分离工程大纲
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分离工程—李志林

第一章:精馏过程的数学模型与模拟

第一节:汽液相平衡及相平衡常数的计算………………………………………………1 1:相平衡条件(判据)

2:Gibbs 相率:f=c-π+2

3:相平衡常数的计算:a 用相平衡常数表示汽液平衡关系

b 逸度系数/逸度系数模型

c 逸度系数/活度系数模型

4:相平衡常数计算的简化方法

5:相平衡常数计算方法的选择

6:相平衡常数计算小结与举例:甲醇、水

第二节:多组分物系泡、露点的计算……………………………………………………5 1:泡点和露点计算任务:相率分析、温度和压力不能同时给定

2:泡点和露点计算模型

(摩尔分率加和方程,每个模型有2个方程表示:a 模型方程(控制方程、

约束方程)b 模型参数计算方程)

3:泡点温度的计算:a 简化K 模型:①Newton-Raphson 法②割线法 b 严格K 模型:①双层循环迭代②变量共同矫正 4:泡点压力的计算:精馏塔操作压力的确定(P6)

5:露点温度和压力的计算

第三节:闪蒸(平衡蒸馏)计算…………………………………………………………9 1:闪蒸过程 a:部分汽化b :部分冷凝c 绝热闪蒸

2:闪蒸过程数学模型与分析:---闪蒸方程R-R (MES )+焓平衡方程(H) a :模型方程(MESH 方程)

B :模型参数(相平衡常数、进料、气体、液体的摩尔焓)计算方程

C :闪蒸方程(R-R ):MES 汽化分率e=V/F

D :闪蒸曲线(气化率曲线 T~e)

E :闪蒸计算分类(等温、绝热、部分~)

3:等温闪蒸计算:a 等温闪蒸计算问题:闪蒸方程+焓平衡方程

b 简化K 模型的等温闪蒸计算方法:Newton-Raphson法

c 严格K 模型的等温闪蒸计算方法:①双层循环迭代②变量 共同矫正

d 等温闪蒸计算举例:乙酸甲酯-丙酮-甲醇

e 等温闪蒸的另一种计算方法Gibbs 最小法

4:部分汽化、部分冷凝闪蒸计算

5:绝热闪蒸计算:a 绝热闪蒸方程组及求解讨论:cd等含平衡曲线

b 绝热闪蒸方程组求解的序贯收敛法—宽沸程、窄沸程 c 绝热闪蒸方程组求解的共同矫正法

第四节:多组分精馏过程分析与简捷计算………………………………………………14 1:自由度分析与设计变量选择

2:关键组分及其相关概念a :LK 、HK 轻重关键组分

b :非关键组分和中间组分

c :分配组分和非分配组分

d :清晰分割和非清晰分割

3:多组分精馏塔的简捷设计a :精馏塔的简捷设计问题(平衡级假设、

恒摩尔流假设、恒相对挥发度假设)

b :物料衡算

c :塔压及冷凝器再沸器类型确定(操作压力确定) d :最小理论塔板数计算(Fenske 方程)

e :最小回流比计算(Underwood )

f :操作回流比与理论塔板数的确定

g :多组分精馏塔简捷设计举例

4:精馏塔内参数的分布与分析(温度、流量、组分)

第五节:平衡级的精馏稳态数学模型与模拟……………………………………………1 1:精馏过程模拟问题。(过程模拟的地位和作用)

精馏模拟的任务,要求,多样性复杂性

2:平衡级稳态精馏过程的数学模型(平衡级假设、全混级假设)

通用的数学模型包括三部分:模型方程、模型参数计算方程、模型参数

3:平衡级稳态精馏数学模型的解法

a :MESH 方程组求解的讨论①设计变量的指定方案

②MESH 方程组求解的困难性

③MESH 方程组求解(模拟)方法的分类

b :MESH 方程组求解算法---BP 法(泡点法)程序框图……………………4 c :MESH 方程组求解算法—SR 法(流率加和法)……………………………7 d :MESH 方程组求解算法—-SC 法(共同矫正法)…………………………8 4:平衡级精馏稳态模拟举例……………………………………………………………6

第六节:非平衡级精馏数学模型与模拟…………………………………………………10 1:平衡级模型的局限性(级效率+HETP填料塔的等板高度)

2:非平衡级模型概念的提出

3:非平衡级稳态精馏过程的数学模型(假设)

4:举例

第七节:动态精馏过程数学模型与模拟…………………………………………………13 1:动态精馏过程及其研究内容(开环、闭环)

