《化工单元操作》PPT课件

第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术知 识 目 标 ： 了 解 非 均 相 物 系 分 离 、 膜 分 离 及 冷 冻 操 作 技 术 的 设 备 结构 、 特 点 及 应 用 理 解 非 均 相 物 系 分 离 、 膜 分 离 及 冷 冻 操 作 技 术 的 工 作 原理 及 流 程 掌 握 其 过 程 计 算能 力 目 标 ： 了 解 主 要 设 备 的 操 作 第 六 章 其 他 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术一 、 非 均 相 物 系 分 离 的 分 类 及 应 用 非 均 相 混 合 物 ： 物 系 内 部 存 在 相 界 面 ， 且 界 面 两 侧的 物 料 性 质 截 然 不 同 非 均 相 物 系 中 ， 处 于 分 散 状 态 的 物 质 。分 散 介 质 （ 连 续 相 ） ： 包 围 分 散 物 质 而 处 于 连 续 状 态 的 流 体 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 非 均 相 物 系 分 类 ： 1 气 态 非 均 相 物 系 如 含 尘 气 体 ， 含 雾 气 体 等 。 2 液 态 非 均 相 物 系 如 乳 浊 液 、 悬 浮 液 、 泡 沫 液 等 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 非 均 相 物 系 分 离 方 法 ： 沉 降过 滤湿 法 分 离静 电 分 离 非 均 相 物 系 分 离 在 化 工 生 产 中 的 应 用 ：1 满 足 对 连 续 相 或 分 散 相 进 一 步 加 工 的 需 要 。2 收 集 分 散 物 质 。 3 净 化 分 散 介 质 。4 环 境 保 护 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 二 、 重 力 沉 降沉 降 操 作 是 靠 重 力 的 作 用 ， 利 用 分 离 物 质 与 分 散介 质 的 密 度 差 异 ， 使 之 发 生 相 对 运 动 而 分 离 的 过程 ， 在 重 力 的 作 用 下 ， 发 生 的 沉 降 过 程 称 为 重 力沉 降 。重 力 沉 降 可 分 为 自 由 沉 降 和 干 扰 沉 降 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 自 由 沉 降 ：颗 粒 在 沉 降 过 程 中 不 受 流 体 及 其 它 粒 子 的 影 响 的沉 降 过 程 。颗 粒 的 自 由 沉 降 过 程 分 析 :颗 粒 在 静 止 流 体 中 的 沉 降 过 程 可 分 为两 个 阶 段 ， 第 一 阶 段 为 加 速 运 动 ， 第 二阶 段 为 匀 速 运 动 。颗 粒 沉 降 时 加 速 运 动 阶 段 时 间 很 短 ，在 整 个 沉 降 过 程 中 往 往 可 以 忽 略 。 整 个沉 降 过 程 可 视 为 匀 速 运 动 过 程 。 匀 速 阶段 中 颗 粒 相 对 于 流 体 的 运 动 速 度 ut称 为沉 降 速 度 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 2/13 )(4 st dgu重 力 沉 降 速 度 :阻 力 系 数 :滞 流 区 或 斯 托 克 斯 （ Stokes） 定 律 区 （ 10 4 Ret 1） =过 渡 区 或 艾 仑 (Allen)定 律 区 (1 Ret103) =湍 流 区 或 牛 顿 (Newton)定 律 区 （ 10 3 Ret2 105） =0.44 tRe24 6.0Re5.18t 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 重 力 沉 降 速 度 :滞 流 区过 渡 区湍 流 区 18 )(2 gdu st 4.1/16.04.06.1 )(153.0 st gdu 2/1)(74.1 gdu st 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 沉 降 速 度 的 计 算 : 1 试 差 法 2 用 无 因 次 数 群 K值 判 断 流 型 说 明 ： 沉 降 可 视 为 自 由 沉 降 。 颗 粒 可 视 为 球 形 粒 子 。 若 实 际 颗 粒 为 非 球 形颗 粒 时 ， 应 先 以 实 际 颗 粒 的 当 量 直 径 de计 算 ，后 确 定 实 际 颗 粒 的 沉 降 速 度 ut。 连 续 相 流 体 在 沉 降 方 向 上 不 发 生 运 动 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 其 它 因 素 对 沉 降 速 度 的 影 响 (1) 干 扰 沉 降 (颗 粒 含 量 ) (2)颗 粒 大 小 (3)流 体 性 质 (4) 非 球 形 (颗 粒 形 状 ) 阅 读 课 文 ， 回 答 问 题 (5)流 体 流 动 (6)器 壁 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 重 力 沉 降 设 备 1.基 本 要 求 与 性 能 2.降 尘 室（ 1） 结 构（ 2） 操 作（ 3） 降 尘 条 件（ 4） 生 产 能 力 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术降 尘 室 的 容 积 一 般 较 大 ， 气 体 在 其 中 的 流 速 1m/s。 