1、化工單元操作基礎(chǔ)培訓(xùn)化工單元操作基礎(chǔ)培訓(xùn)蒸發(fā)、萃取、（反應(yīng)）蒸發(fā)、萃取、（反應(yīng)）建德化工二廠 張群華 編制 二一四年八月關(guān)于化工單元操作u 目前世界上有種類數(shù)以萬計(jì)的化工產(chǎn)品，因此也就有上萬種不同的化工生產(chǎn)過程，所有的生產(chǎn)過程都是由化學(xué)反應(yīng)和若干的物理操作串聯(lián)而成的。u 這些物理操作稱為化工單元操作。u 根據(jù)單元操作所遵循的基本規(guī)律，可將單元操作分為三大類：u1.1、遵循流體動(dòng)力基本規(guī)律的單元操作，包括流體輸送、沉降、過濾、固體流態(tài)化等。u1.2、遵循傳熱基本規(guī)律的單元操作，包括加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)等。u1.3、遵循傳質(zhì)基本規(guī)律的單元操作，包括蒸餾、吸收、萃取、結(jié)晶、干燥、膜分離等。第一節(jié)

2、概述一、蒸發(fā)過程及其特點(diǎn)1、定義：將含有非揮發(fā)性物質(zhì)的稀溶液加熱沸騰使部分溶劑氣化并使溶液得到濃縮的過程。2、目的：（1）濃縮溶液；（2）制取或回收純?nèi)軇?、特點(diǎn)（1）蒸發(fā)是傳熱過程；（2）溶劑揮發(fā)而溶質(zhì)不揮發(fā)；（3）溶劑的氣化會(huì)消耗大量的熱量；（4）蒸發(fā)的溶液種類不同時(shí)，所需設(shè)備和操作方式有區(qū)別；第一章第一章 蒸發(fā)操作蒸發(fā)操作 二、蒸發(fā)過程的分類1、按加熱方式：直接加熱和間接加熱；2、按操作壓強(qiáng)：常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)3、按蒸發(fā)的效數(shù)：單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)； 單效蒸發(fā)：二次蒸汽沒有被利用的蒸發(fā)； 多效蒸發(fā)：有多個(gè)蒸發(fā)器，二次蒸汽作為下一臺(tái)蒸 發(fā)器的加熱蒸汽被再次利用； 效數(shù)：蒸發(fā)器串聯(lián)

3、的個(gè)數(shù)。4、按操作方式：間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)。1、單效蒸發(fā)流程2、單效蒸發(fā)過程的計(jì)算（1）水分蒸發(fā)量的計(jì)算對(duì)溶質(zhì)進(jìn)行物料衡算，得：則完成液的濃度為：10wWFFw蒸發(fā)室加熱室W,hF,w0D,h0F-W,w1,h1D,hc101wwFWWFFww01第二節(jié) 單效蒸發(fā)過程（2）加熱蒸汽消耗量的計(jì)算 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行熱量衡算，得：加熱蒸汽用量為：lcSQhWFWhDhFhDh10蒸發(fā)室加熱室W,T,hF,w0,t0,h0D,T,hsD,T,hcF-WQLw1,t1,h1csLhhQFhhWFWhD01注：溶液的焓由實(shí)驗(yàn)測定，值隨濃度和溫度而變化。當(dāng)溶液的濃縮熱不大時(shí)，可用平均比熱容近似計(jì)算：000tch

4、111tch 0001wcwccBw1111wcwccBW000wwccccWWBWFFwcWFFwccBW0011WWcFccWF01又因?yàn)椋核裕簉hhcs1rhhrQWrttFchhQttFctchWhhQtFctWcFcWhhhQtFctcWFWhDlcslWcslwcsl010010100100011意義：加熱蒸汽放出的熱量用于：（1）預(yù)熱原料液；（2）氣化水份；（3）補(bǔ)償蒸發(fā)器的熱損失；令 單位蒸汽消耗量，kg蒸汽/kg水；是蒸發(fā)器的一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。WDe 當(dāng)溶液在沸點(diǎn)下進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)，且忽略熱損失的情況下，注：由于溶液的熱效應(yīng)和熱損失的存在，使得e大于1.1。0lQ10tt

5、 1rrWDe三、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度1、生產(chǎn)能力：單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的溶劑（水）量，kg/s 。2、生產(chǎn)強(qiáng)度：單位傳熱面積上單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的溶劑 （水）量，kg/m2.s。 AWU 第三節(jié) 多效蒸發(fā)過程目的：再次利用二次蒸汽，節(jié)約能量，提高蒸發(fā)器 的經(jīng)濟(jì)性。一、多效蒸發(fā)的操作流程分： 1、并流法 2、逆流法 3、平流法 4、錯(cuò)流并流法特點(diǎn)：1、溶液在效間的輸送不需要泵；2、有自蒸發(fā)現(xiàn)象；3、完成液在末效排出，熱量消耗低；4、各效由于溫度漸升而導(dǎo)致傳熱系數(shù)下降，生產(chǎn)能力降低或傳熱面積增加。逆流法特點(diǎn)：1、溶液在效間的輸送需要泵；2、無自蒸發(fā)現(xiàn)象，產(chǎn)生的二次蒸汽量少；3、完成液在第一效排出，溫

