化工分離工程知識(shí)串講第1頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、泡點(diǎn)計(jì)算

1、泡點(diǎn)計(jì)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(jì)算方法

①平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)的泡點(diǎn)計(jì)算

第2頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、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(jìn)料處于泡點(diǎn)

>1

可能為汽液兩相區(qū)

<1

進(jìn)料為過(guò)冷液體

=1

進(jìn)料處于露點(diǎn)

>1

可能為汽液兩相區(qū)

<1

進(jìn)料為過(guò)熱蒸汽

第3頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.

名詞解釋①關(guān)鍵組分：在設(shè)計(jì)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(yán)格限制，并在進(jìn)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4頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.4.1萃取精餾

一、流程ABSA，B特點(diǎn)：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5頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一加入萃取劑的原則1、不形成恒沸物2、沸點(diǎn)較料液中組分高溶劑的作用第6頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一溶劑的作用：

體現(xiàn)：原溶液沸點(diǎn)差不大（）非理想性不很強(qiáng)時(shí)，

★稀釋原溶液：體現(xiàn)：當(dāng)原溶液沸點(diǎn)差大，非理想性很強(qiáng)時(shí)，加S后，濃度下降，而增加，由（2-162）：小，突出了作用?！飳?duì)原溶液1、2組分產(chǎn)生不同的作用，提高12a第7頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一恒沸精餾流程

(1)系統(tǒng)有一對(duì)二元共沸物

丙酮為夾帶劑，分離苯和環(huán)已烷第8頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一。當(dāng)塔頂產(chǎn)品不合格時(shí),不能采用加大回流的辦法來(lái)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(jìn)料量,同時(shí)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9頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一吸收章節(jié)①原理不同吸收是根據(jù)各組分溶解度不同進(jìn)行分離的。精餾利用組分間相對(duì)揮發(fā)度不同使組分分離。物質(zhì)傳遞的機(jī)理包括以下兩種：

⑴分子擴(kuò)散。⑵對(duì)流傳質(zhì)第10頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第11頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第12頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一雙膜論惠特曼要點(diǎn)：

1、氣液相界面兩側(cè)各存在一層靜止的或作層流流動(dòng)的氣膜和液膜

2、傳質(zhì)阻力集中于該兩測(cè)的液膜和氣膜

3、界面無(wú)阻力第13頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一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14頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一物理吸收：A的擴(kuò)散通量即通過(guò)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(qiáng)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(qiáng)因子第15頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.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(dòng)力第16頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一平均吸收因子A理論板數(shù)的計(jì)算方法第17頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一閃蒸閃蒸的定義計(jì)算公式第18頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、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(diǎn)一般不是溶解度曲線頂點(diǎn)。S臨界混溶點(diǎn)或褶點(diǎn)ABPQR1R2R3E1E2E3KB%ERS%A%C1C2C3C圖4-5輔助線的作法及應(yīng)用萃取章節(jié)第19頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

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(shí)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20頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一已知某混合物組成XF，萃余液組成XR，擬用純?nèi)軇㏒進(jìn)行單級(jí)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(shuō)明用作圖法求加入萃取劑量？第21頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.3.1單級(jí)萃取SABRFEM單級(jí)萃取的最小與最大萃取劑用量DG單級(jí)萃取的最小與最大萃取劑用量第22頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一令

b1=mS1/B,則X1=XF/(b1+1)平衡線Y=mXY1Y2Y3Y4X4X3X2X1XFXYE1E2E3E4E04.3.2多級(jí)錯(cuò)流萃?。?）解析法萃取因數(shù)同理……第23頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一錯(cuò)流，萃取劑與原溶劑不互溶

