其他传质与分离过程

1、第七章 其他传质与分离过程 通过本章学习，了解结晶的基本概念；结晶过程的热力学与结晶过程的动力学。学习目的与要求一 、结晶单元操作及其特点 固体物质以晶体状态从溶液、熔融混合物或蒸气中析出的过程称为结晶。 应用示例氯化钾水氯化钾溶液结晶间二氯苯对二氯苯对二氯苯熔融结晶三聚氰胺尿素氨气三聚氰胺降华结晶一 、结晶单元操作及其特点结晶过程的特点v 适用于共沸物系、同分异构体物系以及热敏性 物系的分离v 操作温度低，能耗低v 三废排放少v 便于产品的包装、储存、运输和使用二、结晶过程的分类结晶过程溶液结晶 熔融结晶升华结晶沉淀结晶反应结晶 盐析结晶喷射结晶冰析结晶三、晶体的概念1.晶体 在固体物质内部

2、结构中的质点元（原子、离子或分子）作三维有序规则排列即形成晶体。NaCl晶体结构模型2.晶格与晶系 各质点元（原子、离子或分子）间由于力的作用，在固定平衡位置振动，彼此之间保持一定的距离，称为晶格。晶体按其晶格结构分为不同晶系四方晶系立交晶系立方晶系三斜晶系单斜晶系六方晶系三方晶系三、晶体的概念晶体的七种晶系3.晶习 晶体的外部宏观形状称为晶习。晶习是产品质量的重要指标。影响晶习的因素v 物料性质v 结晶条件v 物理环境三、晶体的概念四、结晶过程结晶过程成核产生微小晶粒作为结晶的核心晶核。晶体成长晶核长大宏观的晶体。溶液结晶晶浆晶体溶液过滤晶体产品母液一、相平衡与溶解度溶解度曲线固体物质与其溶

3、液相接触溶液未饱和固体溶解溶液过饱和固体析出溶解速率析出速率=溶液恰好达到饱和液固相平衡某些无机盐在水中的溶解度曲线温度升高溶解度增大温度升高溶解度基本不变正溶解度特性温度升高溶解度减小逆溶解度特性变态点含有超过饱和量溶质的溶液。结晶过程的推动力过饱和度过饱和溶液定义过饱和度定义过饱和溶液与相同温度下的饱和溶液的浓度之差。二、溶液的过饱和与介稳区溶液的过饱和与超溶解度曲线GABCDEGG 不稳区介稳区稳定区EFG冷却法GFE蒸发法GFE 真空绝热蒸发法(冷却蒸发法)FFF 超溶解度曲线溶解度曲线一、晶核的形成1.晶核产生 溶液中快速运动的溶质元素(原子、离子或分子)线体单元 相互碰撞线体单元增

4、长晶胚 晶胚增长晶核 晶胚分解晶核直径：数十纳米至几微米 2.初级成核与二级成核 没有晶体存在的过饱和溶液中自发产生晶核的过程初级成核有晶体（晶种）存在过饱和溶液中产生晶核的过程二级成核初级成核速率二级成核速率超细粒子制造初级成核大粒子制造二级成核一、晶核的形成 晶体成长系指过饱和溶液中的溶质质点在过饱和度推动力作用下，向晶核或加入晶种运动并在其表面上层层有序排列，使晶核或晶种微粒不断长大的过程。 二、晶体的成长晶体成长 扩散过程 溶质质点以扩散方式由液相主体穿过靠近晶体表面的静止液层转移至晶体表面。 表面反应过程 到达晶体表面的溶质质点按一定排列方式嵌入晶面，使晶体长大并放出结晶热。 传热过

5、程 放出的结晶热传导至液相主体。 二、晶体的成长晶体成长示意图晶体正在成长晶面ic溶液主体c液膜扩散推动力c表面反应推动力1.晶粒大小的影响v 对个别物系，原晶粒的初始粒度越大，其成长 速率越快v 对多数物系，晶体的成长与原晶粒的初始粒度 无关v 低温结晶为表面反应控制v 高温结晶为扩散控制2.结晶温度的影响三、影响晶体成长的因素v 改变溶液的结构或溶液的平衡饱和浓度v 改变晶体与溶液界面处液层的特性而影响溶质 质点嵌入晶面。 v 通过本身吸附在晶面上，而阻挡溶质质点嵌入 晶面3.杂质的影响三、影响晶体成长的因素习题课（2） 某化工厂现有一板式精馏塔，内装25层泡罩塔板，用来分离某二元混合液。

6、已知原料液流量为100 kmol/h，组成为0.5，要求馏出液的组成为0.96，易挥发组成的回收率为96；操作条件下的平均相对挥发度为2.4。现场测得该板式塔的操作空塔气速为0.85m/s，全塔效率为52，每层塔板的压降为0.85 kPa，汽相平均密度为2.785kg/m3。气液传质设备综合练习题 现因工艺要求，将该板式塔改为填料塔，以降低塔釜温度和提高处理量。拟采用350Y金属孔板波纹填料，已知该填料在操作条件下的等板高度为0.285m，单位高度填料层压降为0.35 kPa/m，气相动能因子为1.8。试计算改为填料塔后：（1）塔釜温度降低多少；（2）塔处理量提高多少倍。注： 设塔顶操作压力为

