化工分離工程知識串講

化工分離工程知識串講第一頁，共四十五頁，2022年，8月28日一、泡點計算

1、泡點計算與有關(guān)方程

已知

求

①相平衡關(guān)系：

②濃度總和式：

③相平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)式：

2、計算方法

①平衡常數(shù)與組成無關(guān)的泡點計算

第二頁，共四十五頁，2022年，8月28日1、混合物的相態(tài)

判斷混合物在指定溫度和壓力下是否處于兩相區(qū)

=1

進料處于泡點

>1

可能為汽液兩相區(qū)

<1

進料為過冷液體

=1

進料處于露點

>1

可能為汽液兩相區(qū)

<1

進料為過熱蒸汽

第三頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.

名詞解釋①關(guān)鍵組分：在設(shè)計或操作控制中，有一定分離要求，且在塔頂、塔釜都有一定數(shù)量的組分稱為關(guān)鍵組分。

輕關(guān)鍵組分，指在塔釜液中該組分的濃度有嚴格限制，并在進料液中比該組分輕的組分及該組分的絕大部分應(yīng)從塔頂采出重關(guān)鍵組分，塔頂

重

塔釜

第四頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.4.1萃取精餾

一、流程ABSA，B特點：1.二塔串聯(lián);2.S為難揮發(fā)組分，一般在近于塔頂加入.第五頁，共四十五頁，2022年，8月28日加入萃取劑的原則1、不形成恒沸物2、沸點較料液中組分高溶劑的作用第六頁，共四十五頁，2022年，8月28日溶劑的作用：

體現(xiàn)：原溶液沸點差不大（）非理想性不很強時，

★稀釋原溶液：體現(xiàn)：當原溶液沸點差大，非理想性很強時，加S后，濃度下降，而增加，由（2-162）：小，突出了作用?！飳υ芤?、2組分產(chǎn)生不同的作用，提高12a第七頁，共四十五頁，2022年，8月28日恒沸精餾流程

(1)系統(tǒng)有一對二元共沸物

丙酮為夾帶劑，分離苯和環(huán)已烷第八頁，共四十五頁，2022年，8月28日。當塔頂產(chǎn)品不合格時,不能采用加大回流的辦法來調(diào)節(jié)。一般調(diào)節(jié)方法有:①加大萃取劑用量;②減少進料量,同時減少塔頂產(chǎn)品的采出量。這也就是在不改變下降液量的前提下加大了回流比。第九頁，共四十五頁，2022年，8月28日吸收章節(jié)①原理不同吸收是根據(jù)各組分溶解度不同進行分離的。精餾利用組分間相對揮發(fā)度不同使組分分離。物質(zhì)傳遞的機理包括以下兩種：

⑴分子擴散。⑵對流傳質(zhì)第十頁，共四十五頁，2022年，8月28日第十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日第十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日雙膜論惠特曼要點：

1、氣液相界面兩側(cè)各存在一層靜止的或作層流流動的氣膜和液膜

2、傳質(zhì)阻力集中于該兩測的液膜和氣膜

3、界面無阻力第十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日吸收塔的物料衡算塔頂塔底稀端濃端（3-35）（3-36）全塔物料衡算：（3-37）第十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日物理吸收：A的擴散通量即通過液膜傳遞的量化學(xué)吸收：液膜傳遞的量+液膜中A與B反應(yīng)消耗量膜中反應(yīng)通量（圖3-12）增強因子：化學(xué)吸收與物理吸收速率的比值()

化學(xué)吸收速率和增強因子第十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日1.化學(xué)吸收由于化學(xué)反應(yīng)存在，降低液膜阻力，提高了反應(yīng)速率（提高了液膜傳質(zhì)系數(shù)）2.氣膜：化學(xué)平衡改變了A的氣相平衡分壓，增大了推動力第十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日平均吸收因子A理論板數(shù)的計算方法第十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日閃蒸閃蒸的定義計算公式第十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日2、三角形相圖中輔助線的作法及應(yīng)用:R1E1、R2E2、R3E3連線都有一定斜率，故K點一般不是溶解度曲線頂點。S臨界混溶點或褶點ABPQR1R2R3E1E2E3KB%ERS%A%C1C2C3C圖4-5輔助線的作法及應(yīng)用萃取章節(jié)第十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日