实 际 上 为 避 免 沉 下的 尘 粒 重 新 被 扬 起 ， 往 往 采 用 更 低 的 气 速 。 通 常 它 可 捕 获 大 于 50m 的粗 颗 粒 。 颗 粒 在 降 尘 室 内 的 运 动 情 况 如 图 所 示 。 设 有 流 量 为 V(m3/s)的 含 尘 气 体进 入 降 尘 室 ， 降 尘 室 的 底 面 积 为 A， 高 度 为 H。 若 气 流 在 整 个 流 动 截 面上 均 匀 分 布 ， 则 任 一 流 体 质 点 进 入 至 离 开 降 尘 室 的 时 间 间 隔 (停 留 时 间 ) 为 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术垂 直 方 向 上 ， 颗 粒 在 重 力 作 用 下 以 沉 降 速 度 向 下 运 动 。设 大 于 某 直 径 的 颗 粒 必 须 除 去 ， 该 直 径 的 颗 粒 的 沉 降 速度 为 ut。 沉 降 时 间 t为为 满 足 除 尘 要 求 ， 气 流 的 停 留 时 间 至 少 必 须 与 颗 粒 的 沉 降时 间 相 等 ， 即 应 有 t。 vv qBHLBHq LuL )/( tt uH则 降 尘 室 的 生 产 能 力 ： q vbl ut 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 思 考 ：1.为 什 么 降 尘 室 通 常 设 计 成 扁 平 状 ？2. 将 降 尘 室 设 计 为 多 层 隔 板 式 的 原 因 是 什 么 ？多层降尘室 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 三 、 离 心 沉 降离 心 沉 降 是 利 用 连 续 相 与 分 散 相 在 离 心 力 场 中 所受 离 心 力 的 差 异 使 重 相 颗 粒 迅 速 沉 降 实 现 分 离 的操 作 。离 心 沉 降 速 度 ：离 心 沉 降 速 度 是 指 重 相 颗 粒 相 对 于 周 围 流 体 的 运动 速 度 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术滞 流 区 ur= 过 渡 区 ur =0.153 湍 流 区 ut =1.74 离 心 沉 降 速 度 计 算 公 式 ：rud Ts 22 18 )( 4.1/12 6.04.06.1 )( rud Ts 2/12)( rud Ts 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 离 心 分 离 因 数 Kc rguT 2 Kc =离 心 分 离 因 数 是 离 心 分 离 设 备 的 重 要 指 标 。 要 提 高 Kc， 可 通 过 增 大 半 径和 转 速 来 实 现 ， 但 出 于 对 设 备 强 度 、 制 造 、 操 作 等 方 面 的 考 虑 ， 实 际 上 ，通 常 采 用 提 高 转 速 并 适 当 缩 小 半 径 的 方 法 来 获 得 较 大 的 Kc。 尽 管 离 心 分 离 沉 降 速 度 大 、 分 离 效 率 高 ， 但 离 心 分 离 设 备 较 重 力 沉降 设 备 复 杂 ， 投 资 费 用 大 ， 且 需 要 消 耗 能 量 ， 操 作 严 格 而 费 用 高 。 因 此 ，综 合 考 虑 ， 不 能 认 为 对 任 何 情 况 ， 采 用 离 心 沉 降 都 优 于 重 力 沉 降 ， 例 如 ，对 分 离 要 求 不 高 或 处 理 量 较 大 的 场 合 采 用 重 力 沉 降 更 为 经 济 合 理 ， 有 时 ，先 用 重 力 沉 降 再 进 行 离 心 分 离 也 不 失 为 一 种 行 之 有 效 的 方 法 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 旋 风 分 离 器 ：1 旋 风 分 离 器 的 结 构 与 操 作 原 理2 旋 风 分 离 器 的 性 能 思 考 ：为 什 么 有 些 时 候 用 几 台 小 旋 风 分 离器 并 联 使 用 来 替 代 一 台 大 旋 风 分 离器 ？阅 读 课 文 ， 回 答 问 题 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 旋 风 分 离 器 旋 风 分 离 器 的 离 心 分 离 因 数 约 为 5 2500， 一 般 可 分 离 气 体中 5 75m 直 径 的 粒 子 。旋 风 分 离 器 性 能 的 评 价 指 标 临 界 粒 径 气 体 经 过 旋 风 分 离 器 的 压 降(1) 在 分 离 器 内 气 流 形 成 两 个 主 旋 涡(2) 外 旋 涡 造 成 的 离 心 力 将 颗 粒 抛 向 器 壁 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 提 高 分 离 效 率 的 措 施缩 小 旋 风 分 离 器 的 直 径采 用 较 大 的 进 口 气 速延 长 锥 体 部 分 的 高 度并 联 操 作减 少 粉 粒 重 新 卷 起 -扩 散 式 旋 风 分 离 器移 去 顶 部 旋 涡 造 成 的 粉 尘 环选 用 原 则 按 气 体 处 理 量 选 用 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 四 、 过 滤过 滤 是 一 种 分 离 悬 浮 在 液 体 或 气 体 中 固 体 微粒 的 操 作 。 