設(shè)計(jì)４、尋求有效的控制方案，以降低不穩(wěn)定操作時(shí)的過量能耗和減少由于能量積累所引起的相互影響對過程的干擾分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.3.5有關(guān)分離操作的節(jié)能經(jīng)驗(yàn)規(guī)則P202表6-1分離79５、在過程構(gòu)成中尋求有效能最大者（或成本費(fèi)用最大者）作為首要對象，通過過程的改進(jìn)以降低能耗６、在相際轉(zhuǎn)移時(shí)，優(yōu)先分離掉轉(zhuǎn)移量少的而不是轉(zhuǎn)移量多的組分７、使用的換熱器要適當(dāng)，換熱器如果較貴，就要尋找傳熱系數(shù)較高的８、盡力減少質(zhì)量分離劑的流量，只要選擇性可以達(dá)到要求，優(yōu)先選擇Ｋ１大的分離劑９、只要好用，優(yōu)先選擇分離因子高的方案分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合５、在過程構(gòu)成中尋求有效能最大者（或成本費(fèi)用最大者）作為首要8010、避免將不相同組成溫度的物流混合的設(shè)計(jì)11、分清不同形式的能量以及不同溫度水平的冷量和熱量的價(jià)值差別；加進(jìn)和引出熱量要使其溫度水平接近于所需要的或是所具有的值；盡量有效地利用熱源和熱阱之間的整個(gè)溫差，例如多效蒸發(fā)12、對于在較小溫差下輸入熱量來進(jìn)行分離的過程，可以考慮使用熱泵的可能性13、適當(dāng)采用分級或逆流操作，以降低分離劑用量分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合10、避免將不相同組成溫度的物流混合的設(shè)計(jì)分離過程及設(shè)備的效8114、當(dāng)分離因子差不多時(shí)，優(yōu)先選用能量分離劑過程，而其次選質(zhì)量分離劑過程，同時(shí)，如有必要分級，則優(yōu)先考慮平衡過程，其次才考慮速率控制過程15、在能量分離劑過程中，優(yōu)先選擇那些相變化潛熱較低的分離劑16、如果壓力降在能耗方面占重要地位，應(yīng)設(shè)法尋找能夠降低壓力降的有效的設(shè)備內(nèi)件分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合14、當(dāng)分離因子差不多時(shí)，優(yōu)先選用能量分離劑過程，而其次選質(zhì)826.4分離過程系統(tǒng)合成6.4.1.分離順序數(shù)

若分離為清晰分離塔（銳分離器），分離順序數(shù)SC：當(dāng)采用多種分離方法時(shí)分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.4分離過程系統(tǒng)合成6.4.1.分離順序數(shù)當(dāng)采用多種分離836.4.2

分離順序的合成方法調(diào)優(yōu)法――以某個(gè)初始精餾塔序?yàn)槌霭l(fā)點(diǎn)，按照一定的調(diào)優(yōu)法則和策略對它進(jìn)行逐步改進(jìn)，最終合成出最優(yōu)分離順序。確定分離順序的方法：調(diào)優(yōu)法算法合成法（最優(yōu)合成法）經(jīng)驗(yàn)法（試探法）分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.4.2

分離順序的合成方法調(diào)優(yōu)法――以某個(gè)初始精餾塔序84經(jīng)驗(yàn)法：依據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則對具體問題進(jìn)行定性分析而確定分離序列的方法。其優(yōu)點(diǎn)是使用簡便，不需進(jìn)行十分繁雜的計(jì)算即可從大量可能的序列中篩選出接近最優(yōu)的序列。不足是缺乏嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，不能合成出最優(yōu)的序列。算法合成技術(shù)：有數(shù)學(xué)規(guī)劃法、分支界限法、有序搜索法和有序分支搜索法等。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合經(jīng)驗(yàn)法：依據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則對具體問題進(jìn)行定性分析而確定分離序列的方856.4.2.1試探法

