分离过程原理 第2版PDF电子书下载

第一篇 基本概念 1

第1章　分离过程 3

1.0　本章教学目的 3

1.1　工业规模的化学过程 4

1.2　分离机理 7

1.3　通过添加或产生新相实现的分离 9

1.4　采用阻挡物（膜）的分离操作 16

1.5　采用固体介质的分离操作 17

1.6　应用外力场或梯度的分离操作 19

1.7　组分的回收率和产品的纯度 20

1.8　分离能力 23

1.9　适宜分离过程的选择 25

1.10　本章小结 29

参考文献 30

习题 30

第2章　分离操作的热力学 35

2.0　本章教学目的 35

2.1　能量、熵和有效能平衡 35

2.2　相平衡 40

2.2.1　逸度和活度系数 41

2.2.2　K值 42

2.3　理想气体、理想液体溶液模型 45

2.4　热力学性质的图解关联 50

2.5　非理想热力学性质的模型 56

2.5.1　p-V-T状态方程模型 57

2.5.2　从p-V-T模型导出热力学性质 60

2.6　液相的活度系数模型 65

2.6.1　从吉布斯自由能导得活度系数 66

2.6.2　正规溶液模型 66

2.6.3　非理想液体溶液 68

2.6.4　马古斯（Margules）方程 71

2.6.5　范拉尔方程 72

2.6.6　局部组成概念和威尔逊模型 73

2.6.7 NRTL模型 77

2.6.8 UNIQUAC模型 78

2.6.9 UNIFAC模型 79

2.6.10　液-液平衡 81

2.7　难处理的混合物 82

2.7.1 预测性的Soave-Redlich-Kwong（PSRK）模型 82

2.7.2　电解质溶液模型 82

2.7.3　高分子溶液模型 83

2.8　合适模型的选择 83

2.9　本章小结 84

参考文献 84

习题 86

第3章　传质和扩散 94

3.0　本章教学目的 95

3.1　定态（普通）分子扩散 96

3.1.1　扩散的费克定律 96

3.1.2　传质速度 97

3.1.3　等分子反向扩散 98

3.1.4　单向扩散 100

3.2　扩散系数 104

3.2.1　气体混合物中的扩散系数 104

3.2.2　液体混合物中的扩散系数 107

3.2.3 电解质的扩散系数 113

3.2.4　生物溶质在液体中的扩散系数 115

3.2.5　固体中的扩散系数 115

3.3　通过静止介质的一维定态和不定态分子扩散 123

3.3.1　定态 124

3.3.2　非定态 124

3.4　层流流动中的分子扩散 133

3.4.1　下降液膜 133

3.4.2　平板上的边界层流动 139

3.4.3 圆形直管中已充分发展的流动 142

3.5　湍流流动中的传质 145

3.5.1　雷诺类似 147

3.5.2 Chilton-Colburn类似 148

3.5.3　其他类似 149

3.5.4　Churchll和Zajic的理论类似 150

3.6　流体-流体界面处传质的模型 154

3.6.1　膜理论 155

3.6.2　渗透理论 156

3.6.3　表面更新理论 157

3.6.4　膜-渗透理论 159

3.7　双膜理论和总传质系数 160

3.7.1　气-液系统 160

3.7.2　液-液系统 163

3.7.3　大的传质推动力系统 164

3.8　本章小结 167

参考文献 168

习题 170

第4章　单个平衡级和闪蒸计算 176

4.0　本章教学目的 176

4.1　吉布斯相律和自由度 177

4.11　自由度分析 177

4.2　二元汽-液系统 179

4.3　恒沸系统 186

4.4　多组分闪蒸、泡点和露点的计算 189

4.4.1　等温闪蒸 190

4.4.2　泡点和露点 193

4.4.3　绝热闪蒸 196

4.5　三元液-液系统 198

4.6　多元液-液系统 206

4.7　固-液系统 209

4.7.1　浸取 209

4.7.2　结晶 213

4.7.3　液相吸附 215

4.8　气-液系统 218

4.9　气-固系统 221

4.9.1　升华和凝华 221

4.9.2　气相吸附 222

4.10　多相系统 224

4.10.1　气-液-固系统的近似算法 224

4.10.2　气-液-液系统的近似算法 225

4.10.3　气-液-液系统的严格算法 227

4.11　本章小结 230

参考文献 231

习题 231

第5章　级联和复合系统 245

5.0　本章教学目的 246

5.1　级联的结构 246

