分离工程（刘丽华）

自化学工程这门科学诞生，研究物质分离的分离技术就成为其重要分支。随着计算机程序设计在化工设计上的应用，传质过程复杂的数学模型求解已经变得容易，现代化工中分离单元的工程设计已逐渐摒弃传统的经验参数模式，取而代之的是采用数学模型进行工程设计。因此，掌握分离过程中的分离原理及设计方法，对将要从事化工生产的技术人员来说有重要意义。

随着科学技术高速的发展，分离技术也今非昔比。除了传统的精馏、吸收和萃取等仍在广泛使用外，新型分离技术——吸附和膜分离也愈来愈被广泛应用。另外，对于化工专业大学生来说，数学是*重要的工具，大学生们必须掌握必要的数学手段才能解决有关化工设计计算问题。在充分考虑上述因素之后，编排上在*章绪论中重点介绍化工数学的相关内容，在后面章节中依次介绍化学工业*常用精馏、特殊精馏、吸收和汽提、吸附等分离单元操作。对于所介绍的各单元操作，不仅详细介绍了各单元操作简捷计算的方法步骤，还扼要介绍了化工设计计算中通用的严格计算如泡点法、流量加和法和N-R法。由于本书注意到了工程化计算问题，故冠以《分离工程》书名。

编写本书的作者从事分离工程课程理论教学和化工专业实践教学多年，在编写本书过程中，查阅和消化了大量国内外分离过程方面先进的教材和化学工程方面的权威设计手册，并针对本书的阅读对象特点对内容和结构进行优化，每一章内容力求做到：层次清晰、前后呼应，由浅入深、逐层递进，理论扼要，联系实际，公式推导简要、例题讲解详尽。

虽然化工软件可以帮助设计人员进行化工单元设计，但对于大学生和初学者而言，既要懂得严谨的化工单元操作设计方法原理，也要掌握其设计计算步骤过程，并且能进行熟练计算。为此本书在介绍各类方法的原理和步骤的同时，不惜使用大量篇幅介绍各类方法的计算实例。另有拓展阅读内容可扫二维码获取。

本书内容较多，但各章节相对独立，作为教材使用时可根据学时灵活选择相关章节进行教学。其中，刘丽华完成了*章、第二章和第三章*节至第四节的内容，张顺泽完成了第三章第五节、第四章和第五章的内容。

本书可作为高等院校化学工程与工艺专业及相关专业本科生教材，亦可供从事化工、制药及相关工业过程工程技术人员的参考书。

本书的出版得到了河南城建学院材料与化工学院的支持，在此表示衷心的感谢。汪迟意、刘宇、姚亚楠、翟爱虎、梁秀凤等同学协助完成了第二章、第三章部分习题的核算工作，在此一并表示感谢。

由于作者水平有限，疏漏和谬误之处不可避免，敬请读者批评指正。

编者

2020年10月

《分离工程》共分五章，*章扼要介绍了分离操作过程在化工操作中的重要性、用途及分类，化工分离过程物料衡算方法及所需的工程数学基础；第二章至第四章详细介绍了多组分精馏、特殊精馏、多组分吸收和汽提等单元操作的基本原理、流程、简捷计算和严格计算；第五章介绍了吸附现象、吸附分类及用途、吸附原理、吸附平衡、吸附速率和吸附等温线、变温吸附和变压吸附过程的设计计算。本书还有拓展阅读，可扫二维码获取。

本书为高等院校化学工程与工艺专业及相关专业本科生的教材，同时也可作为从事化工、制药及相关工业过程工程技术人员的参考书。

张顺泽，河南城建学院，副教授，1. 1982年~1994年参加大三十万吨乙烯工程的辅助生产装置如空分、循环水、废水处理装置的生产准备及开车及试运行，1994年~2000年直接指挥河南神马集团尼龙66盐公司的动力车间空分、脱盐水、供水及管网系统的开车，通过上述工作经历，积累丰富的化工生产过程经验；

2. 在大庆和尼龙66盐工作期间，多次参加生产装置的设计审查，对精馏、吸附、吸收、沉降等化工过程的设计及生产运行具有一定实践基础；

3. 2000年以来承担河南城建学院化工学院化工专业的《化工原理》、《分离工程》课程理论教学、《分离工程》及《化工原理》的课程设计指导、化工专业毕业设计指导多年。期间，建设了《化工原理》精品课程，系统学习和研究分离过程涉及的传递原理、分离过程原理及化工设计手册相关内容；