(1)關(guān)于分離方法選擇的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則首選分離方法為ESA的方法（如普通精餾），其次選用是使用MSA的方法（如吸收，液液萃取和特殊精餾）。關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度<1.05時(shí)，普通精餾在經(jīng)濟(jì)上不合算盡量不用真空蒸餾和冷凍操作分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.4.2.1試探法(1)關(guān)于分離方法選擇的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則分離過86(2)設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則傾向于采用產(chǎn)品數(shù)目最少的分離序列由分離塔直接得產(chǎn)品是最好的，要避免分離得到的產(chǎn)物混合調(diào)配而得產(chǎn)品。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(2)設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則傾向于采用產(chǎn)品數(shù)目最少的分離序列分離87(3)與組分性質(zhì)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則優(yōu)先分離熱穩(wěn)定性差、具有腐蝕性和毒性的組分；優(yōu)先分離出能發(fā)生反應(yīng)的組分；產(chǎn)品純度要求高的分離放在分離序列的最后；最難分離的組分最后分離；優(yōu)先分離易于分離的組分。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(3)與組分性質(zhì)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則優(yōu)先分離熱穩(wěn)定性差、具有腐蝕性88(4)與組成和經(jīng)濟(jì)性有關(guān)的規(guī)則傾向于一分為二的分離；較輕的組分優(yōu)先分離；將含量最高的組分優(yōu)先分離；盡量使分離單元內(nèi)上升的氣相流率最小。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(4)與組成和經(jīng)濟(jì)性有關(guān)的規(guī)則傾向于一分為二的分離；分離過程89應(yīng)用這些規(guī)則的最好方法是①同時(shí)滿足（或近似滿足）幾條規(guī)則的序列應(yīng)予優(yōu)先考慮；②同時(shí)考慮用不同試探規(guī)則確定的幾種序列；③確定起主要作用的規(guī)則；④保留2～3個(gè)最好的序列。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合應(yīng)用這些規(guī)則的最好方法是①同時(shí)滿足（或近似滿足）幾條規(guī)則的906.4.2.2有序試探法

四大類：分離方法（M）試探規(guī)則，主要是對某一特定的分離任務(wù)，確定最好采用哪一類分離方法；設(shè)計(jì)（D）試探規(guī)則，主要決定最好采用的某個(gè)特定性質(zhì)的分離順序；組分（Ｓ）試探規(guī)則，根據(jù)被分離組分性質(zhì)上的差異而提出的規(guī)則；組成（C）規(guī)則，表示進(jìn)料組成及產(chǎn)品組成對分離費(fèi)用的影響。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.4.2.2有序試探法四大類：分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能91(1)M規(guī)則

M1規(guī)則：優(yōu)先采用ESA的方法，其次才考慮采用MSA的方法，若采用MSA，應(yīng)在下一級分離中將其除去，并且不能用MSA來分離另MSA。M2規(guī)則：盡量避免采用真空精餾、冷凍操作。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(1)M規(guī)則M1規(guī)則：優(yōu)先采用ESA的方法，其次才考92(2)D規(guī)則產(chǎn)品集合中元素最少的分離序列最有利(3)S規(guī)則S1規(guī)則：首先除掉具有腐蝕性、毒性組分，以減少污染，對后續(xù)設(shè)備及操作條件就不必提出過高的要求。S2規(guī)則：最后處理難分離和分離要求高的組分。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(2)D規(guī)則產(chǎn)品集合中元素最少的分離序列最有利分離過93(4)C規(guī)則C1規(guī)則：規(guī)定應(yīng)將進(jìn)料中含量最多的組分首先分離出去。C2規(guī)則：指出等摩爾分割最有利。、難以判斷哪一種分離最接近一分為二，選擇最大CES處為分離點(diǎn)（CES）=f×ΔΔ欲分離兩個(gè)組分的沸點(diǎn)差，或Δ＝（α-1)×100；f=D/W，D≤W；f=W/D，D＞W(wǎng)。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合(4)C規(guī)則C1規(guī)則：規(guī)定應(yīng)將進(jìn)料中含量最多的組分首先分94這七條規(guī)則的重要性按下列次序排列：

M1＞M2＞D＞S1＞S2＞C1＞C2

類別經(jīng)驗(yàn)規(guī)則ＭＭ１優(yōu)先使用能量分離劑的方法Ｍ２盡可能避免采用真空精餾及冷凍操作ＤＤ選擇能產(chǎn)生最少產(chǎn)品集合的分離順序ＳＳ１首先移除腐蝕性和危險(xiǎn)性的組分Ｓ２將最困難的分離放在分離順序的最后ＣＣ１先分離出含量最多的組分Ｃ２優(yōu)先采用等摩爾分割或ＣＥＳ數(shù)值最大的分割分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合這七條規(guī)則的重要性按下列次序排列：

M1＞M2＞D＞S1＞S95例6-3將下列混合物分離成較純的單組分物流，進(jìn)料組成如下表，其中組分E具有毒性，試用有序試探法選出一種最佳簡單分離順序。組分進(jìn)料摩爾分率(kmol/h)相對揮發(fā)度要求產(chǎn)品的濃度（mol）A103.58含A94%B102.17含B94%C101.86含C94%D151.00含D94%E300.412含E94%分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合例6-3將下列混合物分離成較純的單組分物流，進(jìn)料組成如下表，96解：根據(jù)S1規(guī)則和C1規(guī)則，E為有毒氣體且含量最多，應(yīng)首先將其分離，所以第一步應(yīng)分離組分E；B、C組分間相對揮發(fā)度最小，相對最難分離，根據(jù)S2規(guī)則，B、C組分最后分離；A為最易分離的物體，所以第二步應(yīng)分離組分A。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合解：根據(jù)S1規(guī)則和C1規(guī)則，E為有毒氣體且含量最多，應(yīng)首先97具體分離順序分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合具體分離順序分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合986.4.3復(fù)雜塔的分離順序(略）在簡單分離塔的基礎(chǔ)上加上多段進(jìn)料、側(cè)線出料、預(yù)分餾、側(cè)線精餾、側(cè)線提餾和熱偶合等組合方式構(gòu)成復(fù)雜塔及包括復(fù)雜塔在內(nèi)的塔序，力求降低能耗。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.4.3復(fù)雜塔的分離順序(略）在簡單分離塔的基礎(chǔ)上加上多991、按相對揮發(fā)度遞減的順序逐個(gè)從塔頂分離出各組分（直接分離序列）

