化工分离工程知识串讲

汽液相平衡系统的分类 液相 一 泡点计算1 泡点计算与有关方程已知 求 相平衡关系 浓度总和式 相平衡常数关联式 2 计算方法 平衡常数与组成无关的泡点计算 1 混合物的相态 判断混合物在指定温度和压力下是否处于两相区 1 进料处于泡点 1 可能为汽液两相区 1 进料为过冷液体 1 进料处于露点 1 可能为汽液两相区 1 进料为过热蒸汽 2 名词解释 关键组分 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组分 轻关键组分 指在塔釜液中该组分的浓度有严格限制 并在进料液中比该组分轻的组分及该组分的绝大部分应从塔顶采出重关键组分 塔顶重塔釜 2 4 1萃取精馏 一 流程 特点 1 二塔串联 2 S为难挥发组分 一般在近于塔顶加入 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 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 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 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 加大萃取剂用量 减少进料量 同时减少塔顶产品的采出量 这也就是在不改变下降液量的前提下加大了回流比 吸收章节 原理不同吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的 精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离 物质传递的机理包括以下两种 分子扩散 对流传质 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流动的气膜和液膜2 传质阻力集中于该两测的液膜和气膜3 界面无阻力 3 35 3 36 全塔物料衡算 3 37 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 化学吸收速率和增强因子 1 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 提高了液膜传质系数 2 气膜 化学平衡改变了A的气相平衡分压 增大了推动力 平均吸收因子A理论板数的计算方法 闪蒸 闪蒸的定义计算公式 2 三角形相图中辅助线的作法及应用 R1E1 R2E2 R3E3连线都有一定斜率 故K点一般不是溶解度曲线顶点 萃取章节 结论 萃取分离效果取决于两相区大小和联结线斜率 而这两因素又为所选择萃取溶剂和操作温度决定 萃取章节 E m 已知某混合物组成XF 萃余液组成XR 拟用纯溶剂S进行单级萃取 溶解度曲线如图示 在操作范围内溶质A的分配系数kA 1 试说明用作图法求加入萃取剂量 4 3 1单级萃取 单级萃取的最小与最大萃取剂用量 令b1 mS1 B 则X1 XF b1 1 4 3 2多级错流萃取 2 解析法 同理 错流 萃取剂与原溶剂不互溶 2 解析法 若平衡线为Y mX 则依据第九章式 9 75 同样方法可推导得到 4 3 3多级逆流萃取 4 15a 表面活性剂 浓度越大 表面张力随时间下降越多 达到平衡的时间越短 亲水亲油 HLB 值 3 界面现象四个基本定律 拉普拉斯 Laplace 公式 弯曲界面附加压力开尔文 Kelvin 公式 液面曲率与蒸汽压的关系吉布斯 Gibbs 吸附等温式 溶液的表面吸附杨 Young 润湿方程 固体表面的浸润与铺展问题 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 吸附等温线的类型 常称为S型等温线 在低压时为单分子层吸附 但随着压力增加 形成多分子层吸附 吸附等温线的类型 这种类型较少见 在低压时就是多分子层吸附 当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出现这种等温线 如352K时 Br2在硅胶上的吸附 吸附等温线的类型 多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种等温线 在比压较高时 有毛细凝聚现象 例如在323K时 苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种类型 吸附等温线的类型 发生多分子层吸附 有毛细凝聚现象 例如373K时 水汽在活性炭上的吸附属于这种类型 2 朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式 1916年 朗缪尔 Langmuir 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 单分子层吸附理论 该理论的四个假设是 气体在固体表面上单分子层吸附 因为 固体表面吸附力场作用范围只有分子直径大小 0 2 0 3nm 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 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 与覆盖率 无关 被吸附在固体表面的相邻分子间无作用力 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 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 实际上两者仍不断地进行 这时达到了吸附平衡 BET理论与朗缪尔理论的相同 不同点的对照 BET的两参数公式可写成直线形式 由及公式 可求吸附剂比表面积 4吸附速率 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 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 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 物理吸附向化学吸附的转变 H2分子在Ni表面的吸附是在物理吸附过程中 提供一点活化能 就可以转变成化学吸附 H2分子从P 到达a点是物理吸附 放出物理吸附热Qp 这时提供活化能Ea 使氢分子到达P点 就解离为氢原子 接下来发生化学吸附 这活化能Ea远小于H2分子的解离能 这就是Ni为什么是一个好的加氢脱氢催化剂的原因 1 浮选机理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 7 1其他分离方法 选择性渗透 滴内相有化学反应 膜相化学反应 吸附和萃取 液膜分离工艺对分离效果的影响 1 混合强度搅拌速度 制备液膜 液膜萃取 2 操作时间制乳时间 乳液放置时间接触分离时间3 料液的浓度 酸度适合于低浓度的提取pH影响 3个方面 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 增到了膜相的挥发 表面活性剂的水解 电渗析 海水脱盐 牛奶组分的调整 果汁的调味电极的排列 电渗析的作用