7、常压。 设再沸器内汽液两相处于平衡状态。 易挥发组分的安托尼方程为24.22035.1206023. 6lg0tpA的单位为 kPa0Ap气液传质设备综合练习题气液传质设备综合练习题kmol/h100FCQ50. 0Fx96. 0DxWxWDBQ%96D%52TEm/s85. 0u4 . 2kPa85. 0iP3kg/m785. 2V125原工况：板式塔气液传质设备综合练习题新工况：填料塔kmol/h100FCQ50. 0Fx96. 0DxWxWDBQ%96Dm285. 0HETPkPa/m35. 0/ZP)m/s()(kg/m8 . 15 . 03 F先进行物料衡算 %96%10050. 0

8、10096. 0%100DFxDxFDDWDFWxDxFxWx0 .500 .5096. 050. 0100解出 kmol/h0 .50Dkmol/h0 .50W解出 04. 0Wx解: 气液传质设备综合练习题分析 )(WWPftPPPDW需求kPa58.12225.2133.101WP1.求WtPkPa25.2185. 025P气液传质设备综合练习题采用板式塔 WxWBQWtWy04. 0Wx气液传质设备综合练习题由 WWWxxy) 1(1091. 004. 0) 14 . 2(104. 04 . 2kPa15.1158.122091. 0WWAPypkPa75.27804. 015.110

9、AAAxpp24.22035.1206023. 6lg0tpA解得气液传质设备综合练习题由 94.116Wt （板式塔）TNHETPZZP35.0采用填料塔 需求Z需求TN1352. 025TPTENNm705. 313285. 0Z气液传质设备综合练习题kPa63.10230. 133.101WPkPa30. 1705. 335. 0PkPa34. 963.102091. 0WWAPypkPa5 .23304. 034. 90AAAxpp24.22035.1206023. 6lg0tpA解得气液传质设备综合练习题由 84.109Wt （填料塔）1 . 784.10994.116Wt 2.求板

10、填,ssVaV填填uDVs2,4板板uDVs2,4未变D板填板填uuVVss,气液传质设备综合练习题27. 185. 0079. 1,板填ssVVm/s85.0板u对于规整填料VuFm/s079.1785.28 .1填VFu板填,27. 1ssVV 在直径1.2m、长度6m的转筒干燥器中，常压下干燥温度24 、湿含量0.037（湿基，下同）的湿物料，经干燥后，物料的温度60 、湿含量0.002，干燥产品的流量1000 kg/h 。干燥介质为温度25 、相对湿度55的新鲜空气，空气进、出干燥器的温度分别为85 和30 。预热器中采用180 kPa的饱和水蒸汽加热，预热器的热损失可忽略。已知25水

11、的饱和蒸汽压3168.4 Pa。绝干料比固体物料的干燥综合练习题热容1.507 kJ/(kg绝干料 ) ，干燥器外壁与空气的总传热系数35 kJ/(m2h ) 。 1. 计算鼓风机的风量； 2. 计算加热蒸汽的消耗量； 3. 计算干燥系统的热效率。 固体物料的干燥综合练习题干燥器 PQ241预热器 250t851t302t602LQ %550Pa4 .31680sp 002. 02w 037. 01wm2 . 1m0 . 6kg/h10002G507. 1SckJ / (kg绝干料) 180kPa 饱和水蒸气加热干燥器有热损失非等焓干燥过程固体物料的干燥综合练习题1.求解: V HLvV 27

12、3273)244. 1772. 0(00tHvH需求0H00000622. 0sspPpH0109. 04 .316855. 01013254 .316855. 0622. 0kg / kg绝干气固体物料的干燥综合练习题857. 027325273)0109. 0244. 1772. 0(Hvm3 / kg绝干气固体物料的干燥综合练习题12HHWL需求21HHW、0109. 001 HHkg / kg绝干气33.36)002. 00384. 0(0 .998)(21XXGW0384. 0037. 01037. 01111wwXkg / kg绝干料002. 0002. 01002. 01222w

13、wXkg / kg绝干料0 .998)002. 01 (1000)1 (22wGGkg 绝干料/ hkg / h固体物料的干燥综合练习题WHHL)(12LQIGLIIGLI2211物料衡算)(33.36)0109. 0(2aHL热量衡算11112490)88. 101. 1 (HtHI7 .1140109. 0249085)0109. 088. 101. 1 (kJ / kg绝干气)(2HfL 111)(XccIwS0 .4024)0384. 0187. 4507. 1 (kJ / kg绝干料固体物料的干燥综合练习题222)(XccIwS9 .9060)002. 0187. 4507. 1 (

14、kJ / kg绝干料)02)(21tttDLtSQL总总6 .25716)2523085()62 . 114. 3(35kJ / h6 .257169 .900 .9980 .400 .9987 .1142LIL)(2IfL )(8 .765147 .1142bLIL固体物料的干燥综合练习题22222490)88. 101. 1 (HtHI22249030)88. 101. 1 (HH)(3 .304 .254622cHI)(22HfI 联立(a)、(b)、(c)式，解得12.892IkJ / kg绝干气0231. 02Hkg / kg绝干气0 .2984Lkg / h固体物料的干燥综合练习题0 .2557857. 00 .2984 HLvVm3 / h2.求蒸汽wrQPw蒸汽需求PQ)(01IILQP00002490)88. 101. 1 (HtHI9 .520109. 0249025)0109. 088. 101.