恩德伍德公式兩邊同乘以D：對普通精餾塔塔序可從以下規(guī)則加以考慮分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合1、按相對揮發(fā)度遞減的順序逐個(gè)從塔頂分離出各組分（直接分100（1）LNK存在，,塔頂組分越多，塔頂冷凝器和塔釜再沸器傳熱負(fù)荷越大，能耗大。所以，上順序優(yōu)。（2）當(dāng)混合物中某些組分沸點(diǎn)小于常溫時(shí)，該規(guī)則可使難凝組分首先分離出，減少高壓或低溫塔的數(shù)目。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（1）LNK存在，,塔頂組分越多，塔頂1012、

最難分離組分應(yīng)放在塔序的最后分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合2、

最難分離組分應(yīng)放在塔序的最后分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能102

（1）使級間流率↓，再沸器加入熱量↓,凈功消耗↓

；（2）塔頂與塔底溫差↓

，使凈功消耗↓

；（3）分離難分離組分精餾塔（N多塔高）的級間流率↓

，塔徑↓

，設(shè)備費(fèi)用↓

。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（1）使級間流率↓，再沸器加入熱量↓,凈功消耗↓；（21033、各塔的餾出液和釜液摩爾流率盡量接近全塔內(nèi)回流比較平衡，操作可逆性好，效率高，凈功消耗低。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合3、各塔的餾出液和釜液摩爾流率盡量接近全塔內(nèi)回流比1044、分離收率很高的組分應(yīng)最后分出此塔N多塔高放于最后減小塔徑，減小設(shè)備費(fèi)用。5、進(jìn)料含量高的組分盡量提前分出避免該組分在后繼塔中多次蒸發(fā)和冷凝，減小后繼塔的流率和冷凝器、再沸器的負(fù)荷，節(jié)省能耗和設(shè)備費(fèi)用

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合4、分離收率很高的組分應(yīng)最后分出此塔N多塔高放于最后減小塔徑1056、特殊組分的要先分

當(dāng)上面各條規(guī)則發(fā)生矛盾時(shí)，抓主要矛盾，從中選出最適宜的塔序。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6、特殊組分的要先分當(dāng)上面各條規(guī)則發(fā)106有的提出如下原則，發(fā)生矛盾和含義交叉時(shí)，在前的原則優(yōu)先遵循：（1）優(yōu)先應(yīng)用普通精餾如必須選用MSA的分離方法（時(shí)），MSA應(yīng)在接下來的塔中立即分出。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合有的提出如下原則，發(fā)生矛盾和含義交叉時(shí)，在前的原則優(yōu)先遵循：107（2）避免減壓操作和使用冷凍劑避免壓力偏離常壓和塔溫過高或過低，若必須偏離常壓，寧用高壓而不用減壓操作，塔溫寧高不用冷凍劑。當(dāng)精餾需要減壓操作時(shí)，應(yīng)考慮采用萃取操作；當(dāng)需要冷凍劑時(shí)，應(yīng)考慮吸收操作。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（2）避免減壓操作和使用冷凍劑避免壓力偏離常壓和塔溫108（3）產(chǎn)品數(shù)量應(yīng)最少當(dāng)有些產(chǎn)品是混合物時(shí)，所選塔序最好能直接分出這種產(chǎn)品，當(dāng)需混合辦法的此產(chǎn)品時(shí)，所用混合操作應(yīng)最少。（4）具有腐蝕性和危險(xiǎn)性的組分應(yīng)首先分離（5）難以進(jìn)行的分離應(yīng)放于最后（6）含量最大的應(yīng)先分出（7）使塔兩端產(chǎn)品等摩爾流率的分離有利分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（3）產(chǎn)品數(shù)量應(yīng)最少當(dāng)有些產(chǎn)品是混合物時(shí)，所選塔序109應(yīng)用（1）（2）兩條可首先解決所用的分離方法；根據(jù)產(chǎn)品要求用（3）（4）（5）條可確定什么分離是不能進(jìn)行的，什么分離時(shí)應(yīng)最先進(jìn)行的，什么分離應(yīng)放在最后；應(yīng)用（6）（7）兩條合成出分離序列。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合應(yīng)用（1）（2）兩條可首先解決所用的分離方法；根據(jù)110還有的提出選擇塔序的四條原則：（1）關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度接近于1時(shí)，希望在沒有非關(guān)鍵組分存在下分離這一對關(guān)鍵組分；（2）一般說來按相對揮發(fā)度由大到小逐個(gè)從塔頂分離各組分的塔序是有利的；（3）應(yīng)使各塔的D和W的摩爾流率盡量接近；（4）分離回收率很高的組分的塔應(yīng)放在最后。6.3.2復(fù)雜塔的分離順序（略）分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合還有的提出選擇塔序的四條原則：（1）關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度接近1112、過程合成的基本方法：（1）探試法應(yīng)用探試規(guī)則作出判斷，從眾多的可行結(jié)構(gòu)中選出少量最有希望的結(jié)構(gòu)方案，然后對這幾個(gè)方案進(jìn)行深入分析，從中找出最優(yōu)的方案。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和直覺建立的半定量的判斷規(guī)則。根據(jù)歸納法的邏輯，即從個(gè)別推論到一般，因此其有可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。但探試規(guī)則可使搜索空間大大縮小，能較快地找到接近最優(yōu)解。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合2、過程合成的基本方法：（1）探試法應(yīng)用探試規(guī)則作112用嚴(yán)格的數(shù)值計(jì)算法排除大量可能方案，搜索空間縮小。對各種方案進(jìn)行分枝，設(shè)定目標(biāo)函數(shù)的上下界，通過分枝上結(jié)點(diǎn)的計(jì)算和目標(biāo)函數(shù)值比較，對界限不斷加以改進(jìn)，并決定結(jié)點(diǎn)處是否需要進(jìn)一步分枝，最終找出最優(yōu)解。（2）分枝定界法（分枝定界法）

