第七章分离方法选择

1、北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系第七章第七章 分离方法的选择分离方法的选择7.1 主要主要分离方法分类分离方法分类机械分离过程机械分离过程传质分离过程传质分离过程平衡分离过程平衡分离过程速率分离过程速率分离过程能量分离剂的平衡过程能量分离剂的平衡过程：冷凝、蒸发、蒸馏、节流：冷凝、蒸发、蒸馏、节流质量分离剂的平衡过程质量分离剂的平衡过程：吸收、汽提、吸附、离交、萃取：吸收、汽提、吸附、离交、萃取一个以上分离剂的平衡过程一个以上分离剂的平衡过程：萃取精馏、恒沸精馏：萃取精馏、恒沸精馏速率控制分离过程速率控制分离过程：电渗析、

2、膜分离、分子蒸馏：电渗析、膜分离、分子蒸馏场分离过程场分离过程：重力场、离心力场、温度场、压力场、电磁场：重力场、离心力场、温度场、压力场、电磁场相平衡分离过程相平衡分离过程：气液、气固、液固、液液平衡：气液、气固、液固、液液平衡反应分离过程反应分离过程：反应吸收、化学萃取、离子交换、反应精馏：反应吸收、化学萃取、离子交换、反应精馏北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系机械分离法机械分离法过滤过滤沉降沉降离心分离（液固）离心分离（液固）旋风分离（气固）旋风分离（气固）静电沉降静电沉降网眼除沫网眼除沫磁法分离磁法分离北京林业大学分

3、离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系平衡分离法平衡分离法吸收吸收气提气提蒸发蒸发蒸馏蒸馏泡沫分离泡沫分离干燥干燥吸附吸附升华升华凝聚凝聚结晶结晶固体浸出固体浸出离子交换离子交换液液萃取液液萃取超临界萃取超临界萃取反胶束萃取反胶束萃取液膜分离液膜分离层析分离（分配）层析分离（分配）双水相萃取双水相萃取北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系速率分离法速率分离法气体扩散气体扩散渗透汽化渗透汽化电渗析电渗析反渗透反渗透超滤超滤微滤微滤热扩散热扩散电泳电泳分子蒸馏分子蒸馏北京林业大学分

4、离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系分子蒸馏分子蒸馏应用：用于对高沸点及热敏性物质进行提纯和浓缩。应用：用于对高沸点及热敏性物质进行提纯和浓缩。原理：依靠不同物质原理：依靠不同物质分子运动平均自由程分子运动平均自由程的差别的差别 实现物质的分离。实现物质的分离。特点：操作温度低、蒸馏压强低、受热时间短、特点：操作温度低、蒸馏压强低、受热时间短、 分离程度及产品收率高。分离程度及产品收率高。（Molecular Distillation）北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系

5、蒸发面和冷凝面的间距小于或等于被分离物料蒸发面和冷凝面的间距小于或等于被分离物料的蒸汽分子的平均自由程。的蒸汽分子的平均自由程。北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系刮膜式分子蒸馏装置简图刮膜式分子蒸馏装置简图北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系 7.2 分离方法的选择程序分离方法的选择程序确定分离目的确定分离目的待分离混合物中各组分的物理、待分离混合物中各组分的物理、化学、生物学方面的性质参数列表化学、生物学方面的性质参数列表是否可利用是否可利用自然的能量自然

6、的能量是否为超高是否为超高纯度的分离纯度的分离是否可利用是否可利用 热能热能除去量除去量规模规模反应分离反应分离多级分离多级分离操作简单操作简单的分离法的分离法蒸馏法蒸馏法其他分离其他分离 方法方法重力、太阳能、重力、太阳能、微生物等进行微生物等进行分离分离分离分离各种方式各种方式的预处理的预处理YesYesYesNoNoNo大大小小ENDENDENDENDEND北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系7.3 分离方法选择的一般

