化工分离第四章教案
天津大学姜忠义_化工分离工程教案
超临界流体具有低粘度、高密度、扩散系数大、超强 的溶解能力等特性。
4.2 超临界流体萃取
超临界流体萃取是一种以超临界流体作为萃取剂，从固体或液体中提 取出待分离的高沸点或热敏性物质的新型萃取技术。
超临界流体（SCF）是状态处在高于临界温度、压力条件下的流体， 它具有低粘度、高密度、扩散系数大、超强的溶解能力等特性。
典型的萃取流程
4.2.3 超临界流体萃取的应用
超临界流体萃取已深入应用到医药﹑食品 ﹑生物﹑化学工业等领域。
案例： 案例：超临界流体萃取的在化学工业应用实例
①烃的分离 ②有机溶剂水溶剂的脱水（醇﹑甲乙醇等） ③有机合成原料的精制（己二酸﹑己内酰胺等） ④共沸化合物的分离 ⑤反应的稀释溶剂（聚合反应﹑烷烃异构化反应） ⑥反应原料回收（从低级脂肪酸盐的水溶液中回收脂肪酸）
l N = l0 + vN +1 − v1
各式可用质量单位或摩尔单位。由于在绝热萃取塔中温度变化一般都不 大，因此一般不需要焓平衡方程，只有当原料与溶剂有较大温差或混和 热很大时才需考虑。
4.1.3 分馏萃取
通常采用塔中部进料的分馏萃取流程。
洗涤液 溶剂 脱溶剂的 SR 萃取相 溶剂 脱溶剂的 SR 产品A 溶剂 T 溶剂 S
— —
＋ ＋
— — — — — —
— — ＋ ＋ 0
— 0
案例
苯中分离链烃。苯在罗宾斯表中属于第11组，而所选的链烃—庚烷属于 第12组。由罗宾斯表可见，第8组（伯胺、氨、无取代基的氨基化合 物）与芳烃形成的物系对拉乌尔定律产生负偏差，与链烃形成的物系 产生正偏差。 尽管胺或氨基化合物在分离该混合物上很可能是有效的，没有迹象表明 是否一定分层。罗宾斯表也指出，第4组（具有活性氢原子的多环链 烃）、第7组（仲胺）和第9组（醚、氧化物、亚砜）均与链烃形成正 偏差物系，与芳烃形成理想物系。这类溶剂同样可认为是可行的溶剂。 但没有表明形成的液相数目。
《化工分离工程》教案
@@@@大学《化工分离工程》教案~ 学年第学期课程学时65学院化学工程课程名称化工分离工程专业化工工艺主讲教师课时安排：5学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第一章绪论教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解分离工程在工业生产中的重要性，分离过程的分类以及常用的化工分离操作过程。
了解工业上常用的分离单元操作的基本原理，了解一些典型应用实例。
理解分离操作理论的形成和特性，分离过程的开发方法和发展趋势。
掌握分离因子的定义和应用，了解传质分离过程的分类和特征。
识记分离剂的类型及分离过程的选择方法。
教学目的要求：识记：分离剂的类型，分离因子概念，分离过程的选择方法。
领会：分离过程的特征与分类。
应用：分离过程的研究内容与研究方法。
本章重点：掌握分离过程的特征与分类，分离因子与固有分离因子的区别，平衡分离和速率分离的原理。
本章难点：用分离因子判断分离过程的难易程度，分离因子与级效率之间的关系。
教学内容（注明：* 重点# 难点？疑点）：分离操作在化工生产中的重要性；传质分离过程的分类和特征；本课程的任务和内容。
第一节分离操作在化工生产中的重要性第二节传质分离过程的分类和特征1．2．1平衡分离过程1．2．2速率分离过程第三节本课程的任务和内容教学方式、手段、媒介：以多媒体为主黑板设计：左边幻灯，右边板书讨论、思考题、作业：课时安排：15学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第二章多组分分离基础教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：教学目的要求：1. 掌握相平衡各种关系式及计算；2. 掌握多组分物系的泡点和露点温度和压力的计算；3. 掌握等温闪蒸和部分冷凝过程的计算。
本章主要讨论：设计变量；相平衡关系；泡点和露点的计算；闪蒸过程计算。
