单元操作培训课件

1、1第七章第七章 流体流动流体流动v山东化工职业学院化学工程系山东化工职业学院化学工程系一、化工过程与单元操作一、化工过程与单元操作v化工过程化工过程 原料预处理过程原料预处理过程 反应过程反应过程 产物产物后处理过程后处理过程v1.单元操作的定义单元操作的定义v 指在指在原料预处理和反应产物后处理过程中进原料预处理和反应产物后处理过程中进行的一系列行的一系列物理变化过程物理变化过程，以及为了维持反应，以及为了维持反应条件一定，反应器中所涉及的一系列物理过程条件一定，反应器中所涉及的一系列物理过程v2.单元操作的分类单元操作的分类v（1）动量传递：流体输送、搅拌（物料）动量传递：流体输送、搅拌（

2、物料的混合或分散）、沉降，过滤（非均相的混合或分散）、沉降，过滤（非均相混合物的分离）；混合物的分离）；v（2）热量传递：传热（物料的加热或冷）热量传递：传热（物料的加热或冷却）蒸发；却）蒸发；v（3）质量传递：吸收，精馏，萃取、干）质量传递：吸收，精馏，萃取、干燥、结晶、吸附，膜分离等燥、结晶、吸附，膜分离等二、化工原理的计算基础二、化工原理的计算基础v 设计型计算和操作型计算设计型计算和操作型计算v1.物料衡算：以质量守恒为基础。物料衡算：以质量守恒为基础。v2.能量衡算：以能量守恒为基础。能量衡算：以能量守恒为基础。v3.传递速率：决定传递过程进行的快慢。传递速率：决定传递过程进行的快慢

3、。v4.过程极限：平衡状态是过程进行的热力学极过程极限：平衡状态是过程进行的热力学极限。限。v5.物性计算：物性计算：v6.经济效益：评价工程合理性的最终判据经济效益：评价工程合理性的最终判据7.1 概述概述v一、流体及其流动一、流体及其流动v流体：液体（不可压缩）和气体（可流体：液体（不可压缩）和气体（可压缩）压缩）v流体的特点：流动性、无定形性、在外力作用流体的特点：流动性、无定形性、在外力作用下内部发生相对运动下内部发生相对运动 。具有连续性。具有连续性。v化工过程倾向于处理流体物料，原因是：化工过程倾向于处理流体物料，原因是： 流体易于输送（流动性）流体易于输送（流动性） 贮存方便（无

4、定形性）贮存方便（无定形性） 容易混合均匀（外力作用下内部发生相对运容易混合均匀（外力作用下内部发生相对运动）动）7.2 流体的密度与比容流体的密度与比容一一. . 密度密度*定义定义: : 单位体积流体的质量称为密度单位体积流体的质量称为密度. .公式公式: : （kg/m3)一定的流体一定的流体 * *液体密度液体密度: : 作为常数作为常数, ,为不可压缩流体为不可压缩流体 常见液体密度可查常见液体密度可查 相对密度相对密度( (比重比重) )(p,TfVm/7.2 流体的密度与比容流体的密度与比容 * *气体密度：可压缩流体，和变化率很小气体密度：可压缩流体，和变化率很小时作不可压缩流

5、体处理时作不可压缩流体处理一般气体密度按理想气体计算：一般气体密度按理想气体计算：气体在标准状态下密度可查，应用时气体在标准状态下密度可查，应用时 需换算需换算RTpM7.2 流体的密度与比容流体的密度与比容v液体混合物液体混合物密度密度v气体混合物的密度气体混合物的密度 或或 其中其中 对于理想气体，其摩尔分率与体积分率相同。对于理想气体，其摩尔分率与体积分率相同。nnmwww22111yyynm2111RTpMmmyMyMyMMnm22117.2 流体的密度与比容流体的密度与比容v二、比容二、比容 即单位质量流体具有的体积即单位质量流体具有的体积: : 比容是密度的倒数比容是密度的倒数,

6、,单位为单位为m m3 3/kg/kg1mVv1. 牛顿粘性定律牛顿粘性定律 dyudAF.或或dyud.Fuududy式中：式中：F内摩擦力，内摩擦力，N； 剪应力，剪应力，Pa； 法向速度梯度，法向速度梯度，1/s； 比例系数，称为流体的粘度，比例系数，称为流体的粘度，Pas 。 dyud.三、流体的黏性：只有在流体流动时才能三、流体的黏性：只有在流体流动时才能 显现出来显现出来),(Tpf液体液体 :)(TfT 气体气体 : 一般一般)(TfT 超高压超高压),(Tpfp 粘度的物理本质粘度的物理本质：分子间的引力和分子的运动与碰撞。分子间的引力和分子的运动与碰撞。2. 粘度的单位粘度的