這種方法不會(huì)將最優(yōu)解漏掉，但計(jì)算量大。為探試規(guī)則和分枝定界法的結(jié)合。調(diào)優(yōu)法每一次僅在現(xiàn)有方案周圍的某個(gè)空間范圍內(nèi)搜索，使系統(tǒng)不斷得到改進(jìn)。綜合了探試法和分枝定界法的優(yōu)點(diǎn)。（3）調(diào)優(yōu)法分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合用嚴(yán)格的數(shù)值計(jì)算法排除大量可能方案，搜索空間113金屬絲網(wǎng)波紋填料AX型AX型分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合金屬絲網(wǎng)波紋填料AX型AX型分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合114金屬絲網(wǎng)波紋填料BX型分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合金屬絲網(wǎng)波紋填料BX型分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合115金屬絲網(wǎng)波紋填料CY型分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合金屬絲網(wǎng)波紋填料CY型分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合116麥勒派克填料分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合麥勒派克填料分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合117陶瓷鮑爾環(huán)填料陶瓷階梯環(huán)填料

陶瓷拉西環(huán)填料陶瓷異鞍環(huán)陶瓷共軛環(huán)陶瓷矩鞍環(huán)陶瓷十字環(huán)

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合陶瓷鮑爾環(huán)填料陶瓷階梯環(huán)填料陶瓷拉西環(huán)填料陶瓷異鞍環(huán)118鮑爾環(huán)填料分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合鮑爾環(huán)填料分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合119陶瓷波紋填料分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合陶瓷波紋填料分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合120ADV浮閥F1浮閥浮閥塔盤條形浮閥塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合ADV浮閥F1浮閥浮閥塔盤條形浮閥塔盤分離過程及設(shè)備的效率與121Teller花環(huán)填料八四內(nèi)弧環(huán)填料蝴蝶環(huán)填料分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合Teller花環(huán)填料八四內(nèi)弧環(huán)填料蝴蝶環(huán)填料分離過程及設(shè)備的122英特洛克斯填料階梯環(huán)填料分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合英特洛克斯填料階梯環(huán)填料分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合123泡罩塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合泡罩塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合124F1型浮閥塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合F1型浮閥塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合125舌型塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合舌型塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合126駝峰型支撐板分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合駝峰型支撐板分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合127十字型浮閥塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合十字型浮閥塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合128微分浮閥塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合微分浮閥塔盤分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合129作業(yè)中問題1、有效數(shù)字位數(shù)保留:∑xi(yi)=12、注意計(jì)算順序，有的從下向上計(jì)算由yi2→xi，2。3、注意分析計(jì)算中錯(cuò)誤，有的從塔釜向上計(jì)算得：xHK，1>xHK，W4、先列出計(jì)算過程順序示意圖，再計(jì)算可減少錯(cuò)誤。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合作業(yè)中問題1、有效數(shù)字位數(shù)保留:∑xi(yi)=1分離過程及130演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain2022/12/23分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain2022131分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合2022/12/23分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合2022/12/17分離過程及132（1）掌握等溫分離的最小功的計(jì)算方法，了解非等溫分離和有效能、凈功消耗和熱力學(xué)效率的計(jì)算。（2）了解精餾過程的熱力學(xué)不可逆分析方法，掌握精餾過程的節(jié)能技術(shù)。（3）掌握簡單分離和復(fù)雜塔的分離順序的合成的原則。本章要求：分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（1）掌握等溫分離的最小功的計(jì)算方法，了解非等溫分離和有效能1336.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率6.1.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力的影響因素氣液傳質(zhì)設(shè)備有板式塔和填料塔兩類。影響氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力的因素有：6.1.1.1液泛板式塔：，處理能力增加；填料塔：，處理能力增加。規(guī)整填料處理能力大于亂堆填料。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的處理能力和效率6.1.1氣液傳質(zhì)設(shè)備的1346.1.1.2霧沫夾帶6.1.1.3.壓力降