本章重点：多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子；泡点方程和露点方程法；等温闪蒸过程和部分冷凝过程；闪蒸方程。
hgyl四非均相物系的分离PPT课件
2019/9/20
20
2、阻力系数
阻力系数反映颗粒运动时
流体对颗粒的曳力，所以又称
曳力系数。
Re t
dut
式中通：过d量—纲颗分粒析的可直推径导；出，
阻动201及9/力时9/20粘系雷度，数诺；是准—流数流体的体与函的颗数密粒，度相即对运 21
与Ret的具体关系式也 很难得到，将大量的实验结
2019/9/20
11
§4－2－1 重力沉降速度
一、重力沉降 1、概念 重力沉降：在重力沉降。
即借地球引力场的作用而实现的沉降就是重力 沉降。
2019/9/20
12
2、分类
重力沉降分为自由沉降和干 扰沉降。
自由沉降：非均相物系中的固
（3） 湍流区（Newton
区）：103<Ret<2×105
2019/9/20
24
（1）滞流区（Stokes 区）：1u0t － 4d<2(R1e8s t<)1g
计各 算区
（2）过渡区（Allen 区):ut 01.2<7 Rde(t<s10)3Ret0.6
公沉 式降
速
（3） 湍流区（Newton
2019/9/20
8
三、非均相物系分离的目的
主要有三个的目的：
1、回收有用物质：主要回
收物系中的分散相。
如颗粒催化剂的回收。从
催化反应器出来的气体中，往
2019/9/20
9
比如硫酸的生产过程中，
原料气（炉气）中含有大量
灰尘，在SO2的催化氧化工序 之前，必须把大量灰尘除去，
否则除降低催化剂的活性外，
第二阶段为等速运动。
【VIP专享】化工第四章教案
内容提要：
介绍化工中的分离方法；用相对挥发度表示的气液平衡关系；阐明 精馏的基本原理，然后通过物料衡算导出精馏塔的精馏段和提馏段操 作线方程，讨论精馏塔理论塔板数和实际塔板数的计算原理和方法； 回 流比对精馏操作的影响与选择，最后对精馏设备作简单介绍。
第一节 概述
蒸馏是低沸点组分由液相进入气相，高沸点组分留在液相的一种液气 之间的传质过程，这个传质过程的理论依据就是各种物质的挥发性（液体 能够挥发为蒸气的能力）的差异，或者就是沸点的差异。
常压下不能分离 或达不到分离要求
物质不 能承受高温的情况
混合物 的组分
双组分: 如乙醇-水体系,苯-甲苯体系等。 多组分: 例如原油的分离。
操作 方式
间歇:多用于小批量生产或某些有特殊要求的场合。 连续:多用于大批量工业生产中。
第二节 气液相平衡
一、理想溶液的气液相平衡：
1.理想溶液：
理想溶液是混合液中指各组分的性质极相近、分子的结构相似，分子间 无缔合作用、同种分子之间和异种分子间作用力相等的溶液 。 理想溶液在形成的过程中，既没有容积效应，又没有热效应。 2.理想物系：
乙醇水 体系的蒸馏分离
汽相: 醇富集
冷凝
乙醇 产品
乙醇 水 加 热
液相: 水富集
冷却
废水
1、蒸馏操作的用途
许多生产工艺常常涉及到互溶液体混合物的分离问题，如石油炼制品的分 离，有机合成产品的提纯，溶剂回收和废液排放前的达标处理等等。分离混 合液的方法有多种，工业上最常用的是蒸馏、精馏或萃取。
蒸馏操作实例：石油炼制中使用的 250 万吨常减压装置
理想物系是指由气液组成的一个体系，这个体系应符合以下条件： (1)液相为理想溶液，各组分的蒸气压服从拉乌尔定律。 (2)气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。
化工原理 第四章
第二节 过滤
若滤饼需要洗涤，可将洗水压人洗水通道，经洗涤板 角端的暗孔进入板面与滤布之间。此时，应关闭洗涤板下 部的滤液出口，洗水便在压力差推动下穿过一层滤布及整 个厚度的滤饼，然后再横穿另一层滤布，最后由过滤板下 部的滤液出口排出，这种操作方式称为横穿洗涤法，其作 用在于提高洗涤效果。洗涤结束后，旋开压紧装置并将板 框拉开，卸出滤饼，清洗滤布，重新组合，进入下一个操 作循环。 板框压滤机优点是构造简单，制造方便、价格低；过 滤面积大，可根据需要增减滤板以调节过滤能力；推动力 大，对物料的适应能力强，对颗粒细小而液体较大的滤浆 也能适用。缺点是间歇操作，生产效率低；卸渣、清洗和 组装需要时间、人力，劳动强度大，但随着各种自动操作 的板框压滤机的出现，这一缺点会得到一定程度的改进。
