51-52學(xué)時(shí)--其他傳質(zhì)過(guò)程

1、第七章 其他傳質(zhì)與分離過(guò)程 通過(guò)本章學(xué)習(xí)，了解結(jié)晶的基本概念；結(jié)晶 過(guò)程的熱力學(xué)與結(jié)晶過(guò)程的動(dòng)力學(xué)。 學(xué)習(xí)目的 與要求 一 、結(jié)晶單元操作及其特點(diǎn) 固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從溶液、熔融混合物或蒸 氣中析出的過(guò)程稱為結(jié)晶。 應(yīng)用示例 氯化鉀 水 氯化鉀 溶液結(jié)晶 間二氯苯 對(duì)二氯苯 對(duì)二氯苯 熔融結(jié)晶 三聚氰胺 尿素 氨氣 三聚氰胺 降華結(jié)晶 一 、結(jié)晶單元操作及其特點(diǎn) 結(jié)晶過(guò)程的特點(diǎn) v 適用于共沸物系、同分異構(gòu)體物系以及熱敏性 物系的分離 v 操作溫度低，能耗低 v 三廢排放少 v 便于產(chǎn)品的包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用 二、結(jié)晶過(guò)程的分類 結(jié)晶 過(guò)程 溶液結(jié)晶 熔融結(jié)晶 升華結(jié)晶 沉淀結(jié)晶 反應(yīng)結(jié)晶

2、鹽析結(jié)晶 噴射結(jié)晶 冰析結(jié)晶 三、晶體的概念 1.晶體 在固體物質(zhì)內(nèi)部 結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)元（原 子、離子或分子）作 三維有序規(guī)則排列即 形成晶體。 NaCl晶體結(jié)構(gòu)模型 2.晶格與晶系 各質(zhì)點(diǎn)元（原子、離子或分子）間由于力的 作用，在固定平衡位置振動(dòng)，彼此之間保持一定 的距離，稱為晶格。 晶體按 其晶格 結(jié)構(gòu)分 為不同 晶系 四方晶系 立交晶系 立方晶系 三斜晶系 單斜晶系 六方晶系 三方晶系 三、晶體的概念 晶體的七種晶系 3.晶習(xí) 晶體的外部宏觀形狀稱為晶習(xí)。晶習(xí)是產(chǎn)品質(zhì) 量的重要指標(biāo)。 影響晶習(xí)的因素 v 物料性質(zhì) v 結(jié)晶條件 v 物理環(huán)境 三、晶體的概念 四、結(jié)晶過(guò)程 結(jié)晶 過(guò)程 成核

3、產(chǎn)生微小晶粒作為結(jié)晶的核心晶核。 晶體成長(zhǎng) 晶核長(zhǎng)大宏觀的晶體。 溶液 結(jié)晶 晶漿 晶體 溶液 過(guò)濾 晶體產(chǎn)品 母液 一、相平衡與溶解度 溶解度曲線 固體物質(zhì)與其溶液相接觸 溶液未飽和 固體溶解 溶液過(guò)飽和固體析出 溶解速率 析出速率 =溶液恰好達(dá)到飽和 液固 相平衡 某些無(wú)機(jī)鹽在水中的溶解度曲線 溫度升高溶解度增大 溫度升高溶解度基本不變 正溶解度特性 溫度升高溶解度減小 逆溶解度特性 變態(tài) 點(diǎn) 含有超過(guò)飽和量溶質(zhì)的溶液。 結(jié)晶過(guò)程的推動(dòng)力過(guò)飽和度 過(guò)飽和溶液定義 過(guò)飽和度定義 過(guò)飽和溶液與相同溫度下的飽和溶液的濃度之差。 二、溶液的過(guò)飽和與介穩(wěn)區(qū) 溶液的過(guò)飽和與 超溶解度曲線 G A B

4、C D E G G 不穩(wěn)區(qū) 介穩(wěn)區(qū) 穩(wěn)定區(qū) EFG 冷卻法 GFE 蒸發(fā)法 GFE 真空絕熱蒸發(fā)法(冷卻蒸發(fā)法) F F F 超溶 解度 曲線 溶解 度曲 線 一、晶核的形成 1.晶核產(chǎn)生 溶液中快速運(yùn)動(dòng)的溶 質(zhì)元素(原子、離子或 分子) 線體單元 相互碰撞 線體單元增長(zhǎng) 晶胚 晶胚增長(zhǎng) 晶核 晶胚分解 晶核直徑：數(shù)十納米至幾微米 2.初級(jí)成核與二級(jí)成核 沒(méi)有晶體存在的過(guò)飽和溶 液中自發(fā)產(chǎn)生晶核的過(guò)程 初級(jí)成核 有晶體（晶種）存在過(guò)飽 和溶液中產(chǎn)生晶核的過(guò)程 二級(jí)成核 初級(jí)成核速率 二級(jí)成核速率 超細(xì)粒子制造初級(jí)成核 大粒子制造二級(jí)成核 一、晶核的形成 晶體成長(zhǎng)系指過(guò)飽和溶液中的溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)在過(guò)飽

