化工原理第12章01改课件

第12章其它传质分离方法12.1结晶12.1.1概述（1）结晶操作类型①溶液结晶——溶液中析出固态结晶，如海水制盐。②升华结晶——气相中析出结晶，如雪。③熔融结晶——熔融物中析出固态结晶，如混合二甲苯制对二甲苯。④反应沉淀——液相反应，如Fe2O3磁粉，气相反应，如TiO2钛白粉。雾凇（2）结晶操作特点①能在杂质多的混合液分离高纯度晶体，如单晶硅。②共沸物、热敏性物质的分离，如邻、对硝基苯。③结晶热小，能耗比精馏低。（见P185表12-1）（3）对产物要求①产物纯度高。②适当的粒度、粒度分布窄。③晶形(针形、片状、棒状等)。（4）晶系晶格——晶体微观粒子几何排列规则的最小单元。晶系——按晶格结构分类，同一物质，条件不同，可属不同晶系。12.1.2溶解度及溶液过饱和（1）溶解度曲线状态：饱和溶液C=C*不饱和溶液C<C*过饱和溶液C>C*超溶解度曲线(开始析出晶核)第一介稳区，加入晶种才会结晶；第二介稳区，会自发成核，需要时间(延滞期)。（2）过饱和度表示方法过饱和度ΔC=C-C*过饱和度比S=C/C*相对过饱和度δ=ΔC/C*（3）形成过饱和状态的方法①降低温度(冷却结晶)②溶液浓缩(蒸发)选用哪种合适，看溶解度曲线形状真空自蒸发：两者兼有。12.1.3结晶机理与动力学（1）结晶的两个阶段：晶核生成，晶体成长。成核机理：①初级均相成核,ΔC较大时自发生成，不宜采用。②初级非均相成核，外来物诱导生成，步骤多。③二次成核，已有晶体的破碎。再结晶现象（2）结晶速率①成核速率1/m3s②晶体成长速率m/s∵m>2,n=1~2∴ΔC大，有利于成核;ΔC小，有利于晶体成长。（1）物料衡算溶质:Fw1=mw2+(F-W-m)w3注：w2不一定为100%如：Na2CO3分子量106，Na2CO3·10H2O为286w2=106/286=0.371（2）热量衡算

Fi1+Q=WI+mi2+(F-W-m)i3整理后

Wr=mr结晶+FCp(t1-t3)+Q汽化潜热溶液降温放热溶液结晶放热外界加热12.1.5结晶设备（1）搅拌式冷却结晶器（3）多级真空结晶器(自蒸发)（4）结晶器的选择①溶解度曲线较陡：冷却、真空自蒸发。较坦：蒸发浓缩。②能耗、物性、产品粒度、粒度分布要求、处理量大小。12.1.6其他结晶方法12.2吸附分离12.2.1概述（1）吸附与解吸目的：分离流体混合物物理吸附：范德华力，吸附热小化学吸附：化学键合，吸附热大基本原理：选择性吸附吸附剂再生：解吸③活性氧化铝极性吸附剂，用于液体脱水等④各种活性土(漂白土、铁矾土、酸性白土)价廉易得，一次性使用如：润滑油脱色、脱硫⑤合成沸石和天然沸石分子筛硅铝酸金属盐,化学稳定性高，微孔尺寸大小均一，强极性吸附剂。如：废水脱除重金属离子及海水提钾。⑥吸附树脂高分子物质经反应引进官能团。有非极性、中极性、极性和强极性。如：维生素的分离、过氧化氢的精制。（3）吸附剂的基本特性①吸附剂的比表面a例：活性炭微孔比表面占95%②吸附容量xm吸附表面每个空位都单层吸满吸附质分子时的吸附量:kg吸附质/kg吸附剂。与温度、吸附剂结构、性质有关。③吸附剂密度a.装填密度与空隙率。b.颗粒密度(表观密度)：c.真密度(扣除颗粒内孔腔体积)和内孔隙率：12.2.2吸附相平衡（1）吸附等温线三种类型：类型Ⅰ有利的吸附等温线类型Ⅲ不利的吸附等温线类型Ⅱ线性吸附等温线（2）吸附平衡关系式①低浓度吸附(线性关系)x=HC或x=H’p②单分子层吸附——朗格缪尔方程吸附表面遮盖率θ(=x/xm)吸附速率kap(1-θ)解吸速率kdθ得单分子层吸附朗格缪尔方程努森流有分离作用③表面扩散④固体(晶体)扩散（2）吸附速率外扩散NA=kf(c-ci)内扩散NA=kS(xi-x)总传质系数表示

NA=Kf(c-ce)=KS(xe-x)内扩散控制Ks≈ks12.2.4固定床吸附过程分析（1）理想吸附过程简化假定：①单组分吸附，有利的吸附等温线。②床层吸附剂均匀，吸附剂初始浓度、温度均一。③流体定态加料，浓度、温度、流量不变。④吸附热可忽略，流体与吸附剂等温。床层的利用率：传质区越薄，床层利用率越高固定床吸附过程的数学描述1）物料衡算微分方程式2）相际传质速率方程式c1c2x1x2（u0－uc）AεBucA（1－εB）ρpcc＋dcxx＋dx固定床吸附过程的计算1）吸附过程的积分表达式2）浓度波移动速度3）传质单元数和传质单元高度u>u