化工分离工程01[1]

1、分离工程教师：蒋春跃 制作：何寿林本课程的任务和内容地位：专业基础课前期课程：物理化学、化工原理、化工热力学重点：1 基本概念、基本原理、基本公式 的理解2 讨论各种分离方法的特征3对设计、分析能力的训练4 提高解决问题能力学生应掌握：分离过程的基本理论简捷和严格计算方法强化、改进操作途径对新分离技术有一定了解教材：面向21世纪课程教材:刘家祺.分离过程.北京:化学工业出版社, 2002主要参考书：陈洪飭，刘家祺.化工分离过程北京:化学 工业出版社,1995第一章绪论分离过程在工业生产中的地位和 作用传质分离过程的分类和特征分离过程的集成化学习方法与要求1.1分离过程在工业生产中的地位 和作用

2、111分离过程在化工生产中的重昌 性1.1.2分离过程在清洁工艺中的地返叵一般化工生产过程:例1:乙烯水合生产乙醇乙涉及分离过程：吸收：3、5、9；精詹6、8、10；闪蒸：4乙-Wr例2：二甲苯生产（石脑油 H进料1重整反应器；2、13汽液分离器；3压缩机；4脱丁烷塔；5萃取塔6-再生塔；7.甲苯塔；8二甲苯回收塔；9-冷却器；10-结晶器；11异构化反应器；12 熔融塔 原料：石脑油沸程120230K目的产物为 对二甲苯加氢重整后得到：轻油非芳炷-H- m m -+；+-本中本中本高级芳姪邻二甲苯间二甲苯对二甲苯沸点C144.411139.104138.351熔点C-25.173-47.87

3、213.263特点:涉及到分离过程：精憎：4、7、8萃取：5、6纟吉晶：10总结：原料的净化与粗分反应产物的提纯药物的精制和提纯精选金属的提取食品除水、除毒、病毒分离、同位数分离三废处理返1.1.2分离过程在清洁工艺中的地位与作用清洁工艺：生产工艺和防治污染有机的结合，将污染物减少或消灭在工艺过程中。面向21世纪社会和经济可持续发展的重大课题。废物最小化?清洁工艺综合考虑:合理的原料选择;反应路径的清洁化；;物料分离技术的选择； 确定合理的流程和工艺参数。 核心：化学反应/过程绿色化原料绿色化：采用无毒无害原料采用可再生资源（如生物质）产品绿色化：设计安全的化学品 设计可降解的化学品过程绿色化

4、：采用原子经济性反应 采用绿色催化剂 采用绿色溶剂 过程强化卜场强化流程集约化装备微型化与化工分离过程密切相关的有:降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、 回收利用率、循环利用率；开发和采用新技术、新工艺、改善生产操作条 件，以控制和消除污染；采用生产装置的闭路循环技术；处理生产中的副产物和废物，使之减少和消除 对环境的危害；研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的 “三废”治理技术。闭路循环系统:将过程所产生的废物最大限度地回收和1单元过程；2处理实现分离与再循环系统使废物最小化的方法=废物直接再循环例：废水进料提纯例：氧化反应采用纯氧除去分离过程中加入的附加物质例：共沸剂、萃取剂附加分离

5、与再循环系统例：分离废物中的有效物，循环使用上述原因促使：传统分离过程不断改进和发展例:反应精f留;吸附；新分离方法不断出现和实现工业化应用例：膜分离；热扩散；色层分离；思考: 循环经济、产业链、工业园区等1.2传质分离过程的分类和特征1.2.1平衡分离过程1.2.2速率分离过程产品分离媒介： 能量物质压力平衡分离过程借助分离媒介，使均相混合物系统变 成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡 的两相中不等同的分配为依据而实现分配，表征 量一分配系数。121平衡分离过程混合物分离设备原料 相态:液体分离原 理： 挥发度（ 蒸汽压） 有较大差 别分离媒乔：减压工业应 用：海水淡化生 产纯水；吸

6、收液的解吸O分离媒介： 热量，有时 用机械功同上分离媒分离原工业应乔：理：用：液体吸收挥发度（由催化裂化剂（MSA蒸汽压）装置主蒸塔）;加入有较大差顶产物中回热量（别收乙烷及较ESA)轻的桂。液体溶剂（以苯酚作溶MSA）或塔改变原溶剂由沸点相釜加热（1 C 液的相对近的非芳炷ESA)挥发度中分离芳桂液体共沸剂;以醋酸丁(MSA)或酯作共沸剂塔釜加热（ESA）从稀溶液中 分离醋酸。1-2.2速率分离过程在某种推动力（作用下，有时在选择性膜的 配合下，利用各组分扩散速 率的差异实现组分的分离。微孔过滤（MF）:目的：溶液脱离子，气体脱离子进料（液体和气体）推动力:压力差（1 OOkPa传递机理：筛

