分离工程

第1章绪论1

1.1分离工程与化学工业的进步和发展1

1.1.1化工生产实践的需要推动了分离工程的发展2

1.1.2单元操作的提出带动了分离工程的建立和发展2

1.1.3分离工程的发展促进了化学等过程工业的发展4

1.2新分离方法促进了化工技术的进步6

1.2.1膜分离6

1.2.2超临界萃取7

1.2.3新型吸附技术8

1.3分离工程面临的新机遇和挑战9

1.4分离工程课程的学习目标和要求11



第2章多组分精馏13

2.1概述13

2.2汽液相平衡15

2.2.1相平衡关系的定量表达15

2.2.2相平衡常数的求取途径16

2.2.3汽液相平衡系统的分类17

2.2.4汽液相平衡计算的基本方程18

2.2.5逸度系数计算19

2.2.6活度系数计算22

2.3单级平衡分离过程的计算25

2.3.1泡点计算25

2.3.2露点计算29

2.3.3等温闪蒸31

2.3.4绝热闪蒸35

2.4精馏过程的严格计算36

2.4.1多组分精馏和二组分精馏的差异36

2.4.2多级精馏的定态数学模型38

2.4.3严格计算的约束条件和算法概述39

2.4.4三对角线矩阵法40

2.4.5泡点法41

2.4.6流率加和法43

2.4.7全变量迭代法45

2.5精馏过程的简捷计算49

2.5.1多组分精馏中的组分分类49

2.5.2*少理论板数50

2.5.3*小回流比52

2.5.4实际理论板数的确定56

2.5.5进料板位置的确定57

2.6精馏塔操作压力的确定58

2.7多组分精馏分离流程规划59

2.8间歇精馏61

2.8.1二组分物系间歇精馏61

2.8.2多组分物系间歇精馏62

思考题63

习题64

参考文献66



第3章特殊精馏68

3.1概述68

3.2混合物组分的相图69

3.2.1三组分相图和蒸馏边界69

3.2.2剩余曲线图71

3.2.3精馏曲线图74

3.2.4在全回流下的产物组成区域76

3.3萃取精馏77

3.3.1萃取精馏基本概念77

3.3.2萃取精馏原理77

3.3.3萃取剂的选择80

3.3.4萃取精馏计算82

3.3.5萃取精馏操作的特点85

3.4恒沸精馏87

3.4.1恒沸物的特性和恒沸组成的计算87

3.4.2恒沸剂的选择90

3.4.3恒沸精馏流程92

3.4.4恒沸精馏计算94

3.4.5恒沸精馏与萃取精馏的比较94

3.5加盐精馏94

3.5.1盐效应95

3.5.2溶盐精馏96

3.5.3加盐萃取精馏96

3.6反应精馏97

3.6.1反应精馏中的反应过程97

3.6.2反应精馏流程98

3.6.3反应精馏的工艺条件100

3.6.4反应精馏的特点102

3.6.5反应精馏的数值模拟103

思考题103

习题103

参考文献105



第4章吸收108

4.1概述108

4.1.1吸收的分类109

4.1.2吸收的应用及工业流程109

4.2吸收的基本原理112

4.2.1物理吸收的相平衡112

4.2.2伴有化学反应的吸收相平衡115

4.2.3传质理论及传质系数118

4.2.4物理吸收传质速率122

4.2.5传质系数关联式123

4.2.6化学吸收传质速率与增强因子125

4.3吸收和解吸过程的简捷计算128

4.3.1平均吸收因子法128

4.3.2有效平均吸收因子法132

4.4化学吸收过程的分析与计算133

4.4.1化学吸收的分类及其判别134

4.4.2不可逆一级反应化学吸收138

4.4.3不可逆瞬时反应化学吸收142

4.4.4不可逆二级反应化学吸收144

4.5吸收塔的填料高度146

4.5.1高浓度气体吸收时的填料高度146

4.5.2伴有化学反应时的填料高度147

4.6气液传质设备的效率151

4.6.1效率的表示方法151

4.6.2板效率的半理论模型152

4.6.3流动及混合对板效率的影响155