5.2　固-液相级联 247

5.3　单段液-液萃取级联 251

5.3.1　并流级联 251

5.3.2　错流级联 252

5.3.3　逆流级联 252

5.4　多元气（汽）-液相级联 254

5.4.1　单段级联的集合算法 255

5.4.2　两段级联 260

5.5　膜分离级联 266

5.6　复合系统 268

5.7　逆流级联的自由度和指定 271

5.7.1　物流变量 271

5.7.2　绝热和非绝热平衡级 272

5.7.3　单段逆流级联 273

5.7.4　两段逆流级联 274

5.8　本章小结 280

参考文献 280

习题 281

第二篇 通过添加或产生新相实现的分离 289

第6章　低浓度混合物的吸收和汽提 291

6.0　本章教学目的 291

6.0.1　工业实例 292

6.1　设备 294

6.2　一般设计考虑 301

6.3　用于板式塔的图解平衡级法 302

6.3.1　最小吸收剂流量 304

6.3.2　平衡级数 306

6.4　确定平衡级数的代数法 308

6.5　级效率 312

6.5.1　性能数据 312

6.5.2　经验关联式 314

6.5.3　半理论模型 319

6.5.4　根据实验室数据放大 323

6.6　塔板直径、压降和传质 324

6.6.1　塔板直径 325

6.6.2　高处理量塔板 328

6.6.3　塔板气相压降 330

6.6.4　传质系数和传质单元 332

6.6.5　漏液、夹带和降液管阻塞 336

6.7　用于填料塔的以速率为基础的方法 338

6.8　填料塔的效率、处理量和压降 345

6.8.1　持液量 346

6.8.2　塔径和压降 351

6.8.3　传质效率 358

6.9　填料塔中的浓溶液 366

6.10　本章小结 370

参考文献 371

习题 373

第7章　二元混合物的蒸馏 383

7.0　本章教学目的 383

7.0.1　工业实例 384

7.1　设备和设计考虑 386

7.2　用于板式塔的McCabe-Thiele图解平衡级法 387

7.2.1　精馏段 391

7.2.2　提馏段 392

7.2.3　进料级考虑 393

7.2.4　平衡级数和进料级位置的确定 397

7.2.5　极限状况 397

7.2.6　平衡级的最小数目 398

7.2.7　最小回流比 398

7.2.8　清晰分离 399

7.2.9　塔的操作压力和冷凝器类型 402

7.2.10　过冷回流 403

7.2.11　再沸器类型 406

7.2.12　冷凝器和再沸器热负荷 408

7.2.13　进料预热 409

7.2.14　最优回流比 409

7.2.15　大级数 410

7.2.16　Murphree效率的应用 413

7.2.17　多进料、侧线和直接蒸汽 413

7.3　级效率的估计 417

7.3.1　性能数据 417

7.3.2　经验关联式 420

7.3.3　半理论模型 422

7.3.4　根据实验室数据放大 422

7.4　板式塔的塔径和回流罐 423

7.4.1　回流罐 423

7.5　用于填料塔的以速率为基础的方法 425

7.5.1 HETP法 425

7.5.2　HTU法 426

7.6　用于板式塔的Ponchon-Savarit图解平衡级法 430

7.7　本章小结 432

参考文献 433

习题 434

第8章　三元系统的液-液萃取 449

8.0　本章教学目的 449

8.0.1　工业实例 450

8.1　设备 453

8.1.1　混合-沉降槽 453

8.1.2　喷洒塔 455

8.1.3　填料塔 456

8.1.4　板式塔 456

8.1.5　设有机械辅助搅拌的塔 457

8.2　一般设计考虑 462

8.3　Hunter-Nash图解平衡级法 467

8.3.1　平衡级数 469

8.3.2　最小和最大溶剂-进料流量比 473

8.3.3　直角三角形相图的应用 476

8.3.4　借助McCabe-Thiele图的辅助分配曲线的应用 479

8.3.5　萃取液和萃余液回流 480

8.4　Maloney-Schubert图解平衡级法 486

8.5　萃取器性能的理论和放大 491

8.5.1　混合-沉降装置 491

8.5.2　多室塔 501

8.5.3　轴向分散 506

8.6　本章小结 510

参考文献 511

习题 513

第9章　多元多级分离计算的近似方法 521

9.0　本章教学目的 521