6、度較高，損失的熱量多，且不利于熱敏性材料的蒸發(fā)；4、傳熱系數(shù)均勻，保持在較高的水平。平流法特點(diǎn)： 溶液不在效間流動(dòng)，有利于有結(jié)晶析出的情況或得到不同濃度的料液。二、多效蒸發(fā)的最佳效數(shù)蒸發(fā)過程的單位蒸汽消耗量蒸發(fā)過程的單位蒸汽消耗量最佳效數(shù):根據(jù)設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)之和為最小來確定。效數(shù)n單效雙效三效四效五效理想值10.50.330.250.2實(shí)際平均值1.10.570.40.30.27第四節(jié) 蒸發(fā)裝置及其選型一、蒸發(fā)器 循環(huán)型蒸發(fā)器 非循環(huán)型（單程型）1、循環(huán)型（1）中央循環(huán)管式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，操作可靠，投資少；缺點(diǎn)：循環(huán)速度低，傳熱系數(shù)低，清洗難度大。（2）懸筐式蒸發(fā)器優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)速度加快，清

7、洗、檢修方便，傳熱系數(shù)高，熱損失小；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用高。（3）外熱式特點(diǎn)：u優(yōu)點(diǎn)：便于清洗和更換，降低蒸發(fā)器的總高度，循環(huán)速度快，傳熱系數(shù)大；u缺點(diǎn)：單位面積金屬耗量大，熱損失大；（4）列文式優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)速度加快，加熱管內(nèi)不易結(jié)垢，增加了傳熱推動(dòng)力；缺點(diǎn)：設(shè)備龐大，溫差損失大；適用范圍：適于處理易結(jié)晶、結(jié)垢及粘度大的溶液。（5）強(qiáng)制循環(huán)型 特點(diǎn)：循環(huán)速度大且可以 調(diào)節(jié)，但動(dòng)力消耗大； 適用范圍：適于處理高黏度、易結(jié)垢或有結(jié)晶析出的溶液。2、非循環(huán)型蒸發(fā)器共同點(diǎn)：傳熱效果好，加熱時(shí)間短，適于熱敏性材料的蒸發(fā)。（1）升膜式 傳熱及蒸發(fā)速度快，適用于處理大量稀溶液或易起泡的蒸發(fā)。（2）降膜式特

8、點(diǎn)：有利于液膜的維持和高粘度液體的蒸發(fā)。（3）刮板式蒸發(fā)器二、蒸發(fā)器的選用膜式：適用于熱敏性材料；刮板型：適用于高粘度溶液；循環(huán)型：常用液體的蒸發(fā)；本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)液液-液萃取分離的原理液萃取分離的原理萃取相平衡萃取相平衡單級(jí)萃取過程工藝計(jì)算單級(jí)萃取過程工藝計(jì)算萃取設(shè)備及操作原理萃取設(shè)備及操作原理第二章第二章 萃取操作萃取操作第一節(jié)第一節(jié) 基本概念基本概念手工洗衣服為例手工洗衣服為例 打完肥皂、揉搓后，如何將肥皂沫去除呢？打完肥皂、揉搓后，如何將肥皂沫去除呢？ 用清水多次漂洗用清水多次漂洗 經(jīng)驗(yàn)表明：經(jīng)驗(yàn)表明：每盆水揉搓的時(shí)間越長（即萃取越接近平衡），擰得越每盆水揉搓的時(shí)間越長（即萃取越接近平

9、衡），擰得越干（即萃取與萃余相相分離越徹底），所用漂洗次數(shù)越少（即錯(cuò)流干（即萃取與萃余相相分離越徹底），所用漂洗次數(shù)越少（即錯(cuò)流級(jí)數(shù)越少）。級(jí)數(shù)越少）。 1、萃取、萃取：在液體混合物（原料液）中加入一個(gè)與其基本不相混溶在液體混合物（原料液）中加入一個(gè)與其基本不相混溶的液體作為溶劑，造成第二相，利用原料液中各組分在兩個(gè)液相的液體作為溶劑，造成第二相，利用原料液中各組分在兩個(gè)液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分離的單元操作。中的溶解度不同而使原料液混合物得以分離的單元操作。亦稱亦稱溶劑萃取，溶劑萃取，簡稱簡稱萃取萃取或或抽提。抽提。原料液原料液，用，用F F表示；表示；選用的溶劑稱為選用的溶劑

10、稱為萃取劑萃取劑，以，以S S表示，要有較好的溶解選擇性；表示，要有較好的溶解選擇性；原料液中易溶于原料液中易溶于S S的組分，稱為的組分，稱為溶質(zhì)溶質(zhì)，以，以A A表示；表示；難溶于難溶于S S的組分稱為的組分稱為原溶劑（或稀釋劑）原溶劑（或稀釋劑），以，以B B表示表示液液萃取是分離均相液體混合物的單元操作。液液萃取是分離均相液體混合物的單元操作。2、萃取流程、萃取流程 萃取操作的基本過程如圖所示。一定量萃取劑加入原料液中，形萃取操作的基本過程如圖所示。一定量萃取劑加入原料液中，形成兩液相，兩液相因密度不同而分層：成兩液相，兩液相因密度不同而分層： 一層以溶劑一層以溶劑S S為主，并溶有較

11、多的溶質(zhì)，稱為為主，并溶有較多的溶質(zhì)，稱為萃取相萃取相，以，以E E表示表示； 另一層以原溶劑（稀釋劑）另一層以原溶劑（稀釋劑）B B為主，且含有未被萃取完的溶質(zhì)，稱為主，且含有未被萃取完的溶質(zhì)，稱 為為萃余相萃余相，以，以R R表示表示。 由上可知，萃取操作并未有得到純凈的組分，而是新的混合液：由上可知，萃取操作并未有得到純凈的組分，而是新的混合液：萃取相萃取相E E和萃余相和萃余相R R。為了得到產(chǎn)品。為了得到產(chǎn)品A A，并回收溶劑以供循環(huán)使用，尚需，并回收溶劑以供循環(huán)使用，尚需對(duì)這兩相分別進(jìn)行分離。通常采用對(duì)這兩相分別進(jìn)行分離。通常采用蒸餾或蒸發(fā)蒸餾或蒸發(fā)的方法，有時(shí)也可采用的方法，有時(shí)

