《化工原理总复习》PPT课件

45 C 80 C
115 C 140 C
廿二烷 0.8 0.6 0.4
0.4 0.6 0.8
0.2 糠醛
甲基环戊烷
0.8
0.2
0.6
0.4 0.2
2354.5PC 45 CC
0.4 P 0.6
0.8
正己烷 0.8 0.6 0.4 0.2 苯胺
感谢下 载
解：取贮槽液面为1―1截面，管路出口内侧为 2―2截面，并以1―1截面为基准水平面，在两 截面间列柏努利方程。
gZ1
u12 2
p1
We
gZ2
u22 2
p2
hf
式中 Z1=0 ，Z2=15m，u1=0，p1=0（表压） p2=－26670Pa（表压），Σhf=120J/kg
20
u2
3600
0.785 0.062
物理性质
(1) 溶解度：萃取剂在料液相中的溶解度要小。 (2) 密度：密度差大，有利于分层，不易产生第三相和乳化现象，
两液相可采用较高的相对速度逆流。 (3) 界面张力：界面张力大，有利于液滴的聚结和两相的分离；
另一方面，两相难以分散混合，需要更多外加能量。由于液滴 的聚结更重要，故一般选用使界面张力较大的萃取剂。 (4) 粘度：低粘度有利于两相的混合与分层，流动与传质，对萃 取有利。对大粘度萃取剂，可加入其它溶剂进行调节。
kA kB
➢ kA，kB ， 。 ➢ 表示 S 对 A、B 组分溶解能力差别，即 A、B 的分离程度。 ➢ kB一定：kA ， 。 ➢ kA一定：kB ， 。
选择与稀释剂互溶度小的溶剂，可增加分离效果。
化学稳定性
萃取剂的选择
萃取剂应不易水解和热解，耐酸、碱、盐、氧化剂或还原剂，腐 蚀性小。在原子能工业中，还应具有较高的抗辐射能力。
在选择具体的萃取剂或几种溶剂组成的萃取剂时，应根据实际情 况综合考虑上述因素。
温度对萃取过程的影响
相图上两相区的大小，不仅取决于物系本身的性质，而且与操作 温度有关。一般情况下，温度上升，互溶度增加，两相区减小。 温度特别高时，两相区会完全消失，致使萃取分离不能进行。
二苯基己烷
0.8
0.2
0.6 0.4 0.2
第九章 蒸馏
1、理想物系的基本概念 2、蒸馏的概念与原理 3、蒸馏的相关计算 塔顶、塔底产品浓度和产量的计算，各组份收率的计算，塔板数的计算，热负 荷的计算 4、进料状态的影响 5、回流比的影响与选择
第十二章 萃取
液-液萃取的基本原理
在液体混合物中加入与其不完全混溶的液体溶剂（萃取剂），形 成液-液两相，利用液体混合物中各组分在两液相中溶解度的差 异而达到分离的目的。也称溶剂萃取，简称萃取。
总复习
第一章 流体流动
1、混合物的密度 液体混合物：1/ρm =∑（ xmi / ρi ） 气体混合物： ρm = ∑ （xvi ρi ） 2、静压强的表示方法 3、流体静力学方程 p2= p1 +ρg(Z1 - Z2) 4、流量与流速 5、连续性方程
u1/u2=(d2/d1)2
6、粘度及牛顿粘性定律 7、流动类型及判别
单级萃取
萃取剂 Solvent
萃取操作的基本流程
分级接触式
微分接触式 连续接触式
单级 多级错流 多级逆流
料液A+B Feed
混合澄清槽 Mixer-settler
萃取相 Extract
萃余相 Raffinate
单级萃取最多为一次平衡，故分离程度不高，只适用于溶质在萃 取剂中的溶解度很大或溶质萃取率要求不高的场合。
轻液出口 Light Liquid outlet
重液出口 Heavy liquid outlet
萃取操作的适用范围
萃取过程本身并未完全完成分离任务，而只是将难于分离的混合 物转变成易于分离的混合物，要得到纯产品并回收溶剂，必须辅 以精馏（或蒸发）等操作。
萃取操作一般用于： (1) 混合液中各组分的沸点很接近或形成恒沸混合物，用一般精
8、柏努利方程
第一章 流体流动
gZ1 +
p1 ρ+
1 2
u1 2 +We =
gZ2 +
p2 ρ+
1 u2 2 +Wf 2
当能量用液柱高度表示时，上式可改写成
Z1 +
p1 ρg
+
1 2g
u1 2 +he =
Z2 +
p2 +
1 u2 2 +hf
ρg 2g
当能量用压力表示时，柏氏方程可改写成
ρgZ1 +
E
萃取液中被提取的溶质 A的质量(kg 原料液中溶质 A的质量(kg)
)
萃取剂的选择
分配系数（Distribution coefficient）
一定温度下，A 组分在互成平衡的两液相中的浓度比
Ａ组分在萃取相中的浓度 kA Ａ组分在萃余相中的浓度
yA xA
kB
yB xB
一般 kA 不为常数，而随温度、溶质 A 的浓度变化。 在 A 浓度变化不大和恒温条件下，kA 可视为常数（平衡常数 m），其值由实验测得。
多级逆流萃取
料液 Feed
1
2
3
萃取相 Extract