7、分膜类型：多孔膜超滤（UF）:目的：溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大 分子分级。如透晰。进料.O Q 0 c Q 0溶剂、推动力：压力差（1001 OOOkPa）传递机理：筛分膜类型：非对称性膜反渗透（RO）：目的：溶剂脱溶质，含小分子溶质溶液浓缩。进料-溶质、推动力：压力差（1000lOOOOkPa）传递机理：优先吸附毛细管流动溶解、扩散模型膜类型：非对称性膜或复合膜渗析(D):目的：大分子溶质溶液脱小分子，小分子溶质溶 液脱大分子。净化液 J妾受液推动力：浓度差传递机理：筛分、微孔膜内的受阻扩散 透过物：小分子溶质或较小的溶质截留 0.02um离子、截留血液 0.005um离子膜类型：

8、非对称性膜或离子交换膜电渗析（ED）:目的：溶液脱小离子，小离子溶质的浓缩、小离 子的分级。浓电解质产园丨 :I-丿F阴离子交换膜进料推动力：电化学势传递机理：反离子经离子交换膜的迁移膜类型：离子交换膜热扩散:原理:先建立稳定的温度梯度，气体中较轻的组分向热线 浓度梯度，热线附近的气 体由于密度较小流向上顶 瓶；冷管壁附近的气体由 于密度较大向下底瓶流动。方向飘逸，再建立稳定的速率分离过程特点:节能环保优势 新的方法1.3.分离过程的集成化目的=实现清洁工艺 使物料能量消耗最小； 经*效盈、衽会效我最大。131反应过程与分离过程的耦合132分离过程与分离过程的耦合1.3.3过程的集成131反应

9、过程与分离过程的耦合 目的：改善不利的热力学和动力学因数, 减少设备、操作费用、节约资源和能 源。化学吸收化学反应与吸收相结合被溶解的组分与吸收剂中的活性组分发生反应,增加传质推动力,如烟气脱硫。化学萃取化学反应与萃取相结合溶质与萃取剂反应。如：络合反应；水解；聚合反应（催化）精憎化学反应与精馆相结合例：酯化、皂化、酯交换、胺化、水解膜反应器优良分离性能与催化反应相结合 例：利用多孔陶瓷膜催化反应器，进行丁烯脱氢 制丁二烯。丙烷脱氢制丙烯。控制释放将药物或其他生物活性物质以一定形式与膜 结构相结合，使这些活性物质只能以一定速度通 过扩散等方式释放到环境中。膜生物传感器由生物催化剂酶或微生物与合

10、成膜及电极转 换装置组成，模仿生物膜对化学物质的识别能力 制成，为酶膜传感器和微生物传感器。返回13. 2分离过程与分离过程的耦合 复合分离过程优点：集原分离过程之所长，避其所短。 适用于:特殊物系的分离。萃取结晶（加和结晶）分离：挥发度相近的组分。无机盐生产（优点：节能）溶剂可萃取出部分水。吸附蒸憾气一液一固三相分离过程吸附分离优点:分离因子高，产品浓度高，能耗低。 :缺点：吸附剂用量大，收率低。形成互补电泳分离不同蛋白质在一定pH值的缓冲溶液中，其溶解度不 口J,在电场作用下，这些带电的溶胶离子在介质中的 动速度不同，实现不同蛋白质的分离。返叵iES9SB3环己烷L丙酮丙酮+水丙酮I-纯苯

11、7k优点：无污染二、传统分离过程与膜分离的集成将膜技术应用到传统分离过程中渗透蒸发用来分离挥发性液体混合物，恒沸、近沸点物系。 蒸汽渗透例：发酵液脱水制无水乙醇水与醇形成二元共沸物，共沸点:78.15C, x=0.894 (mol)三、膜过程的集成优点：取长补短例：分离悬浮液为高固体含量物料 将超滤、反渗透、渗透蒸憎组合在一起。返叵1.4设计变量变量:用于设计分离装置的参数/物理量如进料 流率，浓度，压力，温度，热负荷，机械功的输入（ 或输出）量，传热面积大小，以及理论塔板数等.分离装置的设计:就是要确定上述物理量间相互 联系，相互制约.设计变量：由于变量太多，所以设计者只能规定 上述变量中的

12、若干个变量的数值如果设计过 程中给定数值的物理量数目少于设计变量的 数目，设计就不能进行反之，给定数值的物理 量过多，设计也无法进行.因此，设计的第一步不是选择变量的具 体数值，而是要知道设计者所需要给定 数值的变量数目。简单过程：一般按经验给出。如一处进 料的二组分精馅塔：进料流率、进料浓 度、进料状态、塔压、釜液浓度、馆出以及冷凝液浓度以及回流比。计算：精憾段理论塔板数，提馆段理论塔板数, 器，再沸器的热负荷等。复杂过程：N=NNC式中：Nj为设计变量；2Vv为描述系统的独立 变量数；他为变量间的约束关系数（即描 述约束关系的独立方程式的数目）。相律：对于任一物流，描述它的自由度数（ 强度性质的变量）f=C5C-分数；龙一相数。对于单相物流，独立变量数为：Ny=f+l=（c-l+2）+l=c+21 指物流的数量（容量性质）约束关系： 物料平衡式 能量平衡式 相平衡关系式