12、也可采用結(jié)晶等其它方法。脫除溶劑后的萃取相和萃余相分別稱為結(jié)晶等其它方法。脫除溶劑后的萃取相和萃余相分別稱為萃取液萃取液和和萃萃余液余液，以，以 和和 表示。表示。ER原原料料液液 萃萃取取劑劑S S A+B 萃萃取取液液E 萃萃取取相相E A(大大量量),B(少少量量) S+A+B S 萃萃余余相相R B+A+S 萃萃余余液液R B(大大量量),A(少少量量)單級(jí)萃取流程單級(jí)萃取流程 萃取操作過程由混合、分層、萃取相分離、萃余相分離等一系列萃取操作過程由混合、分層、萃取相分離、萃余相分離等一系列步驟共同完成。步驟共同完成。3、萃取劑的選擇、萃取劑的選擇要求：要求： 1 1、對(duì)溶質(zhì)溶解性大、對(duì)

13、溶質(zhì)溶解性大 2 2、選擇性好、選擇性好 3 3、B B與與S S互溶度越小越好互溶度越小越好 4 4、萃取劑易于回收、萃取劑易于回收 5 5、萃取相與萃余相密度差異大、萃取相與萃余相密度差異大4.萃取的分類萃取的分類按組分?jǐn)?shù)目分按組分?jǐn)?shù)目分多組元體系：原料液中有兩個(gè)以上組分或溶劑為多組元體系：原料液中有兩個(gè)以上組分或溶劑為兩種不互溶的溶劑兩種不互溶的溶劑三元體系：原料液中含有兩個(gè)組分，溶劑為單溶劑三元體系：原料液中含有兩個(gè)組分，溶劑為單溶劑按有無化學(xué)反應(yīng)分按有無化學(xué)反應(yīng)分物理萃取：萃取過程中，萃取劑與原料液中的有物理萃取：萃取過程中，萃取劑與原料液中的有關(guān)組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)關(guān)組分不發(fā)生化學(xué)反

14、應(yīng)化學(xué)萃取化學(xué)萃取本章主要討論三元體系的物理萃取。本章主要討論三元體系的物理萃取。（3 3） 原料液中需分離的組分是熱敏性物質(zhì)。原料液中需分離的組分是熱敏性物質(zhì)。這種物料蒸餾時(shí)易于分這種物料蒸餾時(shí)易于分解、聚合或發(fā)生其它變化。解、聚合或發(fā)生其它變化。 （4 4）高沸點(diǎn)有機(jī)物的分離。）高沸點(diǎn)有機(jī)物的分離。用萃取方法代替技術(shù)很高的真空蒸餾、分用萃取方法代替技術(shù)很高的真空蒸餾、分子蒸餾，可降低能量消耗。子蒸餾，可降低能量消耗。（1 1） 原料液中各組分間的相對(duì)揮發(fā)度接近于原料液中各組分間的相對(duì)揮發(fā)度接近于1 1或形成恒沸物。或形成恒沸物。若采用若采用蒸餾方法不能分離或很不經(jīng)濟(jì)；蒸餾方法不能分離或很不

15、經(jīng)濟(jì)；（2 2）原料液中需分離的組分含量很低且為難揮發(fā)組分。）原料液中需分離的組分含量很低且為難揮發(fā)組分。若采用蒸餾方若采用蒸餾方法須將大量稀釋劑汽化，能耗較大；法須將大量稀釋劑汽化，能耗較大； 一般地，在下列情況下采用萃取方法更為有利。一般地，在下列情況下采用萃取方法更為有利。4、萃取操作的應(yīng)用、萃取操作的應(yīng)用 第二節(jié)第二節(jié) 萃取操作的基本原理萃取操作的基本原理一、組成的表示方法一、組成的表示方法1 1、三角形坐標(biāo)圖、三角形坐標(biāo)圖 如圖所示，如圖所示，其中以等腰直角其中以等腰直角三角形坐標(biāo)圖最三角形坐標(biāo)圖最為常用。為常用。等邊三角形坐標(biāo)圖等邊三角形坐標(biāo)圖非等腰直角三角形坐標(biāo)圖非等腰直角三角形

16、坐標(biāo)圖等腰直角三角形坐標(biāo)圖等腰直角三角形坐標(biāo)圖 三角形坐標(biāo)圖通常三角形坐標(biāo)圖通常說明 在三角形坐標(biāo)圖中，在三角形坐標(biāo)圖中，ABAB邊以邊以A A的的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為標(biāo)度為標(biāo)度，BSBS邊以邊以B B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為標(biāo)度，的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為標(biāo)度，SASA邊以邊以S S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為標(biāo)度。的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為標(biāo)度。 頂點(diǎn)分別代表一個(gè)純組分頂點(diǎn)分別代表一個(gè)純組分，即頂點(diǎn)，即頂點(diǎn)A A表示純表示純?nèi)苜|(zhì)溶質(zhì)A A，頂點(diǎn)頂點(diǎn)B B表示純?cè)軇ㄏ♂寗┍硎炯冊(cè)軇ㄏ♂寗〣 B，頂點(diǎn)頂點(diǎn)S S表示純萃取劑表示純萃取劑S S。 任意邊上的任一點(diǎn)代表一個(gè)二元混合物系，任意邊上的任一點(diǎn)代表一個(gè)二元混合物系，第三組分