第二节 过滤
（2）多孔性固体介质 是素瓷、金属或玻璃的烧结物、 塑料细粉粘结而成的多孔性塑料管等， 适用于含粘软性 絮状悬浮颗粒或腐蚀性混悬液的过滤,一般可截留粒径1～ 3μm的微细粒子。 （3）粒状介质 是由各种固体颗粒(砂石、木炭、石棉) 或非编织纤维(玻璃棉等)堆积而成。适用于深层过滤，如 制剂用水的预处理。 （4）微孔滤膜，是由高分子材料制成的薄膜状多孔介 质。适用于精滤,可截留粒径0.01μm以上的微粒,尤其适 用于滤除0.02～10μm的混悬微粒。
第二节 过滤
图4-4 滤板和滤框
第二节 过滤
2．转鼓真空过滤机 转筒真空过滤机为连续式真空过滤设备,如图4-5所示。 主机由滤浆槽、篮式转鼓、分配头、刮刀等部件构成。篮 式转鼓是一个转轴呈水平放置的圆筒,圆筒一周为金属网 上履以滤布构成的过滤面,转鼓在旋转过程中,过滤面可依 次浸入滤浆中。转筒的过滤面积一般为5～40m2,浸没部分 占总面积的30%～40%,转速约为0.1～3r/min。转鼓内沿径 向分隔成若干独立的扇形格,每格都有单独的孔道通至分 配头上。转鼓转动时,籍分配头的作用使这些孔道依次与 真空管及压缩空气管相通,因而,转鼓每旋转一周,每个扇 形格可依次完成过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等操作。
《化工工艺学》教案第四章 产物的分离和提纯
第四章产物的分离和提纯产物是指从反应器中出来的物料。
大多数反应产物都是混合物，它包括未反应掉的原料和反应生成物。
气相反应器和气固相反应器的产物主要是气体产物和夹带的催化剂粉尘；液相反应器的产物主要是液体产物与液固混合物；气液相和气液固三相反应器的产物则有气体产物、液体产物和液固混合物。
产物的分离和提纯是化工生产中的重要环节，它不仅可以由产物中分离出所需要的产品，并进一步提纯至一定产品的规格，还可以使未反应的物料得以循环利用。
因此，产物的分离和提纯操作对保证产品质量和生产过程的经济效益起着重要作用。
一、分离方法概述第一节产物分离的原则在化工生产中，产物的分离方法可分成机械分离和传质分离两大类。
一般来讲，非均相混合物的分离主要采用机械分离法；均相混合物的分离采用传质分离法。
1．机械分离机械分离法用于分离非均相混合物。
非均相混合物分为气态非均一系和液相非均一系两大类。
在工业生产中，用于分离气态非均一系混合物的分离方法有重力沉降、惯性除尘、旋风分离、静电分离、湿法洗涤和纤维过滤等。
用于液相非均一系的分离方法，按照其原理，大致可分为两类。
第一类方法取决于分散相和连续相之间的密度差，属于这一类的有浮选法、重力沉降法和离心沉降法。
第二类分离方法对两相密度差没有要求，而以具有过滤介质为前提，利用过滤介质对分散相物制裁的截留作用而实现分离操作。
属于这类的方法有滤饼过滤、深层过滤、筛滤、滤芯式过滤等。
2．传质分离传质分离方法主要用于各种均相混合物的分离，其特点是在分离过程中有质量传递现象。
工业上常用的传质分离过程又分为两大类，即在相间进行质量传递的平衡分离过程和在相内进行质量传递的分离过程。
(1)平衡分离过程。
多数传质分离操作是通过相平衡时原料中各组分在两相中的不同分配来实现的，这类分离操作通称为平衡分离过程，例如蒸馏、吸收和萃取操作。
为了实现平衡分离过程，将混合物分离成均匀的单一相溶液(气体、液体或固体)，需要在混合物中添加分离剂来产生或移出一相。
化工工艺学 第四章
生产强度：单位时 间、单位面积的传 热量或蒸发的水分 量，用q或 W/A表 示。
结晶
从液态（溶液或熔融物）或气态原料中析出晶体物质， 是一种属于热、质传递过程的单元操作。