7、单位SI制：制：Pas 或或 kg/(ms)物理制：物理制：cP(厘泊）厘泊）换算关系换算关系1cP10-3 Pas 3.3.运动粘度运动粘度 粘度粘度与密度与密度的之比。的之比。物理单位制中运动粘度的单位为沲（物理单位制中运动粘度的单位为沲（stst）。）。换算关系：换算关系： 1 1st =10st =10-4-4 m m2 2/s/sm2/s7.3 流体的压力流体的压力一、压力（压强）的概念一、压力（压强）的概念 流体垂直作用于单位面积上的力流体垂直作用于单位面积上的力 ,即压即压强强, 习惯称压力习惯称压力 P=F/A 特点特点: (1) 说明大小数值即可，不用表示方向说明大小数值即可

8、，不用表示方向 (2)空间不同点，压强的大小数值不相同空间不同点，压强的大小数值不相同 7.3 流体的压力流体的压力 二、压力的单位二、压力的单位vSI单位制，压力单位单位制，压力单位N/m2 （即即 Pa或帕斯卡）或帕斯卡） 常用常用Kpa（千帕），千帕）， Mpa（兆帕）兆帕） 1Kpa=103Pa, ,1Mpa=106Pa, 1Mpa=103Kpa v习惯单位习惯单位:atm（标准大气压）标准大气压）, ,at（工程大气压）工程大气压）, ,mmHg（毫米汞柱）毫米汞柱）, ,mH2O（米水柱）米水柱）, ,bar（巴）巴）. .换算参见附录换算参见附录v规定使用国际单位制规定使用国际单

9、位制( (SI)SI) 7.3 流体的压力流体的压力v三、压力的基准三、压力的基准: : 绝对真空绝对真空和和大气压大气压力力 v绝对压强绝对压强 以绝对零压作起点计算的压强，是流体以绝对零压作起点计算的压强，是流体的真实压强。的真实压强。v表压强压强表上的读数，表示被测流体的绝对压表压强压强表上的读数，表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，即强比大气压强高出的数值，即: 表压强绝对压强大气压强表压强绝对压强大气压强 v真空度真空度 真空表上的读数，表示被测流体的绝对压真空表上的读数，表示被测流体的绝对压强低于大气压强的数值，即强低于大气压强的数值，即:真空度大气压强绝对压强真空度大气压

10、强绝对压强 v特别注意特别注意: :大气压强指的是当地大气压力大气压强指的是当地大气压力7.3 流体的压力流体的压力绝对真空绝对真空大气压大气压绝对压力绝对压力绝 对 压绝 对 压力力表压表压真空度真空度p1p2图图1-1 绝对压力、表压与真空度的关系绝对压力、表压与真空度的关系197.2 流体输送机械流体输送机械-离心泵离心泵v山东化工职业学院化学工程系山东化工职业学院化学工程系7.1 概述概述 流体从流体从 低处低处 高处；高处； 低压处低压处 高压处；高压处； 所在地所在地 较远处；较远处； 需要对流体做功，增加流体的机械能。需要对流体做功，增加流体的机械能。流体输送设备（通用机械）：流

11、体输送设备（通用机械）：液体输送设备液体输送设备 泵；泵； 气体输送设备气体输送设备 通风机、鼓风机、压缩机或真空泵；通风机、鼓风机、压缩机或真空泵；作用作用：向系统输入能量，补充所需机械能；向系统输入能量，补充所需机械能； 用于流体的输送或加压。用于流体的输送或加压。根根据据泵泵的的工工作作原原理理和和结结构构分分类类 离心泵离心泵 漩涡泵漩涡泵 混流泵混流泵 轴流泵轴流泵 往复泵往复泵 转子泵转子泵 齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、滑片泵 喷射泵、空气升液泵、电磁泵喷射泵、空气升液泵、电磁泵单吸泵、双吸泵单吸泵、双吸泵单级泵、多级崩单级泵、多级崩蜗壳式泵、分段式泵蜗壳

12、式泵、分段式泵立式泵、卧式泵立式泵、卧式泵屏蔽泵、磁力驱动泵屏蔽泵、磁力驱动泵高速泵高速泵单级泵、多级泵单级泵、多级泵离心漩涡泵离心漩涡泵电动泵电动泵蒸汽泵蒸汽泵柱塞泵柱塞泵 隔膜泵隔膜泵计量泵计量泵叶片式泵叶片式泵 容积式泵容积式泵 其他类型泵其他类型泵泵泵离心泵外形蜗壳蜗壳（外壳）（外壳）；叶轮叶轮：敞式敞式, ,半蔽式半蔽式, ,蔽式蔽式 单吸式、双吸式。单吸式、双吸式。 附属装置附属装置：底阀、滤网、底阀、滤网、调节阀、平衡孔调节阀、平衡孔( (平衡管平衡管) )、排气孔、轴封。、排气孔、轴封。 (1) (1) 离心泵的结构离心泵的结构 主要结构主要结构： (2) 工作原理工作原理 (