17、的組成為零。第三組分的組成為零。例如例如ABAB邊上的邊上的E E點(diǎn)，表示由點(diǎn)，表示由A A、B B組成的二元混合物系，由圖可讀得：組成的二元混合物系，由圖可讀得：A A的組成為的組成為0.400.40，則，則B B的組成為（的組成為（1.00.401.00.40）= 0.60= 0.60，S S的組成為零。的組成為零。 三角形坐標(biāo)圖內(nèi)任一點(diǎn)代表一個(gè)三元混三角形坐標(biāo)圖內(nèi)任一點(diǎn)代表一個(gè)三元混合物系。合物系。例如例如M M點(diǎn)即表示由點(diǎn)即表示由A A、B B、S S三個(gè)三個(gè)組分組成的混合物系。其組成可按下法組分組成的混合物系。其組成可按下法確定：過物系點(diǎn)確定：過物系點(diǎn)M M分別作對(duì)邊的平行線分別作對(duì)

18、邊的平行線EDED、HGHG、KFKF，則由點(diǎn)則由點(diǎn)E E、G G、K K可直接讀得可直接讀得A A、B B、S S的組成分別為：的組成分別為：x xA A=0.4=0.4、x xB B=0.3=0.3、x xS S=0.3=0.3； 在諸三角形坐標(biāo)圖中，等腰直角三角形在諸三角形坐標(biāo)圖中，等腰直角三角形坐標(biāo)圖可直接在普通直角坐標(biāo)紙上進(jìn)行坐標(biāo)圖可直接在普通直角坐標(biāo)紙上進(jìn)行標(biāo)繪，且讀數(shù)較為方便，故目前多采用標(biāo)繪，且讀數(shù)較為方便，故目前多采用等腰直角三角形坐標(biāo)圖。等腰直角三角形坐標(biāo)圖。 2 2、杠桿原理、杠桿原理 數(shù)量關(guān)系：和點(diǎn)與差點(diǎn)的量之間的關(guān)系符合杠桿原理，即數(shù)量關(guān)系：和點(diǎn)與差點(diǎn)的量之間的關(guān)系符

19、合杠桿原理，即AAAAMRAAAAMEAAAAREyxyzREMEmmyxzxREMRmmyzzxMEMRmm 根據(jù)杠桿規(guī)則，若已知兩個(gè)差點(diǎn)，則可確定和點(diǎn)；若已知和點(diǎn)和根據(jù)杠桿規(guī)則，若已知兩個(gè)差點(diǎn)，則可確定和點(diǎn)；若已知和點(diǎn)和一個(gè)差點(diǎn)，則可確定另一個(gè)差點(diǎn)。一個(gè)差點(diǎn)，則可確定另一個(gè)差點(diǎn)。根據(jù)萃取操作中各組分的互溶性，可將三元物系分為以下三種情況：根據(jù)萃取操作中各組分的互溶性，可將三元物系分為以下三種情況： 溶質(zhì)溶質(zhì)A A可完全溶于可完全溶于B B及及S S，但，但B B與與S S不互溶；不互溶； 溶質(zhì)溶質(zhì)A A可完全溶于可完全溶于B B及及S S，但，但B B與與S S部分互溶；部分互溶； 溶質(zhì)溶

20、質(zhì)A A可完全溶于可完全溶于B B，但，但A A與與S S及及B B與與S S部分互溶。部分互溶。 習(xí)慣上，將、兩種情況的物系稱為習(xí)慣上，將、兩種情況的物系稱為第第類物系，類物系，而將而將情況的物系稱為情況的物系稱為第第類物系。類物系。 在萃取操作中，第在萃取操作中，第類物系較為常見，以下主要討論這類物類物系較為常見，以下主要討論這類物系的相平衡關(guān)系。系的相平衡關(guān)系。二、液二、液-液相平衡關(guān)系在三角形相圖上的表示液相平衡關(guān)系在三角形相圖上的表示（1 1） B B與與S S部分互溶時(shí)部分互溶時(shí)溶解度曲線以內(nèi)的區(qū)域?yàn)槿芙舛惹€以內(nèi)的區(qū)域?yàn)閮上鄡上鄥^(qū)區(qū)，以外的區(qū)域?yàn)椋酝獾膮^(qū)域?yàn)榫鄥^(qū)均相區(qū)。萃取操

21、作只萃取操作只能在兩相區(qū)內(nèi)能在兩相區(qū)內(nèi)進(jìn)行進(jìn)行 A B S B、S 部分互溶時(shí) R(B層層) E(S 層層)B多多S少少S多多B少少P臨界混溶點(diǎn)（褶點(diǎn)）A+A+A溶溶解解度度曲曲線線MRE輔助線共軛線（聯(lián)結(jié)線）1.1.萃取過程中的相平衡關(guān)系萃取過程中的相平衡關(guān)系三、影響萃取操作的主要因素三、影響萃取操作的主要因素 1 1、萃取劑的選擇、萃取劑的選擇 影響萃取操作的主要因素有物系的性質(zhì)、設(shè)備的結(jié)構(gòu)及操作條影響萃取操作的主要因素有物系的性質(zhì)、設(shè)備的結(jié)構(gòu)及操作條件三方面。前已介紹過操作條件及塔設(shè)備的影響，現(xiàn)介紹其它方面。件三方面。前已介紹過操作條件及塔設(shè)備的影響，現(xiàn)介紹其它方面。（1 1）萃取劑的選

