化工原理下 传质分离精细化工产品分离理论复习

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1、一、蒸馏及精馏技术1 1、蒸馏分离依据蒸馏分离依据 蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发性的差异来分离液体混合物的传质过程。 4 4、回流及其作用；全回流与最少理论塔板数；回流比对精馏操、回流及其作用；全回流与最少理论塔板数；回流比对精馏操 作的影响作的影响 回流：从精馏塔引出的蒸汽冷凝液，其中一部分作为塔顶产物，称为镏出液，其余部分送回塔内，作为塔顶第一块塔板的回流。 作用：补充塔板上的易挥发组分，使塔板上的液相组成相数量保持稳定，提供热质传递所需的另一相。是保证精馏塔的稳定、正常操作的必要条件。 全回流：塔顶蒸汽经冷凝后，全部回流至塔内，这种方式称为全回流。 最少理论塔板数：因在全回流时，操作

2、线与平衡线间的距离最大， 与对角线重合，达到规定的分离要求，所需要的理论板数最少。 芬斯克方程 回流比对精馏操作的影响：精馏操作中，由精馏塔塔顶返回塔内的回流 液流量 L 与塔顶产品流量 D 的比值,即 R=L/D。随着回流比的增加，精馏段操作线的截距越小，操作线偏离平衡线越远， 或越接近于对角线，那么所需的理论塔板数越少，减少了设备费用，反之，回 流比 R 减小，理论塔板数增加。另一方面，回流量增大也增大了操作费用，只 有适宜回流比，才能效果好。回流比的选择是一个经济问题，是在操作费 （主要取决于能耗）和设备费（塔板数以 及再沸器和冷凝器的传热面积） 之间作出权衡。 5 5、二组分理想溶液精

3、馏的工艺计算：物料衡算；操作线方程；、二组分理想溶液精馏的工艺计算：物料衡算；操作线方程； 理论塔板数的计算；最小回流比、回流比的确定；板效率与实际塔理论塔板数的计算；最小回流比、回流比的确定；板效率与实际塔 板数。板数。 6 6、对传质设备的一般要求、对传质设备的一般要求 7 7、常见精馏的不正常操作现象产生的原因及调整方法、常见精馏的不正常操作现象产生的原因及调整方法 P42P42 8 8、精馏塔的操作控制目标；控制参数、精馏塔的操作控制目标；控制参数 （1）温度、压力、组成之间关系 组成一定，压力 P，温度（沸点）T 压力 P 一定，组分重，温度 T，温度与组成有一一对应关系，塔顶至塔底

4、温度低高，物料组成轻重，利用这个对应的关系控制分离效果，保证 产品质量。 塔板温度受塔压力和物料组成的影响，与加热量的大小无关。常压塔中， 塔顶温度接近于塔顶纯物料的沸点温度，塔底温度是一种或几种重组分的泡点 温度。 （2）工艺参数影响 1.进料温度：精馏塔的进料通常接近泡点温度。如果进料低于泡点温度， 可增大提馏段来帮助精馏段，这样将会提高塔顶组分纯度，降低塔底组分纯度。 相反，如果进料已经部分汽化，那么精馏段将帮助提馏段，这些都是指在假定 其他参数都保持不变的情况下进行的。 2. 塔压：在精馏时，塔压不是操作参数，这并不意味着精馏好坏不受压力 影响。在正常操作情况下塔压保持为常数等于设计压

5、力，如果塔压增加，平衡 就会改变，即对同样的精馏需要增加较多的热量。压力增加，分离难度增加。 3. 回流：精馏过程区别于简单蒸馏就在于有回流，回流对精馏塔的操作都 有重耍影响。增大回流比，精馏段操作线的截距减小，操作线离平衡线越远， 每一梯级的垂直线段及水平线段都增长，说明每层理论板的分离程度加大，为 完成一定分离任务所需的理论板数就会减少。但是增大回流比又导致冷凝器、 再沸器负荷增大，操作费用增加，根据工艺上的要求，又要考虑设备费用（板 数多少及冷凝器、再沸器传热面积大小）和操作费用，来选择适宜回流比。 4.灵敏板温度控制： 设备结构已定，生产负荷和产品比例基本不变的操作过程中，精馏塔的进