結(jié)論：萃取分離效果取決于兩相區(qū)大小和聯(lián)結(jié)線斜率，而這兩因素又為所選擇萃取溶劑和操作溫度決定。ABSRR’FE’EMEmE’m聯(lián)結(jié)線斜率越大，萃余液濃度越小。相切時萃取液濃度最高溫度越高，溶解度大，兩相區(qū)縮小萃取章節(jié)E’m第二十頁，共四十五頁，2022年，8月28日已知某混合物組成XF，萃余液組成XR，擬用純?nèi)軇㏒進行單級萃取，溶解度曲線如圖示。在操作范圍內(nèi)溶質(zhì)A的分配系數(shù)kA=1，試說明用作圖法求加入萃取劑量？第二十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日4.3.1單級萃取SABRFEM單級萃取的最小與最大萃取劑用量DG單級萃取的最小與最大萃取劑用量第二十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日令

b1=mS1/B,則X1=XF/(b1+1)平衡線Y=mXY1Y2Y3Y4X4X3X2X1XFXYE1E2E3E4E04.3.2多級錯流萃?。?）解析法萃取因數(shù)同理……第二十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日錯流，萃取劑與原溶劑不互溶

第二十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日（2）解析法

若平衡線為Y=mX，則依據(jù)第九章式（9-75）同樣方法可推導(dǎo)得到：YEP1S0X多級逆流萃取b=mS/B（12-15）（4-15a）第二十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日表面活性劑：濃度越大，表面張力隨時間下降越多，達到平衡的時間越短。親水親油（HLB）值第二十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日3、界面現(xiàn)象四個基本定律拉普拉斯(Laplace)公式——彎曲界面附加壓力開爾文(Kelvin)公式——液面曲率與蒸汽壓的關(guān)系吉布斯(Gibbs)吸附等溫式——溶液的表面吸附楊(Young)潤濕方程——固體表面的浸潤與鋪展問題第二十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日吸附等溫線的類型(Ⅰ)在2.5nm以下微孔吸附劑上的吸附等溫線屬于這種類型。例如78K時N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子篩上的吸附。qpT1T2T3第二十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日吸附等溫線的類型(Ⅱ)常稱為S型等溫線。在低壓時為單分子層吸附，但隨著壓力增加，形成多分子層吸附。第二十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日吸附等溫線的類型(Ⅲ)這種類型較少見。在低壓時就是多分子層吸附。當吸附劑和吸附質(zhì)相互作用很弱時會出現(xiàn)這種等溫線，如352K時，Br2在硅膠上的吸附。第三十頁，共四十五頁，2022年，8月28日吸附等溫線的類型(Ⅳ)多孔吸附劑發(fā)生多分子層吸附時會有這種等溫線。在比壓較高時，有毛細凝聚現(xiàn)象。例如在323K時，苯在氧化鐵凝膠上的吸附屬于這種類型。第三十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日吸附等溫線的類型(Ⅴ)發(fā)生多分子層吸附，有毛細凝聚現(xiàn)象。例如373K時，水汽在活性炭上的吸附屬于這種類型。第三十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日（2）朗繆爾單分子層吸附理論及吸附等溫式1916年，朗繆爾（Langmuir）根據(jù)大量實驗事實，從動力學(xué)觀點出發(fā)，提出固體對氣體的吸附理論，單分子層吸附理論，該理論的四個假設(shè)是：

