化工原理第12章01改課件

第12章其它傳質(zhì)分離方法12.1結(jié)晶12.1.1概述（1）結(jié)晶操作類型①溶液結(jié)晶——溶液中析出固態(tài)結(jié)晶，如海水制鹽。②升華結(jié)晶——氣相中析出結(jié)晶，如雪。③熔融結(jié)晶——熔融物中析出固態(tài)結(jié)晶，如混合二甲苯制對二甲苯。④反應(yīng)沉淀——液相反應(yīng)，如Fe2O3磁粉，氣相反應(yīng)，如TiO2鈦白粉。霧?。?）結(jié)晶操作特點①能在雜質(zhì)多的混合液分離高純度晶體，如單晶硅。②共沸物、熱敏性物質(zhì)的分離，如鄰、對硝基苯。③結(jié)晶熱小，能耗比精餾低。（見P185表12-1）（3）對產(chǎn)物要求①產(chǎn)物純度高。②適當?shù)牧６取⒘６确植颊?。③晶?針形、片狀、棒狀等)。（4）晶系晶格——晶體微觀粒子幾何排列規(guī)則的最小單元。晶系——按晶格結(jié)構(gòu)分類，同一物質(zhì)，條件不同，可屬不同晶系。12.1.2溶解度及溶液過飽和（1）溶解度曲線狀態(tài)：飽和溶液C=C*不飽和溶液C<C*過飽和溶液C>C*超溶解度曲線(開始析出晶核)第一介穩(wěn)區(qū)，加入晶種才會結(jié)晶；第二介穩(wěn)區(qū)，會自發(fā)成核，需要時間(延滯期)。（2）過飽和度表示方法過飽和度ΔC=C-C*過飽和度比S=C/C*相對過飽和度δ=ΔC/C*（3）形成過飽和狀態(tài)的方法①降低溫度(冷卻結(jié)晶)②溶液濃縮(蒸發(fā))選用哪種合適，看溶解度曲線形狀真空自蒸發(fā)：兩者兼有。12.1.3結(jié)晶機理與動力學（1）結(jié)晶的兩個階段：晶核生成，晶體成長。成核機理：①初級均相成核,ΔC較大時自發(fā)生成，不宜采用。②初級非均相成核，外來物誘導生成，步驟多。③二次成核，已有晶體的破碎。再結(jié)晶現(xiàn)象（2）結(jié)晶速率①成核速率1/m3s②晶體成長速率m/s∵m>2,n=1~2∴ΔC大，有利于成核;ΔC小，有利于晶體成長。（1）物料衡算溶質(zhì):Fw1=mw2+(F-W-m)w3注：w2不一定為100%如：Na2CO3分子量106，Na2CO3·10H2O為286w2=106/286=0.371（2）熱量衡算

Fi1+Q=WI+mi2+(F-W-m)i3整理后

Wr=mr結(jié)晶+FCp(t1-t3)+Q汽化潛熱溶液降溫放熱溶液結(jié)晶放熱外界加熱12.1.5結(jié)晶設(shè)備（1）攪拌式冷卻結(jié)晶器（3）多級真空結(jié)晶器(自蒸發(fā))（4）結(jié)晶器的選擇①溶解度曲線較陡：冷卻、真空自蒸發(fā)。較坦：蒸發(fā)濃縮。②能耗、物性、產(chǎn)品粒度、粒度分布要求、處理量大小。12.1.6其他結(jié)晶方法12.2吸附分離12.2.1概述（1）吸附與解吸目的：分離流體混合物物理吸附：范德華力，吸附熱小化學吸附：化學鍵合，吸附熱大基本原理：選擇性吸附吸附劑再生：解吸③活性氧化鋁極性吸附劑，用于液體脫水等④各種活性土(漂白土、鐵礬土、酸性白土)價廉易得，一次性使用如：潤滑油脫色、脫硫⑤合成沸石和天然沸石分子篩硅鋁酸金屬鹽,化學穩(wěn)定性高，微孔尺寸大小均一，強極性吸附劑。如：廢水脫除重金屬離子及海水提鉀。⑥吸附樹脂高分子物質(zhì)經(jīng)反應(yīng)引進官能團。有非極性、中極性、極性和強極性。如：維生素的分離、過氧化氫的精制。（3）吸附劑的基本特性①吸附劑的比表面a例：活性炭微孔比表面占95%②吸附容量xm吸附表面每個空位都單層吸滿吸附質(zhì)分子時的吸附量:kg吸附質(zhì)/kg吸附劑。與溫度、吸附劑結(jié)構(gòu)、性質(zhì)有關(guān)。③吸附劑密度a.裝填密度與空隙率。b.顆粒密度(表觀密度)：c.真密度(扣除顆粒內(nèi)孔腔體積)和內(nèi)孔隙率：12.2.2吸附相平衡（1）吸附等溫線三種類型：類型Ⅰ有利的吸附等溫線類型Ⅲ不利的吸附等溫線類型Ⅱ線性吸附等溫線（2）吸附平衡關(guān)系式①低濃度吸附(線性關(guān)系)x=HC或x=H’p②單分子層吸附——朗格繆爾方程吸附表面遮蓋率θ(=x/xm)吸附速率kap(1-θ)解吸速率kdθ得單分子層吸附朗格繆爾方程努森流有分離作用③表面擴散④固體(晶體)擴散（2）吸附速率外擴散NA=kf(c-ci)內(nèi)擴散NA=kS(xi-x)總傳質(zhì)系數(shù)表示

NA=Kf(c-ce)=KS(xe-x)內(nèi)擴散控制Ks≈ks12.2.4固定床吸附過程分析（1）理想吸附過程簡化假定：①單組分吸附，有利的吸附等溫線。②床層吸附劑均勻，吸附劑初始濃度、溫度均一。③流體定態(tài)加料，濃度、溫度、流量不變。④吸附熱可忽略，流體與吸附劑等溫。床層的利用率：傳質(zhì)區(qū)越薄，床層利用率越高固定床吸附過程的數(shù)學描述1）物料衡算微分方程式2）相際傳質(zhì)速率方程式c1c2x1x2（u0－uc）AεBucA（1－εB）ρpcc＋dcxx＋dx固定床吸附過程的計算1）吸附過程的積分表達式2）濃度波移動速度3）傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度u>u