是 利 用 一 种 能 将 固 体 微 粒 截 留 而让 流 体 通 过 的 多 孔 介 质 （ 过 滤 介 质 ） ， 将 固体 微 粒 从 气 体 或 液 体 中 分 离 出 来 ， 以 达 到 流体 与 固 体 分 离 之 目 的 。几 个 基 本 概 念 ：滤 浆 或 料 浆过 滤 介 质滤 液滤 饼 或 滤 渣 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 过 滤 过 程 的 分 类 ：1.按 固 体 颗 粒 被 截 留 的 情 况 分 滤 饼 过 滤 深 床 过 滤2.按 过 滤 过 程 的 推 动 力 分 重 力 过 滤 压 差 过 滤 离 心 过 滤3.按 操 作 方 式 分 恒 压 过 滤 恒 速 过 滤 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术滤 饼 ：滤 饼 是 由 过 滤 介 质 截 留 的 颗 粒 垒 积 而 成 的 固 定 床 层 .滤 饼 的 分 类 :不 可 压 缩 性 滤 饼可 压 缩 性 滤 饼 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 过 滤 介 质 ： 过 滤 操 作 中 使 流 体 透 过 而 截 留 固 体 颗 粒 的 多孔 性 介 质 称 为 过 滤 介 质 。1.织 物 介 质 又 称 滤 布 用 于 滤 饼 过 滤 过 程 .在 工 业 上 应 用 最 为 广 泛 .2.粒 状 介 质 又 称 堆 积 介 质 .用 于 深 层 过 滤 .3.多 孔 固 体 介 质 是 具 有 很 多 微 细 孔 道 的 固 体 材 料 ,用 于 深 层 过 滤 .适 用 于 处 理 只 含 少 量 细 小 的 颗 粒 的 及 腐 蚀 性 的 悬 浮 液 . 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 选 择 过 滤 介 质 的 主 要 依 据 ：1.分 离 要 求 最 小 粒 径 分 离 效 率 处 理 能 力 等2.悬 浮 液 特 性 颗 粒 形 状 粒 度 分 布 固 体 颗 粒 浓 度 滤 液 的 粘 度 腐 蚀 性 等3.操 作 条 件 温 度 压 强 等4.过 滤 设 备 的 类 型 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 助 滤 剂 ： 助 滤 剂 通 常 是 具 有 多 孔 性 、 形 状 不 规 则 、 不 可压 缩 的 细 小 固 体 颗 粒 。助 滤 剂 的 作 用 ： 减 小 可 压 缩 滤 饼 的 过 滤 阻 力 、 减 少 细 微 颗 粒 对过 滤 介 质 中 孔 道 的 堵 塞 现 象 ， 改 善 饼 层 结 构 。助 滤 剂 的 添 加 方 法 ： 1.预 敷 2.加 入 悬 浮 液 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 过 滤 速 率 及 其 影 响 因 素 ：（ 1） 过 滤 速 率 与 过 滤 速 度 （ 2） 恒 压 过 滤 与 恒 速 过 滤 （ 3） 影 响 过 滤 速 率 的 因 素 悬 浮 液 的 性 质 过 滤 推 动 力 过 滤 介 质 与 滤 饼 的 性 质 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 滤 饼 的 洗 涤 ：在 滤 饼 的 颗 粒 间 隙 中 总 会 残 留 一 定 量 的 滤 液 。 过滤 终 了 ， 通 常 要 用 洗 涤 液 （ 一 般 为 清 水 ） 进 行 滤饼 的 洗 涤 ， 以 回 收 滤 液 或 得 到 较 纯 净 的 固 体 颗 粒 。过 滤 操 作 周 期 :过 滤 操 作 存 在 一 定 的 周 期 性 。 通 常 由 过 滤 、 洗 涤 、卸 渣 、 复 原 四 个 基 本 环 节 组 成 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术膜 分 离 是 借 助 于 膜 ， 在 某 种 推 动 力 的 作 用 下 ，利 用 流 体 中 各 组 分 对 膜 的 渗 透 速 率 的 差 别 而 实现 组 分 分 离 的 过 程 。（ 一 ） 膜 分 离 原 理 将 含 有 A、 B两 种 组 分 的 原 料 液 置 于 膜 的 一 侧 ，然 后 对 该 侧 施 加 某 种 作 用 力 ， 若 A、 B两 种 组 分的 分 子 大 小 、 形 状 或 化 学 结 构 不 同 ， 其 中 A组 分可 以 透 过 膜 进 入 到 膜 的 另 一 侧 ， 而 B组 分 被 膜 截留 于 原 料 液 中 ， 则 A、 B两 种 组 分 即 可 分 离 开 来 。 第 二 节 膜 分 离 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术膜 分 离 原 理 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 （ 二 ） 膜 的 分 类 膜 分 为 合 成 膜 和 生 物 膜 （ 原 生 质 、 细 胞 膜 ） ， 合 成 膜 包 括液 膜 和 固 膜 。 液 膜 分 为 乳 状 液 膜 和 带 支 撑 层 的 液 膜 ； 固 膜分 为 有 机 膜 和 无 机 膜 。（ 三 ） 膜 材 料 用 来 制 备 膜 的 材 料 主 要 分 为 有 机 高 分 子 材 料 和 无 机 材 料 两大 类 。 