精细化工专业英语吴红课文中文翻译2433Word文档格式.docx
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第25课湿法萃取
采用能优先溶解一种或多种所需组分的溶剂来分离液体混合物中组分的（分离）方法称作液-液萃取。
另外的术语称为湿法萃取或溶剂萃取。
在操作中，如果液体混合物原料和溶剂不能完全不混溶，至少部分不混溶是最基本的，（操作）大体上包括三个阶段。
（ⅰ）使进料混合物和溶剂充分接触，
（ⅱ）分离所得到的两相，
（ⅲ）从每一项中除去和回收溶剂。
当采用蒸馏分离效果很差或很困难时，湿法萃取是可考虑的主要选择之一。
相近沸点的混合物或即使在真空下也不能经受蒸馏温度的物质，通常通过萃取分离杂质，萃取利用的是化学性质的差异而不是蒸汽压的差异。
例如，在pH值降到一个合适的分配系数后，用像醋酸丁酯这样的溶剂，从发酵肉汤中萃取青霉素。
然后用用磷酸盐缓冲溶液处理溶剂，从溶剂中萃取青霉素得到净化水溶液，最后通过干燥从净化水溶液中得到青霉素。
萃取也用于从稀释的水溶液中回收乙酸；
在这种情况下也能使用蒸馏，但萃取这一步大大减少了蒸馏出来的水量。
萃取的一个主要用途是分离那些具有不同化学结构，但具有相近沸点范围的石油产品。
采用低沸点溶剂，如苯酚、糠醛或甲基吡咯烷酮来处理润滑油（bp>
300℃）,萃取得到芳香烃，剩余含有绝大部分烷烃和环烷烃的一个油相。
芳香烃具有很差的温度－粘度特性，不能通过蒸馏除去，因为（其组分）具有重叠的沸点范围。
一个相似的工艺，采用高沸点极性溶剂来萃取催化重整产品中的芳香烃，然后蒸馏萃取液得到纯的化学中间体苯、甲苯、二甲苯。
用于此用途性能较好的一个试剂是环状化合物C4H8SO2（环丁砜），环丁砜具有很低的挥发度（沸点290℃），对芳香烃有较好的选择性。
当蒸馏或萃取都可以使用时，通常选择的是蒸馏，尽管在蒸馏中需要有加热和冷却。
在萃取中溶剂需要回收（通常通过蒸馏）以便再次使用，回收的相关操作很复杂，费用也比没有萃取的蒸馏要贵。
然而，萃取在操作条件的选择上能提供更大的灵活性，因为萃取既能改变操作温度又能改变溶剂的种类和用量。
从这个角度讲，萃取更像气体吸收而不是普通的蒸馏。
在许多问题上，操作方法的选择应该根据对萃取和蒸馏的比较研究。
萃取也可用于分离多组分体系，在许多应用中需采用多种溶剂混合物来代替单一溶剂。
第26课粉碎和混合
粉碎
术语粉碎可用于将固体颗粒削切或打碎成小块的所有场合。
在工业过程中，不同方法粉碎的固体有不同的用途。
天然矿石的大块压碎成可加工的粒度；
合成化学品磨成粉末；
塑料片削切成细小立方体或小菱形。
工业品通常必须满足严格的规格，这些规格关于工业品颗粒大小及它们所含颗粒的形状。
颗粒的粉碎也可提高固体的反应活性；
粉碎后能通过机械方法分离出杂质；
粉碎减小了纤维材料的体积，使其易于加工和废物处理。
可采用多种不同的方法弄碎固体，但经常用的只有四种粉碎机械：
（1）压碎，
（2）冲击，（3）磨损或摩擦，（4）削切。
胡桃钳，锤子，锉刀，剪刀是这四种动作的示范。
有时候粉碎是由于一种或几种其它粒子对颗粒的磨损造成的，或者是由于支持液的剧大剪切力造成的。
通常压碎用于坚硬固体的粗粉，形成相对稍细的粉；
冲击形成粗级、中级或精细产品；
摩擦使软质非耐磨材料生成较细的粉末产品；
削切形成有确定粒度，有时候是确定形状的粒子，且几乎没有细粉。
混合
许多工艺操作的成功取决于对原料的有效混合。
混合的实际目的有四个：
（1）形成简单的物理混合物