板式塔中，霧沫夾帶程度用霧沫夾帶量（<0.1kg液體／kg氣體）或泛點(diǎn)百分率表示。隨。真空操作設(shè)備的往往成為限制生產(chǎn)能力的主要原因，還影響降液管內(nèi)液位高度，↑，液位高度↑，以造成液泛。6.1.1.4.停留時(shí)間精餾中液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間一般≮3～5秒。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.1.2霧沫夾帶6.1.1.3.壓力降板式塔中，1356.1.2氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及影響因素6.1.2.1實(shí)際板和理論板的差異⑴理論板假定離開該板的汽、液兩相達(dá)到平衡

⑵理論板上相互接觸的汽液兩相完全混合，板上液相濃度均一⑶實(shí)際板上汽液兩相存在不均勻流動(dòng)，停留時(shí)間有明顯差異

⑷實(shí)際板存在霧沫夾帶、漏液和液相夾帶泡沫現(xiàn)象。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.2氣液傳質(zhì)設(shè)備的效率及影響因素6.1.2.1實(shí)際板1366.1.2.2級效率的定義（1）全塔效率ET（總板效率，塔效率）－－為完成給定分離任務(wù)所需要的理論塔板數(shù)（N）與實(shí)際塔板數(shù)（Nact）之比。ET的特點(diǎn)是容易測定和使用。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.2.2級效率的定義（1）全塔效率ET（總板效率，塔效137⑵板式塔①默弗里（Murphree）板效率默弗里板效率――實(shí)際板上濃度變化與平衡時(shí)應(yīng)達(dá)到的濃度變化之比。――與成平衡的氣相摩爾分率。默弗里氣相板效率yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑵板式塔①默弗里（Murphree）板效率默弗里板效率――138一般默弗里液相板效率yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合一般默弗里液相板效率yi,j+1xi,j-1yi,j139②默弗里（Murphree）點(diǎn)效率

板上氣液兩相錯(cuò)流，假定液體在垂直方向上完全混合。若氣液兩相完全混合，則＝。――與成平衡的氣相摩爾分率。xi,j-1xi,jjj-1分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合②默弗里（Murphree）點(diǎn)效率板上氣液兩相錯(cuò)流140⑶填料塔①傳質(zhì)單元高度分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑶填料塔①傳質(zhì)單元高度分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合141②等板高度（HETP）對于填料塔:為相當(dāng)于一塊理論板所需的填料高度。對于板式塔:

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合②等板高度（HETP）對于填料塔:對于板式塔:分離過程及1426.1.2.3影響級效率的因素⑴點(diǎn)效率與傳質(zhì)間的關(guān)系由雙膜理論得：G一定，。塔板上液層愈厚，氣泡愈分散，表面湍動(dòng)程度愈高，點(diǎn)效率愈高。NG、NL可由經(jīng)驗(yàn)式求得。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.2.3影響級效率的因素⑴點(diǎn)效率與傳質(zhì)間的關(guān)系由雙膜理143⑵液體混合情況對板效率的影響液體流經(jīng)塔板時(shí)，板上任一點(diǎn)的液體會(huì)在三個(gè)垂直方向上發(fā)生混合：縱向混合、橫向混合和垂直于塔板液面，沿氣流的混合。這些混合將影響板效率。描述流型對效率影響的數(shù)學(xué)模型：yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑵液體混合情況對板效率的影響液體流經(jīng)塔板時(shí)，板上任一144①板上液體完全混合板上各點(diǎn)均相同，并等于該板出口溢流液的xi,j組成，即，若進(jìn)入板各點(diǎn)的是均一的，則有：分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合①板上液體完全混合板上各點(diǎn)均相同，并等于該板145②液體完全不混合（活塞流）且停留時(shí)間相同默弗里板效率和點(diǎn)效率間關(guān)系式：由上式得右圖知：液體混合作用的減弱使默弗里板效率增大。1.05.000.53.0EOG／λEMV／EOG完全不混合完全混合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合②液體完全不混合（活塞流）且停留時(shí)間相同默弗里板效率和點(diǎn)效率146③液體部分混合縱向混合將使下降；橫向混合將使上升。不完全混合使得。不均勻流動(dòng)，尤其是環(huán)流會(huì)對效率產(chǎn)生不利影響；橫向混合能削弱液相不均流動(dòng)的不利影響；塔徑加大，縱向不完全混合有利影響減弱，不均勻流動(dòng)則趨于加強(qiáng)。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合③液體部分混合縱向混合將使下降；橫向混合將147液體流程的平均寬度完全混合