22、擇性）萃取劑的選擇性（2）萃取劑）萃取劑S與稀釋劑與稀釋劑B的互溶度的互溶度（3）萃取劑的可回收性）萃取劑的可回收性（4）萃取劑的物理、化學(xué)性質(zhì)：）萃取劑的物理、化學(xué)性質(zhì)：密度、界面張力、黏度、化學(xué)性質(zhì)與其它密度、界面張力、黏度、化學(xué)性質(zhì)與其它2 2、萃取操作的溫度、萃取操作的溫度3 3、萃取劑的用量、萃取劑的用量4 4、萃取塔的操作、萃取塔的操作 通常物系的通常物系的溫度升高溫度升高，溶質(zhì)在溶劑中的，溶質(zhì)在溶劑中的溶解度增大溶解度增大，反之減小。溫度升高，反之減小。溫度升高，分層區(qū)面積減小，不利于萃取分離的進(jìn)行。分層區(qū)面積減小，不利于萃取分離的進(jìn)行。 若原料液與萃取劑在混合器中充分接觸進(jìn)行傳

23、質(zhì)，然后分層得到若原料液與萃取劑在混合器中充分接觸進(jìn)行傳質(zhì)，然后分層得到互成平衡的萃取相互成平衡的萃取相E E和萃余相和萃余相R R，這樣的過程就成為一個(gè)理論級(jí)。，這樣的過程就成為一個(gè)理論級(jí)。理論級(jí)：理論級(jí)：工業(yè)上的萃取流程有工業(yè)上的萃取流程有單級(jí)萃取單級(jí)萃取多級(jí)逆流萃取多級(jí)逆流萃取多級(jí)錯(cuò)流萃取多級(jí)錯(cuò)流萃取第二節(jié)第二節(jié) 單級(jí)萃取過程的圖解計(jì)算單級(jí)萃取過程的圖解計(jì)算多級(jí)錯(cuò)流萃取多級(jí)錯(cuò)流萃取二、多級(jí)萃取流程二、多級(jí)萃取流程 多級(jí)逆流萃取流程多級(jí)逆流萃取流程第三節(jié)第三節(jié) 萃取設(shè)備萃取設(shè)備一、萃取設(shè)備的要求和分類一、萃取設(shè)備的要求和分類1.基本要求基本要求傳質(zhì)面積大傳質(zhì)面積大 相對(duì)流動(dòng)快相對(duì)流動(dòng)快2.

24、分類分類按兩相的接觸方式分按兩相的接觸方式分逐級(jí)接觸式萃取設(shè)備逐級(jí)接觸式萃取設(shè)備微分接觸式萃取設(shè)備微分接觸式萃取設(shè)備微分接觸式萃取設(shè)備微分接觸式萃取設(shè)備無外加能量萃取設(shè)備無外加能量萃取設(shè)備有外加能量萃取設(shè)備有外加能量萃取設(shè)備根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和形狀分根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和形狀分組件式萃取設(shè)備組件式萃取設(shè)備塔式萃取設(shè)備塔式萃取設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：處理量大，級(jí)效率高。處理量大，級(jí)效率高。結(jié)構(gòu)簡單，容易放大和結(jié)構(gòu)簡單，容易放大和 操作。操作。運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠。易實(shí)現(xiàn)多級(jí)連續(xù)操作。易實(shí)現(xiàn)多級(jí)連續(xù)操作。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：占地面積大。占地面積大。由于動(dòng)力攪拌裝置及級(jí)間的由于動(dòng)力攪拌裝置及級(jí)間的物料輸送設(shè)備，

25、設(shè)備費(fèi)及操作物料輸送設(shè)備，設(shè)備費(fèi)及操作費(fèi)較高。費(fèi)較高。二、萃取設(shè)備的主要類型二、萃取設(shè)備的主要類型三級(jí)逆流混合三級(jí)逆流混合- -澄清萃取設(shè)備澄清萃取設(shè)備2.2.萃取塔萃取塔（1 1）噴灑塔噴灑塔優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單，塔體內(nèi)除各流股物結(jié)構(gòu)簡單，塔體內(nèi)除各流股物料進(jìn)出的連接管和分散裝置外，別料進(jìn)出的連接管和分散裝置外，別無其它內(nèi)部構(gòu)件。無其它內(nèi)部構(gòu)件。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：軸向返混嚴(yán)重，傳質(zhì)效率極低。軸向返混嚴(yán)重，傳質(zhì)效率極低。適于僅需一、二個(gè)理論級(jí)的場合。適于僅需一、二個(gè)理論級(jí)的場合。（2 2）填料萃取塔）填料萃取塔 填料萃取塔的結(jié)構(gòu)與氣填料萃取塔的結(jié)構(gòu)與氣- -液傳質(zhì)液傳質(zhì)過程所用填料塔結(jié)構(gòu)一樣。過程

26、所用填料塔結(jié)構(gòu)一樣。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。適用于處理腐蝕性物料。適用于處理腐蝕性物料。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：傳質(zhì)效率低。傳質(zhì)效率低。不適合處理有固體懸浮物的料液不適合處理有固體懸浮物的料液適于適于理論級(jí)小于理論級(jí)小于3 3，處理量較小的場合。，處理量較小的場合。（3 3）篩板萃取塔）篩板萃取塔優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：表面更新好。表面更新好。限制了軸向的返混。限制了軸向的返混。塔結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉。塔結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 級(jí)效率不太高級(jí)效率不太高適于適于所需理論級(jí)數(shù)較少、處理量較大，所需理論級(jí)數(shù)較少、處理量較大，而且物系具有腐蝕性的場合。而且物系具有腐蝕性的場合。化化學(xué)學(xué)反反

