高等分离工程相关知识WORDWord文档下载推荐.docx
《高等分离工程相关知识WORDWord文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高等分离工程相关知识WORDWord文档下载推荐.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
简捷法（FUG法）计算步骤：
1根据工艺找出一对关键组分；
2由清晰分割估算塔顶、塔底产物的量及组成；
3根据塔顶、塔底组成计算相应的温度，求出相对挥发度；
4Fenska法计算Nm；
5Underwood法计算Rm，并选择适宜的R；
6确定适宜进料位置
7根据Rm、R、Nm，用Gilliand图求出N。
3.特殊精馏
3.1恒沸精馏
恒沸精馏是指若在两组分恒沸液中加入第三组分（称为恒沸剂）,该组分能与原料液中的一个或两个组分形成新的恒沸液，从而使原料液能用普通精馏方法分离的精馏操作。
恒沸精馏可分离具有最低恒沸点的溶液、具有最高恒沸点的溶液以及挥发度相近的物系。
3.2萃取精馏
萃取精馏和恒沸精馏相似，也是向原料液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原有组分间的相对挥发度而得以分离。
不同的是，要求萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点高很多,且不与组分形成恒沸液。
萃取精馏常用于分离各组分沸点（挥发度）差别很小的溶液。
例如，在常压下苯的沸点为80.1℃,环已烷的沸点为80.73℃,若在苯-环已烷溶液中加入萃取剂糠醛，则溶液的相对挥发度发生显著的变化。
溶液中糠醛的摩尔分率
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7
相对挥发度
0.98
1.38
1.86
2.07
2.36
2.7
3.3溶盐精馏
加盐精馏的原理和萃取精馏相似，只是添加剂用不挥发的可溶性盐。
对盐在其中溶解度较大的组分，它的分子与盐分子之间的作用力较大，挥发度降低的程度也较大；
反之溶解度较低的组分，挥发度降低的程度也较低。
因此，相对挥发度比未加盐时显著增大，从而有利于采用蒸馏的方法予以分离。
对一些能够形成恒沸物的溶液，加盐使相对挥发度发生变化，能够使恒沸物的组成改变或消除恒沸物，从而使分离容易进行。
3.4隔板精馏
分壁精馏塔实质就是在塔内部增设一个竖立的隔板，将常规精馏塔的内部一分为二，在一个精馏塔内同时完成传质和传热过程。
3.5反应精馏
反应精馏就是在进行反应的同时用精馏方法分离出产物的过程
反应精馏有以下特点：
（1）节省设备投资。
反应精馏将反应和分离耦合在一个设备中进行，大大简化了工艺流程，从而节省了设备投资。
（2）节省能耗。
对于放热反应来讲，放出的热量能够供给于精馏过程，降低了整个系统的加热量；
对于吸热反应来讲，反应精馏可以给反应和精馏通过再沸器集中供热，效率高于分别供热，也可降低整个系统的能耗。
（3）转化率高，选择性好。
反应精馏能够及时移走生成物，打破反应平衡的限制，提高反应转化率；
对于连串反应或有副反应的，通过控制操作温度等参数可抑制副反应的进行，从而提高了目的产物的选择性。
（4）易于实现原有工艺的改造。
一般来讲，通过增加催化剂段取代塔板或者填料段，或添加催化剂进料口，即可完成普通精馏塔向反应精馏塔的改造。
（5）反应精馏还可有效避免共沸物的大量存在给后续分离带来的困难。
3.6分子精馏
分子蒸馏是一种在高真空下操作的蒸馏方法，这时蒸气分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，从而可利用料液中各组分蒸发速率的差异，对液体混合物进行分离。
4.萃取分离
分配定律：
在一定温度和压力下，如果一种物质溶解在两个同时存在的互不混溶的液体中，达到平衡后，若溶质在两液体中分子形态相同，该物质在两相中的浓度比等于常数。
K=cA/cB
分配比：
D=1：
两相中浓度相等；
D→∞：
溶质几乎被有机相萃取；
D→0：
无法被有机相萃取。
萃取率：
一次萃取：
c（o）：
溶质在有机相的浓度；
V（o）:
有机相体积；
c（w）：
V（w）:
有机相体积.