1 有 机 膜 材 料目 前 在 工 业 中 应 用 的 有 机 膜 材 料 主 要 有 醋 酸 纤 维 素 类 、 聚砜 类 、 聚 酰 胺 类 和 聚 丙 烯 腈 等 。2 无 机 膜 材 料 无 机 膜 的 制 备 多 以 金 属 、 金 属 氧 化 物 、 陶 瓷 和 多 孔 玻 璃 为材 料 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 二 、 膜 组 件将 膜 按 一 定 的 技 术 要 求 组 装 在 一 起 即 成 为 膜 组 件 ，它 是 所 有 膜 分 离 装 置 的 核 心 部 件 ， 其 基 本 要 素 包括 膜 、 膜 的 支 撑 体 或 连 接 物 、 流 体 通 道 、 密 封 件 、壳 体 及 外 接 口 等 。 将 膜 组 件 与 泵 、 过 滤 器 、 阀 、仪 表 及 管 路 等 按 一 定 的 技 术 要 求 装 配 在 一 起 ， 即成 为 膜 分 离 装 置 。 常 见 的 膜 组 件 有 板 框 式 、 卷 绕式 、 管 式 和 中 空 纤 维 膜 组 件 等 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 三 、 各 种 膜 分 离 技 术 简 介 （ 一 ） 反 渗 透 1 反 渗 透 原 理 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 反 渗 透 过 程 就 是 在 压 力 的 推 动 下 ， 借 助 于 半 透 膜 的 截 留 作用 ， 将 溶 液 中 的 溶 剂 与 溶 质 分 离 开 来 。 显 然 ， 反 渗 透 过 程也 属 于 压 力 推 动 过 程 。 我 国 工 业 上 用 的 反 渗 透 膜 多 为 致 密膜 、 非 对 称 膜 和 复 合 膜 ， 常 用 醋 酸 纤 维 、 聚 酰 胺 等 材 料 制成 。2 影 响 反 渗 透 的 因 素 浓 差 极 化 由 于 膜 的 选 择 透 过 性 因 素 ， 在 反 渗 透 过 程 中 ， 溶 剂 从 高 压侧 透 过 膜 到 低 压 侧 ， 大 部 分 溶 质 被 截 留 ， 溶 质 在 膜 表 面 附近 积 累 ， 造 成 由 膜 表 面 到 溶 液 主 体 之 间 的 具 有 浓 度 梯 度 的边 界 层 ， 它 将 引 起 溶 质 从 膜 表 面 通 过 边 界 层 向 溶 液 主 体 扩散 ， 这 种 现 象 称 为 浓 差 极 化 。 浓 差 极 化 对 反 渗 透 过 程 的 不 良 影 响 减 轻 浓 差 极 化 的 有 效 途 径 是 提 高 传 质 系 数 A， 采 取 的 措 施 有 ： 提 高 料液 流 速 、 增 强 料 液 湍 动 程 度 、 提 高 操 作 温 度 、 对 膜 面 进 行 定 期 清 洗 和采 用 性 能 好 的 膜 材 料 等 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 3 反 渗 透 流 程 反 渗 透 装 置 的 基 本 单 元 是 反 渗 透 膜 组 件 ， 将反 渗 透 膜 组 件 与 泵 、 过 摅 器 、 阀 、 仪 表 及 管 路 等按 一 定 的 技 术 要 求 组 装 在 一 起 即 成 为 反 渗 透 装 置 。 根 据 处 理 对 象 和 生 产 规 模 的 不 同 ， 反 渗 透 装置 主 要 有 连 续 式 、 部 分 循 环 式 和 全 循 环 式 三 种 流程 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 （ 1） 一 级 一 段 连 续 式 1-料 液 贮 槽 ； 2-泵 ； 3-膜 组 件 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术（ 2） 一 级 多 段 连 续 式 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 （ 3） 一 级 一 段 循 环 式 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 3 反 渗 透 在 工 业 中 的 应 用反 渗 透 技 术 的 大 规 模 应 用 主 要 在 海 水 和 苦 咸水 的 淡 化 ， 此 外 还 应 用 于 纯 水 制 备 ， 生 活 用水 、 含 油 污 水 、 电 镀 污 水 处 理 以 及 乳 品 、 果汁 的 浓 缩 、 生 化 和 生 物 制 剂 的 分 离 和 浓 缩 等 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 （ 二 ） 电 渗 析1 电 渗 析 原 理 电 渗 析 是 一 种 专 门 用 来 处 理 溶 液 中 的 离 子 或 带 电粒 子 的 膜 分 离 技 术 ， 其 原 理 是 在 外 加 直 流 电 场 的作 用 下 ， 以 电 位 差 为 推 动 力 ， 使 溶 液 中 的 离 子 作定 向 迁 移 ， 并 利 用 离 子 交 换 膜 的 选 择 透 过 性 ， 使带 电 离 子 从 水 溶 液 中 分 离 出 来 。