注冊化工09第九講

1、液液萃取液液萃取1 概述概述1.1過程目的過程目的-液液混合物的分離液液混合物的分離1.2工業(yè)背景工業(yè)背景 例如，磺化堿熔法制間苯二酚例如，磺化堿熔法制間苯二酚1.3 基本依據(jù)基本依據(jù)溶解度的差異溶解度的差異(選擇性的溶解度選擇性的溶解度)溶劑溶劑S的必要條件的必要條件 與與B相不完全互溶相不完全互溶 對對A有選擇性的溶解度有選擇性的溶解度1.4 實施方法實施方法液液充分接觸傳質(zhì)、分相，液液充分接觸傳質(zhì)、分相， 溶劑回收溶劑回收1.5 主要操作費主要操作費溶劑再生溶劑再生 直接精餾是否更經(jīng)濟(jì)直接精餾是否更經(jīng)濟(jì)萃取適用情況：萃取適用情況： 恒沸物、近沸物恒沸物、近沸物(或或0如：如：NaOH水溶

2、液水溶液w0=10%w1=14% 1=8, w2=23%w3=50% 2=13, 1=40,T-t0須須61)(0 tT例例2 某單效蒸發(fā)器某單效蒸發(fā)器,將濃度為將濃度為20%(wt),流量為流量為3600kg/h的的NaOH水溶液濃縮至水溶液濃縮至50%,料液進(jìn)口溫料液進(jìn)口溫度為度為20,焓為焓為60kJ/kg。加熱蒸汽壓強(qiáng)為。加熱蒸汽壓強(qiáng)為400kPa(絕絕),飽和溫度飽和溫度143.4,汽化潛熱汽化潛熱2140kJ/kg。冷凝器的壓強(qiáng)為冷凝器的壓強(qiáng)為50kPa(絕絕),對應(yīng)飽和溫度對應(yīng)飽和溫度81.2。蒸發(fā)器傳熱系數(shù)蒸發(fā)器傳熱系數(shù)1100W/m2,器內(nèi)液層高度約器內(nèi)液層高度約2.5m,液

3、體密度液體密度1500kg/m3,熱損失不計。熱損失不計。求：蒸發(fā)器傳熱面積、求：蒸發(fā)器傳熱面積、蒸汽用量、生產(chǎn)強(qiáng)度、蒸蒸汽用量、生產(chǎn)強(qiáng)度、蒸汽的經(jīng)濟(jì)性汽的經(jīng)濟(jì)性 解：解：F=3600kg/h=1kg/s, w0=0.2, w=0.5, t0=81.2,i0=60kJ/kg, t0=20, r0=2140kJ/kg, T=143.4,K=1100W/m2K, L=2.5m, =1500kg/m3蒸發(fā)水量蒸發(fā)水量按按w=0.50, , 水沸點水沸點81.2，查得溶液沸點，查得溶液沸點121 =121-81.2=39.8,液柱靜壓液柱靜壓”：查查tS(pm)=84.5 ”= tS(pm)- tS(

4、p)=84.5-81.2=3.3)1(0wwFW skg/6 . 0)5 . 02 . 01(1 81. 915005 . 2511050513 gLppm Pa3104 .57 溫度差損失溫度差損失 =+”=39.8+3.3=43.1溶液沸點溶液沸點 t=t0+=81.2+43.1=124.3查溶液焓查溶液焓 i=630kJ/kg查二次蒸汽焓查二次蒸汽焓 I=2644kJ/kg熱量衡算熱量衡算 Dr0+Fi0=(F-W)i+WI傳熱面積傳熱面積 00)()(riIWiiFD skg/831. 02140)6302644(6 . 0)60630(1 )(0tTKDrA 236 .84)3 .1

5、244 .143(1100102140831. 0m smkgAWU23/1076 .846 . 0 722. 0831. 06 . 0 DW結(jié)晶結(jié)晶1.1 概述概述結(jié)晶操作類型結(jié)晶操作類型溶液結(jié)晶溶液結(jié)晶溶液中析出固態(tài)結(jié)晶，如海水制鹽溶液中析出固態(tài)結(jié)晶，如海水制鹽升華結(jié)晶升華結(jié)晶氣相中析出結(jié)晶，如雪氣相中析出結(jié)晶，如雪熔融結(jié)晶熔融結(jié)晶 熔融物中析出固態(tài)結(jié)晶，熔融物中析出固態(tài)結(jié)晶， 如混合二甲苯制對二甲苯如混合二甲苯制對二甲苯反應(yīng)沉淀反應(yīng)沉淀 液相反應(yīng)，如液相反應(yīng)，如Fe2O3磁粉磁粉 氣相反應(yīng)，如氣相反應(yīng)，如TiO2鈦白粉鈦白粉結(jié)晶操作特點結(jié)晶操作特點分離高純度晶體分離高純度晶體 如單晶硅如