（1）形成过饱和溶液 （2）晶核形成 （3）晶体生长 过饱和度是结晶的推动力
饱和曲线与过饱和曲线
• 溶解度与温度的关系可以用 饱和曲线和过饱和曲线表示 （图1）。 • 图中的曲线1代表饱和曲线。 一般地，每种物质具有一条 饱和溶解度曲线。 • 开始有晶核形成的过饱和浓 度与温度的关系用过饱和曲 线（图中虚线2和3）来表示。
T1 T2 T3
二次蒸汽
并流流程优、缺点： ① 料液可自动流入下一效， 料液 无需泵输送； ②溶液会发生闪蒸而产生更 加热 多的蒸汽； 蒸汽 ③传热推动力依次减小； ④ K依次减小；
冷却
T1
1
冷凝水
T2
2
T3
3
P
水
完成液
并流多效蒸发器
逆流流程：
优、缺点： ① 料液需用泵送入下一效； ②传热推动力较为均匀；
（2）当溶液是恒沸物或分离组分的沸点很接近时；
（3）热敏性物质，如：生化药物、食品、香料等； （4）湿法冶金、环境治理等。
在工业上的应用
对于难分离的乙苯体系，组分之间的相对挥发度接近于1，用精
馏方法不仅回流比大，塔板还高达300多块，操作费用极大。可
采用萃取操作以HF-BF3作萃取剂，从C8馏分中分离二甲苯及其同 分异构体。 如青霉素的生产，用玉米发酵得到含青霉素的发酵液，以醋酸丁酯
化工基础实验(教案)
化工基础实验(教案)第一章：化工实验基本原理与安全1.1 实验原理介绍化工实验的基本原理，如化学反应、物质分离与提纯等。
解释实验原理在化工生产中的应用。
1.2 实验安全强调实验安全的重要性，介绍实验中可能遇到的安全隐患。
讲解实验操作中的安全规则和应急处理方法。
第二章：实验基本操作与技巧2.1 实验操作规范学习实验操作的基本步骤，如仪器的使用、药品的取用等。
强调实验操作的准确性和规范性。
2.2 实验技巧与方法学习实验中的常用技巧，如滴定、色谱分析等。
介绍实验方法的选取和优化。
第三章：实验数据分析与处理3.1 实验数据采集讲解实验数据采集的方法和注意事项。
强调数据准确性和可靠性的重要性。
3.2 实验数据分析与处理学习实验数据的处理方法，如误差分析、数据拟合等。
第四章：常用化工实验设备与操作4.1 反应釜操作学习反应釜的使用方法，如启动、停止、温度控制等。
强调反应釜操作的安全性和稳定性。
4.2 离心机操作学习离心机的使用方法，如调整转速、平衡调整等。
强调离心机操作的正确性和安全性。
第五章：典型化工实验操作与分析5.1 溶液配制与分析学习溶液的配制方法，如准确称量、溶解等。
强调溶液配制的准确性和精确性。
5.2 物质分离与提纯实验学习物质分离与提纯的方法，如过滤、蒸馏等。
强调实验操作的准确性和安全性。
第六章：物理性质测定实验6.1 密度测定实验学习使用密度计和比重瓶等仪器进行密度测定。
介绍密度测定在化工过程中的应用。
6.2 熔点测定实验学习使用熔点测定仪进行熔点测定。
强调实验操作的准确性和可重复性。
第七章：化学反应速率和化学平衡实验7.1 反应速率测定实验学习使用不同的方法测定化学反应速率。
介绍反应速率在化工设计和操作中的应用。
7.2 化学平衡实验学习使用平衡釜进行化学平衡实验。
强调实验操作对平衡位置的影响。
第八章：分光光度计和原子吸收光谱仪实验8.1 分光光度计实验学习使用分光光度计进行溶液浓度的测定。
化工分离过程课件陈洪钫,刘家祺编第四章多组分多级分离严格计算
-(Vj+Gj)Hj-Qj0
(4-5)
用来K 计 、 H（ 算 h）的方程：
Ki,jKi,j(Tj,Pj,xi,j,yi,j)(i1,2, ,c) (4-6) HjHj(Tj,Pj,yi,j) (i1,2, ,c) (4-7) hjhj(Tj,Pj,xi,j) (i1,2, ,c) (4-8)
操作线方程：
yi,
j+1
L V
xi,
j
+VDxi,D
yi,j+1 VL xi,j -VW xi,W
平衡关系式：
x i,j yy i,ij,j
i,r i,r
yi,j i,ir,r x x i,ir,r
yi,jKi,jxi,j
一、逐板计算法
当然是逐板!
喂,你怎么计算?
