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1、化工分离工程知识串讲第1页，本讲稿共45页一、泡点计算一、泡点计算1、泡点计算与有关方程、泡点计算与有关方程已知已知 求求 相平衡关系相平衡关系：浓度总和式浓度总和式：相平衡常数关联式相平衡常数关联式：2 2、计算方法、计算方法平衡常数与组成无关的泡点计算平衡常数与组成无关的泡点计算 第2页，本讲稿共45页1 1、混合物的相混合物的相态态 判断混合物在指定温度和压力下是否处于两相判断混合物在指定温度和压力下是否处于两相区区=1=1 进料处于进料处于泡点泡点 1 1 可能为汽液两相区可能为汽液两相区 1 1 1 可能为汽液两相区可能为汽液两相区 1 1 进料为过热蒸汽进料为过热蒸汽 第3页，本讲
2、稿共45页2.名词解释名词解释关键组分：关键组分：在设计或操作控制中，有一定分离要求，且在设计或操作控制中，有一定分离要求，且在塔顶、塔釜都有一定数量的组分称为关键在塔顶、塔釜都有一定数量的组分称为关键组分。组分。轻关键组分，轻关键组分，指在指在塔釜塔釜液中该组分的浓度有液中该组分的浓度有严格限制，并在进料液中比该组分严格限制，并在进料液中比该组分轻轻的组分的组分及该组分的绝大部分应从及该组分的绝大部分应从塔顶塔顶采出采出 重关键组分，重关键组分，塔顶塔顶 重重 塔釜塔釜 第4页，本讲稿共45页2.4.1 萃取精馏 一、流程ABSA，B特点：特点：1.二塔串联二塔串联;2.S为难挥发组分，为难
3、挥发组分，一般在一般在近于近于塔顶塔顶 加入加入.第5页，本讲稿共45页加入萃取剂的原则1、不形成恒沸物2、沸点较料液中组分高溶剂的作用第6页，本讲稿共45页溶剂的作用：体现：原溶液沸点差不大（）非理想性不很强时，稀释原溶液：体现：当原溶液沸点差大，非理想性很强时，加S后，浓度下降，而增加，由（2-162）：小，突出了作用。对原溶液1、2组分产生不同的作用，提高12a第7页，本讲稿共45页恒沸精馏流程(1)系统有一对二元共沸物 丙酮为夹带剂，分离苯和环已烷第8页，本讲稿共45页。当塔顶产品不合格时,不能采用加大回流的办法来调节。一般调节方法有:加大萃加大萃取剂用量取剂用量;减少进料量减少进料量
4、,同时减少塔顶产同时减少塔顶产品的采出量品的采出量。这也就是在不改变下降液量的前提下加大了回流比。第9页，本讲稿共45页吸收章节吸收章节原理不同原理不同吸收是根据各组分吸收是根据各组分溶解度不同溶解度不同进行分离的。进行分离的。精馏利用组分间精馏利用组分间相对挥发度不同相对挥发度不同使组分分离。使组分分离。物质传递的机理包括以下两种：分子扩散。分子扩散。对流传质对流传质第10页，本讲稿共45页第11页，本讲稿共45页第12页，本讲稿共45页双膜论惠特曼要点：1、气液相界面两侧各存在一层静止的或作层流、气液相界面两侧各存在一层静止的或作层流流动的气膜和液膜流动的气膜和液膜2、传质阻力集中于该两测
5、的液膜和气膜、传质阻力集中于该两测的液膜和气膜3、界面无阻力、界面无阻力第13页，本讲稿共45页吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡算塔顶塔顶塔底塔底稀端稀端浓端浓端（3-35）（3-36）全塔物料衡算：全塔物料衡算：（3-37）第14页，本讲稿共45页物理吸收：A的扩散通量即通过液膜传递的量化学吸收：液膜传递的量+液膜中A与B反应消耗量膜中反应通量（图3-12）增强因子：化学吸收与物理吸收速率的比值增强因子：化学吸收与物理吸收速率的比值()化学吸收速率和增强因子第15页，本讲稿共45页1.化学吸收由于化学反应存在，降低液膜阻力，提高了化学吸收由于化学反应存在，降低液膜阻力，提高了反应速率（提高了液