6、單晶硅共沸物、熱敏性物質(zhì)的分離，如鄰、對硝基苯共沸物、熱敏性物質(zhì)的分離，如鄰、對硝基苯結(jié)晶熱小，能耗比精餾低結(jié)晶熱小，能耗比精餾低對產(chǎn)物要求對產(chǎn)物要求產(chǎn)物純度高產(chǎn)物純度高適當(dāng)?shù)牧６取⒘６确植颊m當(dāng)?shù)牧６?、粒度分布窄晶形晶?針形、片狀、棒狀等針形、片狀、棒狀等)晶系和晶習(xí)晶系和晶習(xí)晶格晶格-晶體微觀粒子幾何排列規(guī)則的最小單元晶體微觀粒子幾何排列規(guī)則的最小單元晶系晶系-按晶格結(jié)構(gòu)分類按晶格結(jié)構(gòu)分類 同一物質(zhì)，條件不同，可屬不同晶系同一物質(zhì)，條件不同，可屬不同晶系晶習(xí)晶習(xí)一定環(huán)境下，晶體長成的外形一定環(huán)境下，晶體長成的外形1.2溶解度及溶液過飽和溶解度及溶液過飽和溶解度曲線溶解度曲線狀態(tài)：飽和溶液

7、狀態(tài)：飽和溶液C=C* 不飽和溶液不飽和溶液CC*超溶解度曲線超溶解度曲線(開始析出晶核開始析出晶核)第一介穩(wěn)區(qū)，加入晶種才會結(jié)晶第一介穩(wěn)區(qū)，加入晶種才會結(jié)晶第二介穩(wěn)區(qū)，會自發(fā)成核，需要時間第二介穩(wěn)區(qū)，會自發(fā)成核，需要時間(延滯期延滯期)過飽和度表示方法過飽和度表示方法過飽和度過飽和度C=C-C*過飽和度比過飽和度比S=C/C*相對過飽和度相對過飽和度=C/C*形成過飽和狀態(tài)的方法形成過飽和狀態(tài)的方法降低溫度降低溫度(冷卻結(jié)晶冷卻結(jié)晶)溶液濃縮溶液濃縮(蒸發(fā)蒸發(fā))選用哪種合適，看溶解度曲線形狀選用哪種合適，看溶解度曲線形狀真空自蒸發(fā)：兩者兼有真空自蒸發(fā)：兩者兼有1.3 結(jié)晶機(jī)理與動力學(xué)結(jié)晶機(jī)理

8、與動力學(xué)結(jié)晶的兩個階段：晶核生成，晶體成長結(jié)晶的兩個階段：晶核生成，晶體成長元素元素線體元素線體元素晶胚晶胚晶核晶核成核機(jī)理：成核機(jī)理：初級均相成核初級均相成核, C較大時自發(fā)生成，不宜采用較大時自發(fā)生成，不宜采用初級非均相成核，外來物誘導(dǎo)生成，步驟多初級非均相成核，外來物誘導(dǎo)生成，步驟多二次成核，已有晶體的破碎二次成核，已有晶體的破碎結(jié)晶速率結(jié)晶速率C大，有利于成核大，有利于成核; C小，有利于晶體成長小，有利于晶體成長擴(kuò)散過程擴(kuò)散過程表面反應(yīng)過程表面反應(yīng)過程放熱過程放熱過程晶體成長速率的控制步驟是晶體表面反應(yīng)速率晶體成長速率的控制步驟是晶體表面反應(yīng)速率1.4 結(jié)晶過程的物料和熱量衡算結(jié)晶過

9、程的物料和熱量衡算結(jié)晶熱結(jié)晶熱-生成單位質(zhì)量溶質(zhì)晶體所放熱量生成單位質(zhì)量溶質(zhì)晶體所放熱量溶解熱溶解熱-單位溶質(zhì)晶體在溶劑中溶解所吸熱量單位溶質(zhì)晶體在溶劑中溶解所吸熱量 (易測易測)(無限稀釋無限稀釋)結(jié)晶熱結(jié)晶熱-溶解熱溶解熱物料衡算物料衡算溶質(zhì)溶質(zhì): Fw1=mw2+(F-W-m)w3注：注：w2不一定為不一定為100%如：如：Na2CO3分子量分子量106，Na2CO310H2O為為286 w2=106/286=0.371熱量衡算熱量衡算 Fi1+Q=WI+mi2+(F-W-m)i3整理后整理后 Wr = mr結(jié)晶結(jié)晶 + FCp(t1-t3) + Q汽化潛熱汽化潛熱 溶液降溫放熱溶液降溫放熱 溶液結(jié)晶放熱溶液結(jié)晶放熱 外界加熱外界加熱1.5 結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶設(shè)備攪拌式冷卻結(jié)晶器攪拌式冷卻結(jié)晶器奧斯陸蒸發(fā)結(jié)晶器奧斯陸蒸發(fā)結(jié)晶