13、a) 排出阶段排出阶段 叶轮旋转叶轮旋转( (产生离心力，使液体获得能量）产生离心力，使液体获得能量）流体流入涡壳流体流入涡壳( (动能动能静压能静压能) ) 流向输出管流向输出管路。路。 (b) 吸入阶段吸入阶段 液体自叶轮中心甩向外缘液体自叶轮中心甩向外缘 叶轮中心形成低压区叶轮中心形成低压区 贮槽液面与泵入口形成压差贮槽液面与泵入口形成压差液体吸入泵内。液体吸入泵内。气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小，气缚现象：泵内未充满液体，气体密度低，产生离心力小，在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上。在叶轮中心形成的低压不足以将液体吸上。说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充

14、满液体说明：离心泵无自吸能力，启动前必须将泵体内充满液体。 离心泵结构示意图1、流量：、流量： 离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，常离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积，常用用Q 表示，单位为表示，单位为l/s 或或m3/h 。 2、压头：、压头：又称为泵的又称为泵的扬程扬程，是指，是指泵对单位重量（泵对单位重量（1N）的液体）的液体所提供的有效能量所提供的有效能量，用，用H 表示，单位为表示，单位为m。 离心泵的主要性能参离心泵的主要性能参数数2.1.1 2.1.1 离心泵（离心泵（Centrifugal Pumps） 3 3、效率：、效率：容积损

15、失：容积损失： 由于泵的泄漏造成的损失；由于泵的泄漏造成的损失； 密封环、平衡孔及密封压盖等处液体损失；密封环、平衡孔及密封压盖等处液体损失；机械损失：由轴与轴承之间、泵轴与填料函之间、叶轮盖板外表机械损失：由轴与轴承之间、泵轴与填料函之间、叶轮盖板外表面与液体之间均产生摩擦而引起的能量损失；面与液体之间均产生摩擦而引起的能量损失；水力损失：水力损失： 液体通过叶轮通道和蜗壳时的摩擦阻力；液体通过叶轮通道和蜗壳时的摩擦阻力； 泵局部处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力泵局部处因流速和方向改变引起的环流和冲击而产生的局部阻力 。MHQ 2.1.1 2.1.1 离心泵（离心泵（Cen

16、trifugal Pumps） 4 4、功率：、功率：有效功率有效功率Ne ：单位时间内泵对所输送的液体所做的功：单位时间内泵对所输送的液体所做的功gQHNe 电动机功率：电动机（原动机）所需功率电动机功率：电动机（原动机）所需功率 = 轴功率轴功率/传动效率传动效率轴功率轴功率N ：泵轴所需的功率，即是电动机传给泵轴的功率：泵轴所需的功率，即是电动机传给泵轴的功率 /NeN 2.1.1 2.1.1 离心泵（离心泵（Centrifugal Pumps） 改变阀门开度：操作简单，调节流量迅速方便，且流量可以连续改变阀门开度：操作简单，调节流量迅速方便，且流量可以连续变化，适合化工连续生产的特点；

17、但管路上变化，适合化工连续生产的特点；但管路上阻力损失大阻力损失大且可能使且可能使泵的工作点位于低效率区，因此多在泵的工作点位于低效率区，因此多在调节幅度不大但需经常调节调节幅度不大但需经常调节的场合下使用。的场合下使用。 改变叶轮转速：不额外增加管路阻力损失，仍在高效区工作，改变叶轮转速：不额外增加管路阻力损失，仍在高效区工作，能量能量利用率更高利用率更高；但需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且；但需要变速装置或价格昂贵的变速原动机，且难以做难以做到流量连续调节到流量连续调节，故很少采用；随着电机变频调速技术的推广，在，故很少采用；随着电机变频调速技术的推广，在大功率流体输送系统中应用越来

18、越多。大功率流体输送系统中应用越来越多。 方法比较：方法比较： 离心泵的工作点和流量调节离心泵的工作点和流量调节 离心泵（离心泵（Centrifugal Pumps） 安装：安装：安装高度应小于允许安装高度；安装高度应小于允许安装高度；尽量减少吸入管路阻力。尽量减少吸入管路阻力。 操作：操作：启动前要灌泵启动前要灌泵，防止气缚，泵不上量；，防止气缚，泵不上量；关闭出口阀启动关闭出口阀启动：防止起动功率过大，烧坏电机，关阀：防止起动功率过大，烧坏电机，关阀运转不超过运转不超过3 3分钟；分钟；检查：两表读数是否正常，轴承润滑情况，是否过强振检查：两表读数是否正常，轴承润滑情况，是否过强振动，泄漏

19、，噪音等；动，泄漏，噪音等；关阀停泵关阀停泵：防止液体倒流，使叶轮倒转，甚至打坏叶轮；：防止液体倒流，使叶轮倒转，甚至打坏叶轮；如长时间停泵，还应将泵体及管路中的液体放净，以免锈如长时间停泵，还应将泵体及管路中的液体放净，以免锈蚀或者冬季结冰冻裂。蚀或者冬季结冰冻裂。 离心泵的操作离心泵的操作 离心泵（离心泵（Centrifugal Pumps） 气体输送机械气体输送机械气体输送机械在工业生产中的应用气体输送机械在工业生产中的应用 1 1气体输送气体输送 2 2产生高压气体产生高压气体 3 3生产真空生产真空气体输送机械的分类气体输送机械的分类v按工作原理及其结构分：按工作原理及其结构分：v离

