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1、（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 分离工程分离工程 Separation Engineering 乔迁乔迁QQ:1983481611（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 分离工程分离工程第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 单级平衡过程单级平衡过程 第第3 3章章 多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分多级分离过程分析与简捷计算 第第4 4章章 多组分多级分离的严格计算多组分多级分离的严格计算 第第5 5章章 分离设备的处理能力和效率分离设备的处理能力和效率 第第6 6章章 分离过程的节能分离过程
2、的节能 第第7 7章章 其它分离技术和分离工程的选择其它分离技术和分离工程的选择 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 第第6 6章章 分离过程的节能分离过程的节能（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 混合混合过过程程为为不可逆不可逆过过程，其逆程，其逆过过程（分离程（分离过过程）耗能。程）耗能。学学习习本章意本章意义义：1 确定完成一个分离确定完成一个分离过过程所需理程所需理论论最小能量；最小能量；2 确定接近此能量极限的确定接近此能量极限的实际过实际过程，或减小使程，或减小使用昂用昂贵贵能量的能量的
3、实际过实际过程。程。（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.1 分离的最小功和热力学效率分离的最小功和热力学效率6.2 精馏的节能技术精馏的节能技术6.3 分离顺序的选择分离顺序的选择第第6 6章章 分离过程的节能分离过程的节能（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.1 分离的最小功和热力学效率分离的最小功和热力学效率6.1.1 等温分离最小功等温分离最小功6.1.2 非等温分离和有效能非等温分离和有效能6.1.3 净功消耗和热力学效率净功消耗和热力学效率（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大
4、学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 热力学第二定律：完成同一变化的任何可逆热力学第二定律：完成同一变化的任何可逆 过程所需功相等。过程所需功相等。6.1.1 等温分离最小功等温分离最小功连续稳定分离系统：连续稳定分离系统：进出系统物流变量：进出系统物流变量：n，zi，H，S，Q 系统对环境作功：系统对环境作功：W（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 ）（96-6.1.1.1 分离理想气体混合物分离理想气体混合物)86(-例例6-1；（2015-2016第2学年)
5、吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.1.1.2 分离低压下液体混合物分离低压下液体混合物 例例6-2（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 传热速率：传热速率：（2015-2016第2学年)吉林大学
6、吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.1.2 非等温分离和有效能非等温分离和有效能河水温度）河水温度）（规定：海洋、大气、（规定：海洋、大气、环境温度环境温度设设0T熵平衡：熵平衡：（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 非等温不可逆过程）非等温不可逆过程）分离分离净净(BWD D-分离过程有效能变化分离过程有效能变化（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 ）产生产生（分离分离净净非等温可逆过程：非等温可逆过程：0=D DD D=-SBW式（式（6-20），（），（6-22）中：）中：（2015
7、-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 等温分离最小功等温分离最小功分离理想气体混合物分离理想气体混合物 二元理想气体混合物分成纯组分二元理想气体混合物分成纯组分 总结：总结：（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 分离低压下液体混合物分离低压下液体混合物 二元液体混合物分离成纯组分液体二元液体混合物分离成纯组分液体（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 非等温分离非等温分离：系统的净功（总
8、功）：系统的净功（总功）：过程可逆时，可得最小分离功：过程可逆时，可得最小分离功：（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.1.3 净功消耗和热力学效率净功消耗和热力学效率 通常，分离过程所需的能量多半是以热能形式通常，分离过程所需的能量多半是以热能形式而不是以功的形式提供的。而不是以功的形式提供的。一般以一般以W净净计算能量：计算能量：净功消耗：净功消耗：W净净=W入入W出出一般分离过程：一般分离过程：原料原料产物产物QCQRTCTR（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 ）为：）为：（256-)266
