前 环境的污染控制与治理技术中常常会采用分离过程,而且许多分离过程都在气态和液态 中进行,气态和液态物质也可以称为流体,今书把流体间的传质与分离过程认为是均相分离 技术,或称流体相分离技术,如吸收、解吸、精馏、萃取等单元操作。均相分离技术分离的 对象为流体混合物,在环境化工中的研究对象主要为废气或废水,而采用的分离剂也将是流 体,即气体或液体 社会的发展对环境造成了严重的污染,人们也在不断地反思,并将环境问题提到了程 ,通过几年的努力使自然环境得到了明显的改善。在这个过程中分离技术起到了举足轻 重的作用,如废水屮挥发性有机物、重金属的回收,废气中二氧化硫、硫化氮、氧化氮等的 脱除等,都要釆用分离技术使资源得到有效的回收利用,达到防治污染的的。 本书重点讨论流体相或均相间的传质与分离技术,并通过列举环境污染治理的大量实例 加深读者对均相分离技术的理解。本书的主要内容有均相分离技术中的传质原理、气液传 质吸收与汽提技术及应用、汽液传质-精馏技术及应用、液液传质-萃取技术及应用。本书的 出版对关心和从事环境污染治理的工作者将起到-定的参考作用 本书编写过程屮参考、引用了同行的文献资料,在此谨向他们致以诚挚的谢意。参加木 书编写的人员还有乇敏、张景涛、蔡滨、李志东、杨全、王文、缑泽明、金!东、翁下 友、张绢宁、于梦蛟、杨微、樊蓉。 随着新型技术的开发,坏境化技术也将不断发展,限于作者的知识水平,书中难免有 疏漏之处,希望专家同行和广大读者批评指正 编著者 2004年1月于清华大学
录 第1章均相分离技术中的传质原理…… 1.1均相分离技术……… 均相分离技术的概念 1.1.2均相分离技术的特点 1.2传质基本概念与原理… 1.2.1分子扩散传质 2,2对流传质理论 28 1.2.3相间传质与总传质系数 1.3气泡、液滴的流动与传质 50 1.3.1气泡、液滴的基本流动行为 …50 L.3.2液液两相流动和设备… L.3.3气液接触设备… 1.4污染物的扩散传质原理 1.41污染的扩歉方程…………… 1.4.2河流的污染与净化 1.5传质过程的应用实例…… 第2章气液传质吸收与汽提技术及应用 2.1吸收技术 2.2吸收装置的工艺设计… 2.2.1吸收过程的工艺设计 2.2填充吸收塔的设计 2.2.3板式吸收塔的设计 2.2.4反应吸收塔的设计 2.2.5吸收过程的热效应 3汽提技术 2.3.泡沫分离操作的简介 …126 2.3.2疏水性与浮选 127 2.3.3浮选系统中气泡的形成 127 2.3.4固体颗粒尺寸与浮选能力 2.3.5气泡·颗粒的聚集…… 浮选剂 2.3.7吸附平衡与吸附速度 129 2.3.8泡沬分离设备 129 2.3.9有浮选剂的设备计算 130 2.3.10无浮选剂的简单汽提过程的计算
2.4吸收技术的应用实例… 2.5汽提分离技术的应用实例… 第3章汽液传质精馏技术及应用 .1蒸馏的基本原理 …162 3.1.l汽液相平衡的分类 3.1.2汽液平衙关系的表达……… ……163 1.3筒单蒸馏 3.1,4精馏的基本原理 l65 .1.5多组分蒸馏过程的简介…… 3.1.6多组分精馏的经验计算方法-FUG方法 3.2精馏塔的设计… 3.2.1塔径计算· 176 2.2液泛的校验…… 3.2.3液沫夹带校核… l78 3.2.4液点的校核………………………… 3.2.5压降 79 3.2.6降液管内的停留时问 ……….179 3.2.7精馏塔设计步骤 180 3.3特殊馏简介 3.3.1萃取惰馏 3.3.2间歇精馏 181 3.3.3恒沸精馏 3.3.4加盐精馏 3.3.5水蒸气蒸馏 3.3.6反应蒸馏 ……183 3.3.7分子蒸馏 3.3.8精馏过桯模拟软件PKO)/Ⅱl …183 3.4精馏技术的应用实例 184 第4章液液传质萃取技术及应用…… 214 4.1萃取机理的分类 4.1.1简单分子萃取 …211 4.1.2中性溶剂络合萃取 4.!.3酸性络合萃取(或螯合萃取) 216 4.1.4离子缔合萃取 216 4.1.5协同莘取 1.2液液萃取过程的基本原理 2]7 1.2.1液液相平衡关系 1.2.2单级萃取过程的计算… 1.2.3多级萃取 4.2.4带回流的多级逆流萃取……… 230
4.3萃取设备 4.3.【萃取设备的简介… 4.3.2混合澄清槽的计算… 4.4萃取技术的开发 4.4.1溶剂选择… 4.4.2中试研究…… 242 4.4.3设备放大 4.1.4萃取技术的应用 24 5萃取技术的应用实例 主要参考文献
第1章均相分离技术中的传质原理 1.1均相分离技术 1.1.1均相分离技术的概念 生态环境中的每一种物质都有固态、液态和气态三种不同的相态。当机械力、温度或浓 度形成梯度时,均一相内或相间就会产生传递现象,例如浓度梯度就会产生质量传递。不同 相态之间的传质可以通过气-液、液液、气固、液固之间的扩散操作来实现。传递过程可 分为分子扩散和对流扩散。利用传质过程来实现环境污染的治理是环境化工技术的核心问题 之一,由不同相态之间的传质形成了各自不同的分离技术。以废水处理为例,不同的处理技 术反映了不同相态之间的传质过程,表1-1为废水处理中常用的传质与分离技术 表1-1废水处理中的传质过程与分离技术 传质过程 分离技术 气态一液态 吸收 O2、(氧化及气体中SO2、Cl2、NⅠ的脱除 →气态 解吸 挥发性有机化合物(VOCs)的脱除 气态 污沉浆的干燥 液态一→气态 精馏 稀酸废水及氨氮废水处理 液态一液态 萃取 重金属离子脱除 气态一→固态 吸附 用活性炭吸附气体中的有机物 脱附 活性炭再生,昇味、臭味脱除 液态-→固态 离子交换 饮用水中微量金属离子的脱除 液态→固态 结晶沉淀 悬浮颗粒物的脱除 从表1-1中可以看到,许多分离过程都是在气态和液态中进行,气态和液态物质也可以 称为流体。我们把流体间的传质与分离过程定义为均相分离技术,正如在表1-1中列出的吸 收、解吸、精馏、萃取等单元操作,因此本书把一相或多相流体间的分离技术称为均相分离 技术,或称流体相分离技术,而表1-1中气态与固态、液态与固态之间的传质过程均涉及固 体介质。我们把涉及固体介质传质过程的分离技术称为非均相分离技术,正如表1-1中的吸 附、离子交换、结晶沉淀等单元操作。本书重点讨论流体相或均相间的传质与分离技术及其 在环境工程中的应用 11.2均相分离技术的特点 分离技术和工程是化工产品提取和纯化中的重要过程,它所研究的任一分离过程一般可 表示为 混合物 产品1 分离设备 一分离剂(能量)