传质分离理论与现代塔器技术
作者：李群生 编著
出版时间：2016年版
内容简介
　　传质分离是化学工程中最重要的学科之一。本书将理论与实际相结合，主要介绍了化工生产中常用的传质分离单元操作的原理及塔器技术在其中的应用。全书内容包括绪论，精馏，精馏过程计算机模拟，现代板式塔的流体力学与传质性能，现代板式塔的原理、设计及工业应用，现代填料塔的流体力学与传质性能，现代填料塔的原理、设计及工业应用，特殊精馏过程及工业应用，吸收传质过程及工业应用，萃取过程及工业应用，结晶过程及工业应用，超临界萃取技术及工业应用，膜分离过程及工业应用，其他现代传质分离技术共14章。本书可作为高等学校化工类教材，也可供有关生产设计科研部门的工程技术人员参考。
目录
第1章绪论/1 1.1传质与扩散1 1.2传质过程的重要性2 1.3传质过程分类5 1.4传质理论模型10 1.4.1双膜理论10 1.4.2溶质渗透理论11 1.4.3表面更新理论11 1.5强化流体界面传质的方法12 本章主要符号说明13 参考文献13 第2章精馏/14 2.1概述14 2.2精馏过程的汽液相平衡14 2.2.1汽液相平衡关系式15 2.2.2活度系数模型16 2.2.3热力学一致性检验18 2.3连续精馏19 2.3.1原理及工艺流程19 2.3.2连续精馏的计算20 2.4间歇精馏25 2.4.1原理及工艺流程25 2.4.2间歇精馏的计算27 2.5精馏主要附属设备——冷凝器与再沸器31 2.5.1管壳式冷凝器31 2.5.2热虹吸式再沸器36 2.6精馏过程的节能减排与工业应用42 2.6.1操作参数的优化43 2.6.2热泵精馏47 2.6.3多效精馏50 2.6.4蒸汽闪蒸节能技术54 2.6.5间歇精馏的工业应用56 本章主要符号说明59 参考文献61 第3章精馏过程计算机模拟/62 3.1概述62 3.1.1化工流程模拟63 3.1.2Aspen Plus软件介绍64 3.1.3物性方法选择64 3.2精馏过程模拟实例67 3.2.1醋酸乙烯精馏四塔实例67 3.2.2燃料乙醇工业精馏模拟实例77 3.2.3炼油厂气分分离实例79 3.2.4聚乙烯醇聚合四塔甲醇水精馏模拟实例85 参考文献89 第4章现代板式塔的流体力学与传质性能/90 4.1概述90 4.2板式塔气液两相接触状态91 4.2.1两相接触状态分类91 4.2.2影响接触状态转变的因素92 4.2.3流态的转换机制93 4.3板式塔的流体力学性能95 4.3.1塔板压降95 4.3.2塔板持液量99 4.3.3气液在空间上的不均匀流动99 4.3.4夹带现象104 4.3.5塔板漏液106 4.3.6液泛现象108 4.4板式塔的传质性能110 4.4.1点效率110 4.4.2单板效率111 4.4.3全塔效率112 4.4.4影响传质的因素112 4.5CFD在板式塔流体力学与传质中的模拟研究114 4.5.1板式塔CFD模型研究与发展116 4.5.2板式塔的CFD模拟研究119 4.5.3CFD技术应用展望127 本章主要符号说明127 参考文献129 第5章现代板式塔的原理、设计及工业应用/130 5.1概述130 5.2板式塔的发展现状130 5.2.1泡罩型塔板131 5.2.2筛孔型塔板134 5.2.3浮阀型塔板137 5.2.4特殊结构塔板140 5.2.5复合塔板143 5.3板式塔的设计计算144 5.3.1塔设计的主要内容144 5.3.2塔径和塔高的确定144 5.3.3塔板的设计148 5.3.4接管管径的设计155 5.3.5板式塔的校核156 5.3.6浮阀塔的设计实例160 5.4板式塔的安装与运行166 5.4.1板式塔的安装166 5.4.2板式塔的运行166 5.5板式塔的工业应用实例167 5.5.1聚氯乙烯(PVC)高沸塔、低沸塔中的应用167 5.5.2聚乙烯醇(PVA)聚合一塔中的应用170 5.5.3PVA聚合三塔中的应用171 5.5.4PVA回收一塔中的应用172 5.5.5碳五分离中的应用172 5.5.6食用酒精生产中的应用173 5.5.7丙烯酸酯塔中的应用174 本章主要符号说明174 参考文献175 第6章现代填料塔的流体力学与传质性能/177 6.1填料塔的流体力学性能177 6.1.1填料塔气液流动过程分析177 6.1.2填料层压降及泛点气速的计算179 6.1.3填料塔持液量的计算183 6.1.4BH型规整填料的流体力学性能186 6.2填料塔内传质过程188 6.2.1传质基本方程188 