其它传质分离方法..doc

原理，实施方法，工业应用 12 其它传质分离方法 12.1 结晶 12.1.1 概述 一、结晶 结晶：由蒸汽、溶液或熔融物中析出固态晶体的操作。 溶液结晶：采用降温或浓缩的方法使溶液达到过饱和状态，析出溶质，以大规模制取固体产品。 过饱和度的产生 过程的推动力 蒸发 (c-c*)--过饱和度 冷却 （t*-t）--过冷度 反应 二、特点 能从杂质含量较多的混和液中分离出高纯度的晶体； 高熔点混合物、相对挥发度小的物系、共沸物、热敏性物质等物质的分离； ③结晶热一般为汽化热的1/3~1/7，过程的能耗较低。 三、产品的质量要求 纯度 （一般99%） 粒度：大小，分布 晶形：针形，片状，棒状 12.1.2 溶解度与溶液的过饱和 溶解度曲线：表示溶质在溶剂中的溶解度随温度而变化的关系。 曲线a是溶解度曲线 曲线b是超溶解度曲线 超溶解度曲线： 表示溶液产生晶核的极限浓度。 形成过饱和度状态的基本方法： ①降低溶液温度—冷却结晶 eg线 ②蒸发除去溶剂—蒸发结晶 ef线 陡峭的曲线—选用冷却结晶有利； 平坦的曲线—选用蒸发结晶有利。 12.1.3结晶机理与动力学 结晶速率：包括成核速率和结晶成长速率。 影响结晶速率的因素： 过饱和度的影响，②黏度的影响 ③密度的影响，④位置的影响 ⑤搅拌的影响 12.1.4物料衡算和热量衡算 物料衡算 w2:晶体中溶质质量分数， 若晶体为非水合物，w2=1;若为水合物时，w2=溶质分子量/晶体分子量。 如：Na2CO3相对分子质量106，Na2CO3·10H2O为286，w2=106/286=0.371 二、热量衡算 Fi1+Q=WI+mi2+(F-W-m)i3 Wr = mr结晶 + Fcp(t1-t3) + Q 汽化潜热 溶液结晶放热 溶液降温放热 外界加热 12.1.5 结晶设备 结晶蒸发器 12.2 吸附 12.2.1概述 一、原理： 利用固体颗粒选择性地吸附流体中的一个或几个组分，从而使流体混合物分离。 物理吸附：由于固体颗粒表面力（范德华力）作用使吸附质分子单层或多层地覆盖于吸附剂表面。 化学吸附：由于吸附质与吸附剂表面原子间的化学键合作用，使吸附质分子覆盖于吸附剂表面。 二、分类(按解吸方法)： ①变温吸附，蒸汽加热解吸 ②变压吸附，降压解吸 ③变浓度吸附，用惰性溶剂冲洗 ④置换吸附，用其它吸附质置换 三、常用吸附剂 ①活性炭 如：果核炭化, 活性炭纤维, 炭分子筛 疏水性、亲有机物，如：脱水中的有机物。 分子筛——晶格结构一定、有许多孔径大小均一微孔，起筛选分子作用，选择性强。 ②硅胶 无定形水合二氧化硅，亲水性 如：气体脱水 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。 四、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： 五、工业吸附对吸附剂的要求 有较大的内表面 ②活性高 ③选择性高 ④具有一定的机械强度 ⑤具有良好的化学稳定性 12.2.2吸附相平衡 吸附等温线：在一定温度下，气体（液体）与固体吸附剂长时间接触，达平衡时吸附剂的吸附量x(kg/kg)与气相（液相）中的吸附质组分分压p（或浓度c）的关系曲线。 低浓度时，x=Hc 或 x=H’p 当浓度较高时，可用不同的模型来拟合x~p(c)的相平衡关系。 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 12.2.3传质及吸附速率 传质机理 吸附传质分外扩散、内扩散及吸附三步。 吸附过程为内扩散控制。 二、吸附速率 外扩散：NA=kf(c-ci) 内扩散：NA=ks(xi-x) 用总传质系数表示： NA=Kf(c-ce)=Ks(xe-x) 对于内扩散控制的吸附过程，总传质系数Ks≈ks 12.2.4 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