《教育部高職高專規劃教材:傳質與分離技術》是與《流體流動與傳熱》配套教材,本教材以傳質基本理論為主線,工程實例為框架,以操作技術為主要內容,闡述了各種傳質分離過程的共性和工程應用技術。內容包括概論、蒸餾與精餾技術、特殊精餾、吸收、氣液傳質設備、結晶、膜分離技術、其他分離技術和分離過程、固體物料干燥等8章,每章編入學習目標、例題、復習與思考、習題、本章小結。《教育部高職高專規劃教材:傳質與分離技術》某些章節各校可根據專業需要選擇講授。
本教材力求論述嚴謹、層次清晰,重點突出、簡繁適當、理論聯系實際。強調工程操作、技術分析和訓練。注意啟迪思維,引導創新,便于自學。
《教育部高職高專規劃教材:傳質與分離技術》可作為高等職業教育化工類及相關專業(化工、石油、生物、制藥、輕紡、食品、環保、冶金、材料等)教材。適用于從事化工專業的科研、生產管理的科技人員參考。
隨著高等職業教育迅猛發展,高職高專教材建設迫在眉睫。由于工業技術的發展,行業的交叉滲透,生物化工、醫藥化工、新材料化工、電子化工等新領域的出現,特別是技術密集型的化工生產技術專業教育的教材嚴重缺乏。本書是根據教育部《關于加強高職高專教育人才培養工作的意見》以及教材建設的精神,以應用為目的,夠用為度,具有更強的針對性、實踐性、實用性和先進性的原則,以培養生產、服務、管理一線的高級應用性技術人才為目標,由全國高職高專化工工藝專業教材編審委員會組織,按化工工藝專業的課程基本要求而編寫。
本教材注重以工程觀點揭示傳質與分離過程的本質及其變化規律。加強了傳質原理的闡述,把傳質過程的原理、實例、操作分析融會貫通,具有更強的理論性和實踐性。教材的編寫手法上,改變傳統的由原理闡述到計算設計為實例分析開篇,而是從實際單元過程敘述到問題分析,由操作分析提升到理論,遵循認知規律。教材內容上突出強化傳質操作技術,如操作參數的選擇;設備的選型;故障的排除;分離方法的選擇等內容。教材還通過大量的工程實例分析強化工程觀念。簡化了數學模型推理和設計計算。刪去陳舊的操作技術和設備,特別是對傳統的單元操作內容做了精簡,體現少而精。介紹新型分離方法,除傳統的傳質單元操作外,增加了結晶、吸附與離子交換、萃取精餾、膜分離、超臨界萃取、吸附、離子交換等內容,反映了化工分離過程近代發展的新成果和新技術,突出大量工程實例。在編寫形式上教材中編入了學習目標、學習小結,小結中指出學習重點、難點及學習方法等,便于讀者學習掌握。
本教材作為化工類及相關專業(化工、石油、生物工程、制藥、冶金、環保、食品等)的高等職業教育教材,也可供有關部門的科研及生產一線技術人員閱讀參考。
本教材由周立雪、周波主編。概論,第一章,第二章由周波編寫;第三章,第四章,第八章由周立雪編寫;第五章,第六章,第七章由楊麗萍編寫。本書由張柏欽主審。參加本教材審定工作的有:冷士良,陳洪潮,張洪流,易衛國,蘭海風等,本書編寫過程中冷士良給予很多支持和幫助。在此致以誠摯的謝意。
由于水平有限,書中不完善之處敬請同仁和讀者指正,以使本教材日臻完善。
概論
學習目標
一、化工分離技術的發展和應用
二、傳質與分離過程的分類和特征
三、本課程的內容與任務
第一章 蒸餾與精餾技術
學習目標
第一節 概述
一、蒸餾定義及特點
二、蒸餾操作的分類
三、精餾操作流程
第二節 簡單蒸餾和平衡蒸餾
一、裝置流程
二、簡單蒸餾及平衡蒸餾原理
第三節 雙組分精餾
一、精餾原理
二、全塔物料衡算
三、理論塔板數
四、塔高與塔徑的計算
五、回流比的影響及選擇
六、間歇精餾
七、精餾裝置的熱量衡算
第四節 多組分精餾
一、多組分精餾的特點及流程方案選擇
二、多組分精餾的計算
三、復雜精餾簡介
第五節 蒸餾與精餾操作
一、雙組分精餾的操作型計算
二、影響精餾操作的主要因素
三、間歇精餾新型操作方式簡介
四、蒸餾技術的發展方向
本章小結
復習與思考
習題
本章符號說明
主要參考文獻
第二章 特殊精餾
學習目標
第一節 概述
一、非理想物系的恒沸物
二、理想 三組分系統在 三角圖上的表示方法
第二節 恒沸精餾
一、恒沸精餾原理
二、恒沸精餾夾帶劑的選擇
三、恒沸精餾流程及應用
四、恒沸精餾計算
第三節 萃取精餾
一、萃取精餾基本原理
二、萃取精餾中萃取劑的選擇
三、萃取精餾流程及應用
四、萃取精餾計算
五、萃取精餾的注意事項
第四節 其他特殊精餾操作及應用
一、鹽效應精餾及應用
二、分子蒸餾及應用