F 10 k0 m /h 0o 0l
z iF C 4 0 . 15 C 5 0 . 25 C 6 0 . 60
W
L0 D
1
要求：
l ,D 0 .99 h ,W 0 .98
解：
1. 物料衡算
2. 相平衡计算
露点计算：xi
yi, j Ki, j
1
有：(Kl 方法：
,
j
)新
二端： 1级： xi,j-1xi,0 不存在 A10 N级： Vi,j+1Vi,N+1 不存在 Cj 0 另外： G1、UN为零
（4-18）为： 1级：B1xi,1+C1xi,2 D1 2级：A2xi,1+B2xi,2 +C2xi,3 D2
j级：Ajxi,j-1+Bjxi,j +Cjxi,j+1 Dj
《化工分离工程》教案
课时安排：10 学时
教学课型：理论课 实验课√ 习题课□ 实践课□ 其它□
题目（教学章、节或主题）：
实验教学内容
教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）： 通过实验达到对化工分离过程加深理解的目的
教学内容（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）：
实验一：共沸精馏 设计型实验（6 学时）
1、实验目的 1）．了解工业无水乙醇的制备方法； 2）．了解共沸精馏的基本原理和实验装置的使用方法； 3）．训练设计实验方案的能力。
《化工分离工程》 教案
2009~ 2010 学年 第 二 学期
学 院、 系 室 课程名称 专业、年级、班级 主讲教师
化学工程系 化工分离工程 化工 2007 级
陈彦
福建农林大学
课程的目的和任务：
本课程面向化学工程与工艺专业，为专业核心课，学分 2.5 分，学时为 50，讲授 40 学时，实验 10 学时。 二、本课程的性质、地位和任务
6．4．2‘内外法算法 6．5 非平衡级模型简介 教学方式、手段、媒介：以多媒体为主
《分离工程第四章》PPT课件
水接触，非极性基团在内，形成一个非极性的核心、在 此核心可以溶解非极性物质。假设将外表活性剂溶于非 极性的有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度 (CMC)，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称 为反胶束，其构造示意见图b。在反胶束中，外表活性 剂的非极性基团在外与非极性的有机溶剂接触，而极性 基团那么排列在内形成一个极性核(po1ar core)。此极 性核具有溶解极性物质的能力，极性核溶解水后，就形 成了“水池〞(water pool)。当含有此种反胶束的有机 溶剂与蛋白质的水溶液接触后，蛋白质及其他亲水物质 能够通过螯合作用进入此“水池〞。由于周围水层和极 性基团的保护，保持了蛋白质的天然构型，不会造成失 活。蛋白质的溶解过程和溶解后的情况示意于图中。
因为许多实验数据均间接地证明了水壳模型的正确性。 例如：(1)反胶团内酶的构造和活性与W0值密切相关， 说明酶对其周围存在的水层非常敏感；(2)反胶团内酶 反响动力学行为与在正常的水相中相似，活性与pH的 关系同样表现为钟状曲线。
a
b
c
d
反胶团的溶解作用
10.2 反胶束萃取蛋白质的根本原理
10.2.1 三元相图及萃取蛋白质
在反胶束萃取蛋白质的研究中，用得最多的是阴离子外表活性 剂AOT(AerosolOT)，其化学名为丁二酸－2－乙基己基磺酸钠， 构造式见图
这种外表活性剂容易获得，其特点是具有双链，极性 基团较小、形成反胶束时不需加助外表活性剂，并且 所形成的反胶束较大，半径为170nm，有利于大分子 蛋白质进入。常使用的阳离子外表活性剂名称和构造 如下： (1)CTAB(cetyl-methyl-ammonium bromide)溴 化十六烷基三甲胺/十六烷基三甲基胺溴
10.2.3 反胶束萃取蛋白质的动力学 萃取过程中，蛋白质在互不相溶的两相间的传递可分为 三步：蛋白质从水溶液主体扩散到界面；在界面形成包 容蛋白质的反胶束；含有蛋白质的反胶束在有机相中扩 散离开界面。反萃取过程那么相反，含有蛋白质的反胶 束从有机相主体扩散到界面；包容蛋白质的反胶束在界 面崩裂；蛋白质从界面扩散到水溶液主体。蛋白质进入 或离开反胶束相的传递通量可用下式计算：
分离工程第四章1PPT课件
• 分离因素：产物与杂质分配系数之比，
反映萃取选择性或分离程度的高低。
CLp CRp mp
CLi CRi mi
其中：CLp和CRp分别为目标产物在萃取相和萃 余相中的浓度；CLi和CRi分别为杂质在萃取相 和萃余相中的浓度；mp和mi分别为目标产物和 杂质的分配系数。
等于分配系数之比，越大分离效果越好。
生成的这种液体称为乳状液或乳浊液。
– 2、对萃取的影响：两相分离困难，并产 生两种夹带： 萃余液中夹带有机溶剂，造成目标产物 损失； 萃取相中夹带萃余液，给后处理带来困 难。
－3、产生原因：发酵液中存在蛋白质和固
体颗粒等物质，具有表面 活性剂的作用。
31
32
－4、乳化与去乳化：
①乳化和去乳化的本质是表面现象 乳化是自发过程 ，乳状液又是不稳定的热力学
14
15
物理萃取
– 定义：溶质根据相似相溶原理在两相 间达到分配平衡，萃取剂与溶质间不 发生化学反应。