9.1 Fenske-Underwood-Gilliland法 521

9.1.1　两个关键组分的选择 522

9.1.2　塔的操作压力 525

9.1.3　计算最小平衡级数的Fenske方程 526

9.1.4　全回流条件下非关键组分的分配 529

9.1.5　计算最小回流量的Underwood方程 530

9.1.6　用于确定实际回流比和理论级数的Gilliland关联式 537

9.1.7　进料级位置 540

9.1.8　实际回流比下非关键组分的分配 541

9.2　Kremser组合法 543

9.2.1　汽提塔 543

9.2.2　液-液萃取 546

9.3　本章小结 548

参考文献 549

习题 550

第10章　基于平衡的多组分吸收、解吸、精馏和萃取计算方法 556

10.0　本章教学目的 556

10.1　平衡级的理论模型 557

10.2　数学解法的一般策略 560

10.3　方程切断法 561

10.3.1　三对角线矩阵算法 561

10.3.2　精馏计算的泡点（BP）法 563

10.3.3　吸收和汽提计算的流率加和法 574

10.3.4　液-液萃取计算的等温流率加和法 580

10.4 Newton-Raphson法 584

10.5 内外层法 597

10.5.1　MESH方程 599

10.5.2　严格和复杂的热力学性质模型 599

10.5.3　近似的热力学性质模型 600

10.5.4　内外层算法 601

10.6　本章小结 605

参考文献 605

习题 606

第11章　特殊精馏和超临界萃取 617

11.0　本章教学目的 618

11.1　三角形相图的应用 618

11.1.1　残余曲线图 622

11.1.2　精馏曲线图 630

11.1.3　全回流条件下的产物组成区间（蝶形领结区域） 632

11.2　萃取精馏 635

11.3　加盐精馏 641

11.4　变压精馏 643

11.5　均相恒沸精馏 646

11.6　非均相恒沸精馏 652

11.6.1　解的多重性 657

11.7　反应精馏 661

11.8　超临界流体萃取 670

11.9　本章小结 678

参考文献 679

习题 682

第12章　基于速率的精馏模型 685

12.0　本章教学目的 687

12.1　基于速率的模型 688

12.2　热力学性质和传递速率表示式 691

12.3　估算传递系数和界面面积的方法 696

12.4　气相和液相流动模型 697

12.5　计算方法 697

12.5.1　ChemSep程序 698

12.5.2 RATEFRAC程序 703

12.6　本章小结 706

参考文献 706

习题 707

第13章　间歇精馏 711

13.0　本章教学目的 711

13.1　微分精馏 712

13.2　恒定回流和变馏出液组成的二元间歇精馏 716

13.3　恒定馏出液组成和变回流的二元间歇精馏 719

13.4　间歇提馏和复杂间歇精馏 720

13.5　持液量的影响 721

13.6　恒定回流多元间歇精馏的简捷算法 722

13.7　多元间歇精馏的逐板算法 725

13.7.1　严格模型 725

13.7.2　严格积分方法 728

13.7.3　快速求解法 734

13.8　优化控制 737

13.8.1　不合格馏分 738

13.8.2　通过改变回流比实现优化控制 740

13.9　本章小结 744

参考文献 745

习题 746

第三篇 采用阻挡物（膜）和固体介质的分离 751

第14章　膜分离 753

14.0　本章教学目的 754

14.0.1　工业应用实例 755

14.1　膜材料 757

14.2　膜组件 762

14.3　膜中传递现象 764

14.3.1　多孔膜 765

14.3.2　主体流动 765

14.3.3　孔中液体扩散 767

14.3.4　气体扩散 769

14.3.5　无孔膜 770

14.3.6　液体混合物的溶解-扩散膜型 771

14.3.7　气体混合物的溶解-扩散膜型 772

14.3.8　流动方式模型 777

14.3.9　级联 781

14.3.10　外部传质阻力 783

14.3.11　浓差极化和结垢 785

14.4　渗析和电渗析 785

14.4.1 电渗析 789

14.5　反渗透 793

14.6　气体渗透 799

14.7　膜蒸发（渗透蒸发） 803

14.8　超过滤 809

14.8.1　过程结构 811

14.9　微过滤 823

14.9.1　恒速率操作 825