4. 2003年~2013年担任河南城建学院化工系副主任，主抓教学，对课程设置，用人单位对人才专业素质的需求有较为深刻的理解；

5. 通过自身学习和研究，对分离工程课程内容进行梳理和补充，深入研究有关基础理论，在授课过程中，自行推演导出分离技术相关计算的关系式和计算方法，在编著本书过程中增加了萃取过程、吸附过程和膜分离过程的设计计算等内容。

*章绪论1

*节分离操作概述1

一、化工过程及分离单元操作1

二、分离单元操作的应用3

第二节物料衡算4

一、物料衡算基本关系式和方法4

二、典型物料衡算4

第三节化工应用数学7

一、数据处理7

二、牛顿法求解高次代数方程8

三、三对角线方程组求解9

四、数值积分13

第二章多组分精馏16

*节多组分精馏概述16

一、精馏操作及分类、平衡级及板效率16

二、多组分精馏18

第二节多组分系统的相平衡20

一、多组分物系相平衡关系20

二、相平衡关系的应用23

第三节多组分单级分离29

一、概述29

二、平衡汽化29

三、平衡液化31

四、绝热闪蒸33

第四节物料衡算37

一、关键组分的选择37

二、塔顶、塔底的产品数量和组成的求定39

第五节理论板数简捷计算（FUG法）45

一、操作线方程45

二、FUG法46

第六节实际精馏塔设计计算57

一、实际精馏塔板效率及估算57

二、等板高度及填料层高度估算63

第七节精馏塔的严格计算68

一、ME方程组建立及三对角矩阵求解69

二、θ法归一xi,j74

三、利用泡点方程确定各级温度77

四、热方程确定各级气液流率77

五、泡点法步骤79

习题81

第三章特殊精馏86

*节概述86

一、特殊精馏基本概念86

二、特殊精馏的应用89

第二节非理想溶液活度系数的计算90

一、非理想溶液相平衡90

二、活度系数模型92

第三节恒沸精馏99

一、恒沸现象和恒沸物99

二、恒沸精馏流程102

三、自夹带恒沸精馏设计计算104

四、夹带剂下的恒沸精馏108

第四节萃取精馏117

一、萃取精馏特征和基本原理118

二、萃取精馏工艺流程120

三、萃取精馏塔的工艺计算122

四、萃取精馏注意事项128

第五节特殊精馏的严格计算128

一、变量及方程组128

二、非线性方程组线性化及系数矩阵130

三、线性方程组迭代求解134

四、初值选取及同时校正法步骤135

习题136

第四章多组分吸收和汽提138

*节概述138

一、吸收操作流程及典型设备138

二、吸收操作分类140

第二节吸收的气液相平衡143

一、吸收过程相平衡143

二、相平衡常数K与亨利常数E的关系145

第三节吸收过程简捷计算——平均吸收因子法和热平衡145

一、概述146

二、平均吸收因子法147

三、吸收过程热量衡算152

第四节汽提塔简捷计算——平均解吸因子法158

一、平衡级、解吸分率和吸收因子关系159

二、其它关系式及计算步骤159

第五节吸收过程近似计算——有效吸收因子（Edmister）法162

一、有效吸收因子Ae及关系式163

二、有效吸收因子法164

第六节吸收塔填料层高度及塔板数计算168

一、吸收塔填料层高度计算168

二、板式吸收塔塔板数确定172

第七节吸收平衡级严格计算——SR法176

一、必要条件176

二、托马斯法求解ME方程177

三、流量加和及归一化180

四、求解H方程，校正温度180

五、迭代温度确定182

六、流量加和法步骤182

习题187

第五章吸附190

*节概述190

一、吸附分类190

二、吸附应用191

第二节吸附原理和吸附平衡192

一、吸附作用原理192

二、纯物质吸附平衡194

三、多组分吸附平衡199

第三节吸附的传质与传质速率204

一、吸附的传质过程204

二、吸附位上的吸附205

三、界膜扩散205

四、颗粒内的扩散207

五、吸附过程的传质速率210

第四节吸附曲线215

一、固定床吸附过程、吸附过程曲线及吸附带215

二、床层内吸附带的移动和浓度分布218

第五节变温吸附224

一、物料衡算和操作线方程225

二、吸附带参数确定226

三、吸附柱设计231

第六节变压吸附236

一、概述236

二、工艺流程239

三、变压吸附的工艺计算242

习题246

附录1相平衡常数249

附录2焓图256

附录3误差函数表278

参考文献281