– 应用：广泛应用于抗生素及天然植物 中有效成分的提取。如利用乙酸丁酯 萃取青霉素。
16
化学萃取
– 定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。萃取剂与溶质之间的 化学反应包括离子交换和络合反应。
6
Light phase 萃取剂 Heavy phase
杂质 溶质 原溶剂
7
单级萃取
使含溶质的溶液（h） 和萃取剂（L）解出混 合，静止后分成两层。
8
连续逆流萃取装置
9
萃取技术的发展
传统有机溶剂萃取
液膜萃取、反胶团萃取
双水相萃取、超临界流体萃取
10
第一节 基本概念
11
化工分离过程 教学大纲
教学大纲课程名称：化工分离过程英文名称：Separation Processes学分：3.5学时：48教学对象：化学工程与工艺专业四年级本科生预修课程：物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程。
授课教材：刘家祺主编. 《传质分离过程》，高等教育出版社，2005年.参考教材：陈洪纺，刘家祺编. 《化工分离过程》，化学工业出版社，1995年.J D Seader, E J Henley. Separation Process Principles, John Wiley andSons, Inc., 2011年.教学目的：利用已学的物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程等课程中有关系相平衡热力学、动力学、分子及共聚状态的微观机理，传热、传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系的分离和提纯技术。
着重基本概论的理解，为分离过程的选择、特性分析和计算奠定基础。
从分离过程的共性出发，讨论各种分离方法的特征。
强调将工程和工艺相结合的观点，进行设计和分析能力的训练；强调理论联系实际，提高解决问题的能力。
总体要求：通过本课程学习，使学生掌握各种常用传质分离过程的基本原理，操作特点，简捷和严格计算方法，强化改进操作的途径，了解一些新分离技术。
对于给定的混合物体系和产物分离要求，能够选择和设计适宜的分离过程。
教学内容：第一章绪论本章包括3节，共3 学时第1节课程概述本节为1 学时的课堂教学第2节传质分离过程的分类本节为1 学时的课堂教学第3节分离过程的研究开发现状与发展趋势本节为1 学时的课堂教学基本要求：了解分离过程在化工生产中的重要性；分类过程的分类；常用的化工分离操作过程；分离过程研究和技术开发的现状和未来。
重点：平衡分离过程和速率分离过程难点：工业上常用的基于平衡分离过程的分离单元操作及其基本原理；分离媒介；典型应用实例。
第二章传质分离过程的热力学基础本章包括6 节，共9 学时第1节相平衡基础本节为3 学时的课堂教学2.1.1汽液平衡2.1.2液液平衡第2节多组分物系的泡点和露点计算本节为2 学时的课堂教学2.2.1 泡点温度和压力的计算2.2.2 露点温度和压力的计算第3节闪蒸过程的计算本节为2 学时的课堂教学2.3.1 等温闪蒸和部分冷凝过程2.3.2 绝热闪蒸过程第4节液液平衡过程的计算本节为0.5 学时的课堂教学第5节多元相平衡过程本节为0.5 学时的自主学习第6节共沸系统和剩余曲线本节为1 学时的课堂教学基本要求：在“化工热力学”课程有关相平衡理论的基础上，较为全面的了解化工过程中经常遇到的多组分外系的气液平衡，即各种单级平衡过程的计算问题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四章气体吸收主要教学目标：通过本章的学习，使学生掌握吸收、解吸过程的基本原理、流程及其简捷计算。
教学方法及教学手段：采用板书和教学课件及多媒体课件相结合，课堂上师生互动，采用启发式和提问式的教学方式，并且课堂上学习的表现记入学生的平时成绩。
教学重点及难点：吸收过程的流程特点；吸收过程设计变量和关键组分；吸收因子、平均吸收因子、吸收率的含义；多组分吸收的简捷计算法。
第一节多组分吸收和解吸过程分析吸收是化工生产中分离气体混合物的重要方法之一，在化工生产中，无论是原料的精制或产品的分离，常常需要从气体混合物中分出一种或若干种组分，因而吸收的应用十分广泛。
吸收在化工原理中曾接触这个概念，现在不是旧曲重弹，而是赋予新的内容，在原来的基础上更进一步的研究，由原来的单组分吸收，扩展到现在的多组分吸收。
1、吸收和解吸吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体中溶解度的不同，而达到分离目的传质过程。
吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。
当吸收过程用于中间产物分离时，离开吸收塔的吸收液需进行解吸操作，其作用是将溶质从吸收液中驱赶出来，并使吸收剂获得再生，所以解吸是吸收的逆过程。
2、工业生产中的吸收过程①净化或精制气体为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的方法。
