特殊精餾過(guò)程與液液萃取

關(guān)于特殊精餾過(guò)程與液液萃取1第1頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三2內(nèi)容1。緒論2。單級(jí)平衡過(guò)程相平衡多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算閃蒸過(guò)程的計(jì)算液液平衡過(guò)程的計(jì)算多相平衡過(guò)程3。多組分精餾和特殊精餾多組分精餾過(guò)程萃取精餾和共沸精餾反應(yīng)精餾加鹽精餾第2頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三3內(nèi)容4。液液萃取萃取過(guò)程與萃取劑液液萃取過(guò)程的計(jì)算5。分離過(guò)程及設(shè)備的選擇與放大傳質(zhì)設(shè)備的選擇分離過(guò)程的選擇第3頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三4第1章緒論1.1分離過(guò)程的地位和作用1.1.1分離過(guò)程的重要性（1）分離過(guò)程定義將混合物分成組成互不相同的兩種或幾種產(chǎn)品的操作。分離裝置的費(fèi)用占總投資的50%-90%。乙烯連續(xù)水合生產(chǎn)乙醇：對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分離；未反應(yīng)物循環(huán)利用1.1.2分離過(guò)程在清潔工藝中的地位和作用清潔工藝：合理利用資源，減少甚至消除廢料的產(chǎn)生第4頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三5第1章緒論1.1分離過(guò)程的地位和作用1.1.1分離過(guò)程的重要性清潔工藝：合理利用資源，減少甚至消除廢料的產(chǎn)生綠色化學(xué)與化工：為實(shí)現(xiàn)資源高效率的利用、減少與消除有害物質(zhì)對(duì)人類健康與環(huán)境的威脅所作出的化學(xué)過(guò)程與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)?；み^(guò)程強(qiáng)化技術(shù)：在實(shí)現(xiàn)既定生產(chǎn)目標(biāo)前提下，大幅度減小生產(chǎn)設(shè)備尺寸、簡(jiǎn)化工藝流程、減少裝置數(shù)目，使工廠布局更加緊湊合理，單位能耗、廢料、副產(chǎn)品顯著減少的技術(shù)。第5頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三6第1章緒論第6頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三7第1章緒論1.1分離過(guò)程的地位和作用1.1.1分離過(guò)程的重要性清潔工藝：合理利用資源，減少甚至消除廢料的產(chǎn)生閉路循環(huán)系統(tǒng)是清潔工藝的重要方面。使廢物最小化的方法：廢物直接再循環(huán)；進(jìn)料提純；除去分離過(guò)程中加入的附加物質(zhì)；附加分離與再循環(huán)系統(tǒng)第7頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三8第1章緒論1.1分離過(guò)程的地位和作用1.1.1分離過(guò)程的重要性清潔工藝：合理利用資源，減少甚至消除廢料的產(chǎn)生第8頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三9第9頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三10第10頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三11第11頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三12第1章緒論1.2傳質(zhì)分離過(guò)程的分類和特征分離過(guò)程：（1）機(jī)械分離：過(guò)濾、沉降、旋風(fēng)分離（2）傳質(zhì)分離：平衡分離過(guò)程、速率分離過(guò)程1.2.1平衡分離過(guò)程分離媒介（分離劑）：熱能、溶劑或吸附劑能量媒介物質(zhì)媒介萃取精餾吸收蒸出（精餾吸收）共沸精餾液液萃??；超臨界流體萃取技術(shù)第12頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三13第1章緒論1.2.2速率分離過(guò)程利用各組分?jǐn)U散速率的差異實(shí)現(xiàn)組分的分離膜分離：微濾、超濾、反滲透、滲析和電滲析1.3分離過(guò)程的集成化1.3.1反應(yīng)過(guò)程與分離過(guò)程的耦合化學(xué)吸收：吸收與反應(yīng)化學(xué)萃?。狠腿∨c反應(yīng)反應(yīng)精餾：精餾與反應(yīng)1.3.2分離過(guò)程與分離過(guò)程的耦合萃取結(jié)晶：萃取與結(jié)晶吸附蒸餾：吸附與蒸餾第13頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三14第1章緒論1.3.3過(guò)程的集成一、傳統(tǒng)分離過(guò)程的集成二、傳統(tǒng)分離過(guò)程與膜分離的集成滲透蒸發(fā)和精餾集成1.4設(shè)計(jì)變量