与分配比的关系：
×
100%=
R：
经n次萃取后，水相中平衡浓度：
4.1化学萃取
化学萃取是在萃取过程中伴有化学反应,即在溶质与萃取剂之间存在化学作用。
典型反应：
络合反应、阳离子交换反应、离子缔合反应、加合反应、带同萃取反应
4.2膜萃取
膜萃取是膜技术与萃取过程相结合的新型膜分离技术，与通常的萃取中液相以细小液滴的形式分散在另一液相中进行两相接触情况不同，膜萃取中两相是在微孔膜表面相互接触而进行物质传递的。
因此，膜萃取具有以下优点：
1.通常萃取要分相，而膜萃取不用分相，因而减少夹带损失；
2.由于分相，对萃取剂选择有密度要求，而用膜萃取不需分相，因而可选取苯取效果好而密度与水相近的萃取剂，3.便于连续生产、自动化操作。
4.3超临界萃取
超临界为超临界流体，是介于气液之间的一种既非气态又非液态的物态，这种物质只能在其温度和压力超过临界点时才能存在。
超临界流体的密度较大，与液体相仿，而它的粘度又较接近于气体，因此超临界流体是一种十分理想的萃取剂。
超临界流体的溶解能力取决于萃取的温度和压力。
利用这种特性，只需改变萃取剂流体的压力和温度，就可以把样品中的不同组分按在流体中溶解度的大小，先后萃取出来。
CO2：
临界压力：
7.390MPa
临界温度：
31.060℃
临界密度：
0.448g/cm3
4.4双水相萃取
某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统（aqueoustwo-phasesystem,ATPS）。
5.膜分离
5.1概述
5.2反渗析和纳滤
5.2.1反渗析（RO），又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。
因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。
根据各种物料的不同渗透压，就可以使用大于渗透压的反渗透压力，即反渗透法，达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。
操作压力（2～10）MPa
5.2.2纳滤（NF），是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几个纳米左右。
用于将相对分子质量较小的物质，如无机盐或葡萄糖、蔗糖等小分子有机物从溶剂中分离出来。
纳滤又称为低压反渗透，其分离性能介于反渗透和超滤之间，允许一些无机盐和某些溶剂透过膜，从而达到分离的效果。
5.3超滤和微滤
5.3.1超滤（UF）是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。
膜孔径在20－1000A°
之间，通过膜表面的微孔筛选可截留分子量为3x10000—1x10000的物质。
5.3.2微滤（MF）又称微孔过滤，是以多孔膜（微孔滤膜）为过滤介质，在0.1~0.3MPa的压力推动下，截留0.1～1微米之间的颗粒（如溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒和一些细菌等），而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程。
5.4电渗析
电渗析过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合，在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜的选择透过性（即阳离子可以透过阳离子交换膜，阴离子可以透过阴离子交换膜），阴、阳离子分别向阳极和阴极移动。
离子迁移过程中，若膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过；
如果它们的电荷相同，则离子被排斥，从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的
6.结晶
6.1结晶过程的实质
结晶是指溶质自动从过饱和溶液中析出，形成新相的过程
这一过程包括：
1.溶质分子凝聚成固体
2.分子有规律地排列在一定晶格中
这一过程与表面分子化学键力变化有关，因此，结晶过程是一个表面化学反应过程
6.2超溶解度曲线
SS普通的溶解度曲线
TT代表溶液过饱和而能自发地产生晶核的浓度曲线（超溶解度曲线），超溶解度曲线的位置不固定,要受很多因素的影响
稳定区SS曲线下方
亚稳区SS曲线和TT曲线之间的区域为亚稳区，此刻如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可长时间保持稳定介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的区域。
不稳区在TT曲线的上半部的区域，在该区域任意一点溶液均能自发形成结晶
6.3结晶的步骤
1.过饱和溶液的形成
2.晶核的形成
3.晶体生长
其中，溶液达到过饱和状态是结晶的前提；
过饱和度是结晶的推动力。
6.3.1过饱和溶液的形成
1.热饱和溶液冷却
2.部分溶剂蒸发法（等温结晶法）
3.真空蒸发冷却法
4.化学反应结晶
6.3.2晶核的形成
过饱和溶液是不稳定的，容易析出其中过量的溶质而产生晶核；
然后晶核长大，成为宏观的晶体。
