國際工程教育認證系列教材：分離工程

第1章 緒論1
1.1分離工程與化學工業的進步和發展1
1.1.1化工生產實踐的需要推動了分離工程的發展2
1.1.2單元操作的提出帶動了分離工程的建立和發展2
1.1.3分離工程的發展促進了化學等過程工業的發展4
1.2新分離方法促進了化工技術的進步6
1.2.1膜分離6
1.2.2超臨界萃取7
1.2.3新型吸附技術8
1.3分離工程面臨的新機遇和挑戰9
1.4分離工程課程的學習目標和要求11

第2章 多組分精餾13
2.1概述13
2.2汽液相平衡15
2.2.1相平衡關係的定量表達15
2.2.2相平衡常數的求取途徑16
2.2.3汽液相平衡系統的分類17
2.2.4汽液相平衡計算的基本方程18
2.2.5逸度係數計算19
2.2.6活度係數計算22
2.3單級平衡分離過程的計算25
2.3.1泡點計算25
2.3.2露點計算29
2.3.3等溫閃蒸31
2.3.4絕熱閃蒸35
2.4精餾過程的嚴格計算36
2.4.1多組分精餾和二組分精餾的差異36
2.4.2多級精餾的定態數學模型38
2.4.3嚴格計算的約束條件和演算法概述39
2.4.4三對角線矩陣法40
2.4.5泡點法41
2.4.6流率加和法43
2.4.7全變數反覆運算法45
2.5精餾過程的簡捷計算49
2.5.1多組分精餾中的組分分類49
2.5.2最少理論板數50
2.5.3最小回流比52
2.5.4實際理論板數的確定56
2.5.5進料板位置的確定57
2.6精餾塔操作壓力的確定58
2.7多組分精餾分離流程規劃59
2.8間歇精餾61
2.8.1二組分物系間歇精餾61
2.8.2多組分物系間歇精餾62
思考題63
習題64
參考文獻66

第3章 特殊精餾68
3.1概述68
3.2混合物組分的相圖69
3.2.1三組分相圖和蒸餾邊界69
3.2.2剩餘曲線圖71
3.2.3精餾曲線圖74
3.2.4在全回流下的產物組成區域76
3.3萃取精餾77
3.3.1萃取精餾基本概念77
3.3.2萃取精餾原理77
3.3.3萃取劑的選擇80
3.3.4萃取精餾計算82
3.3.5萃取精餾操作的特點85
3.4恒沸精餾87
3.4.1恒沸物的特性和恒沸組成的計算87
3.4.2恒沸劑的選擇90
3.4.3恒沸精餾流程92
3.4.4恒沸精餾計算94
3.4.5恒沸精餾與萃取精餾的比較94
3.5加鹽精餾94
3.5.1鹽效應95
3.5.2溶鹽精餾96
3.5.3加鹽萃取精餾96
3.6反應精餾97
3.6.1反應精餾中的反應過程97
3.6.2反應精餾流程98
3.6.3反應精餾的工藝條件100
3.6.4反應精餾的特點102
3.6.5反應精餾的數值模擬103
思考題103
習題103
參考文獻105

第4章 吸收108
4.1概述108
4.1.1吸收的分類109
4.1.2吸收的應用及工業流程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伴有化學反應的吸收相平衡115
4.2.3傳質理論及傳質係數118
4.2.4物理吸收傳質速率122
4.2.5傳質係數關聯式123
4.2.6化學吸收傳質速率與增強因數125
4.3吸收和解吸過程的簡捷計算128
4.3.1平均吸收因數法128
4.3.2有效平均吸收因數法132
4.4化學吸收過程的分析與計算133
4.4.1化學吸收的分類及其判別134
4.4.2不可逆一級反應化學吸收138
4.4.3不可逆暫態反應化學吸收142
4.4.4不可逆二級反應化學吸收144
4.5吸收塔的填料高度146
4.5.1高濃度氣體吸收時的填料高度146
4.5.2伴有化學反應時的填料高度147
4.6氣液傳質設備的效率151
4.6.1效率的表示方法151
4.6.2板效率的半理論模型152
4.6.3流動及混合對板效率的影響155
4.6.4霧沫夾帶的影響156
4.6.5系統物性對板效率的影響158
4.6.6獲取效率的途徑159
4.6.7填料塔的理論板當量高度160
思考題163
習題163
參考文獻165