20、心式、旋转式、往复式以及喷射式离心式、旋转式、往复式以及喷射式v离心式通风机、鼓风机和压缩机和离心式通风机、鼓风机和压缩机和真空真空泵泵32第八章传热第八章传热v山东化工职业学院化学工程系山东化工职业学院化学工程系8.18.1热量传递的基本方式热量传递的基本方式1 1 传导：传导：热传导、导热热传导、导热机理：分子运动机理：分子运动固体：相邻分子的碰撞固体：相邻分子的碰撞液体：弹性波的作用液体：弹性波的作用气体：分子不规则的热运动气体：分子不规则的热运动特点：特点： 发生在物体内部或相互接触的物体之间；发生在物体内部或相互接触的物体之间； 物体不发生宏观的相对位移。物体不发生宏观的相对位移。2

21、 2 对流：对流：对流传热、热对流对流传热、热对流机理：机理：流体质点发生相对的位移和混合流体质点发生相对的位移和混合特点：特点：分类：分类：自然对流：流体内部各处冷、热流体的密度差异所致自然对流：流体内部各处冷、热流体的密度差异所致强制对流：借助外加机械能强制对流：借助外加机械能仅发生在流体中，有相对的宏观位移仅发生在流体中，有相对的宏观位移3 3 辐射：热辐射辐射：热辐射特点：特点： 任何物体，只要任何物体，只要T T 0K0K，均存在辐射传热；，均存在辐射传热； 不需要任何中介；不需要任何中介； 传热过程中伴随能量传热过程中伴随能量形式的转换。形式的转换。对流传热分类：对流传热分类： 对

22、流传热对流传热有相变有相变传热传热无相变无相变传热传热冷凝传热冷凝传热沸腾传热沸腾传热自然对流自然对流强制对流强制对流管外管外对流对流管内管内对流对流圆形圆形直管直管非圆非圆管道管道弯管弯管湍流湍流过渡流过渡流滞流滞流传热过程的强化传热过程的强化1.增大传热面积增大传热面积A从设备结构入手，提高单位体积的传热从设备结构入手，提高单位体积的传热面积，如采用螺纹管、波纹管、翅片管、面积，如采用螺纹管、波纹管、翅片管、板翅等板翅等温度一般由生产工艺条件所规定，可温度一般由生产工艺条件所规定，可调范围有限；调范围有限；尽可能逆流操作尽可能逆流操作2.增大平均温差增大平均温差tm3.增大总传热系数增大总

23、传热系数K提高流速及流体的扰动程度；提高流速及流体的扰动程度；采用相变、采用相变、 较大的流体；较大的流体； 减小壁厚、防止结垢、及时清除垢层减小壁厚、防止结垢、及时清除垢层气气- -液换热器：液换热器：尽量减小气体方控制性热阻；尽量减小气体方控制性热阻；增大气体侧的对流传热面积；增大气体侧的对流传热面积； 采用翅片换热管（内、外翅片）采用翅片换热管（内、外翅片）液液- -液换热器：液换热器：同时增加两流体方的同时增加两流体方的；破坏层流底层，使流体在低雷诺数下强烈湍流；破坏层流底层，使流体在低雷诺数下强烈湍流； 螺旋板、波纹板、内外螺纹管换热器等螺旋板、波纹板、内外螺纹管换热器等气气- -气

24、换热器：气换热器：紧凑、轻巧、高效的换热设备；紧凑、轻巧、高效的换热设备；增大设备单位体积的传热面积；增大设备单位体积的传热面积； 板翅式换热器板翅式换热器换热器换热器换热器的分类换热器的分类v按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等器、蒸发器和再沸器等v根据冷、热流体热量交换的原理和方式根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。式。408.2 干干 燥燥v山东化工职业学院化学工程系山东化工职业学院化学工程系 在化工生产中，一些固体产品或半成品可能混有大在化工生产中，一些固体产品或半

25、成品可能混有大量的湿分，将湿分从物料中去除的过程，称为量的湿分，将湿分从物料中去除的过程，称为去湿去湿。去湿的方法可分为以下三类：去湿的方法可分为以下三类：机诫去湿：用于去除固体物料中大部分湿分机诫去湿：用于去除固体物料中大部分湿分。吸附去湿：用于去除少量湿分吸附去湿：用于去除少量湿分。热能去湿（热能去湿（干燥干燥）：向物料供热以汽化其中）：向物料供热以汽化其中 的湿分的单元操作。的湿分的单元操作。干燥过程的分类：干燥过程的分类：常压干燥常压干燥真空干燥真空干燥连续式连续式间歇式间歇式传导干燥（间接加热干燥）传导干燥（间接加热干燥）对流干燥（直接加热干燥）对流干燥（直接加热干燥）辐射干燥辐射干