（2）完成物理变化（3）完成分散（4）促进反应。
固体物质不管能自由流动还是具有粘性，其混合在一定程度上都类似于低粘度液体的混合。
所有过程都是将两种或多种不同的组分混合形成近似的均一产品。
有时一些用于液体混合的设备也可用于混合固体。
但这两种过程（液体混合和固体混合）有两个明显的不同点。
液体的混合依靠流动液流的生成，流动液流将未混合的原料送到与叶轮邻近的混合区。
稠糊或大块状固体不可能产生这样的液流，混合需通过其它的方式完成。
因此通常混合浆糊和干固体比混合液体所需的动力要大。
另一个不同点是：
在液体混合中混合均匀的产物通常意味着是真正的均一液相，从这均一液相中随机取样，即使取很小的体积，都有同样的组成。
在浆糊和粉末的混合中产物中经常有两个或多个很明显的相，每一相中可能含有相当大体积的单个颗粒。
对这种混合均匀的产物随机抽取的很小的样本在组成上会有很大的不同；
事实上如果结果有效，对任一这样的混合物其取样必定比特定临界体积大（混合物中最大单个粒子体积的几倍）。
定义固体和浆糊的混合要比定义液体的困难。
根据统计结果，有时候采用混合的定量测量来评价混合器的性能。
这些结果以任意时间从混合物中所取的局部样本分析为依据。
一种组分随机的分布在另一组分中，这样的混合物称为完全混合。
第27课吸附
吸附不同于其他技术在于它是吸收和脱附步骤的循环操作。
我们必须区分两种吸附现象：
物理吸附和化学吸附。
物理吸附是容易逆向进行的现象，是吸附剂和被吸附物之间分子间吸引力的结果。
化学吸附是吸附剂和被吸附物之间化学作用的结果。
吸附是用途十分广泛的分离技术。
为了具有经济性，吸附剂必须能再生。
这项要求将含有以下物质的气体混合物的处理排出在外
（1）高沸点有机化合物，因为其优先被吸附，而且在循环再生时很难被去除，
（2）低沸点有机化合物，因为其可能会在吸附剂表面聚合，（3）强酸性或强碱性化合物，因为其可能会与吸附剂的表面进行反应。
在一些情况下，这样的化合物可在进入吸附系统前，通过保护床或其它方法先除去。
用固体吸附气体分几步进行。
第一步是气体分子移动到固体表面，这一步和在吸收中气体分子通过固定层扩散到液－气交界面一样；
吸附的第二步是分子渗透到固体的孔内；
第三步是在孔内分子的实际吸附，与前两步相比，实际吸附进行的很快。
吸附的选择性通过
（1）分子筛或
（2）吸附平衡来控制。
当组分在分子大小和（或）形状（以动力学直径为特征）差异较大时，沸石和碳分子筛吸附剂优先被采用，这是因为通过分子筛可获得较高选择性。
这些吸附剂具有很窄的孔径分布，这能阻止那些动力学直径比近似均一的孔径大的分子进入孔内。
公称直径为3埃，4埃，5埃，8埃和10埃的沸石很容易得到。
例如，考虑含有下列组分的气体混合物，其组分相应的动力学直径的埃值在括号内：
氮（<
3），二氧化碳（>
3和<
4），苯（>
7和<
8）。
具有3Å
孔径的沸石能选择吸附氮气，剩下二氧化碳和苯的混合物，此混合物能用具有4Å
孔径的沸石进行分离。
活性氧化铝吸附剂、活性炭吸附剂和硅胶吸附剂具有不同的吸附平衡，吸附平衡必须通过实验测定。
限制性平衡吸附可用于所有种类的分离，但当被选择吸附组分在原料气中达到一定浓度时，它不是一种优先选择的方法。
相反地，限制性平衡吸附在除去少量被选择吸附的杂质时是一个理想的方法。
在某一特定的温度下，某一特定组分的（吸附）平衡负荷主要取决于该组分的分压，其次是其他组分的分压，平衡负荷以单位质量吸附剂吸附的被吸附物质量来计。
第28课超临界流体萃取
可采用超临界溶剂进行萃取使某些化合物来与固体或液体分离。