第5章 溶劑萃取167
5.1概述167
5.2萃取的基本原理168
5.2.1萃取劑169
5.2.2液液萃取體系的相平衡170
5.2.3三組分萃取體系的相圖171
5.2.4平衡聯結線的數值關聯173
5.2.5液液萃取的平衡級計算173
5.2.6液液傳質動力學177
5.3幾種典型的萃取設備181
5.3.1混合澄清槽181
5.3.2離心萃取機183
5.3.3萃取塔183
5.4萃取塔中的流體流動186
5.4.1特徵速度和液泛186
5.4.2傳質單元數和傳質單元高度189
5.4.3軸向混合190
5.5萃取設備的設計193
5.5.1轉盤萃取塔的設計計算195
5.5.2混合澄清槽的設計計算197
思考題197
習題198
參考文獻199

第6章 膜分離技術201
6.1概述201
6.1.1膜分離技術的起源和發展201
6.1.2主要的膜分離單元操作202
6.1.3膜材料203
6.1.4膜的微觀結構204
6.1.5膜的宏觀形態205
6.2膜分離技術的工程問題205
6.2.1選擇性和通量205
6.2.2濃差極化207
6.2.3膜污染與清洗209
6.3反滲透209
6.3.1反滲透原理209
6.3.2反滲透過程分析211
6.3.3反滲透的應用212
6.4超濾213
6.4.1超濾原理213
6.4.2超濾過程分析215
6.4.3超濾的應用215
6.5氣體滲透217
6.5.1氣體滲透原理217
6.5.2氣體滲透過程分析217
6.5.3氣體滲透的應用218
6.6滲透蒸發218
6.6.1滲透蒸發原理218
6.6.2滲透蒸發的應用219
6.7電滲析220
6.7.1電滲析原理和設備220
6.7.2電滲析的應用222
思考題222
習題223
參考文獻223

第7章 浸取225
7.1概述225
7.2浸取過程的熱力學分析226
7.2.1浸取過程的標準自由能變化228
7.2.2離子熵的對應原理228
7.2.3電位-pH圖230
7.3浸取過程的動力學分析233
7.3.1物理溶解浸取的動力學233
7.3.2化學反應浸取的動力學235
7.4浸取過程的操作線和平衡級計算239
7.5浸取的工業應用案例——濕法磷酸製造243
思考題245
習題245
參考文獻246

第8章 結晶247
8.1概述247
8.2結晶的基本原理248
8.2.1晶體的性狀及幾何結構248
8.2.2晶體的細微性及形狀因數251
8.2.3結晶過程251
8.3結晶過程的熱力學分析252
8.3.1溶解度252
8.3.2超溶解度曲線及介穩區254
8.3.3結晶產率計算257
8.4結晶過程的動力學分析259
8.4.1晶核形成259
8.4.2晶體生長263
8.4.3晶體產品的細微性分佈及粒數衡算265
8.5結晶方法和結晶設備270
8.5.1結晶方法270
8.5.2結晶設備271
8.5.3幾種主要的通用結晶器275
8.5.4結晶器的選擇281
思考題282
習題282
參考文獻283

第9章 吸附分離與色譜分離284
9.1概述284
9.2吸附分離285
9.2.1吸附現象與吸附劑285
9.2.2吸附平衡287
9.2.3吸附速率289
9.2.4吸附分離特性參數290
9.2.5吸附分離工藝292
9.3色譜分離296
9.3.1色譜基本原理296
9.3.2色譜分離的基本參數297
9.3.3色譜理論模型298
9.3.4色譜分離過程304
9.3.5色譜分離法309
思考題311
習題311
參考文獻312