石油化学化工专业英语第七单元翻译(1)

第三部分化工原理
一个工业催化过程的成功与否取决于原料成本、工序数、可操作性、反应条件等因素。

同时，一个成功的工业催化过程能够使催化剂的选择性和活性以及价格和寿命都达到适当的平衡。

而且，在21世纪，社会需要安全和环境友好型的生产工艺。

在将涉及催化剂的实验过程成功运用于商业生产时，有四个重要的工程因素起着至关重要的作用。

这些因素分别是反应器设计、操作条件、催化剂分离和再利用、原料预处理以及产物分离。

在这一部分内容中，我们将概述这些基本原理。

首先讨论表3-1中所列出的一个典型工艺装置中各个操作单元的功能、及该操作过程中所涉及的相态及其常规操作条件。

表3-1 单元操作及其功能和操作条件
单元操作名称功能相态常规操作条件
反应器(搅拌釜或管式反应器) 反应气-液-固, 气-
固, 气-液, 或液
-液
0~20 MPa, 0~550 ºC
蒸馏塔液体分离和提纯液态真空 1 MPa, -10~380
ºC
液-液萃取器溶质回收液态大气压, -10~100 ºC
吸收塔气体分离和回收气-液大气压1 MPa, 20~100
ºC
吸附塔气体或液体的分离
或回收气-固或液-固大气压 1 MPa, 20~200
ºC
结晶器从过饱和溶液中回
收固体
液-固大气压, -10~100 ºC
过滤器/离心机固体回收液-固真空 2 MPa, -10~100
ºC
换热器冷却或加热液体气态或液态大气压0.5 MPa,
-10~300 ºC
冷凝器气体冷凝至液体气-液大气压1 MPa, -10~150
ºC
蒸发器/再沸器液体蒸发气-液大气压至 1 MPa,
30~200 ºC
第1章传质
不同组分的两种物相开始接触时，组分间会发生从一相到另一相的质量传递，反之亦然。