电 渗 析 所 用 的 离 子 交 换 膜 可 分 为 阳 离 子 交 换 膜 (简称 阳 膜 )和 阴 离 子 交 换 膜 (简 称 阴 膜 )， 其 中 阳 膜 只允 许 水 中 的 阳 离 子 通 过 而 阻 挡 阴 离 子 ， 阴 膜 只 允许 水 中 的 阴 离 子 通 过 而 阻 挡 阳 离 子 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术电 渗 析 原 理 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 2 电 渗 析 操 作（ 1） 在 电 渗 析 过 程 中 ， 不 仅 存 在 反 离 子 (与 膜 的 电 荷 符 号 相反 的 离 子 )的 迁 移 过 程 ， 而 且 还 伴 随 着 同 名 离 子 迁 移 、 水 的渗 透 和 分 解 等 次 要 过 程 ， 这 些 次 要 过 程 对 反 离 子 迁 移 也 有 一定 的 影 响 。 同 名 离 子 迁 移 水 的 渗 透 水 的 分 解 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 （ 2） 在 实 际 操 作 中 ， 可 采 取 以 下 措 施 来 减 少 浓 差 极 化 等 因素 对 电 渗 析 过 程 的 影 响 。 尽 可 能 提 高 液 体 流 速 ， 以 强 化 溶 液 主 体 与 膜 表 面 之 间 的传 质 ， 这 是 减 少 浓 差 极 化 效 应 的 重 要 措 施 。 膜 的 尺 寸 不 宜 过 大 ， 以 使 溶 液 在 整 个 膜 表 面 上 能 够 均 匀流 动 。 一 般 来 说 ， 膜 的 尺 寸 越 大 ， 就 越 难 达 到 均 匀 的 流 动 。 采 取 较 小 的 膜 间 距 ， 以 减 小 电 阻 。 采 用 清 洗 沉 淀 或 互 换 电 极 等 措 施 ， 以 消 除 离 子 交 换 膜 上的 沉 淀 。 适 当 提 高 操 作 温 度 ， 以 提 高 扩 散 系 数 。 严 格 控 制 操 作 电 流 ， 使 其 低 于 极 限 电 流 密 度 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 3 电 渗 析 的 流 程 （ 1） 电 渗 析 器 的 构 成 ： 膜 堆 、 极 区 和 夹 紧 装 置（ 2） 电 渗 析 器 的 组 装 方 式 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 4 电 渗 析 在 工 业 中 的 应 用电 渗 析 技 术 目 前 已 是 一 种 相 当 成 熟 的 膜 分 离 技术 ， 主 要 用 途 用 是 苦 咸 水 淡 化 、 生 产 饮 用 水 、浓 缩 海 水 制 盐 、 从 体 系 中 脱 除 电 解 质 ， 还 可 用于 重 金 属 污 水 处 理 ， 食 品 工 业 牛 乳 的 脱 盐 、 果汁 的 去 酸 及 食 品 添 加 剂 的 制 备 以 及 制 取 维 生 素C等 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 （ 三 ） 超 滤1 超 滤 原 理超 滤 过 程 的 推 动 力 是 膜 两 侧 的压 力 差 。 当 液 体 在 压 力 差 的 推动 力 下 流 过 膜 表 面 时 ， 溶 液 叫直 径 比 膜 孔 小 的 分 子 将 透 过 膜进 入 低 压 侧 ， 而 直 径 比 座 孔 大的 分 子 则 被 截 留 下 来 ， 透 过 膜的 液 体 称 为 透 过 液 ， 剩 余 的 液体 称 为 浓 缩 液 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 在 超 滤 过 程 中 ， 单 位 时 间 内 通 过 膜 的 溶 液 体 积 称 为 膜通 量 。 由 于 膜 不 仅 本 身 具 有 阻 力 ， 而 且 在 超 滤 过 程 中 还会 因 浓 度 极 化 、 形 成 凝 胶 层 、 受 到 污 染 等 原 因 而 产 生 新的 阻 力 。 因 此 ， 随 着 超 滤 过 程 的 进 行 ， 膜 通 量 将 逐 渐 下降 。 超 滤 膜 的 孔 径 为 (1 5) 10 8m， 膜 表 面 有 效 截 留 层 的厚 度 较 小 ， 一 般 仅 为 (1 100) 10 7m， 操 作 压 力 差 一般 为 0.1 0.5MPa， 可 分 离 分 子 量 500以 上 的 大 分 子 和 胶体 微 粒 。 常 用 的 膜 材 料 有 醋 酸 纤 维 、 聚 砜 、 聚 丙 烯 腈 、聚 酰 胺 、 聚 偏 氟 乙 烯 等 。超 滤 可 有 效 出 去 水 中 的 微 粒 、 胶 体 、 细 菌 、 热 原 质 和各 种 有 机 物 ， 但 几 乎 不 能 截 留 无 机 离 子 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 2 超 滤 操 作在 超 滤 过 程 中 ， 料 液 的 性 质 和 操 作 条 件 对 膜 通 量 均 有 一 定 的 影响 。 为 提 高 膜 通 量 应 采 取 适 当 的 措 施 ， 尽 可 能 减 少 浓 差 极 化 和膜 污 染 等 所 产 生 的 阻 力 。（ 1） 料 液 流 速 提 高 料 液 流 速 ， 可 有 效 减 轻 膜 表 面 的 浓 差 极 化 。但 流 速 也 不 能 太 快 ， 否 则 会 产 生 过 大 的 压 力 降 ， 并 加 速 膜 分 离性 能 的 衰 退 。（ 2） 操 作 压 力 在 一 定 的 范 围 内 ， 膜 通 量 随 操 作 压 力 的 增 加 而增 大 ， 但 当 压 力 增 加 至 某 一 临 界 值 时 ， 膜 通 量 将 趋 于 恒 定 。 此时 的 膜 通 量 称 为 临 界 膜 通 量 。 一 般 情 况 下 ， 实 际 超 滤 操 作 可 维持 在 临 界 膜 通 量 附 近 进 行 。