萃余相 Raffinate
N
萃取剂 Solvent
原料液和萃取剂依次按反方向通过各级，最终萃取相从加料一端 排出，并引入溶剂回收设备中，最终萃余相从加入萃取剂的一端 排出，引入溶剂回收设备中。 特点：可用较少的萃取剂获得比较高的萃取率，工业上广泛采用。
9、流体阻力
直管阻力
Wf =λ
l u2 d2
层流
64/Re
λ 湍流
局部阻力
1.经验公式计算 2.查图表
查表得出le或ζ(λl /d)，代入上式计 算总阻力
直管阻力与局部阻力之和，即
( ) ( ΣWf =λ
l +Σle d
u2 2
=
l λ
d
+Σζ
) u2 2
第二章 流体输送机械
1、离心泵的工作原理 2、离心泵的主要性能参数 3、流体密度、粘度，叶轮直径、转速等对泵流量和压头的影响 4、离心泵的气缚和气蚀 5、离心泵的安装与调节
p1
+ ρu1
2
2
+⊿pe =
ρgZ2 +
p2
+
ρu2
2
2 +⊿pf
柏努利方程可用于计算：各处的压力、流速，泵的功率等
【例】 贮槽内液面维持恒 定，其上方压强为101.33×103Pa，蒸发器上部的蒸发室内操作压强为26670Pa（真 空度），蒸发器进料口高于贮槽内液面15m，进料量为20m3/h，溶液流经全部管路 的能量损失为120J/kg，求泵的有效功率。管路直径为60mm。
多级错流萃取
料液 Feed
1
2
3
萃取相 Extract
萃取剂 Solvent
N
萃余相 Raffinate
原料液依次通过各级，新鲜溶剂则分别加入各级的混合槽中，萃 取相和最后一级的萃余相分别进入溶剂回收设备，回收溶剂后的 萃取相称为萃取液（用E’表示），回收溶剂后的萃余相称为萃 余液（用R’表示）。 特点：萃取率比较高，但萃取剂用量较大，溶剂回收处理量大， 能耗较大。
注意：kA 只反映 S 对 A 的溶解能力，不反映 A、B 的分离程度。
萃取剂的选择
选择性系数 （Selectivity coefficient）
两相平衡时，萃取相 E 中 A、B 组成之比与萃余相 R 中 A、B 组组成之比的比值。
yA / yB xA / xB
kA
yA xA
kB
yB xB
第五章 传热
1、传热的基本方式 2、传热的基本方程 3、傅里叶定律及热传导的计算 4、对流传热的计算 温度差的计算、传热系数的计算、传热量和传热面积计算 5、辐射传热的基本概念 6、斯蒂芬－波尔茨曼定律 7、克希霍夫定律
第七章 蒸发
1、蒸发的基本概念 2、蒸发的分类及各类的特点 3、常见蒸发器 4、蒸发的相关计算 蒸发量及相关浓度的计算、传热量及蒸汽用量的计算 5、引起温差损失的原因
萃取剂的选择
回收的难易
为了获得纯产品及使溶剂循环使用，必须将萃取相及萃余相中的 溶剂进行回收。萃取过程中，溶剂回收是费用最多的环节。有的 萃取剂虽有许多良好的性质，但因回收困难而不被采用。 溶剂回收常用的方法是蒸馏、蒸发、反萃取等。
其它因素
无毒或毒性小、无刺激性、不易燃（闪点高），难挥发（沸点高、 蒸气压小）。 来源丰富，价格便宜，循环使用中损耗小。
溶质：混合液中被分离出的物质，以A表示； 稀释剂（原溶剂）：混合液中的其余部分，以B表示； 萃取剂：萃取过程中加入的溶剂，以S表示。 萃取剂对溶质应有较大的溶解能力，对于稀释剂则不互溶或仅部 分互溶。
液-液萃取过程的分类
按性质可分为物理萃取和化学萃取；按萃取对象可分为有机物萃 取和无机物萃取。
按溶液与萃取 剂的接触方式
馏方法不经济或不能分离； (2) 混合液中含热敏性物质，受热易分解、聚合或发生其它化学
变化； (3) 混合液中需分离的组分浓度很低，采用精馏方法须将大量的
稀释剂汽化，能耗太大。
萃取操作是两相间的传质过程，需要研究两液相间的平衡关系和 相际间的传质速率问题。
萃取分离效果及其主要影响因素
萃取率（提取率）E：
微分接触式（连续接触式） 一般为塔式设备（喷淋塔、填料塔、转盘塔、振动筛板塔等）。
一液相为连续相，另一液相 为分散相，分散相和连续相 呈逆流流动； 两相在流动过程中进行质量 传递，其浓度沿塔高呈连续 微分变化； 两相的分离在塔的上下两端 进行。
重液进口 Heavy liquid inlet
轻液进口 Light liquid inlet
1.97m/s
例4 附图 1―贮槽；2―泵；3―蒸发器
将上述各项数值代入，则有：
We
15 9.81 1.972
2
120 26670 1200
246 .9J/kg
泵的有效功率：Ne=We·ms＝We·Vs·ρ＝246.9×20÷3600×1200＝1647(w) 实际上泵所作的功并不是全部有效的，故要考虑泵的效率η，实际上泵所消耗的功 率（称轴功率）N=Ne/η。泵的效率η一般在0.65左右。