9、(0110-=-）（净净RCTTQTW 非等温可逆非等温可逆过程为过程为1。（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 T0=294KQC=32401526kJ/h例例例例6-3 6-3 某丙烯某丙烯某丙烯某丙烯 -丙烷精馏塔按附图条件操作，环境温度丙烷精馏塔按附图条件操作，环境温度丙烷精馏塔按附图条件操作，环境温度丙烷精馏塔按附图条件操作，环境温度为为为为 294K 294K，计算其热力学效率。，计算其热力学效率。，计算其热力学效率。，计算其热力学效率。（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 解：解：计算基准
10、：计算基准：1小时小时热力学效率热力学效率 有效能变化和有效能变化和净功消耗净功消耗 再再沸器负荷（冷凝器负荷给定）沸器负荷（冷凝器负荷给定）（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 由图得：由图得：D=159.21kmol/h W=112.95kmol/h F=272.16kmol/h全塔热量衡算：全塔热量衡算：QR=34311918.14kJ/h（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.2 精馏的节能技术精馏的节能技术6
11、.2.1 精馏过程的热力学不可逆性分析精馏过程的热力学不可逆性分析6.2.2 多效精馏多效精馏6.2.3 低温精馏的热泵低温精馏的热泵6.2.4 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.2.1 精馏过程的热力学不可逆性分析精馏过程的热力学不可逆性分析即：使过程尽量接近可即：使过程尽量接近可逆过程逆过程）分离分离净净（非等温可逆过程：（非等温可逆过程：BWD D=-热力学不可逆性：热力学不可逆性：1.通过一定压力梯度动量传递通过一定压力梯度动量传递2.通过一定温度梯度热量传递通过一定温
12、度梯度热量传递3.通过一定浓度梯度质量传递（或不同化学位物流直接混合通过一定浓度梯度质量传递（或不同化学位物流直接混合）（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 使净功降低的方法：使净功降低的方法：降低压差降低压差 减少温差减少温差 减少浓度与平衡浓度差减少浓度与平衡浓度差1）塔设备）塔设备 若若N越多，使越多，使P，不可逆性越大，不可逆性越大 可使：可使：气速气速，液层高度，液层高度；使；使P 但是：但是：气速气速，生产能力不变时，生产能力不变时D，投资费，投资费 液层高度液层高度，板效率，板效率改进方式：改进方式：1.选择合适的塔径、液层高度选择合
13、适的塔径、液层高度 2.改板式塔为高效填料塔改板式塔为高效填料塔（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 2）再沸器、冷凝器）再沸器、冷凝器 若传热温差小，不可逆性减小若传热温差小，不可逆性减小但是：但是：传热面积传热面积，设备费用，设备费用改进方式：改进方式：1.采用高效换热器采用高效换热器 2.改进操作方式改进操作方式3）传热推动力、传质推动力）传热推动力、传质推动力精馏操作：精馏操作：Ln+1，Vn-1进入进入n板，板，对对Vn，Ln在在 n 板温度和浓度相互不平衡板温度和浓度相互不平衡（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海
14、学院 分离工程分离工程 改进方式：改进方式：1.传热推动力传热推动力 T=（Tn-1Tn）2.传质推动力传质推动力 y=（KnXn,iyn-1,i）即：即：y-x图中，操作线向平衡线靠近图中，操作线向平衡线靠近 T y RRmyAXAXAyAR=RmN=换热器换热器台台塔径：塔径：中间大，两头小中间大，两头小XAyA可逆精馏可逆精馏操作线与平衡线重合操作线与平衡线重合XA yA 分段精馏分段精馏增加两个换热器增加两个换热器（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.2.2 多效精馏多效精馏多效精馏：能量减少多效精馏：能量减少3040%图图6-7：多效
15、精馏塔的基本方式多效精馏塔的基本方式多效精馏塔的基本方式多效精馏塔的基本方式特点：特点：高压塔气相采出是低压塔塔釜的热源；高压塔气相采出是低压塔塔釜的热源；用一倍的热处理两倍之多进料。用一倍的热处理两倍之多进料。（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 (a)分别进料(b)低压塔产物进高压塔（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 (C)产物前馈进料产物前馈进料（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分
16、离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.2.3 低温精馏的热泵低温精馏的热泵用于：用于：组分沸点差较小的低温精馏组分沸点差较小的低温精馏采用：采用：膨涨阀、压缩机膨涨阀、压缩机三种：三种：1.外部制冷剂外部制冷剂 图图6-9 2.压缩塔顶蒸汽压缩塔顶蒸汽 图图6-10 3.用再沸器气体闪蒸用再沸器气体闪蒸 图图6-11 表表6-1 低温下丙烯低温下丙烯低温下丙烯低温
17、下丙烯丙烷分离的热力学效率和丙烷分离的热力学效率和丙烷分离的热力学效率和丙烷分离的热力学效率和公用费用公用费用公用费用公用费用（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.2.4 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏设置中间冷