6、膜传质系数）反应速率（提高了液膜传质系数）2.气膜：化学平衡改变了气膜：化学平衡改变了A的气相平衡分压，增大了推动的气相平衡分压，增大了推动力力第16页，本讲稿共45页平均吸收因子A 理论板数 的计算方法第17页，本讲稿共45页闪蒸闪蒸的定义计算公式第18页，本讲稿共45页2、三角形相图中辅助线的作法及应用、三角形相图中辅助线的作法及应用:R1E1、R2E2、R3E3连连线线都都有有一一定定斜斜率率，故故K点点一一般般不不是是溶溶解度曲线顶点。解度曲线顶点。S临界混溶点或褶点临界混溶点或褶点ABPQR1R2R3E1E2E3KB%ERS%A%C1C2C3C图图4-5 辅助线的作法及应用辅助线的作
7、法及应用萃取章节萃取章节第19页，本讲稿共45页 结论：结论：萃取分离效果取决于两相区大小和联结线斜率，而这两因素又萃取分离效果取决于两相区大小和联结线斜率，而这两因素又为所选择萃取溶剂和操作温度决定。为所选择萃取溶剂和操作温度决定。ABSRRFEEMEmEm联结线斜率越大，萃联结线斜率越大，萃余液浓度越小。余液浓度越小。相切时萃取液浓度最高相切时萃取液浓度最高温度越高，溶解度温度越高，溶解度大，两相区缩小大，两相区缩小萃取章节萃取章节Em第20页，本讲稿共45页已知某混合物已知某混合物组组成成XF，萃余液，萃余液组组成成XR，拟拟用用纯纯溶溶剂剂S进进行行单级单级萃取，溶解度曲萃取，溶解度曲
8、线线如如图图示。在操作范示。在操作范围围内溶内溶质质A的分配系数的分配系数kA=1，试说试说明用作明用作图图法求加入萃取法求加入萃取剂剂量量？第21页，本讲稿共45页4.3.1 单级萃取单级萃取SABRFEM单级萃取的最小与最大萃取剂用量单级萃取的最小与最大萃取剂用量DG单级萃取的最小与最大萃取剂用量单级萃取的最小与最大萃取剂用量第22页，本讲稿共45页令令 b1=mS1/B,则则X1=XF/(b1+1)平衡线Y=mXY1Y2Y3Y4X4X3X2X1XFXYE1E2E3E4E04.3.2 多级错流萃取多级错流萃取（2）解析法）解析法萃取因数萃取因数同理同理第23页，本讲稿共45页错流，萃取剂与
9、原溶剂不互溶错流，萃取剂与原溶剂不互溶 第24页，本讲稿共45页（2）解析法）解析法 若平衡线为若平衡线为Y=mX，则依据，则依据第第九章九章式（式（9-75）同样方法可推导）同样方法可推导得到：得到：YEP1S0X4.3.3多级逆流萃取多级逆流萃取b=mS/B（12-15）（4-15a）第25页，本讲稿共45页表面活性剂：浓度越大，表面张力随时间下降越多，浓度越大，表面张力随时间下降越多，达到平衡的时间越短达到平衡的时间越短。亲水亲油（HLB）值第26页，本讲稿共45页3、界面现象四个基本定律拉普拉斯拉普拉斯(Laplace)公式公式弯曲界面附加压力弯曲界面附加压力开尔文开尔文(Kelvin
10、)公式公式液面曲率与蒸汽压的关系液面曲率与蒸汽压的关系吉布斯吉布斯(Gibbs)吸附等温式吸附等温式溶液的表面吸附溶液的表面吸附杨杨(Young)润湿方程润湿方程固体表面的浸润与铺固体表面的浸润与铺展问题展问题第27页，本讲稿共45页吸附等温线的类型吸附等温线的类型()在2.5nm以下微孔吸附剂上的吸附等温线属于这种类型。例如78K时N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子筛上的吸附。qpT1T2T3第28页，本讲稿共45页吸附等温线的类型吸附等温线的类型()常称为常称为S S型等温线。在型等温线。在低压时为单分子层吸附，但低压时为单分子层吸附，但随着压力增加，形成多分子随着压力增加，形成多分子
11、层吸附。层吸附。第29页，本讲稿共45页吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()这种类型较少见。在这种类型较少见。在低压时就是多分子层吸附。低压时就是多分子层吸附。当吸附剂和吸附质相互作当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出现这种等温用很弱时会出现这种等温线，如线，如352K352K时，时，BrBr2 2在硅在硅胶上的吸附。胶上的吸附。第30页，本讲稿共45页吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()多孔吸附剂发生多分多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温子层吸附时会有这种等温线。在比压较高时，有毛线。在比压较高时，有毛细凝聚现象。例如在细凝聚现象。例如在323K323K时，苯在氧化铁凝胶上时，苯