26、燥介电加热干燥介电加热干燥按操作压力分按操作压力分按操作方式分按操作方式分按供热方式分按供热方式分根据供热方式不同，干燥可分为以下四种情况：根据供热方式不同，干燥可分为以下四种情况：传导干燥（间接加热干燥）：传导干燥（间接加热干燥）： 热能通过壁面以传导方式加热物料。对流干燥（直接加热干燥）：对流干燥（直接加热干燥）： 干燥介质与湿物料直接接触，并以对流 方式加热湿物料。辐射干燥：辐射干燥： 热能以电磁波的形式射到湿物料表面。介电加热干燥：介电加热干燥： 将湿物料置于高频电场内，使其被加热。干燥过程进行的必要条件干燥过程进行的必要条件v物料表面水汽压力物料表面水汽压力大于大于干燥介质中水汽干燥

27、介质中水汽分压；分压；v干燥介质要将汽化的水分及时带走干燥介质要将汽化的水分及时带走8.3 8.3 吸吸 附附吸附过程吸附过程吸附吸附是指流体（气体或液体）与固体多孔物质是指流体（气体或液体）与固体多孔物质接触时，流体中的一种或多种组分传递到多接触时，流体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔内表面并附着在这些表孔物质外表面和微孔内表面并附着在这些表面上形成单分子层或多分子层的过程。面上形成单分子层或多分子层的过程。v被吸附的流体称为被吸附的流体称为吸附质吸附质，多孔固体颗粒称，多孔固体颗粒称为为吸附剂吸附剂。吸附达到平衡时，吸附剂内的流。吸附达到平衡时，吸附剂内的流体称为体称为吸附相吸

28、附相，剩余的流体本体相称为，剩余的流体本体相称为吸余吸余相相吸附类型吸附类型v根据吸附质和吸附剂表面之间相互作用力的根据吸附质和吸附剂表面之间相互作用力的不同，吸附可分为不同，吸附可分为物理吸附物理吸附（范德华吸附）（范德华吸附）和和化学吸附化学吸附（活化吸附）。（活化吸附）。v一般而言，较低温度下有利于物理吸附，较一般而言，较低温度下有利于物理吸附，较高温度（有时可超过高温度（有时可超过200）下有利于化学）下有利于化学吸附。吸附。吸附类型的判断吸附类型的判断v（1）物理吸附热与冷凝热在一个数量级上，而化学吸附热）物理吸附热与冷凝热在一个数量级上，而化学吸附热与其反应热在一个数量级上；与其反

29、应热在一个数量级上；v（2）适宜温度和压力条件下，所有的气体固体体系中都）适宜温度和压力条件下，所有的气体固体体系中都将发生物理吸附，而化学吸附只有当气体分子与吸附剂表面将发生物理吸附，而化学吸附只有当气体分子与吸附剂表面能形成化学键时才发生；能形成化学键时才发生；v（3）物理吸附的吸附质分子可通过减小压力的方法较容易）物理吸附的吸附质分子可通过减小压力的方法较容易地解吸，而化学吸附的吸附质分子的解吸要困难得多，且容地解吸，而化学吸附的吸附质分子的解吸要困难得多，且容易发生变化；易发生变化；v（4）物理吸附可以是单分子层吸附也可以是多分子层吸附）物理吸附可以是单分子层吸附也可以是多分子层吸附，

30、而化学吸附通常只是单分子层吸附，某些情况下，化学吸，而化学吸附通常只是单分子层吸附，某些情况下，化学吸附单分子层上还可能发生物理吸附；附单分子层上还可能发生物理吸附；v（5）物理吸附瞬时发生，而化学吸附一般需要达到一定的）物理吸附瞬时发生，而化学吸附一般需要达到一定的活化能后才发生。活化能后才发生。物理吸附与化学吸附的比较物理吸附与化学吸附的比较理化指标理化指标 物理吸附物理吸附 化学吸附化学吸附吸附作用力吸附作用力 范德华力范德华力 化学键化学键吸附热吸附热 接近于液化热接近于液化热 接近于化学反应热接近于化学反应热选择性选择性 低低 高高吸附层吸附层 单或多分子层单或多分子层 单分子层单分

31、子层吸附速率吸附速率 快，活化能小快，活化能小 慢，活化能大慢，活化能大可逆性可逆性 可逆可逆 不可逆不可逆发生吸附温度发生吸附温度 低于吸附质临界温度低于吸附质临界温度 远高于吸附质沸点远高于吸附质沸点对吸附剂的基本要求对吸附剂的基本要求v（1）较高的选择性较高的选择性以达到一定的分离要求；以达到一定的分离要求；v（2）较大的吸附容量较大的吸附容量以减小用量；以减小用量；v（3）较好的动力学及传递性质较好的动力学及传递性质以实现快速吸附；以实现快速吸附；v（4）较高的化学及热稳定性较高的化学及热稳定性，不溶或极难溶于待，不溶或极难溶于待处理流体以保证吸附剂的数量和性质；处理流体以保证吸附剂的

