化工传质与分离技术(李爱红)

本书包括液体蒸馏分离技术、气体吸收分离技术、液液萃取分离技术、吸附分离技术、膜分离技术和非均相混合物分离技术六个项目。每个项目以化工分离中的典型工作任务为主线，按照认知规律和企业对新员工的培训流程，分解成原理分析、流程确定、设备选择、工艺参数计算与分析、过程操作与控制等子任务。子任务以“任务描述知识准备任务实施思考与实践”的方式指引学习过程。为了使读者更直观、清晰地理解各分离技术中的主要过程与设备，书中以二维码的形式配套了相应动画资源。 本教材与《流体输送与传热技术》配套使用。可供应用化工技术、现代精细化工技术、现代分析测试技术及相关专业的职业本科院校(或专业)的师生使用，也可供化工及相关专业的应用型本科、高职专科学生和在化工、材料、制药、环境等领域从事生产操作、技术管理、工程设计等岗位工作的工程技术人员参考。

李爱红，博士，副教授。全国石油和化工职业教育教学指导委员会委员，河北石油职业技术大学学术委员会委员，学校应用化工技术（职教本科）和石油化工技术（专科）专业负责人，河北省高 级双师型教师。 主讲化工单元操作、有机化工生产技术、换热器设计等理论与实践课程；参与建设了化工单元操作、反应器操作与控制等省级精品课程；负责建设了化工单元操作校级课程思政示范课。负责了教育部学生司就业育人供需对接项目2项和河北省产业导师国培项目1项。主持或主研国家、省、市级科研项目5项，发表论文40余篇，其中包括AIChE J、CES、JCLP等化学工程或清洁生产领域知名期刊10余篇。指导学生参加2023年河北省化工生产技术大赛获一等奖。

