第12章 其它传质分离方法 12.1 结晶 12.1.1 概述 （1）结晶操作类型 溶液结晶溶液中析出固态结晶，如海水制盐。 升华结晶气相中析出结晶，如雪。 熔融结晶熔融物中析出固态结晶， 如混合二甲苯制对二甲苯。 反应沉淀液相反应，如Fe2O3磁粉， 气相反应，如TiO2钛白粉。,雾凇,（2）结晶操作特点 能在杂质多的混合液分离高纯度晶体，如单晶硅。 共沸物、热敏性物质的分离，如邻、对硝基苯。 结晶热小，能耗比精馏低。（见P185表12-1） （3）对产物要求 产物纯度高。 适当的粒度、粒度分布窄。 晶形(针形、片状、棒状等)。 （4）晶系 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。,12.1.2溶解度及溶液过饱和 （1）溶解度曲线 状态：饱和溶液C=C* 不饱和溶液CC* 超溶解度曲线(开始析出晶核) 第一介稳区，加入晶种才会结晶； 第二介稳区，会自发成核，需要时间(延滞期)。,（2）过饱和度表示方法 过饱和度C=C-C* 过饱和度比S=C/C* 相对过饱和度=C/C* （3）形成过饱和状态的方法 降低温度(冷却结晶) 溶液浓缩(蒸发) 选用哪种合适，看溶解度曲线形状 真空自蒸发：两者兼有。,12.1.3 结晶机理与动力学 （1）结晶的两个阶段：晶核生成，晶体成长。 成核机理： 初级均相成核, C较大时自发生成，不宜采用。 初级非均相成核，外来物诱导生成，步骤多。 二次成核，已有晶体的破碎。 再结晶现象 （2）结晶速率 成核速率 1/m3s 晶体成长速率 m/s m2,n=12 C大，有利于成核; C小，有利于晶体成长。,影响结晶速率的因素 1）过饱和度 2）黏度 3）密度 4）位置 5）搅拌 12.1.4 结晶过程的物料和热量衡算 结晶热生成单位质量溶质晶体所放热量 溶解热单位溶质晶体在溶剂中溶解所吸热量 (易测)(无限稀释) 结晶热-溶解热,（1）物料衡算 溶质: Fw1=mw2+(F-W-m)w3 注：w2不一定为100% 如：Na2CO3分子量106，Na2CO310H2O为286 w2=106/286=0.371,（2）热量衡算 Fi1+Q=WI+mi2+(F-W-m)i3 整理后 Wr = mr结晶 + FCp(t1-t3) + Q 汽化潜热 溶液降温放热 溶液结晶放热 外界加热,12.1.5 结晶设备 （1）搅拌式冷却结晶器,（2）奥斯陆蒸发结晶器 (母液循环式),（3）多级真空结晶器(自蒸发),（4）结晶器的选择 溶解度曲线 较陡：冷却、真空自蒸发。 较坦：蒸发浓缩。 能耗、物性、产品粒度、粒度分布要求、处理量大小。 12.1.6其他结晶方法,12.2 吸附分离 12.2.1 概述 （1）吸附与解吸 目的：分离流体混合物 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：解吸,分类(按解吸方法)： 变温吸附，蒸汽加热解吸 变压吸附，降压解吸 变浓度吸附，用惰性溶剂冲洗 置换吸附，用其它吸附质置换 （2）常用吸附剂 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 微孔，起筛选分子作用，选择性强。 硅胶 无定形水合二氧化硅，亲水性 如：气体脱水,活性氧化铝 极性吸附剂，用于液体脱水等 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：润滑油脱色、脱硫 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，强极性吸附剂。 如：废水脱除重金属离子及海水提钾。 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。,（3）吸附剂的基本特性 吸附剂的比表面a 例：活性炭微孔比表面占95% 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。,吸附剂密度 a.装填密度 与空隙率 。 b.颗粒密度 (表观密度)： c.真密度 (扣除颗粒内孔腔体积) 和内孔隙率 ：,（4）工业吸附对吸附剂的要求 内表面大：内表面大吸附容量大。 活性高：内表面都能起吸附作用。 选择性强。 机械强度和物理特性(如颗粒大小)。 化学稳定性、热稳定性，价廉易得。,12.2.2 吸附相平衡 （1）吸附等温线,三种类型： 类型有利的吸附等温线 类型 不利的吸附等温线 类型线性吸附等温线,（2）吸附平衡关系式 低浓度吸附(线性关系) x=HC 或 x=Hp 单分子层吸附朗格缪尔方程 吸附表面遮盖率 (=x/xm) 吸附速率 kap(1-) 解吸速率 kd 得 单分子层吸附朗格缪尔方程,12.2.3 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： 分子扩散：孔径远大于平均自由程 努森(Knudsen)扩散： 孔径小于平均自由程, 判据Kn=/d A、B混合气体分子动能相等 分子量小速度大,努森流有分离作用 表面扩散 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Ksks,12.2.4 固定床吸附过程分析 （1）理想吸附过程 简化假定： 单组分吸附，有利的吸附等温线。 床层吸附剂均匀，吸附剂初始浓度、温度均 一。 流体定态加料，浓度、温度、流量不变。 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 cz 变化曲线 浓度波速度uc 透过曲线 c出 变化曲线 透过点: cB0.05c1, 透过时间B 饱和点: cS0.95c1, 饱和时间S 透过曲线浓度波: 镜面对称 实验测定c出 ，可确定浓度波，L0，KS 。,床层的利用率： 传质区越薄，床层利用率越高,固定床吸附过程的数学描述 1）物料衡算微分方程式 2）相际传质速率方程式,c1,c2,x1,x2,（u0uc）AB,ucA（1B）p,c,cdc,x,xdx,固定床吸附过程的计算 1）吸附过程的积分表达式 2）浓度波移动速度 3）传质单元数和传质单元高度 uuc,4）传质区两相浓度关系操作线方程 5）总物料衡算式 6）过程的计算,（4）固定床吸附过程的计算 传质单元高度 传质单元数,总物料衡算,12.2.5 吸附分离设备 （1）固定床吸附器,（2）釜式吸附器,（3）连续式吸附设备,本次讲课习题： 第12章 1，2,