32、数量和性质；v（5）较高的硬度及机械强度较高的硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀；以减小磨损和侵蚀；v（6）较好的流动性较好的流动性以便于装卸；以便于装卸；v（7）较高的抗污染能力较高的抗污染能力以延长使用寿命；以延长使用寿命；v（8）较好的惰性较好的惰性以避免发生不期望的化学反应；以避免发生不期望的化学反应；v（9）易再生易再生；v（10）价格便宜价格便宜。几种常用的吸附剂v吸附剂按其化学结构可分为有机吸附剂和无吸附剂按其化学结构可分为有机吸附剂和无机吸附剂。机吸附剂。 v 常用的有机吸附剂有常用的有机吸附剂有活性炭活性炭、球性炭化树、球性炭化树脂、聚酰胺、纤维素、脂、聚酰胺、纤维素、大孔树脂大

33、孔树脂等；等；v 常用的无机吸附剂有常用的无机吸附剂有硅胶硅胶、活性氧化铝活性氧化铝、硅藻土硅藻土、分子筛分子筛等。等。吸附操作吸附操作v目前已经开发出三类吸附过程流程：目前已经开发出三类吸附过程流程：v (1)变温吸附变温吸附 v (2)变压吸附变压吸附v (3)变浓度吸附变浓度吸附55第九章第九章 分离方法分离方法v山东化工职业学院化学工程系山东化工职业学院化学工程系569.1 气体吸收气体吸收v山东化工职业学院化学工程系山东化工职业学院化学工程系1. 1. 吸收过程吸收过程吸收定义：利用混合气体中各组分在液体中吸收定义：利用混合气体中各组分在液体中溶解度溶解度差异，差异，使某些易溶组分进

34、入液相形成溶液，不溶或难溶组分留在使某些易溶组分进入液相形成溶液，不溶或难溶组分留在气相，从而实现混合气体分离。气相，从而实现混合气体分离。吸收剂吸收剂气体气体yx界面界面气相主体气相主体 液相主体液相主体 相界面相界面气相扩散气相扩散 液相扩散液相扩散 yi xi 9.1 9.1 概述概述吸收操作实例：乙醇胺水溶液吸收二氧化碳气体吸收操作实例：乙醇胺水溶液吸收二氧化碳气体低浓度吸收低浓度吸收：吸收过程中气相流量变化不大；：吸收过程中气相流量变化不大；高浓度吸收：吸收过程中气相流量有较大变化；高浓度吸收：吸收过程中气相流量有较大变化；非等温吸收：体系温度发生明显变化的吸收过程。非等温吸收：体系

35、温度发生明显变化的吸收过程。等温吸收等温吸收：体系温度变化不显著的吸收过程。：体系温度变化不显著的吸收过程。单组分吸收单组分吸收：混合气体中只有单一组分被液相吸收。：混合气体中只有单一组分被液相吸收。多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。多组分吸收：有两个或两个以上组分被吸收。物理吸收物理吸收：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。：吸收过程溶质与溶剂不发生显著的化学反应。化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。化学吸收：溶质与溶剂有显著的化学反应发生。溶解热：溶解热：气体溶解于液体释放的热量。化学吸收还有反应热气体溶解于液体释放的热量。化学吸收还有反应热。吸收过程的分类吸收过程的分类吸

36、收过程在石油化工中的应用吸收过程在石油化工中的应用制取液体产品制取液体产品 用吸收剂吸收气体组分获得产品。硫酸吸收用吸收剂吸收气体组分获得产品。硫酸吸收SO3制浓硫酸，水吸收制浓硫酸，水吸收甲醛制福尔马林液，氨水吸收甲醛制福尔马林液，氨水吸收CO2制碳酸氢氨等。制碳酸氢氨等。 (2) 有用组分回收有用组分回收 用吸收剂吸收气体中有用组分。如用洗油从焦炉气或煤气中回收苯，用吸收剂吸收气体中有用组分。如用洗油从焦炉气或煤气中回收苯，用汽油从催化裂解气中回收丁二烯等。用汽油从催化裂解气中回收丁二烯等。 (3) 气体净化气体净化 除去混合气中杂质，如用水或碱液脱除合成氨原料气中的除去混合气中杂质，如用

37、水或碱液脱除合成氨原料气中的H2S、CO2等；用水脱除工业废气中的等；用水脱除工业废气中的SO2，NO2等。等。 吸收过程的基本概念吸收过程的基本概念吸收质或溶质吸收质或溶质： 混合气体中的溶解组分，以混合气体中的溶解组分，以A A表示。表示。惰性气体或载体：惰性气体或载体： 不溶或难溶组分，以不溶或难溶组分，以B B表示。表示。吸收剂：吸收操作中所用的溶剂，吸收剂：吸收操作中所用的溶剂， 以以S S表示。表示。吸收液：吸收操作得到的溶液，主要成吸收液：吸收操作得到的溶液，主要成 分溶剂分溶剂S S和溶质和溶质A A。尾气：吸收后排出的气体，主要成分为尾气：吸收后排出的气体，主要成分为 惰性气