14.9.2　恒压操作 826

14.9.3　组合操作 826

14.10　本章小结 828

参考文献 829

习题 831

第15章 吸附、离子交换和色谱（色层分离） 837

15.0　本章教学目的 839

15.0.1　工业应用实例 840

15.1 吸着剂 841

15.1.1 吸附剂 842

15.1.2　离子交换树脂 847

15.1.3　色谱的吸着剂 850

15.2　平衡 852

15.2.1　纯气体吸附 852

15.2.2　液体吸附 859

15.2.3　离子交换平衡 862

15.2.4　色谱平衡 866

15.3　动力学和传递 867

15.3.1　外部传递 868

15.3.2 内部传递 871

15.3.3　离子交换和色谱中的传质 874

15.4　吸着系统 875

15.4.1　吸附操作 875

15.4.2　离子交换 879

15.4.3　色谱 880

15.4.4　浆料吸附（接触过滤） 881

15.4.5　固定床吸附（渗滤） 886

15.4.6　变温吸附 897

15.4.7　变压吸附 906

15.4.8　连续逆流吸附系统 909

15.4.9　模拟移动床系统 913

15.4.10　离子交换循环 925

15.4.11　色谱分离 927

15.5　本章小结 934

参考文献 935

习题 939

第四篇 涉及固相的分离 949

第16章　浸取和洗涤 951

16.0　本章教学目的 951

16.0.1　工业实例 951

16.1　浸取设备 953

16.1.1　间歇萃取器 953

16.1.2　Espresso咖啡机 955

16.1.3　连续萃取器 958

16.1.4　连续逆流洗涤 959

16.2　浸取和洗涤的平衡级模型 961

16.2.1　McCabe-Smith代数法 965

16.2.2　可变底流 968

16.3　基于速率的浸取模型 971

16.3.1　食品加工 971

16.3.2　矿物加工 975

16.4　本章小结 978

参考文献 979

习题 979

第17章　结晶、凝华和蒸发 982

17.0　本章教学目的 984

17.0.1　工业实例 984

17.1　晶体几何学 987

17.1.1　晶体大小分布 989

17.1.2　微分筛分分析 992

17.1.3　累计筛分分析 993

17.1.4　表面平均直径 994

17.1.5　质量平均直径 994

17.1.6　算术平均直径 994

17.1.7　体积平均直径 995

17.2　热力学考虑 996

17.2.1　溶解度和物料衡算 996

17.2.2　焓衡算 1000

17.3　动力学和传递考虑 1004

17.3.1　过饱和 1004

17.3.2　成核 1006

17.3.3　晶体生长 1007

17.4　溶液结晶设备 1013

17.4.1　循环间歇结晶器 1014

17.4.2　连续冷却结晶器 1015

17.4.3　连续真空蒸发结晶器 1016

17.5　MSMPR结晶模型 1017

17.5.1　晶体人口衡算 1018

17.6　沉淀 1024

17.7　熔融结晶 1028

17.7.1　熔融结晶设备 1028

17.8　区域熔炼 1032

17.9　凝华 1036

17.9.1　换热器中的凝华 1038

17.10　蒸发 1039

17.10.1　蒸发器模型 1043

17.10.2　多效蒸发系统 1046

17.10.3　蒸发器总传热系数 1050

17.11　本章小结 1051

参考文献 1052

习题 1053

第18章　固体干燥 1062

18.0　本章教学目的 1062

18.0.1　工业实例 1063

18.1　干燥设备 1064

18.1.1 间歇操作 1065

18.1.2　连续操作 1067

18.2　湿度测定法 1083

18.2.1　湿球温度 1086

18.2.2　绝热饱和温度 1088

18.2.3　湿分蒸发温度 1090

18.3　固体的平衡湿含量 1094

18.4　干燥阶段 1098

18.4.1　恒速干燥阶段 1101

18.4.2　降速干燥阶段 1104

18.5　干燥器模型 1120

18.5.1　直接加热干燥器的物料和能量衡算 1120

18.5.2　全循环带式干燥器 1122

18.5.3　直接加热回转干燥器 1126

18.5.4　流化床干燥器 1129

18.6　本章小结 1132

参考文献 1133

习题 1134

索引 1141