化工分离工程知识串讲PPT

1、一、泡点计算一、泡点计算 1、泡点计算与有关方程、泡点计算与有关方程 已知已知 )(,TPxi求求 ，泡点压力）泡点温度，（PTyi,相平衡关系相平衡关系： iiixky 浓度总和式浓度总和式： 1iiixky相平衡常数关联式相平衡常数关联式： ),(iiiyxPTfk 2 2、计算方法、计算方法 平衡常数与组成无关的泡点计算平衡常数与组成无关的泡点计算 ),(PTfki1 1、混合物的相态混合物的相态 判断混合物在指定温度和压力下是否处于两判断混合物在指定温度和压力下是否处于两相区相区 iiZk= 1= 1 BTT 进料处于进料处于泡点泡点 1 1 BTT 可能为汽液两相区可能为汽液两相区

2、1 1 1 DTT 可能为汽液两相区可能为汽液两相区 1 1 DTT 进料为过热蒸汽进料为过热蒸汽 2. 名词解释名词解释 关键组分：关键组分： 在设计或操作控制中，有一定分离要求，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且在塔顶、塔釜都有一定数量的组分称为关键组分。键组分。 轻关键组分，轻关键组分，指在指在塔釜塔釜液中该组分的浓度液中该组分的浓度有严格限制，并在进料液中比该组分有严格限制，并在进料液中比该组分轻轻的组的组分及该组分的绝大部分应从分及该组分的绝大部分应从塔顶塔顶采出采出 重关键组分，重关键组分， 塔顶塔顶 重重 塔釜塔釜 2.4.1 萃取精馏

3、一、流程ABSA，B特点：特点：1. 二塔串联二塔串联;2. S为难挥发组分，为难挥发组分， 一般在一般在近于近于塔顶塔顶 加入加入.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三组分物系泡点温度）（）（TsAAxxxAPPSSSSTsSSS1622()21)(1 ()ln(ln211122112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， ，有：有：021 SSAA，若：若：0; 021 SSAA012 A1S1212 S）（后，后，加加 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

4、。112 Sx)21(1112xxAS ）（SiP对原溶液1、2组分产生不同的作用，提高12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:加大萃加大萃取剂用量取剂用量; 减少进料量减少进料量,同时减少塔顶产同时减少塔顶产品的采出量品的采出量。这也就是在不改变下降液量的前提下加大了回流比。吸收章节吸收章节原理不同原理不同 吸收是根据各组分吸收是根据各组分溶解度不同溶解度不同进行分离的。进行分离的。 精馏利用组分间精馏利用组分间相对挥发度不同相对挥发度不同使组分分离。使组分分离。物质传递的机理包括以下两

5、种： 分子扩散。分子扩散。 对流传质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、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、传质阻力集中于该两测的液膜和气膜 3、界面无阻力、界面无阻力xyx111Kmkkaa, yGaa,xLbb,yGbb,xLyG,xL,吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡算塔顶塔顶塔底塔底稀端稀端浓端浓端)1 (),1 (SBxLLyGG（3-35）xxXyyY1,1（3-36）全塔物料衡算：全塔物料衡算：)()(aabBXXLYYGbS（3-37）)1 ()1 (aabbByGyGG

6、)1 ()1 (aabbSxLxLLbabbBabB)(YYYYGYYGba)1 (YY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l=()()AAADDEEdcdcDdxdx膜中反应通量0ALc1.化学吸收由于化学反应存在，降低液膜阻力，提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）高了反应速率（提高了液膜传质系数）2.气膜：化学平衡改变了气膜：化学平衡改变了A的气相平衡分压，增大的气相平

7、衡分压，增大了推动力了推动力)()(LGGAcckppkNiLixyykmkK11 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、三角形相图中辅助线的作法及应用:R1E1、R2E2、R3E3连线连线都有一定斜率，故都有一定斜率，故K点一点一般不是溶解度曲线顶点。般不是溶解度曲线顶点。S临界混溶点或褶点临界混溶点或褶点ABPQR1R2R3E1E2E3KB%ERS%A%C1C2C3C图图4-5 辅助线的作法及应用辅助线的作法及应用萃取章节萃取章节 结论：结论：萃取分离效果取决于两相区大小和联结线斜率，而这萃取分离效果取决于两相区大小和联结线斜率，