除了选择溶解能力，超临界流体与常规液体溶剂比有几个优点。
它的密度和粘度低，溶质在其内的扩散系数高－大约比常规液体中的扩散系数大100倍。
因此，超临界流体容易穿透孔状或纤维固体。
仅通过变化温度或压力就能从超临界流体中回收溶质，尽管也使用其它方法。
超临界萃取的一个主要缺点是要求较高的压力。
一个用于超临界萃取的有效溶剂是二氧化碳，特别是在食品加工中。
二氧化碳的临界点是31.06℃和73.8巴。
纯二氧化碳的相图显示了固、液、气的平衡区，以及超临界流体存在的条件。
在超临界区内，没有气体和液体的区别，也没有从一相态到另一相态的转变；
超临界流体的性质类似于密集的气体或者轻的流动液体。
超临界流体的溶解性和选择性是温度和压力的重要作用。
超临界二氧化碳萃取的全部溶质如图4.7所示，因为使用了最高的压力，因此其溶解性也最高。
然后萃取相（负荷溶剂）可以通过一系列的分离器，在分离器内温度和压力逐级变化来进行所谓的多级分馏。
对于选择性的除去有气味的挥发性组分，采用接近临界点的条件比较有利。
在临界点附近溶解性很低，但对大多数挥发性化合物的选择性较高。
图4.7二氧化碳相图
在超临界二氧化碳或其它溶剂中的一种或多种溶质的相平衡图十分复杂。
已发表的平衡资料相对较少；
资料的缺乏，高压设备的高成本和规模扩大的困难使得有关超临界流体萃取的商业应用的有记录很有限。
一个超临界萃取过程的实际例子是从咖啡中提取咖啡因。
首先咖啡豆吸收水分使萃取具有较高的选择性，然后装入内有超临界二氧化碳循环的萃取器内来溶解咖啡因。
同样也在高压下，在分离洗涤容器中，咖啡因从二氧化碳转移到水中。
萃取一直进行到咖啡豆中的咖啡因含量由初始的0.1～3％减少到低于0.02％。
在一个循环的最后，通过卸压和蒸馏从咖啡因中除去水。
另一个可选择的工艺是采用活性炭在二氧化碳中吸附咖啡因。
在任何情况下认为超临界萃取都不会影响咖啡的特殊味道和香气。
第五单元精细化工装置的典型设备
第二十九课反应器
讲到连续反应装置，通常会记起一些简单或理想的反应器类型。
我们将讨论这些反应器的一般特点。
首先讨论的是管式反应器。
管式反应器
之所以命名为管式反应器是因为在大多数情况下，它是以管子的形式出现的。
但是，一般意义上的管式反应器是连续操作的反应器，在反应器的某一方向上，一种或所有的物料在稳定地流动（物料从系统的一端进入，从另一端出去）。
连续搅拌釜式反应器
这种类型的反应器由一个搅拌良好的罐组成，在这个罐中，反应物料连续流动，这是因为这些容器是短粗的，（如宽和高一样的圆柱形容器），这对于物料的良好的搅拌是必不可少的，否则有可能发生大量的液体堆积的进出口之间，容器的大部分是死角。
流化床反应器
这种反应器适用于固体与流体（通常是气体）间的反应。
最早的也可能是众所周知的流化床反应器就是“催化裂解炉”，固体是催化剂，用于烃类蒸气的裂解。
在不同情况下，有多种不同类型的反应器。
简要介绍四种：
鼓泡塔反应器
气体鼓泡进入液体，液体中含有不溶不挥发的催化剂或另一种反应物。
产品可从气流中分离。
在这类反应器中，传质是十分重要的，可控制反应的速率。
浆态床反应器
它和鼓泡塔反应器相类似，但是液相中包含浆状液体和细小的固体催化剂颗粒。
滴流床反应器
在这类反应中，存在固体催化剂，而不是细小的流动的颗粒，反应物，可能是两种部分混溶的流体，可能是并流或逆流通过床层。
移动床反应器
流体自下而上通过固体床层，在反应器顶部连续加入固体，随着反应的进行，固体物料以柱塞流的方式逐渐下移，最后自底部卸出。