Ni=Nv–NcNv:獨(dú)立變量數(shù)Nc：約束關(guān)系數(shù)（獨(dú)立方程式數(shù)目）第14頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三15第1章緒論1.4設(shè)計(jì)變量

f=C–π+2(f=C–P+2)自由度指強(qiáng)度性質(zhì)的變量約束關(guān)系式包括：物料平衡式；能量平衡式；相平衡關(guān)系式；內(nèi)在關(guān)系式MESH方程E相平衡c(π-1)1相A1B1C12相A2B2C23相A3B3C3第15頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三16第1章緒論作業(yè)：對(duì)乙苯和三種二甲苯混合物的分離方法進(jìn)行選擇。（1）列出間二甲苯和對(duì)二甲苯的有關(guān)性質(zhì)：沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、臨界溫度、臨界壓力、偏心因子、偶極矩……，利用哪些性質(zhì)的差別進(jìn)行該二元物系的分離是最好的？（2）為什么使用精餾方法分離間二甲苯和對(duì)二甲苯是不適宜的？（3）為什么工業(yè)上選擇熔融結(jié)晶和吸附分離間二甲苯和對(duì)二甲苯？第16頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三17第1章緒論教材：劉家祺.分離過(guò)程.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005參考書：1.陳洪鈁，劉家祺.化工分離過(guò)程.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19952.蔣維鈞.新型傳質(zhì)分離技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19973.鄧修，吳俊生，化工分離工程，科學(xué)出版社，20004.Seader,J.D.,Henley,E.J.SeparationProcessPrinciples.NewYork:Wiley.5.朱自強(qiáng)，超臨界流體技術(shù)–原理和應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社，20016.陳維扭，超臨界流體萃取的原理和應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社，2000第17頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三18第1章緒論考核方式：1.平時(shí)作業(yè)；2.考試（開(kāi)卷，時(shí)間：第8周，五月一日左右結(jié)束）3.大作業(yè)（綜述：特殊精餾（如催化精餾、萃取精餾、吸附精餾、恒沸精餾等）新方法或新技術(shù)、液液萃取、超臨界萃取、其它化工過(guò)程強(qiáng)化新方法或新技術(shù)（如結(jié)構(gòu)化催化劑與反應(yīng)器、燃煤煙氣脫硝中的應(yīng)用）；新型節(jié)能減排技術(shù)；計(jì)算機(jī)程序與綜述選擇其中之一）第18頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三19第1章緒論1.4設(shè)計(jì)變量

f=C–π+2(f=C–P+2)自由度指強(qiáng)度性質(zhì)的變量約束關(guān)系式包括：物料平衡式；能量平衡式；相平衡關(guān)系式；內(nèi)在關(guān)系式MESH方程E相平衡c(π-1)1相A1B1C12相A2B2C23相A3B3C3第19頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三20第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.1.1相平衡關(guān)系相平衡條件汽液平衡關(guān)系液液平衡關(guān)系第20頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三21第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.1.1相平衡關(guān)系相平衡常數(shù)分離因子（相對(duì)揮發(fā)度）選擇度第21頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三22第2章單級(jí)平衡過(guò)程3.氣相逸度系數(shù)：維里方程第22頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三23第2章單級(jí)平衡過(guò)程3.氣相逸度系數(shù)：維里方程Bii

采用Prausnitz修正式：對(duì)非極性組分（ω

為偏心因子）：對(duì)極性組分（ωH

為極性組分異質(zhì)同態(tài)物的偏心因子，所謂異質(zhì)同態(tài)物是指分子形狀和大小與極性組分類似的非極性組分，η

為締合系數(shù)）第23頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三24第2章單級(jí)平衡過(guò)程3.氣相逸度系數(shù)：維里方程（適用于中低壓物系）第24頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三25第2章單級(jí)平衡過(guò)程三.活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的簡(jiǎn)化形式作業(yè)1：推導(dǎo)作業(yè)2：（見(jiàn)習(xí)題1，P.85)作業(yè)3：（見(jiàn)習(xí)題2，P.85)第25頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三26第2章單級(jí)平衡過(guò)程三.活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的簡(jiǎn)化形式作業(yè)3：關(guān)于Wilson方程1。汽相為理想氣體，液相為理想溶液第26頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三27第2章單級(jí)平衡過(guò)程三.活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的簡(jiǎn)化形式2。汽相為理想氣體，液相為非理想溶液第27頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三28第2章單級(jí)平衡過(guò)程三.活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的簡(jiǎn)化形式3。汽相為理想溶液，液相為理想溶液路易士-蘭德規(guī)則或逸度規(guī)則第28頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三29第2章單級(jí)平衡過(guò)程三.活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的簡(jiǎn)化形式4。汽相為理想溶液，液相為非理想溶液第29頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三30第2章單級(jí)平衡過(guò)程三.活度系數(shù)法計(jì)算汽液平衡常數(shù)的簡(jiǎn)化形式例2-1計(jì)算乙烯在311K和3444.2kPa下的汽液平衡常數(shù)（實(shí)測(cè)值Kc==1.726）（1）汽相按理想氣體，液相按理想溶液（2）汽液相均按理想溶液（3）列線圖法例2-2已知在0.1013MPa壓力下甲醇（1）-水（2）二元系的汽液平衡數(shù)據(jù)。其中一組數(shù)據(jù)為：平衡溫度T=71.29℃，液相組成x1=0.6，氣相組成y1=0.8287(摩爾分?jǐn)?shù)）。試計(jì)算汽液平衡常數(shù)，并與實(shí)測(cè)值比較。第30頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三31第2章單級(jí)平衡過(guò)程四.兩種計(jì)算方法的比較（1）狀態(tài)方程法不需要基準(zhǔn)態(tài)；只需要P–V-T