12、在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型。的吸附属于这种类型。第31页，本讲稿共45页吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()发生多分子层吸附，发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。例如有毛细凝聚现象。例如373K373K时，水汽在活性炭时，水汽在活性炭上的吸附属于这种类型。上的吸附属于这种类型。第32页，本讲稿共45页（2）朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式）朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式 1916 年，朗缪尔（年，朗缪尔（Langmuir）根据大量实验事实，从动力学观点出）根据大量实验事实，从动力学观点出发，提出固体对气体的吸附理论，发，提出固体对气体的吸附理论，单分子层吸附理论单分子层吸附理论，
13、该理论的四个，该理论的四个假设是：假设是：.气体在固体表面上气体在固体表面上单分子层吸附单分子层吸附。因为，固体表面吸附力场作用范围只有分子直径大小因为，固体表面吸附力场作用范围只有分子直径大小 (0.20.3 nm)，只有气体分子碰到固体空白表面，进，只有气体分子碰到固体空白表面，进 入此力场，才可能被吸附。入此力场，才可能被吸附。.固体表面均匀，各个晶格位置的吸附能力相同，每个固体表面均匀，各个晶格位置的吸附能力相同，每个 位置吸附一个分子，吸附热为常数，与位置吸附一个分子，吸附热为常数，与覆盖率覆盖率 无关无关。第33页，本讲稿共45页.被吸附在固体表面的被吸附在固体表面的相邻分子间无作
14、用力相邻分子间无作用力，在各晶格，在各晶格 位置上吸附与解吸难易程度，与周围有无被吸分子无关。位置上吸附与解吸难易程度，与周围有无被吸分子无关。.吸附和解吸（脱附）呈动态平衡。当吸附速率等于解吸吸附和解吸（脱附）呈动态平衡。当吸附速率等于解吸 速率时，从表观看，气体不再被吸附或解吸，实际上两速率时，从表观看，气体不再被吸附或解吸，实际上两 者仍不断地进行，这时达到了者仍不断地进行，这时达到了吸附平衡吸附平衡若设：若设：b为吸附作用平衡常数。为吸附作用平衡常数。可得：可得：第34页，本讲稿共45页BET理论与朗缪尔理论的相同、不同点的对照理论与朗缪尔理论的相同、不同点的对照:Langmuir 理
15、论理论 BET 理论理论1 单单分分子子层层吸吸附附。只只有有碰碰撞撞到到固固体体空空白白表表面面上上，进进入入吸吸附附力力场场作作用用范范围围的的气气体体分分子子才才有有可可能被吸附。能被吸附。多多分分子子层层吸吸附附：被被吸吸附附的的分分子子可可以以吸吸附附碰碰撞撞在在它它上上面面的的气气体体分分子子；也也不不一一定定等等待待第第一一层层吸吸附附满满了了再再吸吸附附第第二二层层，而而是是从从一开始就表现为多层吸附。一开始就表现为多层吸附。第35页，本讲稿共45页2 固固体体表表面面是是均均匀匀的的，各各晶晶格格位位置置处处吸吸附附能能力力相相同同，每每个个位位置置吸吸附附一一个个分分子子。