三、幾種特殊精餾方法的比較
第五節 精餾的節能優化技術
一、精餾過程的熱力學不可逆性
二、多效精餾
三、低溫精餾的熱泵
四、設置中間冷凝器和中間再沸器的精餾
本章小結
復習與思考
本章符號說明
主要參考文獻
第三章 吸收
學習目標
第一節 概述
一、工業吸收過程
二、吸收劑的選擇
三、物理吸收和化學吸收
四、氣體吸收工業應用
五、吸收操作的經濟性
六、吸收與蒸餾操作的區別
七、吸收塔設備類型
第二節 吸收平衡及吸收推動力
一、吸收平衡
二、相平衡與吸收過程的關系
第三節 吸收傳質機理
一、質量傳遞機理
二、對流傳質理論
第四節 傳質速率方程
一、對流傳質速率方程
二、傳質阻力的控制
第五節 吸收(解吸)計算
一、物料衡算與操作線方程
二、吸收劑用量的確定
三、解吸
四、塔徑的計算
五、吸收塔高的計算
第六節 其他吸收
一、多組分吸收
二、化學吸收
三、高組成氣體吸收
第七節 吸收操作實例分析
一、逆流與并流操作比較
二、吸收劑用量、溫度等對吸收過程的影響
本章小結
習題
本章符號說明
主要參考文獻
第四章 氣液傳質設備
學習目標
第一節 概述
第二節 板式塔
一、板式塔的結構
二、板式塔的流體力學性能與操作彈性
三、塔板的類型及性能評價
四、板式塔的設計原則
第三節 填料塔
一、填料塔的結構
二、氣液兩相在填料層內的流動
三、填料的類型及性能評價
四、填料塔的特點
五、填料塔的操作范圍
六、填料塔的設計原則
第四節 氣液傳質設備應用分析
一、氣液傳質設備的處理能力
二、氣液傳質設備的效率及其影響因素
三、氣液傳質設備技術的進展
本章小結
復習與思考
本章符號說明
主要參考文獻
第五章 結晶
第六章 膜分離技術
第七章 其他分離技術和分離過程
第八章 固體物料干燥
主要參考文獻
附錄
概論
學習目標
·了解傳質與分離技術的發展及本課程學習的內容。
·了解分離過程的分類及工業應用。
·理解平衡分離過程、速率分離過程、工程觀念等概念。
一、化工分離技術的發展和應用
(一)化工分離技術發展簡述
化學工業是國民經濟的重要基礎產業,化工產品滲透到人們的衣、食、住、行等各個領域。化工產值是衡量一個國家國民經濟發展水平的重要標志之一。用化學方法將原料加工成產品的生產過程統稱為化工生產過程。其顯著特點是所用原料廣泛,生產工藝不同,產品品種繁雜,性質各異。但歸納起來,各個產品的生產工藝都是遵循相同的規律:原料預處理一化學反應一產品精制。通常所說的“三傳一反”即概括了化工生產過程的全部特征。“三傳”為動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞(化工單元操作),“一反”為化學反應過程。
質量傳遞是自然界和工程技術領域普遍存在的現象。敞口水杯中的水向空氣中蒸發;糖塊在水中溶解;用吸收方法脫除煙氣中的二氧化硫;從植物中提取藥物;催化反應中反應物向催化劑遷移等都是常見的質量傳遞過程。在近代化學工業的發展中,傳質分離過程起到了特別重要的作用。幾乎沒有一個化工生產過程中,不包含對原料或反應產物的分離提純操作,從原油中分離出各種燃料油、潤滑油和石油化工原料到有機、無機、精細化學品的合成,都離不開對混合物的分離。
化工分離技術是隨著化學工業的發展而逐漸形成和發展的。化學工業具有悠久的歷史,而現代化學工業是開始于18世紀產業革命以后的歐洲。當時,純堿、硫酸等無機化學工業成為現代化學工業的開端。19世紀以煤為基礎原料的有機化工在歐洲也發展起來。當時的煤化學工業按其規模尚不十分巨大,主要著眼于苯、甲苯、酚等各種化學產品的開發。在這些化工生產中應用了吸收、蒸餾、過濾、干燥等操作。19世紀末,20世紀初大規模的石油煉制業促進了化工分離技術的成熟與完善。到20世紀30年代在美國出版了第一部《化學工程原理》一書,50年代中期提出傳遞過程原理,把單元操作進一步解析成三種基本傳遞過程,即動量傳遞、熱量和質量傳遞以及三者之間的聯系。進入20世紀70年代以后,化工分離技術向更加高級化、應用更加廣泛。與此同時,化學分離技術與其他科學技術相互交叉滲透產生一些更新的邊緣分離技術,如生物分離技術、膜分離技術、環境化學分離技術、納米分離技術、超臨界流體萃取技術等等。展望21世紀,化工分離技術將面臨著一系列新的挑戰,其中最主要的是來自能源、原料和環境保護三大方面。此外,化工分離技術還將對農業、食品和食品加工,城市交通和建設以及保健方面做出貢獻。