1、第七章其他传质与分离过程 通过本章学习 了解结晶的基本概念 结晶过程的热力学与结晶过程的动力学 学习目的与要求 一 结晶单元操作及其特点 固体物质以晶体状态从溶液 熔融混合物或蒸气中析出的过程称为结晶 应用示例 氯化钾水 氯化钾 溶液结晶 间二氯苯对二氯苯 对二氯苯 熔融结晶 三聚氰胺尿素氨气 三聚氰胺 降华结晶 一 结晶单元操作及其特点 结晶过程的特点 适用于共沸物系 同分异构体物系以及热敏性物系的分离 操作温度低 能耗低 三废排放少 便于产品的包装 储存 运输和使用 二 结晶过程的分类 结晶过程 溶液结晶 熔融结晶 升华结晶 沉淀结晶 反应结晶 盐析结晶 喷射结晶 冰析结晶 三 晶体的概念
2、 1 晶体 在固体物质内部结构中的质点元 原子 离子或分子 作三维有序规则排列即形成晶体 NaCl晶体结构模型 2 晶格与晶系 各质点元 原子 离子或分子 间由于力的作用 在固定平衡位置振动 彼此之间保持一定的距离 称为晶格 晶体按其晶格结构分为不同晶系 四方晶系 立交晶系 立方晶系 三斜晶系 单斜晶系 六方晶系 三方晶系 三 晶体的概念 晶体的七种晶系 3 晶习 晶体的外部宏观形状称为晶习 晶习是产品质量的重要指标 影响晶习的因素 物料性质 结晶条件 物理环境 三 晶体的概念 四 结晶过程 结晶过程 成核 产生微小晶粒作为结晶的核心 晶核 晶体成长 晶核长大 宏观的晶体 溶液 结晶 晶浆 晶
3、体 溶液 过滤 晶体产品 母液 一 相平衡与溶解度 溶解度曲线 固体物质与其溶液相接触 溶液未饱和 固体溶解 溶液过饱和 固体析出 溶解速率 析出速率 溶液恰好达到饱和 液 固相平衡 某些无机盐在水中的溶解度曲线 温度升高溶解度增大 温度升高溶解度基本不变 正溶解度特性 温度升高溶解度减小 逆溶解度特性 变态点 含有超过饱和量溶质的溶液 结晶过程的推动力 过饱和度 过饱和溶液定义 过饱和度定义 过饱和溶液与相同温度下的饱和溶液的浓度之差 二 溶液的过饱和与介稳区 溶液的过饱和与超溶解度曲线 不稳区 介稳区 稳定区 冷却法 蒸发法 真空绝热蒸发法 冷却 蒸发法 超溶解度曲线 溶解度曲线 一 晶核
4、的形成 1 晶核产生 溶液中快速运动的溶质元素 原子 离子或分子 线体单元 相互碰撞 线体单元增长 晶胚 晶胚增长 晶核 晶胚分解 晶核直径 数十纳米至几微米 2 初级成核与二级成核 没有晶体存在的过饱和溶液中自发产生晶核的过程 初级成核 有晶体 晶种 存在过饱和溶液中产生晶核的过程 二级成核 初级成核速率 二级成核速率 超细粒子制造 初级成核 大粒子制造 二级成核 一 晶核的形成 晶体成长系指过饱和溶液中的溶质质点在过饱和度推动力作用下 向晶核或加入晶种运动并在其表面上层层有序排列 使晶核或晶种微粒不断长大的过程 二 晶体的成长 晶体成长 扩散过程 溶质质点以扩散方式由液相主体穿过靠近晶体表
5、面的静止液层转移至晶体表面 表面反应过程 到达晶体表面的溶质质点按一定排列方式嵌入晶面 使晶体长大并放出结晶热 传热过程 放出的结晶热传导至液相主体 二 晶体的成长 晶体成长示意图 晶体 正在成长晶面 溶液主体 液膜 扩散推动力 表面反应推动力 1 晶粒大小的影响 对个别物系 原晶粒的初始粒度越大 其成长速率越快 对多数物系 晶体的成长与原晶粒的初始粒度无关 低温结晶为表面反应控制 高温结晶为扩散控制 2 结晶温度的影响 三 影响晶体成长的因素 改变溶液的结构或溶液的平衡饱和浓度 改变晶体与溶液界面处液层的特性而影响溶质质点嵌入晶面 通过本身吸附在晶面上 而阻挡溶质质点嵌入晶面 3 杂质的影响