完全不混合

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合液體流程的平均寬度完全混合完全不混合分離過程及設(shè)備的效率14830分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合30分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合149（3）霧沫夾帶霧沫夾帶為級間混合，降低分離設(shè)備的分離效果，板效率下降。Colburn（可爾本）1936年推導(dǎo)出下關(guān)系：――有霧沫夾帶下的板效率。此外，漏液和氣體被液體夾帶也會(huì)使板效率降低。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（3）霧沫夾帶霧沫夾帶為級間混合，降低分離設(shè)備的分150分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合151求得由泛點(diǎn)百分率分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合求得由泛點(diǎn)百分率分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合152Ea求取步驟①由公式求出ＥOG②求出彼克來準(zhǔn)數(shù)由圖或公式求出EMV/EOG，進(jìn)而求出EMV。③查圖得到液泛極限KV，進(jìn)而求出液泛速度uf④查圖得夾帶分率e，由公式求出有霧沫夾帶下的板效率。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合Ea求取步驟①由公式求153（4）物性的影響①

液體粘度②密度梯度

當(dāng)易揮發(fā)組分的大于難揮發(fā)組分的時(shí)，能形成混合旋流，可提高液相傳質(zhì)系數(shù)。大，產(chǎn)生氣泡大，相界面小，兩相接觸差，且液相擴(kuò)散系數(shù)小，效率低。因精餾T一般較吸收T高，小，故精餾塔效率高于吸收塔。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（4）物性的影響①

液體粘度②密度梯度當(dāng)易揮發(fā)組分154③相對揮發(fā)度

大則相當(dāng)于汽相溶解度低，Ki小，液相阻力大，效率低④表面張力梯度

a.正系統(tǒng)

泡沫狀態(tài)下操作

b.負(fù)系統(tǒng)噴射狀態(tài)下操作

c.中性系統(tǒng)分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合③相對揮發(fā)度泡沫狀態(tài)下操作b.負(fù)系統(tǒng)噴射狀態(tài)下操作c1556.1.3.級效率的計(jì)算方法由理論板數(shù)求實(shí)際板數(shù)需要板效率數(shù)據(jù)。獲取方法有三種：A、由工業(yè)塔數(shù)據(jù)歸納出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式求算；B、依賴傳質(zhì)速率的半理論模型求得；C、從實(shí)驗(yàn)裝置或中間工廠直接得到數(shù)據(jù)。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.3.級效率的計(jì)算方法由理論板數(shù)求實(shí)際板數(shù)需要板156

⑴奧康奈爾（O’Connell）關(guān)系曲線(圖6-8）6.1.3.1經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑴奧康奈爾（O’Connell）關(guān)系曲線(圖6-8）6.1157朱汝瑾公式：分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合朱汝瑾公式：分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合158⑵VanWinkle關(guān)系式⑶HETP亂堆填料HETP一般為0.45~0.6米；鮑爾環(huán)25mm的HETP為0.3m，38mm的HETP為0.45m，50mm的HETP為0.6m；規(guī)整填料如金屬絲網(wǎng)波紋填料CY型的HETP為0.125~0.166m、BX型的HETP為0.2~0.25m，麥勒派克填料的HETP為0.25-0.33m。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑵VanWinkle關(guān)系式⑶HETP分離過程及設(shè)備的效率與1596.1.3.2機(jī)理模型（略）6.1.3.3.由實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)確定板效率當(dāng)無欲分離物系的氣液平衡數(shù)據(jù)時(shí)，達(dá)到分離程度所需的塔板數(shù)最好通過實(shí)驗(yàn)室測定。使用稱為Oldershaw塔的玻璃或金屬篩板塔，塔徑25～50毫米，篩孔1毫米，開孔率10％左右。塔板數(shù)任意。在20～1140千帕操作壓力范圍內(nèi)，Oldershaw塔的效率與塔徑在0.46～1.2米范圍的中間試驗(yàn)塔和工業(yè)塔的數(shù)據(jù)一致。AIChE（美國化學(xué)工程師學(xué)會(huì)）法,基于雙膜理論提出的計(jì)算方法。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.3.2機(jī)理模型（略）6.1.3.3.由實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)確160Oldershaw塔的偏于保守的試驗(yàn)步驟：1）測定泛點(diǎn)；2）在約60％泛點(diǎn)下操作（在40～60％范圍內(nèi)均可）；3）試驗(yàn)中通過調(diào)整塔板數(shù)和流率，達(dá)到預(yù)期分離程度；4）假設(shè)工業(yè)塔與Oldershaw塔在相同液氣比下操作需要相同的塔板數(shù)。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合Oldershaw塔的偏于保守的試驗(yàn)步驟：1）測定泛點(diǎn)；分離1616.1.4.氣液傳質(zhì)設(shè)備的選擇6.1.4.1、板式塔和填料塔的選擇項(xiàng)目板式塔填料塔壓降較大小尺寸填料較大，大尺寸填料及規(guī)整填料較小空塔氣速較大小尺寸填料較小，大尺寸填料及規(guī)整填料較大持液量較大較小液氣比適應(yīng)范圍較大適應(yīng)范圍較小安裝檢修較易較難材質(zhì)常用金屬材料金屬及非金屬材料