16、吸吸附附热热是常数是常数，与覆盖率无关。，与覆盖率无关。固固体体表表面面是是均均匀匀的的，各各晶晶格格位位置置处处吸吸附附能能力力相相同同。因因第第二二层层以以上上各各层层为为相相同同分分子子间间的的相相互互作作用用，所所以以除除第第一一层层外外，其其余余各各层层吸吸附附热热都都相相等等，为被吸附气体凝结热。为被吸附气体凝结热。3 被被吸吸附附在在固固体体表表面面上上的的分分子子相互之间无作用力。相互之间无作用力。被被吸吸附附在在固固体体表表面面上上的的分分子子横向横向相互之间无作用力。相互之间无作用力。4 吸吸附附平平衡衡是是动动态态平平衡衡，当当吸吸附附速速率率与与解解吸吸速速率率相相等等
17、时时达达到吸附平衡。到吸附平衡。当当吸吸附附达达到到平平衡衡时时，每每一一层层上上的的吸吸附附速速率率与与解解吸吸速速率率都都相等。相等。第36页，本讲稿共45页BET 的两参数公式可写成直线形式：的两参数公式可写成直线形式：在测定不同压力在测定不同压力 p 下的吸附量下的吸附量V a 后，若以后，若以对对p/p 作图，可得一直线，由其斜率及截距可求出作图，可得一直线，由其斜率及截距可求出 c 与与 。由由 及公式及公式:可求吸附剂比表可求吸附剂比表面积。面积。第37页，本讲稿共45页4吸附速率吸附速率吸附过程通常分为三步：吸附过程通常分为三步：外扩散：吸附质从流体中传递到吸附剂的外表面外扩散
18、：吸附质从流体中传递到吸附剂的外表面内扩散：吸附质分子从吸附剂颗粒的外表面通过颗粒上的微孔扩散内扩散：吸附质分子从吸附剂颗粒的外表面通过颗粒上的微孔扩散进入颗粒内部而到达吸附剂的内表面处进入颗粒内部而到达吸附剂的内表面处在吸附剂的内表面上吸附质被吸附在吸附剂的内表面上吸附质被吸附外扩散或内扩散为吸附的控制步。外扩散或内扩散为吸附的控制步。第38页，本讲稿共45页物理吸附向化学吸附的转变H2分子在分子在Ni表面的吸附是在物理表面的吸附是在物理吸附过程中，提供一点活化能，就可吸附过程中，提供一点活化能，就可以转变成化学吸附。以转变成化学吸附。H2分子从分子从P到达到达a点是物理吸附，点是物理吸附，
19、放出物理吸附热放出物理吸附热Qp，这时提供活化能，这时提供活化能Ea，使氢分子到达，使氢分子到达P点，就解离为氢原点，就解离为氢原子，接下来发生化学吸附。子，接下来发生化学吸附。这活化能这活化能Ea远小于远小于H2分子的解离能，分子的解离能，这就是这就是Ni为什么是一个好的加氢脱氢为什么是一个好的加氢脱氢催化剂的原因催化剂的原因。第39页，本讲稿共45页1、浮选机理浮选机理浮选过程可用吸附或粘附两种机理解释浮选过程可用吸附或粘附两种机理解释。2、液膜是分隔两个液相的第三液相,它与被分隔液体的互溶度极小。膜相液通常由膜溶剂、载体、表面活性剂、稳定剂所组成。3.液膜分离的传质机理液膜分离的传质机理
20、7.1其他分离方法其他分离方法选择性渗透选择性渗透滴内相有化学反应滴内相有化学反应膜相化学反应膜相化学反应吸附和萃取吸附和萃取第40页，本讲稿共45页液膜分离工艺对分离效果的影响液膜分离工艺对分离效果的影响1、混合强度、混合强度搅拌速度（制备液膜、液膜萃取）搅拌速度（制备液膜、液膜萃取）2、操作时间、操作时间制乳时间，乳液放置时间制乳时间，乳液放置时间接触分离时间接触分离时间3、料液的浓度，酸度、料液的浓度，酸度适合于低浓度的提取适合于低浓度的提取pH影响影响(3个方面个方面)第41页，本讲稿共45页4、操作温度 温度升高，提高传质；降低了液膜的稳定性和分离效率分配比减少；粘度降低；增到了膜相
21、的挥发；表面活性剂的水解第42页，本讲稿共45页电渗析：电渗析：.海水脱盐海水脱盐.牛奶组分的调整牛奶组分的调整.果汁的调味果汁的调味电极的排列，电渗析的作用电极的排列，电渗析的作用第43页，本讲稿共45页不同吸附剂的脱水性能一般：脱气体中微量水份分子筛脱气体中大量水份硅胶、活性氧化铝返回返回第44页，本讲稿共45页7.2.4吸附分离工艺介绍ti吸附质首先出现在床层出口端时间；吸附质首先出现在床层出口端时间；tb对应馏出物最大允许浓度时间，称破点时间；对应馏出物最大允许浓度时间，称破点时间；te床层饱和时间。床层饱和时间。（te-ti）对应床层吸附区或传质区长度对应床层吸附区或传质区长度一、固定床吸附第45页，本讲稿共45页