分離工程（簡體書）

自化學工程這門科學誕生，研究物質分離的分離技術就成為其重要分支。隨著計算機程序設計在化工設計上的應用，傳質過程複雜的數學模型求解已經變得容易，現代化工中分離單元的工程設計已逐漸摒棄傳統的經驗參數模式，取而代之的是采用數學模型進行工程設計。因此，掌握分離過程中的分離原理及設計方法，對將要從事化工生產的技術人員來說有重要意義。
隨著科學技術高速的發展，分離技術也今非昔比。除了傳統的精餾、吸收和萃取等仍在廣泛使用外，新型分離技術——吸附和膜分離也愈來愈被廣泛應用。另外，對於化工專業大學生來說，數學是最重要的工具，大學生們必須掌握必要的數學手段才能解決有關化工設計計算問題。在充分考慮上述因素之後，編排上在第一章緒論中重點介紹化工數學的相關內容，在後面章節中依次介紹化學工業最常用精餾、特殊精餾、吸收和汽提、吸附等分離單元操作。對於所介紹的各單元操作，不僅詳細介紹了各單元操作簡捷計算的方法步驟，還扼要介紹了化工設計計算中通用的嚴格計算如泡點法、流量加和法和N-R法。由於本書注意到了工程化計算問題，故冠以《分離工程》書名。
編寫本書的作者從事分離工程課程理論教學和化工專業實踐教學多年，在編寫本書過程中，查閱和消化了大量國內外分離過程方面先進的教材和化學工程方面的權威設計手冊，並針對本書的閱讀物件特點對內容和結構進行優化，每一章內容力求做到：層次清晰、前後呼應，由淺入深、逐層遞進，理論扼要，聯繫實際，公式推導簡要、例題講解詳盡。
雖然化工軟件可以幫助設計人員進行化工單元設計，但對於大學生和初學者而言，既要懂得嚴謹的化工單元操作設計方法原理，也要掌握其設計計算步驟過程，並且能進行熟練計算。為此本書在介紹各類方法的原理和步驟的同時，不惜使用大量篇幅介紹各類方法的計算實例。另有拓展閱讀內容可掃二維碼獲取。
本書內容較多，但各章節相對獨立，作為教材使用時可根據學時靈活選擇相關章節進行教學。其中，劉麗華完成了第一章、第二章和第三章第一節至第四節的內容，張順澤完成了第三章第五節、第四章和第五章的內容。
本書可作為高等院校化學工程與工藝專業及相關專業本科生教材，亦可供從事化工、製藥及相關工業過程工程技術人員的參考書。
本書的出版得到了河南城建學院材料與化工學院的支持，在此表示衷心的感謝。汪遲意、劉宇、姚亞楠、翟愛虎、梁秀鳳等同學協助完成了第二章、第三章部分習題的核算工作，在此一並表示感謝。
由於作者水平有限，疏漏和謬誤之處不可避免，敬請讀者批評指正。

編者
2020年10月

第一章緒論1
第一節分離操作概述1
一、化工過程及分離單元操作1
二、分離單元操作的應用3
第二節物料衡算4
一、物料衡算基本關係式和方法4
二、典型物料衡算4
第三節化工應用數學7
一、數據處理7
二、牛頓法求解高次代數方程8
三、三對角線方程組求解9
四、數值積分13

第二章多組分精餾16
第一節多組分精餾概述16
一、精餾操作及分類、平衡級及板效率16
二、多組分精餾18
第二節多組分系統的相平衡20
一、多組分物系相平衡關係20
二、相平衡關係的應用23
第三節多組分單級分離29
一、概述29
二、平衡汽化29
三、平衡液化31
四、絕熱閃蒸33
第四節物料衡算37
一、關鍵組分的選擇37
二、塔頂、塔底的產品數量和組成的求定39
第五節理論板數簡捷計算（FUG法）45
一、操作線方程45
二、FUG法46
第六節實際精餾塔設計計算57
一、實際精餾塔板效率及估算57
二、等板高度及填料層高度估算63
第七節精餾塔的嚴格計算68
一、ME方程組建立及三對角矩陣求解69
二、θ法歸一xi,j74
三、利用泡點方程確定各級溫度77
四、熱方程確定各級氣液流率77
五、泡點法步驟79
習題81

第三章特殊精餾86
第一節概述86
一、特殊精餾基本概念86
二、特殊精餾的應用89
第二節非理想溶液活度系數的計算90
一、非理想溶液相平衡90
二、活度系數模型92
第三節恒沸精餾99
一、恒沸現象和恒沸物99
二、恒沸精餾流程102
三、自夾帶恒沸精餾設計計算104
四、夾帶劑下的恒沸精餾108
第四節萃取精餾117
一、萃取精餾特徵和基本原理118
二、萃取精餾工藝流程120
三、萃取精餾塔的工藝計算122
四、萃取精餾注意事項128
第五節特殊精餾的嚴格計算128
一、變量及方程組128
二、非線性方程組線性化及系數矩陣130
三、線性方程組迭代求解134
四、初值選取及同時校正法步驟135
習題136

第四章多組分吸收和汽提138
第一節概述138
一、吸收操作流程及典型設備138
二、吸收操作分類140
第二節吸收的氣液相平衡143
一、吸收過程相平衡143
二、相平衡常數K與亨利常數E的關係145
第三節吸收過程簡捷計算——平均吸收因子法和熱平衡145
一、概述146
二、平均吸收因子法147
三、吸收過程熱量衡算152
第四節汽提塔簡捷計算——平均解吸因子法158
一、平衡級、解吸分率和吸收因子關係159
二、其它關係式及計算步驟159
第五節吸收過程近似計算——有效吸收因子（Edmister）法162
一、有效吸收因子Ae及關係式163
二、有效吸收因子法164
第六節吸收塔填料層高度及塔板數計算168
一、吸收塔填料層高度計算168
二、板式吸收塔塔板數確定172
第七節吸收平衡級嚴格計算——SR法176
一、必要條件176
二、托馬斯法求解ME方程177
三、流量加和及歸一化180
四、求解H方程，校正溫度180
五、迭代溫度確定182
六、流量加和法步驟182
習題187

第五章吸附190
第一節概述190
一、吸附分類190
二、吸附應用191
第二節吸附原理和吸附平衡192
一、吸附作用原理192
二、純物質吸附平衡194
三、多組分吸附平衡199
第三節吸附的傳質與傳質速率204
一、吸附的傳質過程204
二、吸附位上的吸附205
三、界膜擴散205
四、顆粒內的擴散207
五、吸附過程的傳質速率210
第四節吸附曲線215
一、固定床吸附過程、吸附過程曲線及吸附帶215
二、床層內吸附帶的移動和濃度分布218
第五節變溫吸附224
一、物料衡算和操作線方程225
二、吸附帶參數確定226
三、吸附柱設計231
第六節變壓吸附236
一、概述236
二、工藝流程239
三、變壓吸附的工藝計算242
習題246

附錄1相平衡常數249

附錄2焓圖256

附錄3誤差函數表278

參考文獻281