造價(jià)大直徑時(shí)較低新型填料投資較大塔效率較穩(wěn)定，效率較高傳統(tǒng)填料較低，新型填料較高

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.4.氣液傳質(zhì)設(shè)備的選擇6.1.4.1、板式塔和填料塔162板式塔和填料塔的選擇要考慮以下因素：（1）物系的性質(zhì)①物料具有腐蝕性時(shí)，通常選用填料塔；②易發(fā)泡物系，宜選填料塔，因其具有限制和破碎泡沫的作用；③對熱敏物質(zhì)或需真空下操作的物系宜選用填料塔；分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合板式塔和填料塔的選擇要考慮以下因素：（1）物系的性質(zhì)163⑤分離有明顯熱效應(yīng)的物系宜選用板式塔（持液量大，便于安裝換熱裝置）；⑥易聚合和含有固體懸浮物的物系，不宜選用填料塔。④對高粘度的物系的分離，宜選用填料塔（粘度高，板式塔效率低）；分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑤分離有明顯熱效應(yīng)的物系宜選用板式塔（持液量大，便于安裝換164（2）塔的操作條件①板式塔的直徑一般≮0.6米，填料塔設(shè)備費(fèi)隨塔徑增加而迅速增加，大塔慎用填料塔；②填料塔操作彈性小，對液體負(fù)荷變化尤為敏感，板式塔往往具有較大彈性；③采用新型填料的填料塔具有較大的生產(chǎn)能力和較小的HETP。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（2）塔的操作條件①板式塔的直徑一般≮0.6米，填料塔設(shè)165（3）塔的操作方式①間歇操作，填料塔持液量較小，較合適；②由多個(gè)進(jìn)料口和側(cè)線采出的精餾塔，用板式塔更合適。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（3）塔的操作方式①間歇操作，填料塔持液量較小，較合適；1666.1.4.2、填料的選擇（1）填料材質(zhì)的選擇

瓷質(zhì)填料耐腐蝕性好，使用溫度范圍較寬，價(jià)廉。但質(zhì)脆、易碎。

金屬填料壁薄，ε大，通量大、壓降小。適用于真空精餾。但價(jià)高，且應(yīng)注意耐腐問題。

塑料填料耐腐蝕性好、質(zhì)輕、耐沖擊、不易破碎，通量大、壓降小，但耐高溫性能差。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.1.4.2、填料的選擇（1）填料材質(zhì)的選擇瓷質(zhì)167（3）填料尺寸的選擇填料尺寸小，壓降大，費(fèi)用高；填料尺寸大易出現(xiàn)液體分布不均及嚴(yán)重壁流，分離效率低。為此要求：（2）填料種類的選擇

（4）填料的單位分離能力分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（3）填料尺寸的選擇（2）填料種類的選擇（4）填料的168分離過程為什么要節(jié)能？分離過程的特征？多組分分離的多塔排列順序?qū)δ芎氖欠裼绊?？分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程為什么要節(jié)能？分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合169分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合170分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合1716.2.分離過程的最小分離功6.2.1.1等溫分離最小功

當(dāng)分離過程完全可逆時(shí)，分離消耗的功

完全可逆①體系內(nèi)所有的變化過程必須是可逆的②體系只與溫度為T0的環(huán)境進(jìn)行可逆的熱交換6.2.1分離過程的最小功分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.2.分離過程的最小分離功6.2.1.1等溫分離最小功172熱力學(xué)第一定律等溫可逆過程，進(jìn)出系統(tǒng)的物流與環(huán)境的溫度均為T,熱力學(xué)第二定律分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合熱力學(xué)第一定律等溫可逆過程，進(jìn)出系統(tǒng)的物流與環(huán)境的溫度均為173物質(zhì)分離的難易程度，取決于待分離混合物和分離所得產(chǎn)物的組成（xi，yi）、溫度和壓力分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合物質(zhì)分離的難易程度，取決于待分離混合物和分離過程及設(shè)備的效率174（1）分離理想氣體的混合物理想氣體混合物