6、料量 F、组分 x 、蒸汽量、冷却剂量、釜液出料量 w 处于相对稳定状态，往往 是通过回流比的调节来控制灵敏板的温度。当灵敏板温度 T 上升时，通过加大 回流量 L，来降低灵敏板温度；当灵敏板温度 T 下降时，通过减少回流量 L，来提高灵敏板温度。 5.温差控制和物料平衡控制二、吸收技术1.1.吸收分离的依据吸收分离的依据1)在同一溶剂中，不同气体的溶解度差异很大 2)同一溶质在相同的温度下，随气体分压的提高，在液相中的溶解度加大 3)同一溶质在相同的气体分压下，随温度的提高，在液相中的溶解度加大2.2.吸收剂的选择原则及常用吸收剂吸收剂的选择原则及常用吸收剂 (P56)(P56)选择原则 1

7、)溶解度大 2)选择性好3)挥发度小 4)再生易 5)黏度低 6)较好的化学稳定性 7)腐蚀性低 8)无毒、无害、廉价 常用吸收剂：水，5.5.吸收计算（吸收计算（P62P62）7.7.吸收过程中控制因素（吸收过程中控制因素（P84P84）1)压力 2)温度 3)吸收剂的进口浓度 4)填料层的压降和气流速度 5)液体喷淋密度和填料表面润湿 6)液气比8.8.吸收操作调节（吸收操作调节（P87P87）1)流量的调节 a)进气量的调节 b)吸收剂流量的调节 2)温度与压力调节 a)吸收及温度的调节 b)维持塔压 3)塔底液位的维持三、萃取技术1 1、萃取适用范围、萃取适用范围：实现萃取过程，进行接

8、触的两种液体必须是单独的两相，它们必须是不互 溶或部分互溶。即两种溶剂互不相溶；溶质在两种溶剂中，溶解度有较大差异； 溶质不与萃取剂发生任何反应。2 2、萃取分离原理及步骤：、萃取分离原理及步骤：原理：萃取是利用系统中组分在溶剂中有不同的溶解度来分离混合物的单元操 作，利用相似相溶原理。 步骤：混合传质过程：充分接触，相界面传质；沉降分层过程：密度差分离萃取相E E、萃余相R R； 脱除溶剂过程：精馏、蒸发、结晶等。 6 6、萃取操作的计算、萃取操作的计算三、结晶技术1.1.结晶及其实质结晶及其实质含义：结晶是固体物质以晶体状态从蒸汽溶液或熔融物中析出的过程 实质：将稀溶液变成过饱和溶液，然后

9、析出晶体5.5.过饱和溶液的三个区域及特点过饱和溶液的三个区域及特点稳定区：溶液尚未达到饱和，没有结晶的可能 介稳区：不会自发地产生晶核，在溶液中加入晶种（在过饱和溶液中人为地加 入的小颗粒溶质晶体） ，诱导晶体就。大 不稳定区：溶液能自发地产生晶核6.6.晶体生成的两个阶段，晶核及其形成过程，晶体成长及其步骤，晶体生成的两个阶段，晶核及其形成过程，晶体成长及其步骤，两速率大小对结晶产品的影响两速率大小对结晶产品的影响阶段：晶核的生成晶体的成长 晶核：过饱和溶液中初始生成的的微小颗粒，晶体成长的核心。 形成过程 质点元素线晶面晶晶胚长大成稳定的晶核成核方式 初级成核（一次成核）：在没有晶体存在

10、的过饱和溶液中自发产生晶核的过程。二次成核 受外界影响而产生晶核。在已有晶体的条件下产生晶核二次成核的机在已有晶体的条件下产生晶核二次成核的机 理主要有流体剪应力成核和接触成核。理主要有流体剪应力成核和接触成核。 晶体成长 以过饱和度为推动力，溶液中的溶质向晶核或加入的晶体运动并在 其 表面上进行有序排列，使晶体格子扩大的过程。 晶体生长的步骤 1）待结晶溶质借扩散作用穿过靠近晶体表面的静止液层，从溶液中转移至晶体）待结晶溶质借扩散作用穿过靠近晶体表面的静止液层，从溶液中转移至晶体 表面。表面。2）到达晶体表面的溶质嵌人晶面，使晶体长大，同时放出结晶热。）到达晶体表面的溶质嵌人晶面，使晶体长大

11、，同时放出结晶热。3）放出来的结晶热传导至溶液中。）放出来的结晶热传导至溶液中。分解两种速率对结晶产品的影响两种速率对结晶产品的影响 1 1、晶核生成速率晶核生成速率 晶体成长速率晶体成长速率 大量晶核、产品小而多大量晶核、产品小而多 2、晶核生成速率晶核生成速率 晶体成长速率晶体成长速率 产品颗粒大而均匀 一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段：1、介质达到过饱和、过冷却 阶段；2、成核阶段；3、生长阶段。7.7.过饱和度，冷却（蒸发）速度，晶种对结晶操作的影响过饱和度，冷却（蒸发）速度，晶种对结晶操作的影响1 1、过饱和度的影响、过饱和度的影响溶液的过饱和度是结晶过程的推动力。增大溶液