18、凝器和中间再沸器的精馏 1.使操作向可逆精馏方向趋近使操作向可逆精馏方向趋近 2.采用中等温度的再沸器和冷凝器采用中等温度的再沸器和冷凝器 图图6-12 图图6-13 Mah,Wodnik SRV蒸馏蒸馏特点：沿全塔布置的换热元件能大大降低塔顶、塔特点：沿全塔布置的换热元件能大大降低塔顶、塔釜负荷釜负荷 提馏段：蒸汽流率自下而上稳定增加提馏段：蒸汽流率自下而上稳定增加 精馏段：液体回流量自上而下稳定增加精馏段：液体回流量自上而下稳定增加（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分
19、离工程 （2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.3 分离顺序的选择分离顺序的选择6.3.1 简单分离顺序的合成简单分离顺序的合成6.3.2 复杂塔的分离顺序复杂塔的分离顺序（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 6.3.1 简单分离顺序的合成简单分离顺序的合成一、分离顺序数一、分离顺序数 将混合物将混合物ABCDE(按挥发度降低排列）按挥发度降低排列）分离为纯组分。分离为纯组分。ABAB二元：二元：一个塔，一个塔，一种方案一种方案三元：三元：ABCABCABABCABCBC二个塔，二个塔，二种方案二种方
20、案（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 四元：四元：顺序流程顺序流程三个塔，五种方案三个塔，五种方案ABCDABCDBCCDD按相对挥发按相对挥发度度递减递减采出采出ABCDAABCBCABD按相对挥发按相对挥发度度递增递增采出采出AABCDABCBCBCDABCDABCDBCDBCAABCDABBCCDD按相对挥按相对挥发度发度交错交错采出的逆采出的逆序流程序流程（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 C个组分，采用个组分，采用C-1个塔，分离序数为：个塔，分离序数为：用（用（628）或（）或（629）
21、计算结果列入）计算结果列入表表62。对于特殊精馏：对于特殊精馏：例萃取精馏：加质量分离剂，且数目多。例萃取精馏：加质量分离剂，且数目多。总序数：总序数：T不同不同质量分离剂对相同组分质量分离剂对相同组分分离方法数分离方法数；C系统组分数；系统组分数；SC简单塔计算顺序数。简单塔计算顺序数。（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 例例6-5 用普通精馏将混合物分离成三个产品，确用普通精馏将混合物分离成三个产品，确定分离顺序数。定分离顺序数。（相对挥发度递减）（相对挥发度递减）解：产品挥发性不相邻解：产品挥发性不相邻 方法：方法：1.先分出纯品，先分出纯
22、品，查表查表62：C=5时，时，SC=14 2.再将烷烃、烯烃混合再将烷烃、烯烃混合 结论：采用普通精馏不合理结论：采用普通精馏不合理（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 二、确定分离顺序的经验法二、确定分离顺序的经验法 经验法（启发法）优点：经验法（启发法）优点：不用对所有可能的分离顺序进行考察，在不作不用对所有可能的分离顺序进行考察，在不作设计和设备费用估计情况下，很快选出好顺序。设计和设备费用估计情况下，很快选出好顺序。普通塔经验法：普通塔经验法：1.按相对挥发度递减顺序分离按相对挥发度递减顺序分离依据：依据：Underwood式：式：馏出物
23、中：馏出物中：1.组分数少，组分数少，Vm少，热负荷低；少，热负荷低；2.若混合物中含低沸物，使之不进入后若混合物中含低沸物，使之不进入后 面塔。面塔。（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 大。大。提馏段热力学不可逆性提馏段热力学不可逆性反之，若反之，若大。大。精馏段热力学不可逆性精馏段热力学不可逆性，更接近与更接近与）比（比（）使（使（定；若定；若后，塔釜蒸汽蒸发量一后，塔釜蒸汽蒸发量一规定规定尽可能对分（塔顶与塔尽可能对分（塔顶与塔釜采出相差不大）釜采出相差不大）提提精精,1,.3),(WDVLVLWDRWLVDLV-=+=（2015-2016
24、第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 4.分离要求高的组分最后分分离要求高的组分最后分 分离要求：纯度、回收率高分离要求：纯度、回收率高纯度高，纯度高，N多，此时无关键组分，使塔径减小。多，此时无关键组分，使塔径减小。5.含量多的组分先分含量多的组分先分 使后面能量降低、塔径减小。使后面能量降低、塔径减小。6.特殊组分先分特殊组分先分 特殊组分：热敏性、强腐蚀性、易爆、易燃等。特殊组分：热敏性、强腐蚀性、易爆、易燃等。注意：注意：1.以上经验互相冲突，要综和考虑主要方面；以上经验互相冲突，要综和考虑主要方面；2.不须得到纯组分时，采用侧线采出来减少塔数目。不须得到纯组分时，采用侧线采出来减少塔数目。（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 例例6-6 确定较好的精馏塔序。确定较好的精馏塔序。解：解：1.根据沸点差和产品纯度来考虑根据沸点差和产品纯度来考虑 2.根据馏出液和釜液流量相差不大来考虑。根据馏出液和釜液流量相差不大来考虑。6.3.2 复杂塔的分离顺序复杂塔的分离顺序 200页页例例6-7 201页页（2015-2016第2学年)吉林大学吉林大学 珠海学院珠海学院 分离工程分离工程 第第6 6章结束章结束