38、体惰性气体B B和少量的溶质和少量的溶质A A 吸收塔吸收塔混合气体混合气体A+B 尾气尾气B+少量少量A吸收液吸收液S+A吸收剂吸收剂S气液两相的接触方式气液两相的接触方式连续接触连续接触(微分接触微分接触)： 气、液两相的浓度呈连续变化。气、液两相的浓度呈连续变化。 如填料塔。如填料塔。级式接触：级式接触： 气、液两相逐级接触传质，两相的气、液两相逐级接触传质，两相的组成呈阶跃变化。组成呈阶跃变化。 如板式塔。如板式塔。 吸收剂的选择吸收剂的选择n吸收剂应对混合气体中被吸收组分具有良好的吸收剂应对混合气体中被吸收组分具有良好的选择性选择性。 n吸收剂应对被分离组分有尽可能大的吸收剂应对被分

39、离组分有尽可能大的溶解度溶解度，以减少吸收，以减少吸收剂用量，减小设备尺寸。剂用量，减小设备尺寸。n吸收剂容吸收剂容易再生易再生。化学吸收。化学吸收- -化学反应可逆；物理吸收化学反应可逆；物理吸收- -吸吸收剂对溶质溶解度随操作条件变化大。收剂对溶质溶解度随操作条件变化大。n吸收剂吸收剂饱和蒸气压低饱和蒸气压低，以减少挥发损失，避免吸收液成分，以减少挥发损失，避免吸收液成分进入气相，造成浪费和新的污染。进入气相，造成浪费和新的污染。n吸收剂吸收剂粘度低粘度低，能改善吸收塔内的流动状况，提高吸收速，能改善吸收塔内的流动状况，提高吸收速率，降低泵的功耗，减小阻力率，降低泵的功耗，减小阻力n腐蚀性

40、小腐蚀性小、无毒性、不易燃、化学稳定性高、价廉易得，、无毒性、不易燃、化学稳定性高、价廉易得，不易起泡。不易起泡。 填料塔的结构及填料特性填料塔的结构及填料特性一、填料塔结构及作用一、填料塔结构及作用1、填料层、填料层 提供气液接触的场所。提供气液接触的场所。拉西环拉西环鲍尔环鲍尔环阶梯环阶梯环 环环板波纹板波纹丝网波纹丝网波纹鞍形环鞍形环槽式液体分布器槽式液体分布器679.2 液体精馏液体精馏v山东化工职业学院化学工程系山东化工职业学院化学工程系v蒸馏分离的原理蒸馏分离的原理 利用液体混合物中各组分挥发性差异，以热能为利用液体混合物中各组分挥发性差异，以热能为媒介使其部分汽化从而在汽相富集轻

41、组分液相富集重媒介使其部分汽化从而在汽相富集轻组分液相富集重组分而分离的方法。组分而分离的方法。 易挥发组分或轻组分易挥发组分或轻组分A 难挥发组分或重组分难挥发组分或重组分Bv蒸馏操作在化工生产中的应用蒸馏操作在化工生产中的应用用于均相液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分用于均相液体混合物分离以达到提纯或回收有用组分的目的。的目的。 蒸馏操作的分类蒸馏操作的分类v按蒸馏方式可分为按蒸馏方式可分为简单蒸馏，平衡蒸馏、精馏简单蒸馏，平衡蒸馏、精馏及特及特殊精馏等多种方式；殊精馏等多种方式；v物系的组分数可分为物系的组分数可分为双组分精馏和多组分精馏双组分精馏和多组分精馏；v按操作压力可分为按操

42、作压力可分为常压蒸馏、加压蒸馏和减压（真常压蒸馏、加压蒸馏和减压（真空）蒸馏；空）蒸馏；v按操作方式又分为按操作方式又分为间歇精馏和连续精馏间歇精馏和连续精馏。板式塔内的板式塔内的汽、液两相的流动汽、液两相的流动方式方式 液相：塔顶液相：塔顶塔底，自身重力塔底，自身重力 气相：塔底气相：塔底塔顶，克服液相阻力塔顶，克服液相阻力 压力：塔底压力：塔底 塔顶塔顶对塔板的要求对塔板的要求 气液两相接触充分气液两相接触充分 气液两相分离完全气液两相分离完全 板式塔板式塔塔板的结构及类型塔板的结构及类型 塔板类型塔板类型无溢流塔板（穿流型塔板）无溢流塔板（穿流型塔板）: :气液相有共同的通道，气液两相逆