27、應(yīng)應(yīng)工工程程學(xué)學(xué)第一章第一章 緒論緒論第二章第二章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第三章第三章 均相反應(yīng)過程均相反應(yīng)過程第四章第四章 非等溫過程與熱量傳遞非等溫過程與熱量傳遞第五章第五章 非理想流動(dòng)非理想流動(dòng)第六章第六章 氣固催化反應(yīng)過程氣固催化反應(yīng)過程* *第七章第七章 其它非均相反應(yīng)器其它非均相反應(yīng)器* *第八章第八章 生化反應(yīng)工程基礎(chǔ)生化反應(yīng)工程基礎(chǔ)第三章 化工操作-反應(yīng)基礎(chǔ)u一、反應(yīng)過程分類：由于化學(xué)反應(yīng)種類多，形式多樣，一、反應(yīng)過程分類：由于化學(xué)反應(yīng)種類多，形式多樣，根據(jù)反應(yīng)的不同特性進(jìn)行分類：根據(jù)反應(yīng)的不同特性進(jìn)行分類： 見下表：見下表：u二、反應(yīng)器的分類二、反應(yīng)器的分類 由于反應(yīng)種

28、類繁多、形態(tài)各異，那么反應(yīng)器的種類也由于反應(yīng)種類繁多、形態(tài)各異，那么反應(yīng)器的種類也是多種多樣的。見下表：是多種多樣的。見下表：第一節(jié)第一節(jié) 反應(yīng)過程和反應(yīng)器的分類反應(yīng)過程和反應(yīng)器的分類分類特征分類特征反應(yīng)過程類型反應(yīng)過程類型1、反應(yīng)特征、反應(yīng)特征1、簡單反應(yīng)；、簡單反應(yīng)；2、復(fù)雜反應(yīng)（平行、串聯(lián)、混合反應(yīng)）、復(fù)雜反應(yīng)（平行、串聯(lián)、混合反應(yīng)）2、熱力學(xué)特征、熱力學(xué)特征不可逆反應(yīng)（放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)）不可逆反應(yīng)（放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)）可逆反應(yīng)（放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)）恒容反應(yīng)、變?nèi)莘磻?yīng)可逆反應(yīng)（放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)）恒容反應(yīng)、變?nèi)莘磻?yīng)3、相態(tài)特征、相態(tài)特征均相反應(yīng)（氣相、液相等）均相反應(yīng)（氣相、液相等）非

29、均相反應(yīng)（氣非均相反應(yīng)（氣-液、氣液、氣-固、氣固、氣-液液-固等）固等）4、時(shí)間特征、時(shí)間特征1、穩(wěn)態(tài)、穩(wěn)態(tài)2、非穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)5、反應(yīng)床特征、反應(yīng)床特征1、容積反應(yīng)過程，在一定容積中發(fā)生，如均相反應(yīng)等；、容積反應(yīng)過程，在一定容積中發(fā)生，如均相反應(yīng)等；2、表面反應(yīng)過程，如催化反應(yīng)、表面反應(yīng)過程，如催化反應(yīng)6、控制步驟、控制步驟1、化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制；、化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制；2、外擴(kuò)散控制；、外擴(kuò)散控制；3、內(nèi)擴(kuò)散控制；、內(nèi)擴(kuò)散控制；4、吸附或脫附控制。、吸附或脫附控制。管式釜式GGLGL板式塔LLGG填料塔GLL鼓泡塔LGGL噴霧塔列管式固定床GGGG流化床GGSS移動(dòng)床LGGL滴流床分類特征分類特征反

30、應(yīng)器分類反應(yīng)器分類1 1、操作特征、操作特征間歇式（封閉體系）半連續(xù)式（流動(dòng)體系）連續(xù)式（流間歇式（封閉體系）半連續(xù)式（流動(dòng)體系）連續(xù)式（流動(dòng)體系）動(dòng)體系）2 2、結(jié)構(gòu)特征、結(jié)構(gòu)特征釜式管式鼓泡塔式固定床流化床移動(dòng)床釜式管式鼓泡塔式固定床流化床移動(dòng)床迴迴轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)筒式噴嘴式螺旋壓擠式式噴嘴式螺旋壓擠式3 3、催化劑運(yùn)動(dòng)、催化劑運(yùn)動(dòng)狀況狀況固定床式移動(dòng)床式流化床式固定床式移動(dòng)床式流化床式4 4、換熱狀況、換熱狀況絕熱式內(nèi)部換熱式中間換熱式絕熱式內(nèi)部換熱式中間換熱式5 5、時(shí)間特征、時(shí)間特征穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)6 6、相態(tài)特征、相態(tài)特征均相：氣相（管式）、液相（釜式）；非均相：氣均相：氣相（管式）、液

31、相（釜式）；非均相：氣-液（釜式液（釜式、塔式）液、塔式）液-液（釜式、塔式），氣液（釜式、塔式），氣-固（固定床、流化床、移固（固定床、流化床、移動(dòng)床），液動(dòng)床），液-固（釜式、塔式等）固固（釜式、塔式等）固-固（固（迴迴轉(zhuǎn)式），氣轉(zhuǎn)式），氣-液液-固固（固定床、流化床）（固定床、流化床）u 根據(jù)反應(yīng)組分的進(jìn)、出料的方式，將反應(yīng)器操作分根據(jù)反應(yīng)組分的進(jìn)、出料的方式，將反應(yīng)器操作分為間歇操作、連續(xù)操作和半連續(xù)操作三種方式。為間歇操作、連續(xù)操作和半連續(xù)操作三種方式。第二節(jié)第二節(jié) 操作方式操作方式 氣半連續(xù) 氣 氣 氣 流動(dòng)系統(tǒng) 氣連續(xù) 液 氣 液 流動(dòng)系統(tǒng) 間歇 封閉系統(tǒng) 第三節(jié)第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)