4.6.4雾沫夹带的影响156

4.6.5系统物性对板效率的影响158

4.6.6获取效率的途径159

4.6.7填料塔的理论板当量高度160

思考题163

习题163

参考文献165



第5章溶剂萃取167

5.1概述167

5.2萃取的基本原理168

5.2.1萃取剂169

5.2.2液液萃取体系的相平衡170

5.2.3三组分萃取体系的相图171

5.2.4平衡联结线的数值关联173

5.2.5液液萃取的平衡级计算173

5.2.6液液传质动力学177

5.3几种典型的萃取设备181

5.3.1混合澄清槽181

5.3.2离心萃取机183

5.3.3萃取塔183

5.4萃取塔中的流体流动186

5.4.1特征速度和液泛186

5.4.2传质单元数和传质单元高度189

5.4.3轴向混合190

5.5萃取设备的设计193

5.5.1转盘萃取塔的设计计算195

5.5.2混合澄清槽的设计计算197

思考题197

习题198

参考文献199



第6章膜分离技术201

6.1概述201

6.1.1膜分离技术的起源和发展201

6.1.2主要的膜分离单元操作202

6.1.3膜材料203

6.1.4膜的微观结构204

6.1.5膜的宏观形态205

6.2膜分离技术的工程问题205

6.2.1选择性和通量205

6.2.2浓差极化207

6.2.3膜污染与清洗209

6.3反渗透209

6.3.1反渗透原理209

6.3.2反渗透过程分析211

6.3.3反渗透的应用212

6.4超滤213

6.4.1超滤原理213

6.4.2超滤过程分析215

6.4.3超滤的应用215

6.5气体渗透217

6.5.1气体渗透原理217

6.5.2气体渗透过程分析217

6.5.3气体渗透的应用218

6.6渗透蒸发218

6.6.1渗透蒸发原理218

6.6.2渗透蒸发的应用219

6.7电渗析220

6.7.1电渗析原理和设备220

6.7.2电渗析的应用222

思考题222

习题223

参考文献223



第7章浸取225

7.1概述225

7.2浸取过程的热力学分析226

7.2.1浸取过程的标准自由能变化228

7.2.2离子熵的对应原理228

7.2.3电位-pH图230

7.3浸取过程的动力学分析233

7.3.1物理溶解浸取的动力学233

7.3.2化学反应浸取的动力学235

7.4浸取过程的操作线和平衡级计算239

7.5浸取的工业应用案例——湿法磷酸制造243

思考题245

习题245

参考文献246



第8章结晶247

8.1概述247

8.2结晶的基本原理248

8.2.1晶体的性状及几何结构248

8.2.2晶体的粒度及形状因子251

8.2.3结晶过程251

8.3结晶过程的热力学分析252

8.3.1溶解度252

8.3.2超溶解度曲线及介稳区254

8.3.3结晶产率计算257

8.4结晶过程的动力学分析259

8.4.1晶核形成259

8.4.2晶体生长263

8.4.3晶体产品的粒度分布及粒数衡算265

8.5结晶方法和结晶设备270

8.5.1结晶方法270

8.5.2结晶设备271

8.5.3几种主要的通用结晶器275

8.5.4结晶器的选择281

思考题282

习题282

参考文献283



第9章吸附分离与色谱分离284

9.1概述284

9.2吸附分离285

9.2.1吸附现象与吸附剂285

9.2.2吸附平衡287

9.2.3吸附速率289

9.2.4吸附分离特性参数290

9.2.5吸附分离工艺292

9.3色谱分离296

9.3.1色谱基本原理296

9.3.2色谱分离的基本参数297

9.3.3色谱理论模型298

9.3.4色谱分离过程304

9.3.5色谱分离法309

思考题311

习题311

参考文献312