12、过饱和度可提高成核速率增大溶液过饱和度可提高成核速率 和生长速率，有利于提高结晶生产能力。和生长速率，有利于提高结晶生产能力。 过饱和度过大会出现问题：过饱和度过大会出现问题： 1） 成核速率过快，产生大量微小晶体，结晶难以长大；成核速率过快，产生大量微小晶体，结晶难以长大； 2） 结晶生长速率过快，影响结晶质量；结晶生长速率过快，影响结晶质量； 3） 结晶器壁容易产生晶垢。结晶器壁容易产生晶垢。 存在最大过饱和度，可保证在较高成核和生长速率的同时，不影响结晶的存在最大过饱和度，可保证在较高成核和生长速率的同时，不影响结晶的 质量。在不易产生晶垢的过饱和度下进行。质量。在不易产生晶垢的过饱和度

13、下进行。 即大至介稳区。即大至介稳区。 2 2、冷却、冷却 或蒸发速度的影响或蒸发速度的影响 冷却结晶时，若降温速度过快，溶液很快达到较高的过饱和度，生成冷却结晶时，若降温速度过快，溶液很快达到较高的过饱和度，生成大量大量 微小晶体，微小晶体，影响结晶产品的质量。影响结晶产品的质量。温度最好控制在饱和温度与过饱和温度之间。温度最好控制在饱和温度与过饱和温度之间。蒸发结晶时，蒸发速度过快，则溶液的过饱度较大，生成蒸发结晶时，蒸发速度过快，则溶液的过饱度较大，生成大量微小晶体大量微小晶体， 附着在结晶表面，影响结晶产品的质量。附着在结晶表面，影响结晶产品的质量。蒸发速度应与结晶生长速率相适应，蒸发

14、速度应与结晶生长速率相适应， 保持溶液的过饱和度一定。保持溶液的过饱和度一定。4 晶种晶种 向处于介稳区的过饱和溶液中添加颗粒均匀的晶种。主要作用是控制晶核向处于介稳区的过饱和溶液中添加颗粒均匀的晶种。主要作用是控制晶核 数量得到粒度大而均匀的结晶产品。工业上结晶操作一般都是在人为加入晶种数量得到粒度大而均匀的结晶产品。工业上结晶操作一般都是在人为加入晶种 的情况下进行的。的情况下进行的。 对于溶液粘度较高的物系，晶核很难产生，而在高过饱度下，一旦产生晶对于溶液粘度较高的物系，晶核很难产生，而在高过饱度下，一旦产生晶 核，就会同时出现大量晶核，容易发生聚晶现象，产品质量不易控制。核，就会同时出

15、现大量晶核，容易发生聚晶现象，产品质量不易控制。 高粘度物系必须用在介稳区内添加晶种的操作方法。高粘度物系必须用在介稳区内添加晶种的操作方法。 一些晶种的加入为了更好更快的析出晶体五、非均相物系分离(详见流体输送模块三)1 1、非均相分离的主要方法、非均相分离的主要方法沉降和过滤 静电分离 湿法除尘2 2、沉降原理；沉降分离的必要条件、沉降原理；沉降分离的必要条件3 3、沉降速度的计算、沉降速度的计算4 4、沉降器的生产能力与沉降面积的关系、沉降器的生产能力与沉降面积的关系7 7、常用的过滤介质；助滤剂、作用及用法、常用的过滤介质；助滤剂、作用及用法习题习题 38：用一多层降尘室以除去炉气中的

16、矿尘。矿尘最小粒径为用一多层降尘室以除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为8，密度为，密度为 4000。降尘室内长。降尘室内长 4.1，宽，宽 1.8，高，高m3/mkgmm4.2，气体温度为，气体温度为 427，粘度为，粘度为 3.410-5Pass，密度为，密度为m0.5，若每小时的炉气量为，若每小时的炉气量为 2160 标准标准。试求降尘室。试求降尘室3/mkg3m内的隔板间距及层数。内的隔板间距及层数。答案与评分标准解：（1）操作条件下炉气处理量为： （2 分）smV/54. 1273427273 36002160s3（2）假设沉降在滞流区，可求出 ut （2 分）smgs/101 . 4104 . 31881. 9)5 . 04000()108( 18)(du3 5262t 而气体水平通过速度 （1 分）smbHvus/20. 0)2 . 48 . 1/(54. 1/（3）层数 n（2 分）501511101