Ⅰ.氣體在固體表面上單分子層吸附。因為，固體表面吸附力場作用范圍只有分子直徑大小

(0.2~0.3nm)，只有氣體分子碰到固體空白表面，進入此力場，才可能被吸附。Ⅱ.固體表面均勻，各個晶格位置的吸附能力相同，每個位置吸附一個分子，吸附熱為常數(shù)，與覆蓋率無關(guān)。第三十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日Ⅲ.被吸附在固體表面的相鄰分子間無作用力，在各晶格位置上吸附與解吸難易程度，與周圍有無被吸分子無關(guān)。Ⅳ.吸附和解吸（脫附）呈動態(tài)平衡。當吸附速率等于解吸速率時，從表觀看，氣體不再被吸附或解吸，實際上兩者仍不斷地進行，這時達到了吸附平衡若設(shè)：b為吸附作用平衡常數(shù)?？傻茫旱谌捻?，共四十五頁，2022年，8月28日BET理論與朗繆爾理論的相同、不同點的對照:

Langmuir理論BET理論1

單分子層吸附。只有碰撞到固體空白表面上，進入吸附力場作用范圍的氣體分子才有可能被吸附。多分子層吸附：被吸附的分子可以吸附碰撞在它上面的氣體分子；也不一定等待第一層吸附滿了再吸附第二層，而是從一開始就表現(xiàn)為多層吸附。第三十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日2

固體表面是均勻的，各晶格位置處吸附能力相同，每個位置吸附一個分子。吸附熱是常數(shù)，與覆蓋率無關(guān)。固體表面是均勻的，各晶格位置處吸附能力相同。因第二層以上各層為相同分子間的相互作用，所以除第一層外，其余各層吸附熱都相等，為被吸附氣體凝結(jié)熱。3

被吸附在固體表面上的分子相互之間無作用力。被吸附在固體表面上的分子橫向相互之間無作用力。4

吸附平衡是動態(tài)平衡，當吸附速率與解吸速率相等時達到吸附平衡。當吸附達到平衡時，每一層上的吸附速率與解吸速率都相等。第三十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日BET的兩參數(shù)公式可寫成直線形式：在測定不同壓力p下的吸附量Va后，若以對

p/p

作圖，可得一直線，由其斜率及截距可求出c

與。

由及公式:可求吸附劑比表面積。第三十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日4吸附速率吸附過程通常分為三步：①外擴散：吸附質(zhì)從流體中傳遞到吸附劑的外表面②內(nèi)擴散：吸附質(zhì)分子從吸附劑顆粒的外表面通過顆粒上的微孔擴散進入顆粒內(nèi)部而到達吸附劑的內(nèi)表面處③在吸附劑的內(nèi)表面上吸附質(zhì)被吸附外擴散或內(nèi)擴散為吸附的控制步。第三十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日物理吸附向化學(xué)吸附的轉(zhuǎn)變

H2分子在Ni表面的吸附是在物理吸附過程中，提供一點活化能，就可以轉(zhuǎn)變成化學(xué)吸附。

H2分子從P’到達a點是物理吸附，放出物理吸附熱Qp，這時提供活化能Ea，使氫分子到達P點，就解離為氫原子，接下來發(fā)生化學(xué)吸附。

這活化能Ea遠小于H2分子的解離能，這就是Ni為什么是一個好的加氫脫氫催化劑的原因。第三十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日1、浮選機理浮選過程可用吸附或粘附兩種機理解釋。2、液膜是分隔兩個液相的第三液相,它與被分隔液體的互溶度極小。膜相液通常由膜溶劑、載體、表面活性劑、穩(wěn)定劑所組成。3.液膜分離的傳質(zhì)機理7.1其他分離方法①選擇性滲透②滴內(nèi)相有化學(xué)反應(yīng)Ⅰ③膜相化學(xué)反應(yīng)④吸附和萃取第四十頁，共四十五頁，2022年，8月28日液膜分離工藝對分離效果的影響1、混合強度攪拌速度（制備液膜、液膜萃?。?、操作時間制乳時間，乳液放置時間接觸分離時間3、料液的濃度，酸度適合于低濃度的提取

pH影響(3個方面)第四十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日4、操作溫度溫度升高，提高傳質(zhì)；降低了液膜的穩(wěn)定性和分離效率分配比減少；粘度降低；增到了膜相的揮發(fā)；表面活性劑的水解第四十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日電滲析：１