ChemCAD教程3

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1、第三节ChemCAD模拟分离过程东南大学成贤学院分离过程单元操作分离可分为机械分离和传质分离。机械分离：用简单的机械方法分开非均相混合物，ChemCAD提供的机械分离单元有离心机、旋风分离机、过滤机、文式洗涤器、干燥机等。传质分离：有相间传递，可在均相或非均相中进行，ChemCAD提供的传质分离单元包括闪蒸、精馏、液液萃取、汽提、吸收、共沸精馏、电解质精馏、反应精馏、结晶等。分离过程单元操作闪蒸：被分离混合物中各组分的相对挥发度较大时适用。精馏：当组分的相对挥发度差别不大，可采用精馏。萃取精馏：当被分离组分的相对挥发度很小，采用普通精馏无法

2、分离或需要的塔板数非常大，可采用萃取精馏。加入某种高沸点的质量分离剂来增大组分之间的相对挥发度，以降低分离所需的塔板数。反应精馏和催化精馏：将反应和精馏分离结合在一起的一种新型分离技术。化学反应在液相进行的称反应精馏，在固体催化剂与液相的接触表面上进行的称为催化精馏。共沸精馏：加入的质量分离剂和其中的一个组分形成最低共沸物，使组分间的相对挥发度增大达到分离的目的。液液萃取：利用溶液中各组分在两个液相之间的不同分配关系来进行分离，通过相间传递达到分离，富集及提纯的目的。干燥：用热能加热物料，使物料中水分蒸发后除去，或者用冷冻法使水分结冰后升华

3、而除去。结晶：吸附剂与流体相接触，流体相中的溶质在多孔固体吸附剂颗粒进行吸附积累的过程。吸附的逆过程为解吸过程，它可以使吸附于多孔固体吸附剂表面的各类溶质有选择性的脱出。单级分离过程相平衡关系的表示方法：相图：如恒压下的t-x图，y-x曲线等相平衡常数K：组分i的相平衡常数定义为相对挥发度：当时组分i和组分j不能用普通的精馏方法分离，和1相差越大，i和j越容易分离。单级分离过程相平衡关系的计算方法状态方程法：对汽液平衡其中，和表示组分I在液相和汽相中的逸度系数。ChemCAD提供的状态方程有：SRK方程、PR方程、BWRS方程等。活度系数法

4、：ChemCAD提供的活度系数方程有Margules-VanLaar方程、Margules方程、Wilson方程、NRTL方程、UNIQUAC方程等。单级分离过程多组分物系泡点和露点的计算泡点、露点是分离过程设计中最基本的汽液平衡计算。例如在一定温度下进行闪蒸操作时，先计算进料混合物的泡点、露点，估算闪蒸过程是否可行。泡点、露点的计算在ChemCAD中可通过Flash单元模块来实现。单级分离过程闪蒸过程闪蒸过程使进料混合物部分汽化或冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和难挥发组分较多的液体，且汽液两相处于平衡状态。闪蒸过程仅对相对挥发度相差比较大

5、的组分分离有效。在给定温度下进行闪蒸计算时，首先核实闪蒸问题是否成立，即在闪蒸压力下，进料混合物的闪蒸温度是否处于泡点、露点之间，这样才能构成闪蒸。在ChemCAD中，可使用Flash模块来模拟闪蒸问题，可计算出闪蒸的汽液相组成及流股的性质。Flash单元模块提供不同的闪蒸模式，如绝热闪蒸、等温闪蒸、等熵闪蒸、部分冷凝等。多组分多级分离过程精馏计算分为设计型和操作型两类。设计型计算：在给定的进料条件下及操作压力下，为达到规定的分离要求，计算确定所需的理论塔板数、最佳进料位置和经济的回流比。操作型计算：在给定的操作压力、进料情况、进料位置、塔

6、板数、回流比和一端产品流率下，计算确定产品组成、各塔板的温度和组成以及冷凝器和再沸器的热负荷等。多组分多级分离过程多组分精馏的简捷计算简捷计算通过SHOR模块来实现，只需输入进料情况、冷凝器类型、塔顶压、塔压降、轻重组分及其分割程度以及回流比，在选定性质计算方法之后就可以计算得到所需的理论塔板数N、进料位置Nf、冷凝器及再沸器的热负荷Qc和Qr、塔顶及塔底产品的流率和组成等参数。简捷计算不适用于塔的设计，也不适用于含共沸物的体系。多组分多级分离过程多组分精馏的严格计算对完成多组分多级分离任务的分离设备的最终设计，必须使用严格计算法，以便确定

7、各级上的温度、压力、流率、汽液相组成和传热速率。严格计算的核心是联立求解物料衡算、相平衡和热量衡算式。ChemCAD提供的多组分精馏的严格计算模块包括TOWR，TOWRPLUS，SCDS。其中，TOWR是精确的规范塔模块，TOWRPLUS是带有侧线物流和侧线供热和急冷以及泵回路的复杂塔模块，SCDS则是可以及时修正的塔模块。多组分多级分离过程萃取精馏和共沸精馏在化工生产中常常会遇到待分离组分之间的相对挥发度接近于1或形成共沸物的系统，使用一般的精馏方法无法达到要求的分离效果，或者需要的塔板数非常大，这时可加入另外一种质量分离剂的特殊精馏方法

8、来分离这种体系。如果加入的分离剂与原系统的任一组分都不形成共沸物，而其沸点又高于原有的任一组分，则分离剂从釜液离开精馏塔，这种特殊的精馏成为萃取精馏。如果加入的分离剂与被分离系统