均相和非均相反应器
在化学工程中，物理操作如：
流体流动、传热、传质和分离在生产中起重要作用，但是，化学反应器是核心。
化学反应器可分成两类：
均相和非均相反应器。
在均相反应器中，只存在气相或液相一种。
如果有多种反应物，那么必须先将其混合成一个相。
通常，混合反应物是反应的开始，尽管有时需要先将反应物混合，然后加热到所需温度。
在非均相反应器中，通常存在两相或三相。
常见的如气-液、气-固、液固和液-液。
如果一相为固相，通常是作为催化剂；
在非均相反应器中，气-固相催化反应器最重要。
值得注意的是，在非均相反应器中，化学反应本身可能是非均相的，但不是必需的。
在气-固相催化反应器中，反应发生在固体表面，因此是非均相的，但是，气体鼓泡只是气体溶解于液体中，然后成为一个相，因此反应是均相的，但是反应器是非均相的，因为其中有两相：
气相和液相。
一般来说，非均相反应器与均相反应器相比，构造与接触方式更多。
第三十课过滤器和离心机
过滤器
过滤是用过滤介质或隔膜去除流体中的固体颗粒。
工业过滤从简单的过滤到各种分离的组合。
流体可以是液体或气体，从过滤器中得到的有价值的可能是流体可能是固体，或者两者都是。
有时两者都不是，例如固体废弃物在处理之前先要将其和废液分开。
在工业过滤中，进料中的固体含量差别很大。
通常进料先进行预处理来提高过滤速率，例如加热、重结晶或加入过滤助剂如纤维素或硅藻土。
流体通过压差流经过滤介质。
因此，过滤通常根据操作压力来分类。
高于大气压的压力可以通过液体的高度或泵或离心机得到。
因此在从粗晶体中去除液体、澄清饮用水和废水处理中重力过滤器被严格使用。
大部分的工业过滤器是压力过滤器或离心分离器。
它们可以是连续操作或是间歇操作的，主要取决于固体的排放是稳定的还是间歇的。
在间歇过滤器的操作循环中，流体的流动是连续的，但是必须定期使流体不流动以便于将沉积的固体卸掉。
在连续过滤器中，只要装置运行，固体和流体的卸料都是连续的。
过滤器主要分成三大类：
滤饼过滤器、澄清过滤器和错流过滤器。
滤饼过滤器分离含有的固体量相对较多，固体晶体或沉渣作为滤饼，如图1所示。
图1滤饼过滤器
通常包括清洗滤饼和在处理固体之前将部分液体清除。
澄清过滤器清除少量固体以产生澄清的气体或液体如饮料。
固体颗粒被包裹在过滤介质内，如图2所示，或在其外表面。
图2澄清过滤器
澄清过滤器的过滤孔不同，是因为过滤介质孔的直径远远大于固体颗粒的直径。
在错流过滤器中，料液在一定压力下高速通过过滤介质，如图3所示。
图3错流过滤器
固体可能会在介质表面形成一薄层，但液体的高流速会阻止固体层的加厚。
过滤介质是陶瓷、金属或聚合物膜，过滤介质上有足够小的孔以阻止悬浮颗粒。
部分液体流经介质而留下高浓度的悬浮液。
超滤是含有极小孔膜的错流单元，用于分离和浓缩胶体粒子和大分子。
离心机
形成多孔滤饼的固体可在过滤离心机中与液体分离。
浆料进入有如帆布或金属布等过滤介质覆盖的开槽或穿孔的旋转筐中。
离心力使液体通过过滤介质，而使固液分离。
如果停止加料，滤饼短时间旋转，那么滤饼中剩余的液体旋转很短的时间，滤饼中剩余的大部分液体逐渐减少，得到的固体的要比从压滤或真空过滤得到的固体含量少。
当被过滤物质还要通过加热方式干燥时，使用离心机会大大节约成本。
主要的离心过滤种类是悬浮的间歇操作型的，这是种自动的短循环的间歇干燥的但连续输送的离心机。
过滤介质是帆布或其他织物或金属布。
在自动操作的离心机中使用纯金属过滤器，在输送离心机中，过滤介质通常就是网本身。
自动间歇离心机