6.2.2传质系数的计算190 6.2.3填料层高度的计算193 6.2.4BH型规整填料的传质性能研究201 6.3填料塔流体分布的模型化研究203 6.3.1扩散模型203 6.3.2静态混合器模型203 6.3.3节点网络模型204 6.3.4单元网络模型204 6.3.5渗流器模型204 6.3.6新型板波纹填料混合模型205 6.4填料塔的CFD模拟研究211 6.4.1整体平均CFD模型212 6.4.2单元综合CFD模型212 6.4.3多尺度CFD模型213 6.4.4填料塔CFD模拟研究的展望219 本章主要符号说明220 参考文献220 第7章现代填料塔的原理、设计及工业应用/222 7.1概述222 7.1.1填料塔概况222 7.1.2填料塔的研究进展224 7.2填料塔的结构与特点224 7.2.1填料塔的结构224 7.2.2填料塔的特点225 7.3填料及填料塔塔内件226 7.3.1现代塔填料的特性226 7.3.2现代塔填料的结构227 7.3.3填料塔的内件234 7.4现代填料塔的设计237 7.4.1设计方案的确定237 7.4.2填料的选择239 7.4.3填料塔尺寸的计算240 7.5现代填料塔的工业应用243 7.5.1聚氯乙烯(PVC)生产中乙炔精制243 7.5.2降低废液中氨氮含量246 7.5.3电子级甲醇的生产249 7.5.4降低尾气中有机物的排放250 7.5.5丙炔醇生产250 7.5.6降低皮革工业废液中有害气体的排放250 7.5.7含氨尾气回收处理251 7.5.8制药厂溶剂回收251 7.5.9高纯度硅源的生产251 7.5.10异丁烯精制系统的扩产改造252 7.5.11合成氨系统中脱碳装置的改造252 7.5.12特级酒精脱甲醇塔的优化设计252 7.5.13己烷溶剂油的分离252 7.5.14制溴工业中的应用253 7.5.15糠醛精制转盘塔的技术改造253 7.5.16氨水精馏工艺的改造设计253 本章主要符号说明254 参考文献254 第8章特殊精馏过程及工业应用/256 8.1概述256 8.2萃取精馏256 8.2.1萃取精馏原理257 8.2.2溶剂的选择258 8.2.3离子液体萃取精馏259 8.2.4萃取精馏计算267 8.2.5萃取精馏工业应用269 8.3共沸精馏270 8.3.1共沸精馏分离原理271 8.3.2共沸精馏中共沸剂的选择272 8.3.3共沸精馏过程的计算272 8.3.4共沸精馏工业应用273 8.3.5共沸精馏与萃取精馏的比较275 8.4加盐精馏275 8.4.1加盐精馏原理276 8.4.2盐类的选择277 8.4.3含盐体系汽液平衡数据的关联和预测277 8.4.4加盐精馏过程278 本章主要符号说明280 参考文献281 第9章吸收传质过程及工业应用/283 9.1概述283 9.1.1吸收塔设备283 9.1.2吸收剂的选择284 9.1.3气体吸收工业应用285 9.2吸收过程的相平衡285 9.2.1气体在液体中的溶解度285 9.2.2亨利定律286 9.2.3相平衡与吸收操作的关系288 9.2.4吸收过程的物料衡算289 9.2.5吸收塔的操作线方程与操作线290 9.2.6吸收剂的用量290 9.3吸收传质机理292 9.3.1分子扩散292 9.3.2涡流扩散292 9.3.3相际传质293 9.4吸收塔的工业应用实例295 9.4.1浓硫酸乙炔清净中的应用295 9.4.2淡酒回收中的应用297 9.4.3烟气除油中的应用299 9.5解吸302 9.6聚氯乙烯电石渣浆中的应用303 9.6.1技术原理及特点303 9.6.2工艺流程304 9.6.3主要设备304 9.6.4技术经济分析305 9.7其他吸收305 9.7.1化学吸收305 9.7.2不等温吸收306 本章主要符号说明306 参考文献307 第10章萃取过程及工业应用/308 10.1概述308 10.1.1液液萃取过程机理308 10.1.2液液萃取操作特点309 10.1.3萃取剂的选择309 10.2液液萃取平衡310 10.2.1萃取平衡的基本参数310 10.2.2液液相平衡与杠杆定律311 10.2.3萃取平衡的影响因素315 10.3液液萃取过程的计算317 10.3.1单级萃取计算317 10.3.2多级错流萃取的计算318 10.3.3多级逆流萃取的计算321 10.4液液萃取设备324 10.4.1液液萃取设备的分类和主要类型325 10.4.2液液萃取设备的选择329 