传质与分离技术学习指导书(张洪流配套)范例.doc

绪 论 知识点聚焦 质量传递与分离过程——特指相与相之间的质量交换过程。如酒精的挥发、二氧化硫在水中的溶解等。由于质量传递过程所涉及的单元操作目的主要是对混合物分离（如吸收、蒸馏、萃取等），故又称为分离过程。 分离过程的类型——可分为机械分离和传质分离两大类。机械分离过程的分离对象是非均相混合物（如沉降、过滤及湿法除尘等）；传质分离过程的分离对象主要是均相混合物（即广义的溶液），按操作原理的不同可分为平衡分离和速率分离两大类。 平衡分离——是借助能量或其它物质使混合物变为两相体系并以各组分在两相中的分配差异为依据来实现分离的操作过程。其特点是有相际传质现象发生。根据形成的两相状态的不同，平衡分离过程又可分为以下几类：（1）气－液传质过程：如气体吸收、气体的增湿和减湿；（2）汽－液传质过程：如液体的蒸馏和精馏；（3）液－液传质过程：如萃取；（4）液－固传质过程：如结晶、吸附、离子交换、色层分离等；（5）气－固传质过程：如固体干燥、吸附等。 速率分离过程——是借助推动力（如浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用，利用各组分扩散速度的差异或对选择性透过膜透过性的差异来实现分离的操作。这类过程的特点是所处理的物料和产品通常处于同一相态，仅有组成上的差别。速率分离又可分为两类：膜分离和场分离。 利用各组分对选择性透过膜透过性的差异将混合物分割成组分含量不同的两股流体，从而实现分离混合物的操作称为膜分离。膜分离包括超滤、反渗透、渗析和电渗析等。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离且过程为典型的物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。 利用各组分扩散速度的差异来实现分离的操作称为场分离。场分离包括电泳、热扩散、高梯度磁力分离等。例如，热扩散是以温度梯度为推动力使气体或液体混合物中的小分子（或离子）向高温方向漂移，从而建立起浓度梯度使混合物得以分离。 分离技术的特点——1、过程影响因素多；包括物性因素、操作因素和设备结构因素，其中物性因素对分离设备的选型及设备的操作能力起决定性的影响。2、过程制约条件多；如原料的来源与种类、加热剂和冷却剂的来源与种类、设备的结构及材料的质量和规格、当地的气温和气压的变化范围、分离设备在流程中的位置，以及安全防火、环保、设备加工、安装以及维修等条件的制约。3、流程类型多；选择合理的工业流程，应以降低生产成本、降低能耗、促进环保为首要条件。4、过程交叉性强；往往涉及到传热和传质交叉进行，或化学反应与传质过程的交叉进行等。所以，分离过程与动量传递及热量传递过程相比较要复杂得多。 传质设备——传质设备是实现分离操作的基本设施，其种类繁多：按设备形状可分为塔式、釜式、管式、板框式等；按照所处理物系的相态可分为气—液传质设备、液—液传质设备、气—固传质设备、液—固传质设备；按两相的接触方式可分为分级接触设备和微分接触设备；按分离的目的可分为精馏塔、吸收塔、萃取器、吸附器、膜分离器、离子交换器、干燥器等。对于气—固和液—固传质设备，还可按固体的运动状态分为固定床、移动床、模拟移动床和流化床等。 传质设备的基本要求——有以下几点：（1）单位设备体积中，两相的接触面积应尽可能大；（2）两相的均布性能好，应尽可能抑制流体短路或“返混”现象的发生；（3）流体的通量大，单位设备体积的处理量大；（4）流动阻力小，运行时动力消耗低；（5）操作弹性大，对物料的适应性强；（6）结构尽可能简单，造价低廉，操作调节方便，运行可靠安全。 第一章 蒸馏与精馏技术 第一节 概述 知识点聚焦 蒸馏的定义——是利用互溶液体混合物中各组分挥发能力的差异（或沸点的差异）来达到分离与提纯目的的单元操作。 蒸馏操作的分类——按操作方式、操作压力、被分离物的组分数及操作连续程度的不同分类：①按操作方式的不同，可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（俗称“闪蒸”）、精馏和特殊精馏等。简单蒸馏和平衡蒸馏适用于小批量生产且分离要求不高的场合。精馏可实现高纯度和高回收率，是工业上应用最广泛的蒸馏方式。特殊精馏主要用以分离组分挥发能力相差很小或为“恒沸物”的混合液。②按操作压力的不同，可分为常压蒸馏、加压蒸馏（又称高压蒸馏）和减压蒸馏（又称真空蒸馏）。常压蒸馏流程简单，操作控制较容易，适宜分离常压下沸点在室温至150℃左右的混合液；加压蒸馏适宜分离常压下为气态或常压下沸点为室温的混合物；真空蒸馏适宜分离水溶性的热敏物质及高沸点混合液。③按被分离混合液中的组分数目，可分为二元蒸馏和多元蒸馏。④按操作连续性的不同，可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。间歇蒸馏主要应用于小规模、多品种或某些有特殊要求的场合，因原料分批量加入，故为不稳定操作系统。连续蒸馏适用于大规模工业生产，因原料进料及产品排出是连续的，故可视为稳定操作系统。 理想溶液与非理想溶液——理想溶液是指能在所有浓度范