（ 3） 操 作 温 度 温 度 越 高 ， 料 液 粘 度 越 小 ， 扩 散 系 数 则 越 大 。在 膜 允 许 的 温 度 内 ， 可 采 用 相 对 高 的 操 作 温 度 ， 以 提 高 膜 通 量 。 （ 4） 进 料 浓 度 随 着 超 滤 过 程 的 进 行 ， 料 液 主 体 的 浓 度 逐 渐增 高 ， 粘 度 和 边 界 层 厚 度 亦 相 应 增 大 。 因 此 对 超 滤 过 程 中 料 液主 体 的 浓 度 应 加 以 限 制 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 3 超 滤 过 程 的 工 艺 流 程 （ 1） 间 歇 操 作 闭 式 回 路 间 歇 操 作 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 （ 2） 连 续 式 操 作 多 级 连 续 式 操 作 流 程 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术4.超 滤 的 应 用 超 滤 的 技 术 应 用 可 分 为 三 种 类 型 ： 浓 缩 ； 小 分 子溶 质 的 分 离 ； 大 分 子 溶 质 的 分 级 。 绝 大 部 分 的 工 业应 用 属 于 浓 缩 这 个 方 面 ， 也 可 以 采 用 与 大 分 子 结 合或 复 合 的 办 法 分 离 小 分 子 溶 质 。 在 制 药 工 业 中 ， 超滤 常 用 作 反 渗 透 、 电 渗 析 、 离 子 交 换 等 装 置 的 前 处理 设 备 。 在 制 药 生 产 中 经 常 用 于 病 毒 及 病 毒 蛋 白 的精 制 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 第 三 节 冷 冻 技 术 一 、 制 冷 的 分 类 1 按 制 冷 过 程 分 类 蒸 气 压 缩 式 制 冷 、 吸 收 式 制 冷2 制 冷 程 度 分 类 普 通 制 冷 、 深 度 制 冷 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 二 、 制 冷 基 本 原 理 （ 一 ） 制 冷 循 环 1 制 冷 原 理 制 冷 操 作 是 从 低 温 物 料 中 取 出 热 量 ， 并 将 此 热 量 传 给 高温 物 体 的 过 程 。 根 据 热 力 学 第 二 定 律 ， 这 种 传 热 过 程 不 可 能自 动 进 行 。 只 有 从 外 界 补 充 所 消 耗 的 能 量 ， 即 外 界 必 须 作 功 ，才 能 将 热 量 从 低 温 传 到 高 温 。制 冷 是 利 用 制 冷 剂 的 沸 点 随 压 力 变 化 的 特 性 ， 使 制 冷 剂 在低 压 下 气 化 吸 收 被 冷 物 质 的 热 量 降 低 其 温 度 达 到 被 冷 物 质 制冷 目 的 ， 气 化 后 的 制 冷 剂 又 在 高 压 下 冷 凝 成 液 态 。 如 此 循 环操 作 ， 借 助 制 冷 剂 在 状 态 变 化 时 的 吸 热 和 放 热 过 程 ， 达 到 制冷 的 目 的 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 2 制 冷 循 环 冷 冻 循 环 1-压 缩 机 （ 又 称 冷 冻 机 ） ； 2-冷 凝 器 ； 3-膨 胀 机 ；4-蒸 发 器 ； 5-节 流 阀 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 理 想 制 冷 循 环 ：由 可 逆 绝 热 压 缩 过 程 （ 压 缩 机 ） 、 等 压 冷 凝 过 程 （ 冷 凝 器 ） 、可 逆 绝 热 膨 胀 过 程 （ 膨 胀 机 ） 、 等 压 等 温 蒸 发 过 程 （ 蒸 发 器 ）等 组 成 。实 际 制 冷 循 环 则 ： 在 压 缩 机 中 绝 热 压 缩 等 压 冷 却 与 冷 凝 节 流 膨 胀 等 压 等 温 蒸 发 在 整 个 制 冷 循 环 过 程 中 ， 氨 作 为 工 作 介 质 （ 制 冷 剂 ） ， 完 成从 低 温 的 冷 冻 物 质 中 吸 取 热 量 转 交 给 高 温 物 质 （ 冷 却 水 ） 的 任务 。 制 冷 循 环 过 程 的 实 质 是 由 压 缩 机 作 功 ， 通 过 制 冷 剂 从 低 温热 源 取 出 热 量 ， 送 到 高 温 热 源 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术（ 二 ） 制 冷 系 数 制 冷 系 数 是 制 冷 剂 自 被 冷 物 料 所 取 出 的 热 量与 所 消 耗 的 外 功 之 比 ， 以 表 示 。 = Q1 / N N = Q2 Q1式 中 Q1从 被 冷 物 料 中 取 出 的 热 量 ， kJ； N 制 冷 循 环 中 所 消 耗 的 机 械 功 ， kJ； Q2传 给 周 围 介 质 的 热 量 ， kJ。制 冷 系 数 是 衡 量 制 冷 循 环 优 劣 、 循 环 效 率 高 低 的 重 要 指 标 。其 值 越 大 ， 表 明 外 加 机 械 功 被 利 用 的 程 度 越 高 ， 制 冷 循 环的 效 率 越 高 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 对 于 理 想 循 环 过 程 ， 制 冷 系 数 可 按 下 式 计 算 = T1 /（ T2 T1）（ 三 ） 操 作 温 度 的 选 择 制 冷 装 置 在 操 作 运 行 中 重 要 的 控 制 点 有 ： 蒸 发 温 度 和 压 力 、冷 凝 温 度 和 压 力 、 压 缩 机 的 进 出 口 温 度 、 过 冷 温 度 及 冷 却 温度 。