5、 和度推動(dòng)力作用下，向晶核或加入晶種運(yùn)動(dòng)并在其 表面上層層有序排列，使晶核或晶種微粒不斷長(zhǎng)大 的過(guò)程。 二、晶體的成長(zhǎng) 晶體 成長(zhǎng) 擴(kuò)散過(guò)程 溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)以擴(kuò)散方式由液相主體穿過(guò)靠近晶體 表面的靜止液層轉(zhuǎn)移至晶體表面。 表面反應(yīng)過(guò)程 到達(dá)晶體表面的溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)按一定排列方式嵌入 晶面，使晶體長(zhǎng)大并放出結(jié)晶熱。 傳熱過(guò)程 放出的結(jié)晶熱傳導(dǎo)至液相主體。 二、晶體的成長(zhǎng) 晶體成長(zhǎng)示意圖 晶 體 正在成長(zhǎng)晶面 i c 溶 液 主 體 c 液 膜 擴(kuò)散推動(dòng)力 c 表面反應(yīng)推動(dòng)力 1.晶粒大小的影響 v 對(duì)個(gè)別物系，原晶粒的初始粒度越大，其成長(zhǎng) 速率越快 v 對(duì)多數(shù)物系，晶體的成長(zhǎng)與原晶粒的初始粒度 無(wú)關(guān) v 低

6、溫結(jié)晶為表面反應(yīng)控制 v 高溫結(jié)晶為擴(kuò)散控制 2.結(jié)晶溫度的影響 三、影響晶體成長(zhǎng)的因素 v 改變?nèi)芤旱慕Y(jié)構(gòu)或溶液的平衡飽和濃度 v 改變晶體與溶液界面處液層的特性而影響溶質(zhì) 質(zhì)點(diǎn)嵌入晶面。 v 通過(guò)本身吸附在晶面上，而阻擋溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)嵌入 晶面 3.雜質(zhì)的影響 三、影響晶體成長(zhǎng)的因素 習(xí)題課（2） 某化工廠現(xiàn)有一板式精餾塔，內(nèi)裝25層泡罩塔 板，用來(lái)分離某二元混合液。已知原料液流量為100 kmol/h，組成為0.5，要求餾出液的組成為0.96，易揮 發(fā)組成的回收率為96；操作條件下的平均相對(duì)揮 發(fā)度為2.4?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)得該板式塔的操作空塔氣速為 0.85m/s，全塔效率為52，每層塔板的壓降為 0

7、.85 kPa，汽相平均密度為2.785kg/m3。 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 現(xiàn)因工藝要求，將該板式塔改為填料塔，以降 低塔釜溫度和提高處理量。擬采用350Y金屬孔板波 紋填料，已知該填料在操作條件下的等板高度為 0.285m，單位高度填料層壓降為0.35 kPa/m，氣相動(dòng) 能因子為1.8。試計(jì)算改為填料塔后：（1）塔釜溫度 降低多少；（2）塔處理量提高多少倍。 注： 設(shè)塔頂操作壓力為常壓。 設(shè)再沸器內(nèi)汽液兩相處于平衡狀態(tài)。 易揮發(fā)組分的安托尼方程為 24.220 35.1206 023. 6lg 0 t pA 的單位為 kPa 0 A p 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 k

8、mol/h100F C Q 50. 0 F x 96. 0 D x W x W D B Q %96 D %52 T E m/s85. 0u 4 . 2 kPa85. 0 i P 3 kg/m785. 2 V 1 25 原工況：板式塔 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 新工況：填料塔 kmol/h100F C Q 50. 0 F x 96. 0 D x W x W D B Q %96 D m285. 0HETP kPa/m35. 0/ZP )m/s()(kg/m8 . 1 5 . 03 F 先進(jìn)行物料衡算 %96%100 50. 0100 96. 0 %100 D Fx Dx F D D WDF WxDx

9、Fx W x0 .500 .5096. 050. 0100 解出 kmol/h0 .50D kmol/h0 .50W 解出 04. 0 W x 解: 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 分析 )( WW Pft PPP DW 需求 kPa58.12225.2133.101 W P 1.求 W t P kPa25.2185. 025P 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 采用板式塔 W x W B Q W t W y 04. 0 W x 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 由 W W W x x y ) 1(1 091. 0 04. 0) 14 . 2(1 04. 04 . 2 kPa15.1158.122091. 0 WWA P

10、yp kPa75.278 04. 0 15.11 0 A A A x p p 24.220 35.1206 023. 6lg 0 t p A 解得 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 由 94.116 W t （板式塔） T NHETPZ ZP35.0 采用填料塔 需求Z 需求 T N 1352. 025 TPT ENN m705. 313285. 0Z 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 kPa63.10230. 133.101 W P kPa30. 1705. 335. 0P kPa34. 963.102091. 0 WWA Pyp kPa5 .233 04. 0 34. 9 0 A A A x p p 24.2