如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫化氢，乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的脱硫、脱卤化物，合成甲烷工业中的脱硫、脱，二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等。
CO2②分离气体混合物以上的组分与甲烷、氢用以得到目的产物或回收其中一些组分，如石油裂解气的油吸收，将C2分开；用N－甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯以及乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。
③将最终气态产品制成溶液或中间产品将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如用水吸收氯化氢气体制成盐酸；在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；用水吸收丙烯腈作为中间产物等。
④废气治理很多工业废气中含2SO 、x NO （主要是NO 及2NO ），汞蒸汽等有害成分，虽然浓度一般很低，但对人体和环境的危害甚大，而必须进行治理，这类环境保护问题在我国已愈来愈受重视。
选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气处理中应用较广的方法。
3、吸收过程的分类由于处理的气体混合物的性质不同，所采用的设备不同，吸收可分为许多类，根据讨论问题的方法和着眼点不同，吸收过程可以有许多分类方法：①按组分的相对溶解度的大小⑴单组分吸收气体吸收过程中只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度，其它组分的溶解度均小到可以忽略不计，如制氢工业中，将空气进行深冷分离前，用碱液脱出其中的二氧化碳以净化空气，这时仅2CO 在碱液中具有显著的溶解度，而空气中的氮、氧、氩等气体的溶解度均可忽略。
⑵多组分吸收气体混合物中具有显著溶解度的组分不止一个，如用油吸收法分离石油裂解气，除氩以外，其它组分都程度不同的从气相溶到吸收剂中。
②吸收过程有无化学反应⑴物理吸收所溶组分与吸收剂不起化学反应，如VCM 生产中的水洗塔。
⑵化学吸收所溶组分与吸收剂起化学反应，如VCM 生产中的碱洗塔。
③吸收过程温度变化是否显著⑴等温吸收气体吸收相当于由气态变液态，所以会产生近于冷凝热的溶解热，在吸收过程中，有溶解热+反应热，其量往往较大，故温度总有上升，所以没有绝对的等温，只有当溶剂用量相对大，温升不明显。
⑵非等温吸收吸收过程温度变化明显。
④按吸收量的多少⑴贫气吸收吸收量不大，对吸收塔内的吸收剂和气体量影响不大。
⑵富气吸收吸收量大的情况。
⑤按汽液两相接触方式和采用的设备形式⑴喷淋吸收填料塔或空塔：气、液两相都连续。
淋降板塔：气相连续，液相分散。
⑵鼓泡吸收鼓泡塔或泡罩塔：使气相分离在液相中，即液相保持为连续相，气相分离为小气泡通过液层。
⑶降膜吸收降膜式吸收器，使气、液两相均连续，用于吸收热效应大的情况，吸收剂顺着管壁形成一层液膜，由于重力作用而往下流动，原料气以一定的流率逆流向上，两相在管壁中进行传质过程，产生的吸收热通过管壁传给冷凝剂，不断被冷凝剂带走。
每一具体的吸收过程以采用哪一种分类方法为宜，完全视何种分类方法能较准确的反映出该具体过程的特点来衡量，如采用油吸收法分离石油气，在进行吸收计算时，应突出说明它是多组分吸收，在计算进行过程中，应考虑到它是一个非等温吸收，在比较采用何种设备时，应考虑到使用鼓泡吸收还是喷淋吸收或其它等。
4、吸收过程的特点①原理不同。
吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。
精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。
②塔式不同。
精馏有简单塔和复杂塔。
最简单的吸收为精馏中的复杂精馏，即两股进料，两股出料。
被分离的气体混合物均是从吸收塔的下部进入，在塔内自下而上的运动过程中与从塔顶喷淋下来的液体吸收剂中去，溶解度较低的气体（亦称为惰性气体）不被吸收而从吸收塔顶部排出，吸收剂从塔顶喷入后，在与气体混合物的接触过程中不断吸收易溶解的组分，最后吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出。
③传质形式不同。
吸收是单向传质，精馏是双向传质。
在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的较重组分向液相中传质（冷凝），液相中的较轻组分向汽相中传质（汽化），所以传质过程是在两相中交替进行。
当轻、重组分的分子汽化潜热相近时，塔内可以近似看作恒摩尔流，而不至于引起太大的误差。
而对于吸收系统，一般吸收剂是不易挥发的液体，气相中的某些组分不断溶解到不易挥发的吸收剂中，属于单向传质。
在吸收过程中，气相的量是不断减少，而液相的量在不断的增加，除非是贫气吸收，气液相流量在塔内不能视为常数，不能用恒摩尔流的假设，从而就增加了吸收计算的复杂性。