绪论 1 一、传质与分离在化工生产中的应用 1 二、化工分离技术 1 三、分离技术的选择原则 3 四、课程目标与学法指导 4 项目一液体蒸馏分离技术 6 项目情境 6 项目导言 8 任务一蒸馏分离原理的分析 9 【任务描述】 9 【知识准备】 9 一、双组分理想溶液的气液相平衡 9 二、双组分非理想溶液的气液相平衡 14 三、简单蒸馏与平衡蒸馏 15 四、精馏原理 16 【任务实施】 18 思考与实践 18 任务二精馏装置流程的确定 18 【任务描述】 18 【知识准备】 19 一、连续精馏装置流程 19 二、考虑节能的连续精馏装置流程 19 【任务实施】 21 思考与实践 21 任务三精馏设备的选择 22 【任务描述】 22 【知识准备】 22 一、板式塔的流体力学性能 22 二、塔板结构 24 三、塔板类型的选择 26 【任务实施】 30 思考与实践 31 任务四精馏操作参数的计算与分析 31 【任务描述】 31 【知识准备】 31 一、产品产量和组成的计算与分析 31 二、精馏塔尺寸的计算 33 三、回流比的影响和选择 43 四、精馏系统的热量衡算 45 五、精馏的操作型计算与分析 46 【任务实施】 49 思考与实践 53 任务五精馏过程的操作与控制 53 【任务描述】 53 【知识准备】 54 一、精馏开停车操作 54 二、精馏过程的调节与控制 56 三、精馏过程中的常见异常现象及处理 60 思考与实践 61 任务六特殊精馏问题的解决 62 【任务描述】 62 【知识准备】 62 一、几种特殊情形的精馏流程调整 62 二、恒沸精馏 63 三、萃取精馏 64 四、反应精馏 65 【任务实施】 67 思考与实践 68 本项目小结 70 习题 71 符号说明 74 项目二气体吸收分离技术 76 项目情境 76 项目导言 77 任务一吸收分离原理的分析 79 【任务描述】 79 【知识准备】 79 一、吸收剂的选择 79 二、吸收过程的相平衡关系及应用 79 【任务实施】 84 思考与实践 85 任务二吸收装置流程的确定 85 【任务描述】 85 【知识准备】 85 一、吸收解吸联合流程 85 二、部分吸收剂循环流程 87 三、多塔串/并联吸收流程 87 【任务实施】 88 思考与实践 88 任务三吸收设备的选择 89 【任务描述】 89 【知识准备】 89 一、填料塔的结构 89 二、填料类型的选择 93 三、填料塔的流体力学性能 96 【任务实施】 98 思考与实践 98 任务四吸收过程的强化 99 【任务描述】 99 【知识准备】 99 一、吸收机理分析 99 二、吸收速率方程 101 三、增大吸收速率的途径 103 【任务实施】 105 思考与实践 105 任务五吸收操作参数的计算与分析 105 【任务描述】 105 【知识准备】 106 一、吸收剂用量的确定 106 二、填料层高度的计算 109 三、填料塔直径的计算 113 四、吸收的操作型计算与分析 114 【任务实施】 116 思考与实践 118 任务六吸收过程的操作与控制 118 【任务描述】 118 【知识准备】 119 一、吸收开停车操作基本流程 119 二、吸收过程的调节与控制 120 三、吸收过程中的常见异常现象及处理 122 四、吸收过程操作与控制中的安全技术 122 【技术拓展】 123 一、高浓度气体吸收 123 二、化学吸收 123 思考与实践 124 本项目小结 126 习题 127 符号说明 130 项目三液液萃取分离技术 132 项目情境 132 项目导言 133 任务一萃取分离原理的分析 136 【任务描述】 136 【知识准备】 136 一、萃取过程相平衡的表示 136 二、萃取剂的选择 141 【任务实施】 143 思考与实践 143 任务二萃取设备的选择 143 【任务描述】 143 【知识准备】 144 一、萃取过程对设备的要求 144 二、萃取设备的主要类型 144 三、萃取设备的选择原则 153 【任务实施】 155 思考与实践 155 任务三萃取操作参数的计算与分析 155 【任务描述】 155 【知识准备】 156 一、单级萃取过程的计算 156 二、多级错流萃取的计算 159 三、多级逆流萃取的计算 163 【任务实施】 167 思考与实践 169 任务四萃取过程的操作与控制 170 【任务描述】 170 【知识准备】 170 一、萃取开停车操作基本流程 170 二、萃取过程的调节与控制 171 三、萃取过程中的常见异常现象及处理 172 四、萃取过程操作与控制中的安全技术 173 【技术拓展】 174 一、超临界流体萃取技术 174 二、双水相萃取技术 177 三、回流萃取技术 177 思考与实践 178 本项目小结 180 习题 181 符号说明 183 项目四吸附分离技术 185 项目情境 185 项目导言 186 任务一吸附分离原理的分析 188 【任务描述】 188 【知识准备】 188 一、吸附剂的选择 188 二、吸附平衡 190 三、吸附速率 192 四、吸附过程的影响因素分析 194 【任务实施】 195 思考与实践 195 任务二吸附设备与流程的选择 196 【任务描述】 196 【知识准备】 196 一、固定床吸附设备与流程 196 二、移动床吸附设备与流程 198 三、模拟移动床吸附设备与流程 199 四、搅拌槽 202 【任务实施】 202 思考与实践 203 任务三固定床变压吸附装置的操作与控制 203 【任务描述】 203 【知识准备】 203 一、固定床变压吸附装置的开停车操作 203 二、固定床变压吸附过程的调节与控制 204 三、固定床吸附过程的常见异常现象及处理 207 四、吸附过程操作与控制中的安全技术 208 思考与实践 210 本项目小结 212 习题 213 符号说明 213 项目五膜分离技术 214 项目情境 214 项目导言 215 任务一膜材料与膜组件的选择 217 【任务描述】 217 【知识准备】 217 一、膜材料 217 二、膜组件 220 三、膜分离流程 222 四、膜污染及防治 223 【任务实施】 224 思考与实践 225 任务二膜分离过程分析 225 【任务描述】 225 【知识准备】 225 一、微滤与超滤 225 二、反渗透 228 三、电渗析 233 四、气体膜分离 236 五、渗透汽化 241 【任务实施】 244 思考与实践 244 任务三膜分离过程的操作与控制 245 【任务描述】 245 【知识准备】 246 一、膜分离的开停车操作基本流程 246 二、膜分离过程的调节与控制 247 三、膜分离过程中的常见异常现象及处理 247 四、膜分离过程操作与控制中的安全技术 248 思考与实践 249 本项目小结 251 习题 252 符号说明 252 项目六非均相混合物分离技术 254 项目情境 254 项目导言 255 任务一气固混合物分离的设备选择与参数计算 256 【任务描述】 256 【知识准备】 256 一、重力沉降设备选择与参数计算 256 二、离心沉降设备选择与参数计算 262 三、气固分离过程中的安全技术 271 【任务实施】 272 【技术拓展】 273 一、惯性除尘设备 273 二、湿法除尘设备 275 三、过滤除尘设备 275 四、静电除尘设备 277 思考与实践 278 任务二液固混合物分离的设备选择与参数计算 278 【任务描述】 278 【知识准备】 278 一、过滤原理的分析 278 二、过滤设备的选择与操作 284 三、液固分离过程中的安全技术 292 【任务实施】 293 【技术拓展】 294 一、沉降槽 294 二、旋液分离器 295 三、离心机 296 思考与实践 299 本项目小结 301 习题 302 符号说明 303 附录 306 一、一些二元物系的气液平衡数据 306 二、一些气体在水中的亨利系数 307 三、扩散系数 308 四、塔板结构参数标准 309 五、常用填料的特性参数 311 参考文献 313