43、流，气液相有共同的通道，气液两相逆流，传质推动力最大，但由于这种塔板不传质推动力最大，但由于这种塔板不稳定，目前在现场很少使用。稳定，目前在现场很少使用。有溢流塔板（溢流型塔板）：有溢流塔板（溢流型塔板）：气液相有各自的通道，相对比较稳定，气液相有各自的通道，相对比较稳定，便于操作，技术上也比较成熟，目前便于操作，技术上也比较成熟，目前的塔设备多采用这种方式。的塔设备多采用这种方式。 溢流型塔板的主要型式溢流型塔板的主要型式泡罩塔板泡罩塔板出现于出现于1919世纪初，是最早具世纪初，是最早具有溢流型塔板的板式塔。有溢流型塔板的板式塔。2020世纪世纪2020年代开始用于炼油工年代开始用于炼油工

44、业。业。气相鼓泡元件：泡罩气相鼓泡元件：泡罩优点：操作弹性大，操作优点：操作弹性大，操作稳定，不易堵塞稳定，不易堵塞缺点：生产能力小、结构缺点：生产能力小、结构复杂，造价高、压降大、复杂，造价高、压降大、效率低效率低筛孔塔板筛孔塔板 出现较早（出现较早（18301830年），是结构最简单的一种板型；年），是结构最简单的一种板型； 气相鼓泡元件：气相鼓泡元件：筛孔筛孔优点：处理能力大，压降小，结构优点：处理能力大，压降小，结构简单，造价低；简单，造价低；缺点：操作弹性小，稳定性较差。缺点：操作弹性小，稳定性较差。浮阀塔板：浮阀塔板：v 二十世纪五十年代问世，为应用最广的一种塔板。二十世纪五十年代

45、问世，为应用最广的一种塔板。F1F1型浮阀：型浮阀：9.2 板式塔板式塔优优 点点 缺缺 点点 适用范围适用范围 塔板类型塔板类型 泡罩板泡罩板 较成熟，操较成熟，操 作范围宽作范围宽 结构复杂，阻力结构复杂，阻力大，生产能力低大，生产能力低 某些要求弹性好某些要求弹性好 的特殊塔的特殊塔 浮阀板浮阀板 效率高，操效率高，操 作范围宽作范围宽 采用不锈钢，浮采用不锈钢，浮阀易脱落阀易脱落 分离要求高分离要求高, ,负荷变化负荷变化大大; ;原油常压分馏塔原油常压分馏塔 筛板筛板 效率较高，效率较高， 成本低成本低 安装要求水平安装要求水平, ,易易堵堵, ,操作范围窄操作范围窄 分离要求高分离

46、要求高, ,塔板较塔板较多多; ;化工中丙烯塔化工中丙烯塔 舌型板舌型板 结构简单结构简单, ,生产能力大生产能力大 操作范围窄，操作范围窄，效率较低效率较低 分离要求较低的闪分离要求较低的闪蒸塔蒸塔 斜孔板斜孔板 生产能力生产能力大大, ,效率高效率高 操作范围比浮阀操作范围比浮阀塔和泡罩塔窄塔和泡罩塔窄 分离要求高，生产分离要求高，生产能力大能力大 各种板式塔比较各种板式塔比较779.3 非均相物系的分离非均相物系的分离v山东化工职业学院化学工程系山东化工职业学院化学工程系78概概 述述一、均相混合物一、均相混合物物系内部各处均匀，物系内部各处均匀，不存在相界面不存在相界面如：溶液、混合气

47、体如：溶液、混合气体分离方法：分离方法：蒸馏：分离乙醇水溶液蒸馏：分离乙醇水溶液吸收：分离含氨的混合空气吸收：分离含氨的混合空气萃取：丙酮水氯苯溶液的分离萃取：丙酮水氯苯溶液的分离结晶：盐水中提取固体盐结晶：盐水中提取固体盐79二、非均相物二、非均相物系系由具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成的物系，由具有不同物理性质的分散物质和连续介质所组成的物系，有多个相界面有多个相界面。分散相分散相：物系中处于分散状态的物质：物系中处于分散状态的物质 如：固体颗粒、液滴、气泡（如：固体颗粒、液滴、气泡（c.c.烟道气中的烟道气中的cat.颗颗 粒，炼厂污水中的油滴）等。粒，炼厂污水中的油滴）等。连

48、续相连续相：包围分散物质且处于连续状态的物质，又称：包围分散物质且处于连续状态的物质，又称 为分散介质。为分散介质。80分类：分类：根据连续相的状态根据连续相的状态气态非均相物系：含尘气体，含雾气体；气态非均相物系：含尘气体，含雾气体；液态非均相物系：悬浮液，乳浊液，泡沫液。液态非均相物系：悬浮液，乳浊液，泡沫液。分离方法：分离方法：沉降：沉降：颗粒相对于流体颗粒相对于流体（静止或运动）运动：（静止或运动）运动： 重力沉降、离心沉降；重力沉降、离心沉降；过滤：过滤：流体相对于固体颗粒床层流体相对于固体颗粒床层运动实现固液分离：运动实现固液分离： 重力过滤、加压过滤、真空过滤、离心过滤等。重力过滤、加压过滤、真空过滤、离心过滤等。 其他：袋滤器、静电除尘、湿法除尘等其他：袋