2:动态精馏过程的数学模型(基本假设)…………………………………………14 3:解法Rose 松弛法

第八节:热耦合复杂精馏分析与模拟……………………………………………………16 1:热耦合精馏概念及流程(预分馏塔、清晰、分清晰分割)

a :概念

b :三产品热耦合精馏塔结构①含有侧线精馏塔的结构②含有侧线汽提塔的结构③完全热耦合塔结构④中间隔板DWC

c :多产品热耦合

2:热耦合精馏塔的自由度分析和设计变量选择

3:热耦合精馏塔的简捷设计a 热耦合流股的处理b 预分馏塔的简捷设计c 主塔简捷设计

分离工程---李志林

第二章:特殊精馏(特种精馏、增强精馏)

第一节:概述……………………………………………………………………………………1 1:特殊精馏概念的提出:

a 举例---无水酒精

b 主要的特殊精馏(萃取、加盐、变压、均非均相共沸、反应、膜精馏、吸附精馏)

c 特殊精馏过程的复杂性

第二节:共沸蒸馏………………………………………………………………………………2 1:共沸现象与共沸物:汽液平衡时气体和液体的组成相等

2:二元均相共沸精馏:

a :二元均相共沸物的形成及特征

b :二元均相共沸物组成的计算

c :用变压精馏方法分离二元均相共沸物(压力改变,共沸温度和组成也改变) 3:二元非均相共沸精馏:

a :二元非均相共沸物的形成及特征(无自由度等温相图中出现平台)相图? b :二元非均相共沸物共沸组成的计算

c :二元非均相共沸精馏流程(不需加共沸剂,蒸汽冷凝冷却分层方法) 4:三元共沸精馏(酒精脱水)

a :三角形坐标图

b :三角形坐标图中混合和分离的表示方法

c :三角形坐标图中非均相物系的表示

d :残余曲线图(RCM )---

三角相图上表达简单蒸馏过程中液相组成(Xi )随时间的变化关系曲线

①残余曲线的理论基础

②残余曲线绘制方法举例

e:精馏曲线图

f:三元共沸物系分离的可行性及产品的可行域----残余曲线的应用

g :共沸剂的选择:(必要条件P17)

h :适宜共沸剂的加入量与加入位置

i :三元共沸精馏流程

第三节:萃取精馏………………………………………………………………………………21 1:萃取精馏概念(分子力不同)

2:萃取精馏的热力学原理

3:萃取精馏中萃取剂的选择

4:萃取精馏特点及流程

5:萃取精馏模拟举例

6:加盐精馏

7:加盐萃取精馏

第四节:反应精馏………………………………………………………………………………1 1:反应精馏的概念

2:反应精馏的特点及适用范围

3:反应(催化)精馏塔结构及构件

4:催化精馏过程的开发(基本步骤)和设计策略

5:反应精馏过程的数学模型()催化精馏过程的数学模型与模拟 6:反应精馏过程反应与分离耦合行为分析

7:反应精馏技术的工业应用举例(甲基叔丁基醚MTBE 、乙二醇单醚)

分离过程----李志林

第三章:精馏过程的节能优化与综合

引言

1:我国的能源状况及对策

2:精馏过程节能的重要性

3:什么是过程技能、优化和综合

第一节:精馏过程用能特性及热力学分析……………………………………………………2 1:热力学第一定律分析(节能的关键)、举例,显热利用,塔的保温

2: 热力学第二定律分析:

a :可逆性及热力学效率分析、有效能损失、总复合曲线

b :造成精馏过程有效能损失的原因

第二节:精馏过程操作参数的优化……………………………………………………………3 1:选择合适的操作压力(操作压力对精馏过程的影响)

2:选择合适的回流比

3:选择合适的进料热状态

4:选择合适的组分回收率

第三节:精馏过程的节能技术…………………………………………………………………4 1:热泵精馏(空调—空气源热泵)

a :闭式A 型热泵精馏,特点

b :开始A 型热泵精馏,特点

c :开式B 型热泵精馏(分离丙烯-丙烷混合物)

2:多效精馏

a:平流双效精馏流程(甲醇水分离)

3:增设中间换热器

4:内部热集成精馏系统

5: 采用复杂塔结构

6:英文翻译(P10)

第四节:精馏过程的综合………………………………………………………………………10 1:精馏序列综合的概念

2:精馏序列综合的方法:经验规则法、进化调优法、人工智能技术、热力学分析方法、数学规划法、随机优化法(五组分烃分离)

3:精馏过程中同步考虑热集成