由混合物分離成純組分分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（1）分離理想氣體的混合物理想氣體混合物由混合物分離成175等溫等壓分離理想氣體耗功有以下規(guī)律：1）將等分子氣體混合物分離成兩個(gè)純組分時(shí)所需最小功要比分離其它混合物所需最小功要大。此時(shí)得無因次最小功為0.6931。2）同一進(jìn)料組成yA，F(xiàn)，分離成兩個(gè)純組分比分離成兩個(gè)非純組分所需最小功要大，產(chǎn)品純度越高，最小功越大。3)理想氣體的分離最小功與P和被分離組分間的相對揮發(fā)度無關(guān)。4)環(huán)境溫度較高，所需最小功較大分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合等溫等壓分離理想氣體耗功有以下規(guī)律：1）將等分子氣體混合176例6-1設(shè)空氣中含氧21％（體積），若在25℃常壓下將空氣可逆分離成95％O2的氣氧和99％N2的氣氮，計(jì)算分離1kmol空氣的最小功。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合例6-1設(shè)空氣中含氧21％（體積），若在25℃常壓下將空氣177解：設(shè)產(chǎn)品氣氧為1，氣氮為2，氧為A，氮為B，（1）計(jì)算分離產(chǎn)物1，2為非純產(chǎn)品需最小功

設(shè)產(chǎn)品氣氧的量為xkmol，對分離前后的氧氣作物料衡算：1×0.21=0.95x+0.01(1—x)得：x=0.213kmol所以產(chǎn)品氣氮的量為0.787kmol，產(chǎn)品1，2的氧、氮摩爾出料如圖。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合解：設(shè)產(chǎn)品氣氧為1，氣氮為2，氧為A，氮為B，（1）計(jì)算分178⑵計(jì)算分離空氣為純N2，純O2所需最小功可見，分離成非純產(chǎn)品時(shí)所需最小功小于分離成純組分產(chǎn)品時(shí)所需的最小功。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合⑵計(jì)算分離空氣為純N2，純O2所需最小功可見，分離成非純產(chǎn)品179（2）分離低壓的液體混合物分離成純組分時(shí)所需最小功

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合（2）分離低壓的液體混合物分離成純組分時(shí)所需最小功分離過180討論：1）若溶液為正偏差（即），等溫分離最小功將比分離理想溶液時(shí)小；2)若溶液為負(fù)偏差（即），等溫分離最小功將比分離理想溶液時(shí)大，原因是負(fù)偏差系統(tǒng)，不同組分間的分子力大于同一組分分子間的力，所以更難分離；3)對于完全不互溶體系（即）最小功等于零。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合討論：1）若溶液為正偏差（即），等溫分離181例6-2證明等溫分離二元理想氣體混合物為純組分，其最小功函數(shù)的極大值出現(xiàn)在等摩爾組成進(jìn)料的情況。證明：由計(jì)算此情況下最小功公式6－10對二元物系有：yBF=1-yAF,將之代入上式得分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合例6-2證明等溫分離二元理想氣體混合物為純組分，其最小功函數(shù)182上式兩邊對yAF求導(dǎo)得：則1－yAF=yAF,解得yAF=0.5.令分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合上式兩邊對yAF求導(dǎo)得：則1－yAF=yAF,解得yAF183由此證得，最小功函數(shù)的極大值出現(xiàn)在等摩爾組成進(jìn)料的情況。當(dāng)yAF<0.5，當(dāng)yAF>0.5，所以yAF=0.5時(shí)，有極大值。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合由此證得，最小功函數(shù)的極大值出現(xiàn)在等摩爾組成進(jìn)料的情況1846.2.2非等溫分離和有效能分離過程所需的最小功，按物系在分離過程中的有效能的增量變化來表示

分離成純組分時(shí)分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.2.2非等溫分離和有效能分離過程所需的最小185凈功由可逆熱機(jī)將熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，以確定實(shí)際過程的凈功消耗。精餾分離

6.2.3凈功消耗

分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合凈功由可逆熱機(jī)將熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，以確定實(shí)際過程的凈1866.2.4熱力學(xué)效率熱力學(xué)效率

若分離過程是完全可逆的，熱力學(xué)效率為1實(shí)際過程為不可逆過程，故必定小于1.0分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合6.2.4熱力學(xué)效率熱力學(xué)效率若分離過程是完全可逆的，熱力187通常:

1)只依靠外加能量(ESA)的分離過程（如精餾、結(jié)晶），熱力學(xué)效率較高；2)除加入ESA，還需加入MSA的分離過程（如萃取精餾、共沸精餾、萃取、吸收和吸附等）熱力學(xué)效率較低；3)速率控制的分離過程熱力學(xué)效率更低。分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能綜合通常:1)只依靠外加能量(ESA)的分離過程（如精餾、結(jié)晶188如圖精餾過程的凈耗功為：QCT