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傳質(zhì)分離過程mass transfer separation process

時(shí)間：2020-03-01 來源：網(wǎng)絡(luò) 瀏覽：
一類以質(zhì)量傳遞為主要理論基礎(chǔ)、用于各種均相混合物分離的單元操作。早在公元前，人們就知道從礦石中提取金屬和從植物中提取藥物的方法，這些是傳質(zhì)分離過程最早的應(yīng)用。在近代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展過程中，傳質(zhì)分離過程起了特別重要的作用。例如：經(jīng)傳質(zhì)分離制得純凈的氮?dú)浠旌蠚猓购铣砂钡墓I(yè)生產(chǎn)成為可能;將原油分離制得各種燃料油、潤滑油和石油化工原料，后者是石油化工的基礎(chǔ)；同樣，沒有分離提純制得高純度的乙烯、丙烯、丁二烯、氯乙烯等單體，就不可能生產(chǎn)出各種合成樹脂、合成橡膠和合成纖維。幾乎沒有一個(gè)化工生產(chǎn)過程是不需要對(duì)原料或反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純的。用來作為傳質(zhì)分離裝置的高聳塔群是化工廠最醒目的標(biāo)志，而且傳質(zhì)分離過程的應(yīng)用不限于化學(xué)工業(yè)的范圍，例如核工業(yè)用各種分離方法提取核燃料，并對(duì)其廢棄物進(jìn)行后處理?？梢哉f在現(xiàn)代生活中，從航天飛機(jī)到核潛艇、從生物化工到環(huán)境保護(hù)，都離不開對(duì)混合物的分離。
　　按物理化學(xué)原理，工業(yè)常用的傳質(zhì)分離操作可分為平衡分離過程和速率分離過程兩大類：
　　平衡分離過程 　借助分離媒介（如熱能、溶劑和吸附劑），使均相混合物系統(tǒng)變成兩相系統(tǒng)，再以混合物中各組分在處于相平衡的兩相中不等同的分配為依據(jù)而實(shí)現(xiàn)分離。根據(jù)兩相的狀態(tài)可分為：①氣（汽）液傳質(zhì)過程，如蒸餾、吸收等；②液液傳質(zhì)過程，如萃??；③氣（汽）固傳質(zhì)過程，如吸附、色層分離、參數(shù)泵分離等；④液固傳質(zhì)過程，如浸取、吸附、離子交換、色層分離、參數(shù)泵分離等。
　　平衡時(shí)組分在兩相中的濃度關(guān)系，可以用相平衡比（或分配系數(shù)）Ki表示：
　　　　　　　　　

式中yi和xi分別表示組分i在兩相中的濃度。對(duì)于x和y相的命名，按習(xí)慣把吸收、蒸餾中的氣相或汽相稱為y相，把萃取中的萃取液作為y相。一般說，相平衡比取決于兩相的特性以及物系的溫度和壓力。i和j兩個(gè)組分的相平衡比Ki和Kj之比值稱為分離因子αij：
　　　　　　　　

　　在某些傳質(zhì)分離過程中，分離因子往往又有專門名稱。例如：在蒸餾中稱為相對(duì)揮發(fā)度；在萃取中稱為選擇性系數(shù)。一般將數(shù)值大的相平衡比Ki作分子，故αij大于1。只要兩組分的相平衡比不相等（即αij≠1），便可采用平衡分離過程加以分離，αij越大就越容易分離。大多數(shù)系統(tǒng)的相平衡比和分離因子都不大，一次接觸平衡所能達(dá)到的分離效果很有限，需要采取多級(jí)逆流操作來提高分離效果。為適應(yīng)各種不同的系統(tǒng)以及操作條件和分離要求，要相應(yīng)地使用多種不同類型的傳質(zhì)設(shè)備。
　　速率分離過程 　在某種推動(dòng)力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，有時(shí)在選擇性透過膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速度的差異實(shí)現(xiàn)組分的分離。這類過程所處理的原料和產(chǎn)品通常屬于同一相態(tài)，僅有組成上的差別。速率分離方法可分為：①膜分離，如超過濾、反滲透、滲析和電滲析等。②場(chǎng)分離，如電泳、熱擴(kuò)散、超速離心分離等。
　　膜分離與場(chǎng)分離的區(qū)別是：前者用膜分隔兩股流體，后者則是不分流的。不同類型的速率分離過程，分別應(yīng)用不同的設(shè)備，并采用不同的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和操作控制。
　　展望 　傳質(zhì)分離過程中的蒸餾、吸收、萃取等一些具有較長歷史的單元操作已經(jīng)應(yīng)用很廣，并進(jìn)行過大量的研究，積累了豐富的操作經(jīng)驗(yàn)和資料。但在進(jìn)一步深入研究這些過程的機(jī)理和傳質(zhì)規(guī)律，開發(fā)高效的傳質(zhì)設(shè)備，研究和掌握它們的放大規(guī)律，改進(jìn)設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算方法等方面，仍有許多工作要做。傳質(zhì)分離過程的能量消耗，常構(gòu)成單位產(chǎn)品能耗的主要部分，因此降低傳質(zhì)分離過程的能耗，受到普遍重視。膜分離和場(chǎng)分離是一類新型的分離操作，在處理稀溶液和生化產(chǎn)品的分離、節(jié)約能耗、不污染產(chǎn)品等方面，已顯示出它們的優(yōu)越性。研究和開發(fā)新的分離方法，各種分離方法聯(lián)合使用以提高效益，以及利用化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行分離等都是很值得重視的發(fā)展方向。  
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