32、的轉(zhuǎn)化率和收率化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和收率u 化學(xué)反應(yīng)可以分為簡單反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)兩類：化學(xué)反應(yīng)可以分為簡單反應(yīng)和復(fù)雜反應(yīng)兩類：u簡單反應(yīng)簡單反應(yīng)（單一）：是由一個(gè)反應(yīng)方程式所描述的反應(yīng)（單一）：是由一個(gè)反應(yīng)方程式所描述的反應(yīng)；反應(yīng)只有一個(gè)過程。；反應(yīng)只有一個(gè)過程。u復(fù)雜反應(yīng)復(fù)雜反應(yīng)（復(fù)合）：是由二個(gè)及以上反應(yīng)方程式描述的（復(fù)合）：是由二個(gè)及以上反應(yīng)方程式描述的反應(yīng)；又可以分為反應(yīng)；又可以分為平行反應(yīng)、連串反應(yīng)和并列反應(yīng)平行反應(yīng)、連串反應(yīng)和并列反應(yīng)等。等。u一、反應(yīng)進(jìn)度一、反應(yīng)進(jìn)度u 化學(xué)反應(yīng)中任一組分的反應(yīng)量與其化學(xué)計(jì)量系數(shù)之化學(xué)反應(yīng)中任一組分的反應(yīng)量與其化學(xué)計(jì)量系數(shù)之稱為反應(yīng)進(jìn)度稱為反應(yīng)進(jìn)度。22

33、313gg(g). 122NHNH以合成氨為例： （ ）（ ）（）223g3g2(g). 2NHNH或： （ ）（ ）（）0BnnBB-=2000(N )nnnnnn213222233（N ）（H ）（H ）（NH ）（NH ）以（ ）式為例：反應(yīng)進(jìn)度：反應(yīng)進(jìn)度：2000(N )nn,nn3 ,nn222233（N ）（H ）（H ）（NH ）（NH ）或者寫成：化學(xué)計(jì)量系數(shù)：化學(xué)計(jì)量系數(shù)：i i對(duì)反應(yīng)物定義為對(duì)反應(yīng)物定義為“-”-”，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物定義為，對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物定義為“+”+”，則，則0 0。 應(yīng)用反應(yīng)進(jìn)度應(yīng)用反應(yīng)進(jìn)度便可描述一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行程度。便可描述一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行程度。已知已知便

34、能計(jì)算出各反應(yīng)組分的反應(yīng)變化量。便能計(jì)算出各反應(yīng)組分的反應(yīng)變化量。u二、轉(zhuǎn)化率二、轉(zhuǎn)化率X：參加反應(yīng)的某一物質(zhì)消耗的百分率。：參加反應(yīng)的某一物質(zhì)消耗的百分率。或：轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物和副產(chǎn)物的量占進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)物或：轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物和副產(chǎn)物的量占進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)物量的分?jǐn)?shù)。量的分?jǐn)?shù)。轉(zhuǎn)化率：轉(zhuǎn)化率： X=某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量該反應(yīng)物的原始量該反應(yīng)物的原始量=n nA0A0-n-nA An nA0A0 轉(zhuǎn)化率是針對(duì)反應(yīng)物而言的，收率是針對(duì)產(chǎn)物而轉(zhuǎn)化率是針對(duì)反應(yīng)物而言的，收率是針對(duì)產(chǎn)物而言的，而只有在復(fù)合反應(yīng)中才要考慮選擇性。言的，而只有在復(fù)合反應(yīng)中才要考慮選擇性。反應(yīng)器反應(yīng)器循環(huán)流循環(huán)

35、流新鮮物料新鮮物料出料循環(huán)反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)器此時(shí)所考慮的轉(zhuǎn)化率有兩種情況：此時(shí)所考慮的轉(zhuǎn)化率有兩種情況：單程轉(zhuǎn)化率：以進(jìn)口物料為基準(zhǔn)所計(jì)算的轉(zhuǎn)化率；單程轉(zhuǎn)化率：以進(jìn)口物料為基準(zhǔn)所計(jì)算的轉(zhuǎn)化率；全程轉(zhuǎn)化率：以新鮮原料為基準(zhǔn)所計(jì)算的轉(zhuǎn)化率。全程轉(zhuǎn)化率：以新鮮原料為基準(zhǔn)所計(jì)算的轉(zhuǎn)化率。 因?yàn)檠h(huán)提高了反應(yīng)物料的轉(zhuǎn)化率，所以全程轉(zhuǎn)化率大于單程因?yàn)檠h(huán)提高了反應(yīng)物料的轉(zhuǎn)化率，所以全程轉(zhuǎn)化率大于單程轉(zhuǎn)化率。轉(zhuǎn)化率。u三、收率三、收率Y Y與選擇性與選擇性S Su1 1、收率、收率Y Y：轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的反應(yīng)關(guān)鍵組分的量占進(jìn)入轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的反應(yīng)關(guān)鍵組分的量占進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)物量的分?jǐn)?shù)。反應(yīng)器的反應(yīng)物量的分?jǐn)?shù)

36、。收率：收率：Y=生成反應(yīng)產(chǎn)物所消耗的關(guān)鍵組分量生成反應(yīng)產(chǎn)物所消耗的關(guān)鍵組分量關(guān)鍵組分的起始量關(guān)鍵組分的起始量= =ARn nR R-n-nR0R0n nAOAO 收率表示了原料的有效利用程度，收率表示了原料的有效利用程度，Y越大說明原料的關(guān)鍵組分有越大說明原料的關(guān)鍵組分有效利用程度高，也即相同條件下，目的產(chǎn)物多。收率的大小不僅與效利用程度高，也即相同條件下，目的產(chǎn)物多。收率的大小不僅與反應(yīng)物本性有關(guān)，還與反應(yīng)器型式以及操作方式有關(guān)。反應(yīng)物本性有關(guān)，還與反應(yīng)器型式以及操作方式有關(guān)。u2、選擇性、選擇性Su 生成目的產(chǎn)物消耗關(guān)鍵組分的量占已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分生成目的產(chǎn)物消耗關(guān)鍵組分的量占已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵

37、組分量的分?jǐn)?shù)。量的分?jǐn)?shù)。選擇性：選擇性：S=S=生成目的產(chǎn)物所消耗的關(guān)鍵組分量生成目的產(chǎn)物所消耗的關(guān)鍵組分量已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分量已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分量=A AR Rn nR R-n-nR0R0nA0-nA公式中：公式中：n nA0A0、 n nB0B0為反應(yīng)物初始濃度；為反應(yīng)物初始濃度；n nA A、n nB B、n nR R為物系為物系的瞬時(shí)濃度。的瞬時(shí)濃度。X=某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量該反應(yīng)物的原始量該反應(yīng)物的原始量選擇性：選擇性：S=S=生成目的產(chǎn)物所消耗的關(guān)鍵組分量生成目的產(chǎn)物所消耗的關(guān)鍵組分量已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分量已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分量收率：收率：Y=生成反應(yīng)產(chǎn)物所消耗的關(guān)鍵組分量生成

38、反應(yīng)產(chǎn)物所消耗的關(guān)鍵組分量關(guān)鍵組分的起始量關(guān)鍵組分的起始量轉(zhuǎn)化率：轉(zhuǎn)化率：YS.X 三者之間的關(guān)系三者之間的關(guān)系u注意：對(duì)于帶有反應(yīng)物循環(huán)的反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行物料計(jì)算時(shí)注意：對(duì)于帶有反應(yīng)物循環(huán)的反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行物料計(jì)算時(shí)，引入單程轉(zhuǎn)化率和全程轉(zhuǎn)化率的概念。，引入單程轉(zhuǎn)化率和全程轉(zhuǎn)化率的概念。u單程轉(zhuǎn)化率：以新鮮氣體和循環(huán)氣體的混合物作為計(jì)算單程轉(zhuǎn)化率：以新鮮氣體和循環(huán)氣體的混合物作為計(jì)算基準(zhǔn)，則稱為單程轉(zhuǎn)化率。基準(zhǔn)，則稱為單程轉(zhuǎn)化率。u只以新鮮反應(yīng)物為計(jì)算基準(zhǔn)，則稱全程轉(zhuǎn)化率（總轉(zhuǎn)化只以新鮮反應(yīng)物為計(jì)算基準(zhǔn)，則稱全程轉(zhuǎn)化率（總轉(zhuǎn)化率）。一般全程轉(zhuǎn)化率大于單程轉(zhuǎn)化率；全程收率大于率）。一般全程轉(zhuǎn)化率大于單

39、程轉(zhuǎn)化率；全程收率大于單程收率。單程收率。u如：反應(yīng) A+BR新鮮氣反應(yīng)器分離器產(chǎn)物循環(huán)氣MNPQ單程轉(zhuǎn)化率（NP兩點(diǎn)間）xA=組分A的轉(zhuǎn)化量新鮮氣和循環(huán)氣中組分A的量全程轉(zhuǎn)化率（MQ兩點(diǎn)間）X XA A= =組分A的轉(zhuǎn)化量新鮮氣中組分A的量u例題例題1 1：合成聚乙烯所用的單體氯乙烯，多是由乙炔和：合成聚乙烯所用的單體氯乙烯，多是由乙炔和氯化氫以氯化汞為催化劑合成得到，反應(yīng)式為：氯化氫以氯化汞為催化劑合成得到，反應(yīng)式為：u C C2 2H H2 2+HClCH+HClCH2 2=CHCl=CHCl 由于乙炔價(jià)格高于氯化氫，通常使用的原料混合氣中氯由于乙炔價(jià)格高于氯化氫，通常使用的原料混合氣中

40、氯化氫是過量的，設(shè)其過量化氫是過量的，設(shè)其過量10%10%。若反應(yīng)器出口氣體中氯。若反應(yīng)器出口氣體中氯乙烯含量為乙烯含量為90%90%（摩爾分?jǐn)?shù)），試分別計(jì)算乙炔的轉(zhuǎn)化（摩爾分?jǐn)?shù)），試分別計(jì)算乙炔的轉(zhuǎn)化率和氯化氫的轉(zhuǎn)化率。率和氯化氫的轉(zhuǎn)化率。u解：氯化氫與乙炔的化學(xué)計(jì)量系數(shù)比為解：氯化氫與乙炔的化學(xué)計(jì)量系數(shù)比為1 1，但由于氯化，但由于氯化氫是過量氫是過量10%10%，因此原料氣中乙炔與氯化氫的物質(zhì)的量，因此原料氣中乙炔與氯化氫的物質(zhì)的量比為比為1:1.11:1.1。當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的乙炔為。當(dāng)進(jìn)入反應(yīng)器的乙炔為1mol1mol時(shí)，設(shè)反應(yīng)了時(shí)，設(shè)反應(yīng)了xmolxmol，u則：則：組成反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口C2H211-xHCl1.11.1-xCH2=CHCl0 x總計(jì)2.12.1-xu題目給出的反應(yīng)器出口中氯乙烯含量為題目給出的反應(yīng)器出口中氯乙烯含量為90%90%，則：，則：由轉(zhuǎn)化率定義可知：由轉(zhuǎn)化率定義可知：x2.1-x= =0.9解之得：解之得：x=0.9947mol由于以由于以1mol1mol乙炔為計(jì)算基準(zhǔn)