分离工程绪论培训课件.ppt

分 离 工 程 II,贺高红 教授hgaohong 鲁金明 副教授 办公室：化工楼C221；电话：84986146；手机 ljinming Qq群：511360773 大工2016 分离工程II,第一章 绪 论,？,什么是分离工程？ 为什么要研究分离工程？ 分离工程有什么重要的作用？ 分离的依据是什么? 有哪些分离技术？ 如何选择合适的分离技术？,分离工程或分离过程(separation processes),主要是对化学工业、石油化工、煤化工生产及相关工业生产中的分离过程进行研究的一门科学。原料、产品,分离工程提供所需要的原理及方法。,1901年英国戴维斯(Davis)编著了第一本化学工程专著化学工程手册 分离工程是化学工程学科的一个重要分支。 分离工程一直是化工过程中的关键角色,(18501907),化学工程涵盖化工热力学、传递过程、单元操作、化工系统工程、化工控制过程等内容，分离工程为化学工程的一部分并与这些内容密切相关。 现代化工生产中，主要包括主要两个过程： 一是反应过程，它可以生产出新的物质，是化工生产中的核心， 二是分离过程，它包括原料的净化、预处理、中间产物的分离及产物的分离和提纯，是得到合格产品的关键三传一反,1.1 分离过程在化工生产中的重要作用,分离过程是分离混合物的一种方法。 分离操作可以实现： I、提纯原料；II、分离中间产物，减少副反应，提高产品收率； III、脱除有害物质；IV、产品提纯与精制；V、对混合物进行检测分析等。,分离设备投资巨大，操作费用高，直接关系生产成本及效益。,由裂解气生产乙烯、丙烯分离流程图,4、炼油联合装置， 5、变压吸附制氢装置,1、裂解气分离装置 2、煤制天然气装置 3、吸收装置,设备规模大型化,1000万吨常、减压：减压塔塔径13米； 100万吨特大型乙烯：油洗塔塔径10米左右； 60万吨：对二甲苯分离：塔径10.2米; 液化气脱硫:高压、高通量； 燃煤电厂烟道气脱硫：塔径1216米； 燃煤电厂烟道气脱CO2：分离要求更高； 己烯-1与己烯-3精馏分离需100多个理论级，回流比极大，投资占总投资的近一半，且能耗很高。 在乙烯裂解装置的C4馏分分离中，丁烯-1与异丁烯的精馏法分离需350理论级，回流比高，能耗极高。 18同位素分离需2200理论级；,分离过程是环境保护所必需的手段与方法,能源开发与利用离不开分离工程,分离过程在其他领域的应用 分离过程除了在化工、环保及能源领域中有广泛应用外，在其它工业领域也有巨大的用途。 冶金行业：矿物中金属的提取和精制 食品工业：食物脱水、果汁提纯 核 工 业：同位素分离 生化行业：生物分离，培养液和发酵液的分离 科技发展对物质纯度的要求越来越高，促进了分离理论和技术的发展，一些新型分离技术不断开发出来。反应精馏技术、变压吸附分离技术、膜分离技术、超临界萃取技术等等。,1.2 分离过程基本概念 分离过程的定义：,混合是自发过程，而分离是非自发过程，必须通过建立装置、系统或过程，对混合物加入能量，才能实现。 定义：将一混合物转变为组成不相同的两种或两种以上产物的操作。 分离工程示意图,原料物流 (一股或几股),分离剂 (物质或能量),分离装置,产品1 产品2,(组成不同的物流),分离因子（分离因数）,定义： 任何一种分离过程中任意两组分间能够达到的分离程度称为分离因子或分离因数。 数学表达式：,对于精馏？,分离剂 分离剂是加入到混合物系中的，使混合物分离的能量或物质。 一股或几股物流进入分离装置，加入分离剂后引起分离作用，最后得到至少两股不同的产品。 分离剂是能量(热量、冷量或功等)，称为能量分离剂, 分离剂是物质(或另一种原料)，成为质量分离剂。 分离剂还可以是某种强制力（如压力梯度、温度梯度、电场力、磁场力）及特殊膜等。 分离过程的特征往往由加入分离剂的性质决定。,分离过程按所加分离剂的不同可以分为：,能量分离剂的平衡过程 这类过程的共同点是所加的分离剂均为能量(热量、冷量、减压等)。 质量分离剂的平衡过程 吸收(以不挥发性液体作为分离剂)、气提(以不凝性气体作分离剂)，吸附和离子交换(分别以固体吸附剂和树脂作分离剂)及萃取(以不互溶液体做分离)等属于这类过程。 使用一个以上分离剂的平衡过程 如萃取精馏和恒沸精馏(热量与适当液体)。