④温度范围、变化不同。
在精馏过程中沸点范围相对窄，而多组分吸收中，各溶质组分的沸点范围很宽，有的在操作条件下已接近或超过其临界状态（不能冷凝），所以多组分吸收不能视为理想系统来处理。
在精馏过程中，由于气化潜热与冷凝潜热相互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。
每块板上由于组成改变而引起的温度变化，可用泡露点方程定出。
而吸收过程由于气相中易溶组分溶解到溶剂中，会放出溶解热，这一热效应会使液相和气相的温度都升高，而温度升高又将影响到溶解的量，而溶解量又与溶质的溶解量有关系，因而气相中各组分沿塔高的溶解量分布不均衡，这就导致了溶解热的大小以至吸收温度变化是不均匀的，所以不能用精馏中常用的泡露点方程来确定吸收塔中温度沿塔高的分布，通常要采用热量衡算来确定温度的分布。
⑤物料的预分布不同。
精馏可按清晰分割和不清晰分割进行物料的预分布。
由于吸收每端既有进料，又有出料。
所以吸收塔的端点条件，即吸收液和尾气的组成温度，比常规的多组分精馏更难分配。
⑥精馏有两个关键组分，吸收只有一个关键组分。
在精馏中，有轻、重两个关键组分，这两个关键组分由分离要求来确定。
这主要是精馏是在两T,、相传质。
而对吸收而言，因为各个组分在同一塔内进行吸收，所有组分面临的客观条件都一样，pL，但是它们各自的溶解度不同，所以吸收量不同，吸收量的多少由各自的平衡塔板数、塔高、V常数决定，而且相互之间存在一定的关系，所以不能对所有的组分规定分离要求，而只能指定某一个组分的分离要求，根据对此组分的分离要求计算出所需的理论板数，然后再根据此理论板数计算出其它组分的分离程度。
这个首先被指定的组分通常是选取在吸收操作中起关键作用的组分，也就是必须控制其分离要求的组分，称之为关键组分。
吸收只有一个关键组分，是因为吸收是单向传质的缘故。
⑦组分分布不同精馏过程，关键组分的浓度分布有极大值，非关键组分在进料板上下形成几乎恒浓的区域。
吸收过程，不同组分和不同塔段的吸收程度是不同的，轻组分（即难溶组分）一般只在靠近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小。
重组分（易溶组分）主要在塔底附近的若干级上被吸收，而关键组分才在全塔范围内被吸收。
第二节吸收和解吸过程流程吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出后一般要把吸收剂与易溶组分分离开，即解吸过程，解吸过程一般可采用的方法有：加热升温；减压闪蒸；精馏解吸。
分离后易溶组分单独作为一种气体产品送出，而吸收剂则再送回吸收塔内循环使用。
一、单纯吸收工艺流程。
二、吸收—解吸法该法用于气体混合物通过吸收方法将其分离为惰性气体和易溶气体两部分的情况。
解吸的常用方法是使溶液升温，以减小气体溶质的溶解度，所以在解吸塔底部没有加热器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通过加热器提供热量使易溶组分蒸出并从解吸塔顶排出，解吸塔底的吸收剂经冷却再送往吸收塔循环使用。
解吸塔也可采用精馏塔，可起到提高蒸出溶质的纯度和回收吸收剂的作用。
三、吸收蒸出塔当吸收尾气中某些组分在吸收剂中有一定的溶解度，为保证关键组分的纯度采用吸收蒸出塔，即将吸收塔与精馏塔的提馏段组合在一起，原料气从塔中部进入，进料口上面为吸收段，下部为蒸出段，当吸收液（含有关键组分和其它组分的溶质）与塔釜再沸器蒸发上来的温度较高的蒸汽相接触，使其它组分从吸收液中蒸出，塔釜的吸收液部分从再沸器中加热蒸发以提供蒸出段必须的热量，大部分则进入蒸出塔内部使易溶组分与吸收剂分离开，吸收剂经冷却后再送入吸收塔循环使用。
一般只适用关键组分为重组分的场合。
第三节 多组分吸收和解吸过程简捷计算一、吸收过程工艺计算的基本概念1、吸收、解吸作用发生的条件根据相平衡的概念，可判断气液接触时吸收和解吸的条件。
吸收：溶质由气相溶于液相 *i i p p >，*i i y y >解吸：溶质由液相转入气相 *i i p p <，*i i y y <2、吸收过程的限度进料气体混合物中易溶组分i 的组成为i F y ,，出塔吸收液中i 组分含量为i N x ,，显然：i i N K y ,1+≥i N x ,。
从塔顶加入的吸收剂中i 组分含量为i x ,0，离开塔顶气相中i 组分的含量为i y ,1，显然：i y ,1≥i i x K ,0。
由此规定了设计吸收塔的限度，i x ,0是解吸过程分离后吸收剂中i 组分的含量，它与i y ,1由密切的关系，在设计时要将吸收和解吸一起考虑。
一般按照规定的分离要求先确定吸收塔的气体组成，根据已知选定的出塔气体组成再考虑气液相平衡数据来确定吸收剂在解吸后易溶组分的含量。
3、吸收过程的理论板吸收过程吸收液沿塔逐板下流时，易溶组分的含量不断升高，气体混合物在沿塔高上升过程中易溶组分的含量不断降低。
在吸收过程中为了计算方便起见，像精馏过程一样引入了理论板的概念。
在每一块理论板上，气液两相充分接触，离开n 板的气体混合物与离开n 板的吸收液达到相平衡，即i i i x K y =。