这就是传质的物理基础。

面对均相混合物中组分的分离问题，工程师们常常利用混合物中各组分性质的不同来达到分离的目的。

通过检验混合物中各组分的物理化学性质来决定组分间哪些性质差别最大，因为性质差别越大，分离方法越经济可行。

单元操作关注的是依靠组分的物理性质的差异而非化学性质不同的分离过程。

这些分离过程依赖于混合物组分中平衡态的相组成不同和传质速率的不同。

1.1蒸馏
化学工业中应用最广泛的分离过程是蒸馏过程。

这种单元操作也可称为分馏（分级蒸馏）。

组分的分离是根据其挥发性的不同。

蒸馏有两种方法。

第一种方法，即所谓的闪蒸，指在减压蒸馏釜中，液体混合物通过沸腾气化转化为蒸汽，然后在接收器中将所得蒸汽冷凝，而不使其返回釜中。

这种技术用以分离沸点范围很宽的组分。

第二种方法中，部分冷凝液返回蒸馏釜（即回流）并与上升的蒸汽接触。

这种技术称为精馏。

分离效率取决于返回蒸馏釜的冷凝液与所得液体产物量之比（即回流比）。

蒸汽与回流液在蒸馏釜上部的一个高塔中密切接触。

在分馏塔中，低沸点组分（低沸点液体）自发地从液相回流中扩散到气体中，而高沸点组分（高沸点液体）从气相向液相扩散。

随着塔中蒸汽的上升，低沸点组分的浓度增加，而随着液体沿塔流下，高沸点组分的含量增大。

蒸馏塔下设一再沸器用来蒸发液体和给塔进料。

（图3-1）
图3 连续分馏柱
蒸馏的一大优点是无需加入其它组分即可达到分离。

蒸出的物料温度和体积量取决于压力。

高压可减少物料量和（或）增加馏出温度以利于冷凝；降低压力可以降低物料沸点以防止热分解发生。

蒸馏塔包括多孔板塔板或塔盘，或是装填有不锈钢、陶瓷和聚合物等材料的惰性填料。

蒸馏既可间歇操作也可连续进行。

连续操作的特点是进料和产物移出都采用连续操作。

1.2液-液萃取
液体混合物有时通过与第二种液体溶剂接触而达到分离。

混合物中的组分在液体溶剂中都有不同程度地溶解。

理想情况下，被萃取的组分在溶剂中可溶，而其它的组分则在溶剂中是不溶的。

溶质是从原混合物中转移到溶剂相的唯一组分。

原混合物由于去除溶质而成为萃余液。

溶剂相因得到溶质而成为萃取相。

事实上，所有的组分都有一定程度的溶解，而只有当其溶解度差别足够大时才能达到分离效果。

不管怎样，未萃取的组分必须不可溶到能产生两相才能实现分离。

液-液萃取又称溶剂萃取。

在真空条件下不能承受较高的汽化温度的窄沸点混合物可以采用这种技术进行分离。

和其他接触工艺过程相似，溶剂和溶质混合
物需要充分的接触才能进行传质从而达到分离。

萃取是利用各物料组分在溶剂中
的溶解度不同而实现的。

萃取设备包括混合器，溶剂和溶质混合物在混合器中进行搅拌混合，然后在沉降器中，混合物分成两层从而实现分离。

该设备可在间歇或连续条件下操作。

对于间歇萃取，混合器和沉降器可以是同一装置，然而，对于连续操作，混合器和沉降器必须是两个独立的设备。

如果需要多级萃取，那么连续操作工艺链上要设置一系列的混合器和沉降器，两种液体可以以并流或逆流方式流动。

1.3固-液萃取
分离固相组分可采用一种合适的溶剂选择性地溶解固体的可溶部分。

这种操作也称为浸析（过滤）或洗涤。

固体必须分散良好以便于液体溶剂可以与其完全接触。

通常，需要得到的组分是可溶的，剩余的固体是不可溶的。

溶质需要通过另外的分离步骤从萃取液中回收。

其他的工业应用包括用己烷做溶剂从大豆中萃取油份以及用硫酸或碳酸钠溶液从低品质矿石中提取铀。

由于其中一相是不能像流体一样流动的固体，因此固液分离需要特殊的分离设备。

1.4气体吸收和解吸
气体吸收包括气相中的可溶组分向相对非挥发性的液体吸收剂的转移。

解吸是其逆过程，通过与气相接触使液相中某一组分去除的过程。

在这一操作中，一种可溶性气体被液体从气体混合物中吸收。

一般气体混合物和液体在填料塔中进行接触。

液体从填料塔顶流下而气体从底部上升（逆流）。

吸收后的气体或蒸汽通过解吸后进行回收。

气-液吸收塔中的填料与蒸馏填料塔中的一样，且填料能帮助实现气-液的良好接触。

这种吸收塔称为洗涤塔。

吸收和解吸在化学工业中广泛应用。

盐酸是水吸收HCl气体得到的，碳酸软饮料生产则包含CO2的吸收过程，当瓶子打开后压力下降，就会发生解吸。

1.5吸附
吸附包括流体组分向固体表面的转移。

为达到完全分离，吸附组分必须从固体中移走。

流体相可以是气体或液体。

如果几种组分不同程度地吸附到固体上，就可以将它们分离成相对纯净的组分。

许多固体吸附剂得到了广泛应用。

严格来说，吸附剂一词通常用于以物理作用力将溶质吸附到其表面的固体材料。

分子筛是用来分离不同分子尺寸、不同极
性或不同C键饱和度的混合物的一种特殊合成的吸附剂。

例如，由于水分子相对较小，极性强，因此它们优先被分子筛吸附。

从而，这些吸附剂可以用于干燥气体和液体。

分子筛用于从炼油厂的烃油中分离正构烷烃（石蜡），这种烃是生产可生物降解洗涤剂的原料。

1.6晶化和过滤
晶化是从过饱和溶液中形成固体颗粒的过程。

过饱和溶液是由下面几种方式产生：
（1）在釜式结晶器中母液的冷却；
（2）在蒸发结晶器中溶剂的蒸发；
（3）在真空结晶器中蒸发和绝热冷却相结合。

固体颗粒通常采用过滤方法从溶液中除去。

流体需要通过过滤介质，也就是，超细颗粒床层、滤布、网筛或烧结板。

流体的流动既可以通过给混合物加压或在其出口处抽真空来实现推动力。