,分离的依据：,混合物中各组分之间的差异,1.3 分离过程的分类,分离过程分为机械分离过程和传质分离过程两大类。 机械分离过程是指分离装置所接受的是多于一个相的非均相进料，只要简单地分相就可以。如过滤、沉降、固-液分离和气-液分离器等。 传质分离过程是除了机械地将不同相加以分离外，相间还发生物质的传递。分离对象是均相混合物，将含有不同组分的均相混合物分成组成互不相同的两种或多种产品的操作。精馏，吸收，萃取等。 平衡分离过程 传质分离过程 速率分离过程,平衡分离过程的单元操作,平衡分离过程是借助分离媒介（热量或物质）将均相混合物分离，分离主要是根据各组分的相平衡进行，分离后的两相呈相平衡状态。精馏，吸收，萃取等过程均属于平衡分离过程,平衡分离的原理图,平衡分离过程的单元操作,闪蒸法淡化海水,减压 (能量) 挥发度,液体 + 蒸汽,液体,闪蒸汽化,实例,分离剂及原理,产品,进料,形式,单元操作,用丙烷为溶剂从残油(拔顶油)中脱沥青,不互溶液体 溶解度,两种液体,液体,液液萃取,用乙酸丁酯为夹带剂并与水形成恒沸物，从水-乙酸混合液中分离乙酸,液体夹带剂 + 热量 改变挥发度,液体 + 气体,气、液或 气液混合物,恒沸蒸馏,实例,分离剂,产品,进料,形式,单元操作,MSA,MSA,L,L,V/L,L,L,MSA,L,清除废水中的洗涤剂, 矿石浮选,表面活性剂 + 鼓泡 气泡在气液界面吸附,两种液体,液体,液膜分离,水的软化,固体树脂 相互作用力的强弱,液体,离子交换,用分子筛吸附剂干燥空气,固体吸附剂 吸附力强弱,流体 + 固体,气体 或液体,吸附,矿泥浆液的沥取回收硫酸铜,液体溶剂 固体溶解度,液体 + 固体,固体,沥取 (浸取),实例,分离剂,产品,进料,形式,单元操作,V/L,V/L,S,L,S,MSA,L,L,液体 + 固体,L,L2,L1,V,速率分离过程的单元操作,速率分离过程是在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电力差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异实现组分的分离。,速率分离过程的应用范围,几种主要的膜分离过程,气体分离 GS,1.4 近代分离过程特征,与过程系统工程相结合。 过程系统工程主要包括系统模拟、系统分析、系统综合及系统优化等。 反应与分离结合。 反应过程与分离过程是化工生产的两个重要环节，二者相互结合，相得益彰。化学吸收、化学萃取、反应精馏、膜反应器、膜控制释放、膜生物反应器等新工艺不断推广。 分离与分离结合。 萃取结晶、吸附蒸馏、膜蒸馏、膜吸收、膜萃取等,与节能技术相结合。 分离过程占化工过程能耗的5090%，分离过程与节能技术密不可分 新分离过程不断出现。 加盐精馏、分子蒸馏、超临界萃取、膜分离、离子交换、大型色谱分离等，使分离过程由“大型化”向“精细化”发展，应用范围拓宽，分离效率提高。,1.5 分离过程的解决方案,掌握多组分混合物的热物性数据 纯物质的物性数据可查；混合物的物性数据需计算。 计算实际体系的相平衡常数 计算平衡常数需用活度系数、逸度系数对理想体系进行修正。 清楚聚集态的变化 多组分混合物分离常伴随聚集态的变化，即出现新的相，计算时需确定新相的参数。 学会化工软件对过程进行分析、模拟、设计 多组分混合物分离过程的计算需反复试差、迭代或联立求解线形或非线性方程组，计算量大。 构建新的分离模型。,1.6 分离方法的选择依据,判断分离的可行性（是否能分离） 了解物料的物理化学性质（是否易分离） 明确生产的处理规模（是否分离快） 设计合适的分离设备（是否高效率） 分析投资及运行的经济性（是否成本低） 注意安全与环保（是否环保）,1.7 课程要求,深入掌握典型的分离技术，包括内容、原理、特点及具体应用。 做到能够针对具体过程提出多种解决方案，并能够进行综合分析，根据具体情况选择最佳方案。 本科要求:了解工业过程中常用的分离技术，掌握各种分离技术的原理、工艺及特点，能够用所学习的分离技术去解决实际问题。 研究生要求：熟练掌握各种分离技术及其基本原理及优缺点，能够择优选择最佳分离方案；掌握相关化工模拟软件并能够通过所掌握的软件进行过程计算及模拟；