數(shù)據(jù)；可以應(yīng)用對(duì)比狀態(tài)理論；可以用在臨界區(qū)；沒(méi)有一個(gè)狀態(tài)方程能完全適用于所有的密度范圍；受混合規(guī)則的影響很大；對(duì)于極性物質(zhì)、大分子化合物和電解質(zhì)系統(tǒng)很難應(yīng)用（2）活度系數(shù)法簡(jiǎn)單的液體混合物的模型已能滿足要求；溫度的影響主要體現(xiàn)在fiL

上，而不在ri

上；對(duì)許多類型的混合物，包括聚合物、電解質(zhì)系統(tǒng)都能應(yīng)用。需用其他的方法獲得液體的偏摩爾體積（在高壓計(jì)算中）；在含有超臨界組分的系統(tǒng)應(yīng)用不夠方便；難以在臨界區(qū)內(nèi)應(yīng)用第31頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三32第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.1.3.液液平衡液液平衡是萃取過(guò)程、三相精餾、非均相共沸精餾的理論基礎(chǔ)；二元系上臨界混溶溫度(UCST)、下臨界混溶溫度(LCST)三元系四元系

第32頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三33第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.2.多組分物系的泡點(diǎn)和露點(diǎn)計(jì)算單級(jí)汽液平衡系統(tǒng)自由度：f=c–P+2=c–2+2=c泡露點(diǎn)計(jì)算分四種類型：泡點(diǎn)溫度：p,x1,x2,….,xc;求T,y1,y2,….yc泡點(diǎn)壓力：T,x1,x2,….,xc;求P,y1,y2,….yc露點(diǎn)溫度：p,y1,y2,….yc;求T,x1,x2,….,xc露點(diǎn)壓力：T,y1,y2,….yc;求P,x1,x2,….,xc

第33頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三34第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.2.1泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算相平衡關(guān)系濃度總和式：汽液平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)式第34頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三35第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.2.1泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)的泡點(diǎn)溫度計(jì)算第35頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三36第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.2.1泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算例2-3確定含正丁烷（1）0.15、正戊烷（2）0.4和正己烷（3）0.45

（均為摩爾分?jǐn)?shù)）之烴類混合物在0.2MPa壓力下的泡點(diǎn)溫度。（利用p–T–K

圖）（說(shuō)明所設(shè)溫度偏低？）第36頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三37第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.2.1泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算平衡常數(shù)與組成有關(guān)的泡點(diǎn)計(jì)算關(guān)鍵是調(diào)整TNewton–Raphson法第37頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三38第38頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三39第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.2.1泡點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算例2-5：丙酮（1）-丁酮（2）-乙酸乙酯（3）三元混合物所處壓力為2026.5kPa，液相組成（摩爾分?jǐn)?shù)）為x1=x2=0.3，x3=0.4。試用活度系數(shù)法計(jì)算泡點(diǎn)溫度（逸度系數(shù)用維里方程計(jì)算；活度系數(shù)用Wilson方程計(jì)算）。(作業(yè)）第39頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三40第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.3閃蒸過(guò)程的計(jì)算閃蒸是連續(xù)單級(jí)蒸餾過(guò)程。離開(kāi)閃蒸罐的汽液兩相處于平衡狀態(tài)。第40頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三41第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.3閃蒸過(guò)程的計(jì)算每一組分物料衡算式總物料衡算式焓平衡關(guān)系第41頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三42第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過(guò)程汽液平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)規(guī)定變量T,P每一組分物料衡算式汽相分率第42頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三43第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過(guò)程汽液平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)規(guī)定變量T,PRachford-Rice方程第43頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三44第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過(guò)程汽液平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)規(guī)定變量T,PRachford-Rice方程第44頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三45第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過(guò)程汽液平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)核實(shí)閃蒸問(wèn)題是否成立閃蒸問(wèn)題成立第45頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三46第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過(guò)程汽液平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)例2-8進(jìn)料流率為1000kmol/h的輕烴混合物，其組成為：丙烷（1）30%；正丁烷（2）10%；正戊烷（3）15%；正己烷（4）

45%（摩爾分?jǐn)?shù)）。求在50℃和200kPa條件下閃蒸的汽、液組成及流率。第46頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三47第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過(guò)程汽液平衡常數(shù)與組成有關(guān)例2-9閃蒸罐壓力為85.46kPa，溫度為50℃，進(jìn)入閃蒸罐物料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）為乙酸乙酯（1）0.33，丙酮（2）0.34，甲醇(3)0.33。試求汽相分率及汽液相平衡組成。（大作業(yè)）第47頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三48第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.3.1等溫閃蒸和部分冷凝過(guò)程汽液平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)例2-8進(jìn)料流率為1000kmol/h的輕烴混合物，其組成為：丙烷（1）30%；正丁烷（2）10%；正戊烷（3）15%；正己烷（4）

45%（摩爾分?jǐn)?shù)）。求在50℃和200kPa條件下閃蒸的汽、液組成及流率。第48頁(yè)，講稿共57頁(yè)，2023年5月2日，星期三49第2章單級(jí)平衡過(guò)程2.3.1