7、原则分离方法选择的一般原则1、应先试选简单的或比较简单的分离方法；、应先试选简单的或比较简单的分离方法；2、如果组分间的选择性在分离过程中基本不、如果组分间的选择性在分离过程中基本不 变则应首先分离浓度高的那个组分；变则应首先分离浓度高的那个组分；3、若可以使用蒸馏法，就应先行分离挥发度、若可以使用蒸馏法，就应先行分离挥发度 最大的组分；最大的组分；4、在进行萃取或萃取蒸馏（或共沸精馏）操作时，、在进行萃取或萃取蒸馏（或共沸精馏）操作时， 紧接着就应在下一步工序使萃取剂和溶质分开；紧接着就应在下一步工序使萃取剂和溶质分开；北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工

8、程系材料科学与技术学院化学工程系7.4 分离方法选择的一般原则分离方法选择的一般原则5、应避免使用第二分离剂来除去、应避免使用第二分离剂来除去 或回收分离媒介；或回收分离媒介；6、过程的经济性；、过程的经济性； （1）单位产品价值高，市场寿命短的产品）单位产品价值高，市场寿命短的产品 （2）大吨位产品，生产厂家多，市场竞争激励）大吨位产品，生产厂家多，市场竞争激励7、分离过程类型；、分离过程类型；8、分离生产规模。、分离生产规模。1、可行性、可行性2、分离过程类别的选择、分离过程类别的选择3、产品价格、产品价格4、产品热敏性、产品热敏性5、物性与分子性质、物性与分子性质6、经济因素、经济因素7

9、、安全和环保、安全和环保8、经验、经验北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系 分离方法分离方法 最大生产能力最大生产能力 精馏精馏 萃取萃取 结晶结晶 吸附吸附 反渗透反渗透 气体渗透气体渗透 超滤超滤 离子交换离子交换 电渗析电渗析 电泳电泳 色层分离色层分离 凝胶过滤凝胶过滤 近于无限制近于无限制 近于无限制（某些类型的塔，最大塔径为近于无限制（某些类型的塔，最大塔径为1.83m） 1070106kg/a 近于无限制近于无限制 每一膜组件产水量每一膜组件产水量0.45 106kg/a 每一膜组件渗透气体量每一膜组件渗透气体量

10、0.9 106kg/a 每一膜组件每一膜组件 0.45 106kg/a 450 106kgH2O/a 0.45 106kgH2O/a 1000kg/a（以脱载体为基准）（以脱载体为基准） 0.24 106kg气气/a， 0.09106kg液液/a 100kg/a（以脱载体为基准）（以脱载体为基准）主要分离过程在单生产线操作时的最大生产能力主要分离过程在单生产线操作时的最大生产能力北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系7.5 7.5 设计的可靠性设计的可靠性精馏精馏萃取萃取结晶结晶吸附吸附反渗透、气体膜分离、渗析和电渗析反渗透、气

11、体膜分离、渗析和电渗析超滤超滤离子交换离子交换电泳电泳色层分离色层分离北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系7.6 7.6 分离过程的独立操作性能分离过程的独立操作性能精馏精馏萃取萃取结晶结晶吸附吸附反渗透反渗透气体膜分离气体膜分离超滤超滤离子交换离子交换渗析和反渗析渗析和反渗析电泳、色层分离和凝胶过滤电泳、色层分离和凝胶过滤北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系1、论述平衡分离过程的含义，平衡分离过程包括哪些单、论述平衡分离过程的含义，平衡分离过程包括哪些单元操

12、作过程？元操作过程？平衡分离过程借助于热能、溶剂和吸附剂等媒介，使均相混合物变成两相，再将两相分离的过程。平衡分离过程包括气液传质过程（蒸馏、吸收等）、液液传质过程（萃取等）、气固传质过程（吸附等）、液固传质过程（离子交换、浸取等）。2、论述速率分离过程的含义，速率分离过程包括哪些单、论述速率分离过程的含义，速率分离过程包括哪些单元操作过程？元操作过程？速率分离过程在浓度差、压力差、电位差等的推动力作用下，利用各组分的扩散速率差异进行分离的过程。速率分离过程包括膜分离（超滤、反渗透等）、场分离（电泳、热扩散等）。北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科