10.5液液萃取技术的工业应用330 10.5.1有机品生产中的应用330 10.5.2化纤行业中的应用331 10.5.3煤化工中的应用332 10.5.4在检测技术中的应用334 10.6其他萃取技术335 10.6.1络合萃取技术335 10.6.2双水相萃取技术335 10.6.3反胶团萃取技术336 10.6.4膜萃取技术336 10.6.5凝胶萃取技术336 本章主要符号说明337 参考文献337 第11章结晶过程及工业应用/339 11.1概述339 11.2溶液结晶过程的相平衡340 11.2.1相平衡与溶解度340 11.2.2溶液的过饱和与介稳区343 11.3溶液结晶机理与动力学344 11.3.1晶核生成与晶体成长344 11.3.2结晶生长速率345 11.3.3影响结晶速率的因素345 11.4结晶过程计算346 11.4.1物料衡算346 11.4.2热量衡算347 11.5溶液结晶过程及设备348 11.5.1溶液结晶过程的分类及特点348 11.5.2常见溶液结晶设备350 11.6熔融结晶过程及设备352 11.6.1熔融结晶的基本操作模式352 11.6.2连续多级逆流分步结晶机理与特点353 11.6.3连续多级逆流分步结晶数学模型355 11.6.4连续多级逆流分步结晶设备358 11.7结晶过程的应用361 11.7.1结晶在分离有机混合物中的应用361 11.7.2结晶在制药中的应用363 11.7.3结晶在有机及高分子化合物生产中的应用363 本章主要符号说明364 参考文献365 第12章超临界萃取技术及工业应用/366 12.1概述366 12.2超临界萃取的基本原理及特点367 12.2.1超临界流体367 12.2.2超临界萃取的基本原理367 12.2.3超临界萃取的基本流程369 12.2.4超临界萃取的特点371 12.2.5夹带剂对超临界萃取的影响372 12.2.6影响超临界萃取的其他因素373 12.2.7超临界流体萃取的主要设备375 12.3超临界CO2萃取的热力学分析376 12.3.1压缩气体模型376 12.3.2膨胀液体模型378 12.3.3经验关联379 12.3.4化学缔合模型379 12.4超临界技术的应用381 12.4.1超临界萃取技术的应用381 12.4.2超临界技术在环境保护方面的应用385 12.4.3超临界技术在纳米材料制备方面的应用386 12.5超临界技术的展望387 本章主要符号说明387 参考文献388 第13章膜分离过程及工业应用/390 13.1概述390 13.1.1膜的分类及其制备方法391 13.1.2膜分离过程及其特点391 13.1.3膜组件392 13.1.4膜性能的表示方法394 13.2电渗析395 13.3反渗透396 13.3.1基本原理与过程简述396 13.3.2影响渗透通量的操作因素397 13.4纳滤397 13.4.1基本原理与过程简述397 13.4.2影响纳滤膜分离性能的因素398 13.5渗透汽化和蒸汽渗透399 13.6膜蒸馏400 13.6.1基本原理与过程简述400 13.6.2跨膜传质模型401 13.7渗透蒸馏402 13.8膜分离在海水淡化中的应用405 13.8.1正渗透海水淡化原理405 13.8.2正渗透海水淡化机理模型407 13.9膜分离在污水处理中的应用407 13.9.1正渗透污水处理工艺过程408 13.9.2正渗透过程的浓差极化408 本章主要符号说明409 参考文献410 第14章其他现代传质分离技术/411 14.1吸附411 14.1.1吸附剂411 14.1.2吸附剂的制备412 14.1.3吸附平衡414 14.1.4吸附分离的技术原理与工艺方法417 14.1.5吸附分离设备418 14.1.6吸附的工业应用419 14.2离子交换分离424 14.2.1离子交换树脂424 14.2.2基本原理426 14.2.3离子交换工艺过程与设备427 14.2.4离子交换过程的工业应用428 14.3分子蒸馏430 14.3.1分子蒸馏原理431 14.3.2分子蒸馏装置433 14.3.3分子蒸馏技术的特点434 14.3.4分子蒸馏技术的应用436 14.4泡沫分离437 14.4.1概述437 14.4.2泡沫分离的基本原理437 14.4.3泡沫分离的工艺过程438 14.5色谱分离440 14.5.1概述440 14.5.2基本原理与过程440 14.5.3色谱分离的理论模型441 本章主要符号说明442 参考文献443