8、而这两因素又为所选择萃取溶剂和操作温度决定。两因素又为所选择萃取溶剂和操作温度决定。ABSRRFEEMEmEm联结线斜率越大，联结线斜率越大，萃余液浓度越小。萃余液浓度越小。相切时萃取液浓度最高相切时萃取液浓度最高温度越高，溶解度温度越高，溶解度大，两相区缩小大，两相区缩小萃取章节萃取章节Em已知某混合物组成已知某混合物组成XF，萃余液组成，萃余液组成XR，拟用纯溶，拟用纯溶剂剂S进行单级萃取，溶解度曲线如图示。在操作范进行单级萃取，溶解度曲线如图示。在操作范围内溶质围内溶质A的分配系数的分配系数kA=1，试说明用作图法求，试说明用作图法求加入萃取剂量加入萃取剂量？4.3.1 单级萃取单级萃取

9、SABRFEM单级萃取的最小与最大萃取剂用量单级萃取的最小与最大萃取剂用量DGGSFGFSDSFDFSmaxmin单级萃取的最小与最大萃取剂用量单级萃取的最小与最大萃取剂用量)(/(F111XXSBY11mXY ) 1/(1F1bmXY令令 b1=mS1/B ,则则X1=XF/( b1 +1)平衡线 Y=mXY1Y2Y3Y4X4X3X2X1XFXYE1E2E3E4E04.3.2 多级错流萃取多级错流萃取（2）解析法）解析法) 1/(1F1BmSXX萃取因数萃取因数21F2) 1/(bXX21F2) 1/(bmXYNNbXX) 1/(1FNNbmXY) 1/(1F同理同理错流，萃取剂与原溶剂不互

10、溶错流，萃取剂与原溶剂不互溶 )(/=)+1ln(/-/-=萃取因子BmSAAmYXmYXNSNSF（2）解析法）解析法 若平衡线为若平衡线为Y=mX，则依，则依据据第九章第九章式（式（9-75）同样方法）同样方法可推导得到：可推导得到：YEP1S0X4.3.3多级逆流萃取多级逆流萃取b=mS/B111FbbXXNN（12-15）bXXbbNNF111lnln1（4-15a）表面活性剂： 浓度越大，表面张力随时间下降越多，浓度越大，表面张力随时间下降越多，达到平衡的时间越短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 拉普拉斯拉普拉斯(Laplace)公式公式弯曲界面附加压

11、力弯曲界面附加压力 开尔文开尔文(Kelvin)公式公式液面曲率与蒸汽压的关系液面曲率与蒸汽压的关系 吉布斯吉布斯(Gibbs)吸附等温式吸附等温式溶液的表面吸附溶液的表面吸附 杨杨(Young)润湿方程润湿方程固体表面的浸润与铺固体表面的浸润与铺展问题展问题吸附等温线的类型吸附等温线的类型()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。qpT1T2T3吸附等温线的类型吸附等温线的类型( ()常称为常称为S S型等温线。型等温线。在低压时为单分子层吸在低压时为单分子层吸附，但随着压力增加，附，但随着压力增加，形成多分子层吸

12、附。形成多分子层吸附。吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()这种类型较少见。这种类型较少见。在低压时就是多分子层在低压时就是多分子层吸附。当吸附剂和吸附吸附。当吸附剂和吸附质相互作用很弱时会出质相互作用很弱时会出现这种等温线，如现这种等温线，如352K352K时，时，BrBr2 2在硅胶上的吸在硅胶上的吸附。附。吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()多孔吸附剂发生多多孔吸附剂发生多分子层吸附时会有这种分子层吸附时会有这种等温线。在比压较高时，等温线。在比压较高时，有毛细凝聚现象。例如有毛细凝聚现象。例如在在323K323K时，苯在氧化铁时，苯在氧化铁凝胶上的吸附属于这种凝胶上的吸附属于这种

13、类型。类型。吸附等温线的类型吸附等温线的类型()()发生多分子层吸发生多分子层吸附，有毛细凝聚现象。附，有毛细凝聚现象。例如例如373K373K时，水汽在时，水汽在活性炭上的吸附属于活性炭上的吸附属于这种类型。这种类型。（2）朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式）朗缪尔单分子层吸附理论及吸附等温式 1916 年，朗缪尔（年，朗缪尔（Langmuir）根据大量实验事实，从动）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，力学观点出发，提出固体对气体的吸附理论，单分子层吸附单分子层吸附理论理论，该理论的四个假设是：，该理论的四个假设是： . .气体在固体表面上气体在固体表面上单分子层