短循环的自动间歇离心机如图4所示。
图4自动间歇离心机
在这种机器中，过滤筐以一定的速度水平转动。
在适当的时间间隔依次将料浆、清洗液和过滤器清洗剂喷入篮筐。
当全速转动时，用刀将过滤筐卸荷，通过排放槽，以一定力将固体分离。
周期定时器和电磁阀操作值控制各个部分的运作：
进料、旋转、冲洗和卸料。
各个部分的操作时间可以根据需要适当延长或缩短。
第三十一课干燥器
在大量干燥器中，本文只讨论几种重要的干燥器。
第一类也是使用最广的一类，包括干燥刚性或粒状固体和半固体膏状物料的干燥器，第二类是干燥浆料或液体的干燥器。
干燥固体和膏状物料的干燥器
干燥固体和膏状物料的典型干燥器包括不能搅拌物料的厢式干燥器和带式干燥器、能搅拌物料的干燥塔、回转干燥器、螺旋运输式干燥炉、流化床干燥器和急骤干燥机。
根据搅拌程度和固体、气体的接触方式，将上述搅拌器分类排列：
厢式干燥器
典型的间歇操作厢式干燥器如图1所示。
图1典型的间歇操作厢式干燥器
它由金属薄片制成的长方形的厢组成，底部两个滚轮用于支撑支架H。
每一个支架带有一定数量的浅盘，长和宽为750mm，高度为50~150mm，支架上放置待干燥物料。
热空气由鼓风机C和电动机D产生，经过加热器，以2~5m/s的速度在厢间循环。
挡板G均匀分配空气，部分湿空气连续通过排风管B；
补充的新鲜空气进通过进口A.支架安装在滚轮I上，这样干燥结束时，滚轮可将厢拉出，并可将厢推到原有的位置。
厢式干燥器对于小批量产品是有用的。
它们可以干燥几乎所有的材料，但是由于需要人工装料和卸料，操作成本较高。
它们经常用于像染料和药品等高附加值产品的干燥。
气体装过固体层的干燥速率很小，每批料的干燥周期高达3~48小时。
偶尔使用干燥，但是在间歇干燥过程中，这既不经济也不必要，是因为缩短干燥周期并不会减少每批操作所需要的劳动。
但是节约能量是最重要的。
厢式干燥器可在真空下操作，通常采用间接加热。
厢可放在装有蒸汽或热水的中空盘上或本身留有一定空间以放置热流体。
固体产生的蒸汽可通过喷射器或真空泵除去。
塔式干燥器
塔式干燥器含有一系列圆形托盘，圆形托盘一个挨一个安装在中央旋转轴上。
固体料从最高处的托盘上落下，进入热空气或热气体流中。
固体然后刮掉入下面的托盘中。
物料以上述方式通过干燥器，干燥的固体从塔底出料。
固体和气体可以是并流也可以是逆流。
气流干燥器
在气流干燥器中，湿的粉末状固体与热气流的接触时间只有几秒。
换热和干燥速率非常快，因此固体中的水分蒸发时间不超过3、4秒。
气体进口温度高达650℃左右，但由于气固接触时间非常短，因此固体升温只超过50℃左右。
气流干燥因此用于热敏物质的干燥。
溶液或浆液干燥器
一些干燥器通过热交换将溶液或浆液完全干燥。
典型的干燥器有：
喷雾干燥器、薄膜干燥器和转鼓干燥器。
喷雾干燥器
在喷雾干燥器中，浆液或溶液以均匀的雾滴分散在热气流中。
水分很快蒸发，干燥的固体颗粒然后与气流分离。
气液两相可以并流、逆流或混合。
薄膜干燥器
和喷雾干燥器相比，薄膜干燥器可以是液体或浆液进料，并产生干燥的、自由流动的固体产品。
薄膜干燥器通常分为两部分，一部分是垂直的带有搅拌的蒸发干燥器，大部分进料中的水分被移走，部分湿固体进入第二部分，在此物料中的水分达到要求。
转鼓干燥器
转鼓干燥器是由一个或多个加热鼓组成，圆鼓外面是一层薄的待干燥的液膜。
当鼓旋转时，干燥的固体排出。
典型的转鼓干燥器如图2所示：
图2典型的转鼓干燥器
液体从槽或开孔的管子进入两鼓之间或上部的空间。
这个空间被定义为固定端板。