第24頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（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：YEP1S0X4.3.3多級(jí)逆流萃取b=mS/B（12-15）（4-15a）第25頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表面活性劑：濃度越大，表面張力隨時(shí)間下降越多，達(dá)到平衡的時(shí)間越短。親水親油（HLB）值第26頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、界面現(xiàn)象四個(gè)基本定律拉普拉斯(Laplace)公式——彎曲界面附加壓力開(kāi)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(rùn)濕方程——固體表面的浸潤(rùn)與鋪展問(wèn)題第27頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一吸附等溫線的類型(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(shí)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28頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一吸附等溫線的類型(Ⅱ)常稱為S型等溫線。在低壓時(shí)為單分子層吸附，但隨著壓力增加，形成多分子層吸附。第29頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一吸附等溫線的類型(Ⅲ)這種類型較少見(jiàn)。在低壓時(shí)就是多分子層吸附。當(dāng)吸附劑和吸附質(zhì)相互作用很弱時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種等溫線，如352K時(shí)，Br2在硅膠上的吸附。第30頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一吸附等溫線的類型(Ⅳ)多孔吸附劑發(fā)生多分子層吸附時(shí)會(huì)有這種等溫線。在比壓較高時(shí)，有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。例如在323K時(shí)，苯在氧化鐵凝膠上的吸附屬于這種類型。第31頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一吸附等溫線的類型(Ⅴ)發(fā)生多分子層吸附，有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。例如373K時(shí)，水汽在活性炭上的吸附屬于這種類型。第32頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（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(shí)驗(yàn)事實(shí)，從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，提出固體對(duì)氣體的吸附理論，單分子層吸附理論，該理論的四個(gè)假設(shè)是：

Ⅰ.氣體在固體表面上單分子層吸附。因?yàn)椋腆w表面吸附力場(chǎng)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(jìn)入此力場(chǎng)，才可能被吸附。Ⅱ.固體表面均勻，各個(gè)晶格位置的吸附能力相同，每個(gè)位置吸附一個(gè)分子，吸附熱為常數(shù)，與覆蓋率無(wú)關(guān)。第33頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Ⅲ.被吸附在固體表面的相鄰分子間無(wú)作用力，在各晶格位置上吸附與解吸難易程度，與周圍有無(wú)被吸分子無(wú)關(guān)。Ⅳ.吸附和解吸（脫附）呈動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)吸附速率等于解吸速率時(shí)，從表觀看，氣體不再被吸附或解吸，實(shí)際上兩者仍不斷地進(jìn)行，這時(shí)達(dá)到了吸附平衡若設(shè)：b為吸附作用平衡常數(shù)?？傻茫旱?4頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一BET理論與朗繆爾理論的相同、不同點(diǎn)的對(duì)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(jìn)入吸附力場(chǎng)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(kāi)始就表現(xiàn)為多層吸附。第35頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2

固體表面是均勻的，各晶格位置處吸附能力相同，每個(gè)位置吸附一個(gè)分子。吸附熱是常數(shù)，與覆蓋率無(wú)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(wú)作用力。被吸附在固體表面上的分子橫向相互之間無(wú)作用力。4

吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)吸附速率與解吸速率相等時(shí)達(dá)到吸附平衡。當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，每一層上的吸附速率與解吸速率都相等。第36頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一BET的兩參數(shù)公式可寫(xiě)成直線形式：在測(cè)定不同壓力p下的吸附量Va后，若以對(duì)

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37頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4吸附速率吸附過(guò)程通常分為三步：①外擴(kuò)散：吸附質(zhì)從流體中傳遞到吸附劑的外表面②內(nèi)擴(kuò)散：吸附質(zhì)分子從吸附劑顆粒的外表面通過(guò)顆粒上的微孔擴(kuò)散進(jìn)入顆粒內(nèi)部而到達(dá)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(kuò)散或內(nèi)擴(kuò)散為吸附的控制步。第38頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一物理吸附向化學(xué)吸附的轉(zhuǎn)變

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

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

這活化能Ea遠(yuǎn)小于H2分子的解離能，這就是Ni為什么是一個(gè)好的加氫脫氫催化劑的原因。第39頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、浮選機(jī)理浮選過(guò)程可用吸附或粘附兩種機(jī)理解釋。2、液膜是分隔兩個(gè)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(jī)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40頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一液膜分離工藝對(duì)分離效果的影響1、混合強(qiáng)度攪拌速度（制備液膜、液膜萃?。?、操作時(shí)間制乳時(shí)間，乳液放置時(shí)間接觸分離時(shí)間3、料液的濃度，酸度適合于低濃度的提取

pH影響(3個(gè)方面)第41頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4、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42頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電滲析：１.海水脫