1 蒸 发 温 度制 冷 过 程 的 蒸 发 温 度 是 指 制 冷 剂 在 蒸 发 器 中 的 沸 腾 温 度 。 制冷 剂 的 蒸 发 温 度 必 须 低 于 被 冷 物 料 要 求 达 到 的 最 低 温 度 ， 使蒸 发 器 中 制 冷 剂 与 被 冷 物 料 之 间 有 一 定 的 温 度 差 ， 以 保 证 传热 所 需 的 推 动 力 。 结 合 生 产 实 际 ， 进 行 经 济 核 算 ， 选 择 适 宜 的 蒸 发 温 度 。 蒸发 器 内 温 度 的 高 低 可 通 过 节 流 阀 开 度 的 大 小 来 调 节 ， 一 般 生产 上 取 蒸 发 温 度 比 被 冷 物 料 所 要 求 的 温 度 低 4 8K。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术2 冷 凝 温 度 制 冷 过 程 的 冷 凝 温 度 是 指 制 冷 剂 蒸 气 在 冷 凝 器 中 的 凝 结 温度 。影 响 冷 凝 温 度 的 因 素 有 冷 却 水 温 度 、 冷 却 水 流 量 、 冷 凝 器传 热 面 积 大 小 及 清 洁 度 。 通 常 取 制 冷 剂 的 冷 凝 温 度 比 冷 却水 高 8 10K。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 3 操 作 温 度 与 压 缩 比 的 关 系压 缩 比 是 压 缩 机 出 口 压 强 p2与 入 口 压 强 p1的 比 值 。 氨 冷 凝 温 度 、 蒸 发 温 度 与 压 缩 比 的 关 系 工 业 上 单 级 压 缩 循 环压 缩 比 不 超 过 6 8。提 高 制 冷 系 统 的 经 济性 ， 发 挥 较 大 的 效 益 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 4 制 冷 剂 的 过 冷 制 冷 剂 的 过 冷 就 是 在 进 入 节 流 阀 之 前 将 液 态 制 冷剂 温 度 降 低 ， 使 其 低 于 冷 凝 压 力 下 所 对 应 的 饱 和 温度 ， 成 为 该 压 力 下 的 过 冷 液 体 。通 常 取 制 冷 剂 的 过 冷 温 度 比 冷 凝 温 度 低 5K或 比 冷却 水 进 口 温 度 高 3 5K。工 业 上 常 实 现 制 冷 剂 的 过 冷 的 措 施 ： 在 冷 凝 器 中 过 冷 用 过 冷 器 过 冷 用 直 接 蒸 发 的 过 冷 器 过 冷 回 热 器 中 过 冷 在 中 间 冷 却 器 中 过 冷 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 三 、 制 冷 能 力 1 制 冷 能 力 的 表 示制 冷 能 力 （ 制 冷 量 ） 是 制 冷 剂 在 单 位 时 间 内 从 被 冷 物 料中 取 出 的 热 量 ， 表 示 一 套 制 冷 循 环 装 置 的 制 冷 效 应 ， 用符 号 Q1表 示 ， 单 位 是 W或 kW。 单 位 质 量 制 冷 剂 的 制 冷 能 力单 位 质 量 制 冷 剂 的 制 冷 能 力 是 每 千 克 制 冷 剂 经 过 蒸 发 器时 ， 从 被 冷 物 料 中 取 出 的 热 量 ， 用 符 号 qw表 示 ， 单 位 为J/kg。 qw = Q1 / G = I1 I4式 中 G制 冷 剂 的 质 量 流 量 或 循 环 量 ， kg/s； I 1制 冷 剂 离 开 蒸 发 器 的 焓 ， J/kg； I4制 冷 剂 进 入 蒸 发 器 的 焓 ， J/kg 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 单 位 体 积 制 冷 剂 的 制 冷 能 力单 位 体 积 制 冷 剂 的 制 冷 能 力 是 指 每 立 方 米 进 入 压 缩 机 的 制 冷剂 蒸 气 从 被 冷 物 料 中 取 出 的 热 量 ， 用 符 号 qv表 示 ， 单 位 为 J/m3。 qv =Q1/V = qw 式 中 V进 入 压 缩 机 的 制 冷 剂 的 体 积 流 量 ， m3/s； 进 入 压 缩 机 的 制 冷 剂 蒸 气 的 密 度 ， kg/m3。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 2 标 准 制 冷 能 力 标 准 制 冷 能 力 标 准 制 冷 能 力 指 在 标 准 操 作 温 度 下 的 制 冷 能 力 ， 用 符号 Qs表 示 ， 单 位 为 W。 一 般 出 厂 的 冷 冻 机 所 标 的 制 冷 能力 即 为 标 准 制 冷 能 力 。 实 际 与 标 准 制 冷 能 力 之 间 的 换 算 对 于 同 一 台 冷 冻 机 实 际 与 标 准 制 冷 能 力 的 换 算 关 系 为 Qs = Q1sqvs /qv 式 中 Qs、 Q1分 别 为 标 准 、 实 际 制 冷 能 力 ， W； q vs、 qv分 别 为 标 准 、 实 际 单 位 体 积 制 冷 能 力 ，J/kg； s、 分 别 为 标 准 、 实 际 冷 冻 机 的 送 气 系 数 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 提 高 制 冷 能 力 的 方 法降 低 制 冷 剂 的 冷 凝 温 度 是 提 高 制 冷 能 力 最 有效 的 方 法 ， 而 降 低 冷 凝 温 度 的 关 键 在 于 降 低冷 却 水 的 温 度 和 加 大 冷 却 水 的 流 量 ， 保 持 冷凝 器 传 热 面 的 清 洁 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 四 、 制 冷 剂 与 载 冷 体 1 制 冷 剂制 冷 剂 是 制 冷 循 环 中 将 热 量 从 低 温 传 向 高 温 的 工 作介 质 ， 制 冷 剂 的 种 类 和 性 质 对 冷 冻 机 的 大 小 、 结 构 、材 料 及 操 作 压 力 等 有 重 要 的 影 响 。 