要使晶核能够产生而且能够长大，需要有一个推动力，这个推动力是一种浓度差，也就是溶液的过饱和度。
6.3.3晶体生长
晶体的成长机理可分为两步：
1溶质由溶液主体向晶体表面的扩散过程，其推动力为溶液主体与晶体表面溶质的浓度差；
2溶质在晶体表面以某种方式嵌入空间晶格而组成有规则的结构，并放出结晶热。
该过程也称为表面反应过程。
决定晶体生长的形态，内因是基本的，而生成时所处的外界环境对晶体形态的影响也很大，同一种矿物在不同的热力学条件（包括各种地质条件）下，其晶体形态是可能有所差别的。
几种影响晶体生长的主要因素如下：
1.涡流
在生长着的晶体周围，溶液中的溶质粘附于晶体上，其本身浓度降低以及晶体生长时放出的热量，使溶液比重减小。
由于重力作用，则轻的溶液上升，而周围重的溶液补充进来，从而形成了涡流。
在晶体生长时涡流向上，而溶解时则相反。
涡流使溶液物质共给不均匀，有方向性，因而使处于不同位置上的形态特征不同。
2.温度
在不同的温度下，同种物质的晶体，其不同晶面的相对生长速度有所改变，影响晶体形态，如方解石在较高温下生成时呈扁平状，而在地表水溶液中形成的则往往是细长的。
石英和锡石矿物晶体亦有类似的情况。
3.杂质
溶液中杂质的存在可以改变晶体上不同面网的表面能，所以其相对生长速度也随之变化而影响晶体形态。
例如，在纯净水中结晶的石盐是立方体，而在溶液中有少量硼酸存在时则出现立方体与八面体的聚形。
4.粘度
溶液的粘度也影响晶体的生长。
粘度的加大，将妨碍涡流的产生，溶质的共给只有以扩散的方式来进行，晶体在物质供给十分困难的条件下生成。
由于晶体的棱角部分比较容易接受溶质，生长得比较快，晶体的中心生长得慢，甚至完全不长，从而形成骸晶（如雪花）。
5.结晶速度
结晶速度快，则结晶中心增多，晶体生长的细小，且往往长成针状、树枝状。
反之，结晶速度慢，则晶体长得粗大。
结晶速度还影响晶体的纯净度，快速结晶的晶体往往不纯，包裹了很多杂质。
6.4物料衡算和热量衡算
6.4.1物料衡算
Fω1=mω2+（F-W-m）ω3
F:
进料质量/kgω1:
进料溶液中的溶质质量分数
m:
晶体质量/kgω2:
晶体中溶质质量分数
W:
结晶器中蒸发出的水分质量/kgω3:
母液中的溶质质量分数
6.4.2热量衡算
Fi1+Q=WI+mi2+（F-W-m）i3
Q:
外界对控制体的加热量I:
蒸出蒸汽的焓/J·
kg-1
i1:
单位质量进料的焓i2:
单位质量晶体的焓
i3:
单位质量母液的焓
6.5结晶器
6.5.1结晶槽
一种槽形容器，器壁设有夹套或器内装有蛇管，用以加热或冷却槽内溶液。
结晶槽可用作蒸发结晶器或冷却结晶器。
为提高晶体生产强度，可在槽内增设搅拌器。
结晶槽可用于连续操作或间歇操作。
间歇操作得到的晶体较大，但晶体易连成晶簇，夹带母液，影响产品纯度。
6.5.2强制循环蒸发结晶器
一种晶浆循环式连续结晶器（图1）。
操作时，料液自循环管下部加入，与离开结晶室底部的晶浆混合后，由泵送往加热室。
晶浆在加热室内升温（通常为2～6℃），但不发生蒸发。
热晶浆进入结晶室后沸腾，使溶液达到过饱和状态，于是部分溶质沉积在悬浮晶粒表面上，使晶体长大。
作为产品的晶浆从循环管上部排出。
强制循环蒸发结晶器生产能力大，但产品的粒度分布较宽。
6.5.3DTB型蒸发结晶器
即导流筒-挡板蒸发结晶器，也是一种晶浆循环式结晶器。
器下部接有淘析柱，器内设有导流筒和筒形挡板，操作时热饱和料液连续加到循环管下部，与循环管内夹带有小晶体的母液混合后泵送至加热器。
加热后的溶液在导流筒底部附近流入结晶器，并由缓慢转动的螺旋桨沿导流筒送至液面。
溶液在液面蒸发冷却，达过饱和状态，其中部分溶质在悬浮的颗粒表面沉积，使晶体长大。
在环形挡板外围还有一个沉降区。
在沉降区内大颗粒沉降，而小颗粒则随母液入循环管并受热溶解。
晶体于结晶器底部入淘析柱。
为使结晶产品的粒度尽量均匀，将沉降区来的部分母液加到淘析柱底部，利用水力分级的作用，使小颗粒随液流返回结晶器，而结晶产品从淘析柱下部卸出（图2）
6.5.4奥斯陆型蒸发结晶器
又称为克里斯塔尔结晶器，简称OSLO结晶器，一种母液循环式连续结晶器（图3）。
操作的料液加到循环管中，与管内循环母液混合，由泵送至加热室。
加热后的溶液在蒸发室中蒸发并达到过饱和，经中心管进入蒸发室下方的晶体流化床（见流态化）。
在晶体流化床内，溶液中过饱和的溶质沉积在悬浮颗粒表面,使晶体长大。
晶体流化床对颗粒进行水力分级,大颗粒在下，而小颗粒在上，从流化床底部卸出粒度较为均匀的结晶产品。
流化床中的细小颗粒随母液流入循环管，重新加热时溶去其中的微小晶体。
6.5.5真空冷却结晶器
真空冷却结晶器是将热的饱和溶液加入一与外界绝热的结晶器中，由于器内维持高真空，故其内部滞留的溶液的沸点低于加入溶液的温度。
这样，当溶液进入结晶器后，经绝热闪蒸过程冷却到与器内压力相对应的平衡温度。
真空冷却结晶器可以间歇或连续操作。
图片7-9所示为一种连续式真空冷却结晶器。
热的原料液自进料口连续加入，晶浆用泵连续排出，结晶器底部管路上的循环泵使溶液作强制循环流动，以促进溶液均匀混合，维持有利的结晶条件。
蒸出的溶剂由器顶部逸出，至高位混合冷凝器中冷凝。
双级式蒸汽喷射泵用于产生和维持结晶器内的真空。
一般地，真空结晶器内的操作温度都很低，所产生的溶剂蒸汽不能在冷凝器中被水冷凝，此时可在冷凝器的前部装一蒸汽喷射泵，将溶剂蒸汽压缩，以提高其冷凝温度。
升级会员 