6、 三 影响晶体成长的因素 习题课 2 某化工厂现有一板式精馏塔 内装25层泡罩塔板 用来分离某二元混合液 已知原料液流量为100kmol h 组成为0 5 要求馏出液的组成为0 96 易挥发组成的回收率为96 操作条件下的平均相对挥发度为2 4 现场测得该板式塔的操作空塔气速为0 85m s 全塔效率为52 每层塔板的压降为0 85kPa 汽相平均密度为2 785kg m3 气液传质设备综合练习题 现因工艺要求 将该板式塔改为填料塔 以降低塔釜温度和提高处理量 拟采用350Y金属孔板波纹填料 已知该填料在操作条件下的等板高度为0 285m 单位高度填料层压降为0 35kPa m 气相动能因子为
7、1 8 试计算改为填料塔后 1 塔釜温度降低多少 2 塔处理量提高多少倍 注 设塔顶操作压力为常压 设再沸器内汽液两相处于平衡状态 易挥发组分的安托尼方程为 的单位为kPa 气液传质设备综合练习题 气液传质设备综合练习题 原工况 板式塔 气液传质设备综合练习题 新工况 填料塔 先进行物料衡算 解出 解出 解 气液传质设备综合练习题 分析 需求 1 求 气液传质设备综合练习题 采用板式塔 气液传质设备综合练习题 由 解得 气液传质设备综合练习题 由 板式塔 采用填料塔 需求 需求 气液传质设备综合练习题 解得 气液传质设备综合练习题 由 填料塔 2 求 气液传质设备综合练习题 对于规整填料 在直
8、径1 2m 长度6m的转筒干燥器中 常压下干燥温度24 湿含量0 037 湿基 下同 的湿物料 经干燥后 物料的温度60 湿含量0 002 干燥产品的流量1000kg h 干燥介质为温度25 相对湿度55 的新鲜空气 空气进 出干燥器的温度分别为85 和30 预热器中采用180kPa的饱和水蒸汽加热 预热器的热损失可忽略 已知25 水的饱和蒸汽压3168 4Pa 绝干料比 固体物料的干燥综合练习题 热容1 507kJ kg绝干料 干燥器外壁与空气的总传热系数35kJ m2 h 1 计算鼓风机的风量 2 计算加热蒸汽的消耗量 3 计算干燥系统的热效率 固体物料的干燥综合练习题 干燥器有热损失 非
9、等焓干燥过程 固体物料的干燥综合练习题 需求 kg kg绝干气 固体物料的干燥综合练习题 m3 kg绝干气 固体物料的干燥综合练习题 需求 kg kg绝干气 kg kg绝干料 kg kg绝干料 kg绝干料 h kg h 固体物料的干燥综合练习题 物料衡算 热量衡算 kJ kg绝干气 kJ kg绝干料 固体物料的干燥综合练习题 kJ kg绝干料 kJ h 固体物料的干燥综合练习题 联立 a b c 式 解得 kJ kg绝干气 kg kg绝干气 kg h 固体物料的干燥综合练习题 m3 h 2 求 需求 kJ kg绝干气 kJ h 固体物料的干燥综合练习题 查得180kPa饱和水蒸气的汽化热为 kJ kg kg h 3 求 固体物料的干燥综合练习题 kJ h