14、吸附单分子层吸附。 因为，固体表面吸附力场作用范围只有分子直径大小因为，固体表面吸附力场作用范围只有分子直径大小 (0.20.3 nm) ，只有气体分子碰到固体空白表面，进，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。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，与位置吸附一个分子，吸附热为常数，与覆盖率覆盖率 无关无关。 . .被吸附在固体表面的被吸附在固体表面的相邻分子间无作用力相邻分子间无作用力，在各晶格，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

15、。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，这时达到了者仍不断地进行，这时达到了吸附平衡吸附平衡若设：若设：b为吸附作用平衡常数。为吸附作用平衡常数。可得：可得：BET理论与朗缪尔理论的相同、不同点的对照理论与朗缪尔理论的相同、不同点的对照: Langmuir 理论理论 BET 理论理论1 单分子层吸附。只有碰撞到单分子层吸附。只有碰撞到固体空白表面上，进入吸附力固体空白

16、表面上，进入吸附力场作用范围的气体分子才有可场作用范围的气体分子才有可能被吸附。能被吸附。多分子层吸附：多分子层吸附：被吸附的分子被吸附的分子可以吸附碰撞在它上面的气体可以吸附碰撞在它上面的气体分子分子；也不一定等待第一层吸；也不一定等待第一层吸附满了再吸附第二层，而是附满了再吸附第二层，而是从从一开始就表现为多层吸附。一开始就表现为多层吸附。2 固体表面是均匀的，各晶格固体表面是均匀的，各晶格位置处吸附能力相同，每个位置处吸附能力相同，每个位置吸附一个分子。位置吸附一个分子。吸附热吸附热是常数是常数，与覆盖率无关。，与覆盖率无关。固体表面是均匀的，各晶格固体表面是均匀的，各晶格位置处吸附能力

17、相同。因第位置处吸附能力相同。因第二层以上各层为相同分子间二层以上各层为相同分子间的相互作用，所以的相互作用，所以除第一层除第一层外，外，其余各层吸附热都相等其余各层吸附热都相等，为被吸附气体凝结热。为被吸附气体凝结热。 3 被吸附在固体表面上的分子被吸附在固体表面上的分子相互之间无作用力。相互之间无作用力。被吸附在固体表面上的分子被吸附在固体表面上的分子横向横向相互之间无作用力。相互之间无作用力。 4 吸附平衡是动态平衡，当吸吸附平衡是动态平衡，当吸附速率与解吸速率相等时达附速率与解吸速率相等时达到吸附平衡。到吸附平衡。当吸附达到平衡时，当吸附达到平衡时，每一层每一层上的上的吸附速率与解吸速

18、率都吸附速率与解吸速率都相等。相等。BET 的两参数公式可写成直线形式：的两参数公式可写成直线形式：ppcVcVppVpamama11)(在测定不同压力在测定不同压力 p 下的吸附量下的吸附量V a 后，若以后，若以)(appVp对对 p / p 作图，可得一直线，由其斜率及截距可求出作图，可得一直线，由其斜率及截距可求出 c 与与 。 amV 由由 及公式及公式: 可求吸附剂比表可求吸附剂比表面积。面积。amVm0amsLaVVa 4吸附速率吸附速率 吸附过程通常分为三步：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外扩散：吸附质从流体中传递到吸附剂的外表面 内扩散：吸

19、附质分子从吸附剂颗粒的外表面通过颗粒上内扩散：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。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分子在分子在Ni表面的吸附是在物表面的吸附是在物理吸附过程中，提供一点活化能，理吸附过程中，提供一点活化能，就可以转变成化学吸附。就可以转变成化学吸附。 H2分子从分子从P到达到达a点是物理吸附，点是物理吸附，放出物理吸附热放出物理吸附热Qp，这时提供活，这时提供活化能化能Ea，使氢分子到达，使氢分子到达P点，就解点，就解离为氢原子，接下来发生化学吸离为氢原子，接下来发生化学吸附。附。 这活化能这活化能Ea远小于远小于H2分子的解分子的解离能，这就是离能，这就是Ni为什么是一个好为什么是一个好的加氢脱氢催化剂的原因的加氢脱氢催化剂的原因。1、浮选机理浮选机理浮选过程可用吸附或粘附