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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