11、20 35.1206 023. 6lg 0 t pA 解得 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 由 84.109 W t （填料塔） 1 . 784.10994.116 W t 2.求 板填, ss VaV 填 填 uDVs 2 , 4 板 板 uDVs 2 , 4 未變D 板 填 板 填 u u V V s s , , 氣液傳質(zhì)設(shè)備綜合練習(xí)題 27. 1 85. 0 079. 1 , , 板 填 s s V V m/s85.0 板 u 對(duì)于規(guī)整填料 V uF m/s079.1 785.2 8 .1 填 V F u 板填, 27. 1 ss VV 在直徑1.2m、長(zhǎng)度6m的轉(zhuǎn)筒干燥器中，常壓 下干燥溫度2

12、4 、濕含量0.037（濕基，下同）的 濕物料，經(jīng)干燥后，物料的溫度60 、濕含量 0.002，干燥產(chǎn)品的流量1000 kg/h 。干燥介質(zhì)為溫 度25 、相對(duì)濕度55的新鮮空氣，空氣進(jìn)、出 干燥器的溫度分別為85 和30 。預(yù)熱器中采用 180 kPa的飽和水蒸汽加熱，預(yù)熱器的熱損失可忽 略。已知25水的飽和蒸汽壓3168.4 Pa。絕干料比 固體物料的干燥綜合練習(xí)題 熱容1.507 kJ/(kg絕干料 ) ，干燥器外壁與空氣 的總傳熱系數(shù)35 kJ/(m2h ) 。 1. 計(jì)算鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量； 2. 計(jì)算加熱蒸汽的消耗量； 3. 計(jì)算干燥系統(tǒng)的熱效率。 固體物料的干燥綜合練習(xí)題 干燥器 P

13、Q 24 1 預(yù)熱器 25 0 t 85 1 t30 2 t 60 2 L Q %55 0 Pa4 .3168 0 s p 002. 0 2 w 037. 0 1 w m2 . 1 m0 . 6 kg/h1000 2 G 507. 1 S ckJ / (kg絕干料) 180kPa 飽和 水蒸氣加熱 干燥器有熱損失非等焓干燥過(guò)程 固體物料的干燥綜合練習(xí)題 1.求解: V H LvV 273 273 )244. 1772. 0( 0 0 t HvH 需求 0 H 00 00 0 622. 0 s s pP p H 0109. 0 4 .316855. 0101325 4 .316855. 0622

14、. 0 kg / kg絕干氣 固體物料的干燥綜合練習(xí)題 857. 0 273 25273 )0109. 0244. 1772. 0( H v m3 / kg絕干氣 固體物料的干燥綜合練習(xí)題 12 HH W L 需求 21 HHW、 0109. 0 01 HH kg / kg絕干氣 33.36)002. 00384. 0(0 .998)( 21 XXGW 0384. 0 037. 01 037. 0 1 1 1 1 w w X kg / kg絕干料 002. 0 002. 01 002. 0 1 2 2 2 w w X kg / kg絕干料 0 .998)002. 01 (1000)1 ( 22

15、 wGG kg 絕干料/ h kg / h 固體物料的干燥綜合練習(xí)題 WHHL)( 12 L QIGLIIGLI 2211 物料衡算 )(33.36)0109. 0( 2 aHL 熱量衡算 1111 2490)88. 101. 1 (HtHI 7 .1140109. 0249085)0109. 088. 101. 1 (kJ / kg絕干氣 )( 2 HfL 111 )(XccI wS 0 .4024)0384. 0187. 4507. 1 ( kJ / kg絕干料 固體物料的干燥綜合練習(xí)題 222 )(XccI wS 9 .9060)002. 0187. 4507. 1 ( kJ / kg絕

16、干料 ) 0 2 )( 21 t tt DLtSQL 總總 6 .25716)25 2 3085 ()62 . 114. 3(35 kJ / h 6 .257169 .900 .9980 .400 .9987 .114 2 LIL )( 2 IfL )(8 .765147 .114 2 bLIL 固體物料的干燥綜合練習(xí)題 2222 2490)88. 101. 1 (HtHI 22 249030)88. 101. 1 (HH )(3 .304 .2546 22 cHI )( 22 HfI 聯(lián)立(a)、(b)、(c)式，解得 12.89 2 I kJ / kg絕干氣 0231. 0 2 Hkg / kg絕干氣 0 .2984L kg / h 固體物料的干燥綜合練習(xí)題 0 .2557857. 00 .2984 H LvV m3 / h 2.求 蒸汽 w r QP w 蒸汽 需求 P Q )( 01 IILQ P 0000 2490)88. 101. 1 (HtHI 9 .520109. 0249025)0109. 088.