电子教案与课件：化工原理(制药专业适用) 第07章03

注：BC不一定为100%
如：Na2CO3分子量106，
Na2CO3·10H2O为286
BC=106/286=0.371
消去G2，得
GC
G1(B1 B2 ) WB2 BC B2
②热量衡算
进料带入热量 Q1=G1C1t1
结晶热
Q2=GCqC
加热量
Q3
母液带出热量 Q4=G2C2t2
晶体带出热量 Q5=GCCCt2
⑵连续式结晶器 ⑶粒析式结晶器
②蒸发结晶器
③真空结晶器 ⑴间歇式真空结晶器
⑵连续式真空结晶器
④喷雾结晶器
⑤结晶器的选择 ⑴溶解度曲线 较陡：冷却、真空自蒸发 较坦：蒸发浓缩
⑵能耗、物性、产品粒度、 粒度分布要求、处理量大小
4 吸附分离 4.1 吸附过程分析 ①吸附与脱附 目的：分离流体混合物
⑵表面反应过程； ⑶传热过程。 第⑶步较快，速度控制步骤在⑴、⑵之中
③结晶过程的控制 控制过饱和度 过饱和度ΔC大，有利于成核; 过饱和度ΔC小，有利于晶体成长 缓慢冷却、温和搅拌，有利于晶体均匀成长
3.4 结晶过程的物料衡算与热量衡算
①物料衡算
总物料： G1=G2+GC+W
溶质：
G1B1=G2B2+GCBC
x
xm
(1
p
/
b p/ p0 p0 )[1 (b 1)
p
/
p0]
线性化
p / p0 x(1 p / p0 )
1 xmb
b 1 xmb
p p0
A
B
p p0
4.3 传质及吸附速率 ①吸附传质机理 吸附传质步骤:外扩散、内扩散、吸附 内扩散类型： ⑴分子扩散：孔径远大于平均自由程
⑵努森(Knudsen)扩散：
孔径小于平均自由程, 判据Kn=λ/d
A、B混合气体分子动能相等 分子量小速度大
1 2
m A uA2
1 2
m B uB2
努森流有分离作用
⑶表面扩散 ⑷固体(晶体)扩散 ②吸附速率
外扩散 NA=kf (c-ci) 内扩散 NA=kS (xi-x) 总传质系数表示 NA=Kf (c-ce)=KS (xe-x) 内扩散控制Ks≈ks
③吸附剂的基本特性 ⑴吸附剂的比表面a
例：活性炭微孔比表面占95% ⑵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
⑶吸附剂密度
(一)装填密度 B 与空隙率 B (二)颗粒密度 P (表观密度)：
P (1 B ) B
(三)真密度 t(扣除颗粒内孔腔体积) 和内孔隙率 P ： t (1 P ) P
④工业吸附对吸附剂的要求 ⑴内表面大：内表面大吸附容量大 ⑵活性高： 内表面都能起吸附作用 ⑶选择性强 ⑷机械强度和物理特性(如颗粒大小) ⑸化学稳定性、热稳定性，价廉易得
4.2 吸附相平衡 ①吸附等温线
三种类型： 类型Ⅰ有利的吸附等温线 类型Ⅲ线性吸附等温线 类型Ⅱ不利的吸附等温线
第7章 其他单元操作 3 溶液结晶 溶液结晶—溶质从过饱和溶液中析出固态结晶 晶格--晶体微观粒子几何排列规则的最小单元 晶系--按晶格结构分类
同一物质，条件不同，可属不同晶系
晶形(针形、片状、棒状等)—晶体颗粒的外形
3.1 结晶基本原理 溶解度--固液两相达到平衡时的溶质浓度 溶解度与物质种类、溶剂种类、pH、温度等有关 溶解度曲线 特征： ①温度不敏感 ②温度较敏感 ③温度敏感
4.4 固定床吸附过程分析 ①理想吸附过程 简化假定： ⑴单组分吸附，有利的吸附等温线 ⑵床层吸附剂均匀，吸附剂初始浓度、温度均一 ⑶流体定态加料，浓度、温度、流量不变 ⑷吸附热可忽略，流体与吸附剂等温
②吸附相的负荷曲线
③流体相的浓度波与透过曲线 浓度波— c~z 变化曲线 浓度波速度uc 透过曲线— c出~τ 变化曲线
透过点: cB~0.05c1, 透过时间τB 饱和点: cS~0.95c1, 饱和时间τS 透过曲线~浓度波: 镜面对称 实验测定c出~τ ，可确定浓度波，L0，KS
微孔，起筛选分子作用 选择性强
⑵硅胶 无定形水合二氧化硅，亲水性 如：气体脱水
⑶活性氧化铝 极性吸附剂，用于液体脱水等
⑷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：脱色精制
⑸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，来自百度文库极性吸附剂
⑹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
物理吸附：范德华力，吸附热小 化学吸附：化学键合，吸附热大 基本原理：选择性吸附 吸附剂再生：脱附
分类(按脱附方法)： ⑴变温吸附，蒸汽加热脱附 ⑵变压吸附，降压脱附 ⑶变浓度吸附，用惰性溶剂冲洗 ⑷置换吸附，用其它吸附质置换 ②常用吸附剂 ⑴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
3.2饱和溶液和过饱和溶液 状态：饱和溶液C=C*
不饱和溶液C<C* 过饱和溶液C>C* AB溶解度曲线 CD超溶解度曲线 (开始析出晶核) 稳定区：不结晶 介稳区：加入晶种才会结晶，适合晶体成长 不稳区：会自发成核，瞬时可产生较多晶核 结晶的必要条件：过饱和
3.3 结晶动力学 结晶的两个阶段：晶核形成，晶体成长 ①晶核形成： ⑴均相初级成核, ΔC较大时自发生成，不宜采用 ⑵非均相初级成核，外来物诱导生成，步骤多 ⑶二次成核，已有晶体的破碎 工业结晶常用二次成核技术 ②晶体成长 三个步骤： ⑴扩散过程；
溶剂蒸汽带出 Q6=WI
冷却剂取走 Q7=GWCW(t2W-t1W)
热损失
Q8
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8 蒸发结晶Q7=0；冷却结晶Q3=Q6=0； 真空结晶Q3=Q7=0
3.5 工业结晶方法与设备 1) 结晶的工业方法 ①冷却结晶；②蒸发结晶 2) 工业结晶设备 ①冷却结晶器 ⑴结晶罐
②吸附平衡关系式
⑴低浓度吸附(线性关系)
x=HC
或 x=H’p
⑵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
1
ka kd
p
kL p
得 x kL p
xm 1 kL p
单分子层吸附朗格缪尔方程
⑶多分子层吸附----BET方程
Brunauer，Emmet和Teller提出