13、学与技术学院化学工程系iiixKy ), 2 , 1( 11CiyCii), 2 , 1( 11CixCii3、多组分分离计算中气液平衡基本关系包括哪些，、多组分分离计算中气液平衡基本关系包括哪些，列出各自的方程。列出各自的方程。气液平衡基本关系包括相平衡关系、汽相浓度归一化方程和液相浓度归一化方程。关系分别如下：相平衡关系：汽相浓度归一化方程：液相浓度归一化方程：北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系4、论述多组分分离过程的特点、论述多组分分离过程的特点（1）混合物的热物性数据：为了进行相关单元及整个装置的物料衡算及热量衡算，

14、必须要有被分离混合物及各个组分的热物性数据。在多数情况下，纯物质的热物性数据可以查到，但混合物无现成数据，需要通过纯组分物性数据进行计算。（2）实际体系的相平衡常数：对于理想气体、理想溶液体系的相平衡常数很容易计算，而实际体系相平衡常数的计算需要用活度系数、逸度系数对理想体系进行修正。（3）集态的变化：多组分混合物分离时往往伴随着集态的变化，及出现新的相，需要确定新相的参数包括温度、压力、气体或液体的流量及组成等。（4）计算机作为运算工具：由于多组分混合物分离过程的计算往往需要反复试差、迭代，或需要联立求解非线性方程组，计算工作量大，需借助计算机程序辅助进行。北京林业大学分离过程课件北京林业大

15、学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系5、论述化工分离方法选择的一般性原则、论述化工分离方法选择的一般性原则答：（1）应先试选简单的或比较简单的分离方法；（2）如果组分间的选择性在分离过程中基本不变则应首先分离浓度高的那个组分；（3）若可以使用蒸馏法，就应先行分离挥发度最大的组分；（4）在进行萃取或萃取蒸馏（或共沸精馏）操作时，紧接着就应在下一步工序使萃取剂和溶质分开；（5）应避免使用第二分离剂来除去或回收分离媒介；（6）应考虑过程的经济性，对于单位产品价值高、市场寿命短的产品，应选择成熟的分离方法；对于大吨位、生产厂家多、市场竞争激励的产品，应通过对多种方案的

16、开发和评价，选择经济上接近最优的方法。北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系6、简述多组分精馏中清晰分割的含义、简述多组分精馏中清晰分割的含义清晰分割是指轻组分全部从塔顶排出，重组分全部从塔底排出，关键组分为相邻组分。7、阐述多组分吸收逐板法计算基本步骤、阐述多组分吸收逐板法计算基本步骤1）确定初值；2）计算vn；3）按ln=Anvn求出ln；4）用热量衡算确定新的温度分布；5）以新的温度分布重复计算，直到气液流率分布和温度分布都稳定为止。北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术

17、学院化学工程系8、论述多组分精馏流程方案选择原则及组分分离顺序。、论述多组分精馏流程方案选择原则及组分分离顺序。选择原则：节省能量消耗，节省设备投资，满足工艺要求。多组分精馏分离顺序：1）易挥发组分先分；2）难分离组分后分，易分离组分先分；3）塔顶、釜两产品量尽可能相近；4）分离要求高的组分最后分；5）量大的组分应先分；6）有害组分应先分。北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系应用：用于对高沸点及热敏性物质进行提纯和浓缩。应用：用于对高沸点及热敏性物质进行提纯和浓缩。原理：依靠不同物质原理：依靠不同物质分子运动平均自由程分子运动

18、平均自由程的差别实现物质的差别实现物质的分离。的分离。特点：操作温度低、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度特点：操作温度低、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度及产品收率高。及产品收率高。9、论述分子蒸馏单元操作的原理、特点及应用、论述分子蒸馏单元操作的原理、特点及应用北京林业大学分离过程课件北京林业大学分离过程课件材料科学与技术学院化学工程系材料科学与技术学院化学工程系10、论述超临界萃取分离单元的原理、特点及应用、论述超临界萃取分离单元的原理、特点及应用 原理：超临界流体萃取分离是利用超临界流体的溶解能力原理：超临界流体萃取分离是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。力的影响而进行的。 在超临界状态下，将超临界流体与待在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性的溶解其中的某些组分，分离的物质接触，使其有选择性的溶解