热量以热传导的方式从气相传递到液相，转鼓之间的液相浓度增加。
提浓的液体从底部流出，鼓的表面覆盖一层粘稠的液体。
实际上当鼓旋转时，固体中的含有所有液体挥发，只剩下一薄层的固体物质，然后由刮刀将其刮入下面的输送器中。
蒸发的水分收集后通过鼓上部的蒸汽头移走。
第三十二课萃取器
在液液萃取中，正如在气体吸收和精馏中一样，两相间必须充分接触并发生物质传递，然后分离。
在吸收和精馏中，混合和分离是容易而迅速的。
但在萃取中，两相有密度差才能进行混合和分离。
如果两相间的密度差远小于气液间的密度差，那么两相很难混合，更难分离。
两相间的黏度差必须足够大，通过大部分萃取装置的物质的线速度都比较小。
因此，在有些萃取器中，必须补充混合和分离的能量。
萃取装置可以间歇操作也可以连续操作。
少量的液体和少量溶剂可以在带有搅拌的容器中混合，然后静置、分离。
提取物是一层溶剂加提取的溶质，残液是移走溶质的一层物质。
提取物可能比残液轻，也可能比残液重，因此有些提取物在设置顶部得到，有的在底部获得。
萃取可以多次进行，但当物质量比较大并需多次萃取时，连续进料比较经济。
大部分萃取设备是连续的，并进行连续接触或微分接触。
典型的设备有混合澄清槽、通过重力分离不同物质的直立塔、搅拌萃取塔和离心萃取塔。
搅拌萃取塔
混合澄清槽提供机械能用于两相间的混合，但是搅拌萃取塔不同。
混合和分离都依靠重力。
但在一些搅拌萃取塔中，机械能通过内部安装在中央旋转轴上的涡轮机或其他搅拌器提供，旋转盘接触器如图1所示。
图1图2
平盘分散液体使液体流向塔壁，形成静止区域使两相分离。
在其他设计中，叶片被静止区域分开产生一组一个叠一个的混合澄清器。
如图2所示，在搅拌器周围的区域都是铁丝网以加强相之间的聚集和分离。
大部分的萃取发生在混合区，但一些也有可能超过100%。
每个混合澄清器300~600mm高，这意味着一些理论上的接触可以在这样短的高度内完成。
但如何保持内部运动部件的正常工作，特别是在腐蚀性液体中，是一个严峻的问题。
离心萃取器
相的分散与分离可通过离心力大大加强，一些经济型萃取器就使用离心萃取器。
在波氏离心器中，在金属外壳里一条带齿孔的螺旋带缠绕在一个中空水平轴上，液体可以通过轴进入或离开。
轻液体用泵在3-12个大气压下打到旋涡外面以克服离心力，重液体进入中心。
逆流的液体通过由螺旋带和套管壁形成的通道。
重液体沿着螺旋外表面外移，轻液沿着内表面内移。
液液界面间的高剪切力导致快速传质。
此外，一些液体通过带孔的螺旋带加速了湍流。
在一台设备中尽管3-10%的接触是常见的，但在这台设备中能高达20%。
离心萃取器价格高，使用范围小。
能在较小空间内提供充分接触，停留时间大概只有4秒左右。
因此，对于维生素和抗生素等敏感产品的萃取是非常有用的。
附属设备
在萃取塔中的分散相可在某一点聚集成连续层，产品可从这连续层取出。
这连续层与连续相之间的界面设定在填料塔顶或塔底的某一开放部分。
在筛板中，界面设定在轻相分散的塔顶附近的某一开放部分。
如果重相是分离相，界面就在塔底附近。
界面由重相的溢出排气孔自动控制，作为一个连续的重力倾析器。
在大的萃取塔中，界面通常在重的液体卸料线中安装一个控制阀来调节。
在液-液萃取中，溶剂必须从提取物或残液中移走。
因此，在大部分萃取体系中，附属的蒸馏器、蒸发器、加热器和冷凝器是必需的，通常比萃取装置本身成本高。
如果某体系可以通过萃取或精馏分离，从经济方面考虑的话，通常选择
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