因 此 应 当 根 据 具体 的 操 作 条 件 慎 重 选 用 适 宜 的 制 冷 剂 。（ 1） 制 冷 剂 应 具 备 的 条 件 在 常 压 下 的 沸 点 要 低 ， 且 低 于 蒸 发 温 度 ， 这 是 首 要 条 件 。 化 学 性 质 稳 定 ， 在 工 作 压 力 、 温 度 范 围 内 不 燃 烧 、 不 爆 炸 、 高 温 下 不分 解 ， 对 机 器 设 备 无 腐 蚀 作 用 ， 也 不 会 与 润 滑 油 起 化 学 变 化 。 在 蒸 发 温 度 时 的 气 化 潜 热 应 尽 可 能 大 ， 单 位 体 积 制 冷 能 力 要 大 ， 可 以缩 小 压 缩 机 的 气 缸 尺 寸 和 降 低 动 力 消 耗 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 在 冷 凝 温 度 时 的 饱 和 蒸 气 压 （ 冷 凝 压 力 ） 不 宜 过 高 ， 这 样可 以 降 低 压 缩 机 的 压 缩 比 和 功 率 消 耗 ， 并 避 免 冷 凝 器 和 管 路等 因 受 压 过 高 而 使 结 构 复 杂 化 。 在 蒸 发 温 度 时 的 蒸 气 压 强 （ 蒸 发 压 力 ） 不 低 于 大 气 压 力 ，这 样 可 以 防 止 空 气 吸 入 ， 以 避 免 正 常 操 作 受 到 破 坏 。 临 界 温 度 要 高 ， 能 在 常 温 下 液 化 ； 凝 固 点 要 低 ， 以 获 得 较低 的 蒸 发 温 度 。 制 冷 剂 的 粘 度 和 密 度 应 尽 可 能 地 小 ， 减 少 其 在 系 统 中 流 动时 的 阻 力 。 导 热 系 数 要 大 ， 可 以 提 高 热 交 换 器 的 传 热 系 数 。 无 毒 、 无 臭 不 危 害 人 体 健 康 ， 不 破 坏 生 态 环 境 。 价 格 低 廉 ， 易 于 获 得 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 （ 2） 常 用 的 制 冷 剂 氨 二 氧 化 碳 氟 利 昂 碳 氢 化 合 物 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 2 载 冷 体 载 冷 体 是 用 来 将 制 冷 装 置 的 蒸 发 器 中 所 产 生 的 冷 量传 递 给 被 冷 却 物 体 的 媒 介 物 质 或 中 间 介 质 。（ 1） 载 冷 体 应 具 备 的 条 件 冰 点 要 低 。 比 热 容 大 ， 载 冷 量 也 大 。 密 度 小 ， 粘 度 小 。 化 学 稳 定 性 好 ， 不 腐 蚀 设 备 和 管 道 ， 无 毒 无 臭 ， 无 爆炸 危 险 性 。 导 热 系 数 大 。 来 源 充 足 ， 价 格 便 宜 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 （ 2） 常 用 的 载 冷 体 水 盐 水 溶 液 （ 冷 冻 盐 水 ） 有 机 溶 液 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 五 、 压 缩 蒸 汽 制 冷 设 备 1 压 缩 机压 缩 机 是 制 冷 循 环 系 统 的 心 脏 ， 起 着 吸 入 、 压 缩 、 输 送制 冷 剂 蒸 气 的 作 用 ， 通 常 又 称 为 冷 冻 机 。在 工 业 上 采 用 的 冷 冻 机 有 往 复 式 和 离 心 式 两 种 。2 冷 凝 器冷 凝 器 是 压 缩 蒸 气 制 冷 系 统 中 的 主 要 设 备 之 一 。 它 的 作用 是 将 压 缩 机 排 出 的 高 温 制 冷 剂 蒸 气 冷 凝 成 为 冷 凝 压 力下 的 饱 和 液 体 。 在 冷 凝 器 里 ， 制 冷 剂 蒸 气 把 热 量 传 给 周围 介 质 -水 或 空 气 ， 因 此 冷 凝 器 是 一 个 热 交 换 设 备 。冷 凝 器 按 冷 却 介 质 分 为 水 冷 冷 凝 器 和 气 冷 冷 凝 器 ； 按 结构 型 式 分 为 壳 管 式 、 套 管 式 、 蛇 管 式 等 冷 凝 器 。 第 六 章 其 它 单 元 操 作 技 术 化 工 单 元 操 作 技 术 3 节 流 阀节 流 阀 又 称 膨 胀 阀 ， 其 作 用 是 使 来 自 冷 凝 器 的 液 态 制 冷 剂 产生 节 流 效 应 ， 以 达 到 减 压 降 温 的 目 的 。 由 于 液 体 在 蒸 发 器 内的 温 度 随 压 力 的 减 小 而 降 低 ， 减 压 后 的 制 冷 剂 便 可 在 较 低 的温 度 下 气 化 。节 流 装 置 的 容 量 应 与 系 统 的 主 体 部 件 相 匹 配 。 节 流 装 置 有 多种 型 式 （ 手 动 膨 胀 阀 、 毛 细 管 、 自 动 膨 胀 阀 ） ， 通 常 根 据 制冷 系 统 的 特 点 和 选 用 的 制 冷 剂 种 类 来 进 行 选 择 。