化工分离工程概要

教师：朱鋆珊电话：化工分离工程SeparationTechnologyinChemicalEngineering课程教学大纲《化工分离工程》【课程编号】B02034【学时学分】60学时；3.5学分【开课模式】必修【实验学时】12学时【上机学时】【课程类型】专业课【考核方式】考试【先修课程】物理化学、化工热力学化工原理【开课单位】石油化工系【授课对象】本科/化学工程与工艺专业

该课程是本科化学工程与工艺专业所开设的一门专业课。分离过程是将混合物分成组成互不相同的两种或几种产品的操作，它是一门与实际生产联系极其紧密的课程，是学生在具备了物理化学、化工原理、化工热力学等技术基础知识后的一门必修课，它利用这些课程中有关相平衡热力学、动力学机理、传热、传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系的分离和提纯技术。

通过对本课程的学习，使学生理解掌握化工分离工程的基本知识和基本技能。学会对实际分离过程进行理论分析和简化计算。培养学生理论联系实际，分析和解决实际问题的能力。课程目标

分离过程的基本理论各种分离方法的特征分离过程的设计和分析简捷和严格计算方法课程重点应用训练研究、讨论法课程教学内容1.绪论2.单级平衡过程3.多组分多级分离过程分析与简捷计算4.多组分多级分离的严格计算5.分离设备的性能和效率7.新型分离技术和过程集成6.分离过程的节能1.分离操作的重要性；2.分离过程的分类3.分离技术开发展望1.相平衡常数；2.多组分物系泡点和露点3.闪蒸计算1.设计变量；2.多组分精馏、共沸和萃取精馏、吸收和蒸出（原理、流程、简捷计算）1.平衡级理论模型；2.逐级计算法；3.三对角线矩阵法1.汽液传质设备的性能和效率；2.传质设备的选择1.分离的最小功和热力学效率；2.精馏节能技术；3.分离顺序选择1.膜分离；2.分离过程的集成内容研究特点：由理想实际：理想气体实际气体理想溶液实际溶液由简单复杂：二元精馏多元精馏单组分吸收多组分吸收

陈洪钫，刘家祺.《化工分离过程》（第二版），北京：化学工业出版社，2014（1995）.高等教育规划教材特点：以传统分离方法为主，新型分离技术为辅教材参考资料1）刘家祺主编.分离过程,化学工业出版社,2002.2）邓修吴俊生.化工分离工程（第二版），科学出版社,2013.3）宋华陈颖.化工分离工程，哈尔滨工业大学出版社,2008.4）叶国庆等，分离工程学习指导与习题集，化学工业出版社，2009.5）蒋维钧等，新型传质分离技术，化学工业出版社,2006.主要参考书大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点主要参考书第一章绪论1.1分离操作在化工生产中的重要性1.2传质分离过程的分类和特征1.3.分离技术开发展望学习方法与要求1.1分离操作在工业生产中的地位和作用

1.1.1分离操作在化工生产中的重要性1.1.2分离操作在清洁工艺中的地位与作用返回煤石油天然气生物质反应化工原料分离产品一般化工生产过程：化工生产过程中必不可少的环节例1：乙烯水合生产乙醇1-固定床催化反应器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-闪蒸塔；6-粗馏塔；7-催化加氢反应器；8-脱轻组分塔；10-产品塔涉及分离过程：吸收：3、5、9；精馏：6、8、10；闪蒸：4乙烯93%产品废水12345678910水循环乙烯水放空放空水氢水废水循环轻组分乙醚例2：二甲苯生产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-熔融塔放空间二甲苯和邻二甲苯石脑油进料混合二甲苯循环混合二甲苯125678104111391233轻烃类非芳烃乙二醇芳烃苯和甲苯对二甲苯重芳烃H2H2H2●加氢重整后得到：轻油非芳烃苯甲苯二甲苯高级芳烃目的产物目的产物为对二甲苯●原料：石脑油沸程120～230K●特点：●涉及到分离过程：精馏：4、7、8

萃取：5、6

结晶：10总结：

●原料的净化与粗分原料粗分●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●三废处理返回1.1.2分离操作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。化学工业污染来源：未回收的原料未回收的产品有用和无用的副产原料中的杂质工艺的物料省耗

废物最小化？清洁工艺终合考虑：●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

——废物最小化首先考虑催化剂、反应工艺和设备。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循环使用。原料产品排除111222废物废物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：反应精馏；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；…返回

1.2传质分离过程的分类和特征一类：机械分离特点：被分离物为非均相简单的将混合物分开如：过滤、沉降…化工原理内容二类：传质分离

包含：平衡分离过程；速率控制分离特点：被分离物为均相

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速率分离过程返回1.2.1平衡分离过程分离设备混合物产品分离媒介分离媒介：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。平衡分离过程的分离单元操作MSAL或VLLL或VMSALV返回1.2.2速率分离过程膜分离热扩散速率分离:

在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，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）：推动力：压力差（～100kPa）传递机理：筛分膜类型：孔径0.1～10微米，对称性多孔膜

进料（液体和气体）溶剂、水、气体颗粒、纤维目的：分离大的胶体粒子和悬浮微粒应用：制备无菌水、药品、饮料和酒类过滤。超滤（UF）：推动力：压力差（100～1000kPa）传递机理：筛分膜类型：孔径为0.001～0.1微米，非对称性膜进料溶剂、水胶体大分子目的：溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大分子分级。应用：对乳制品、生物制品、果酒、果汁的分离和提纯、蛋白质浓缩、饮用纯净水等。反渗透（RO）：推动力：压力差（1000～10000kPa）传递机理：优先吸附毛细管流动溶解、扩散模型膜类型：孔径0.000l～0.00l微米，非对称性膜或复合膜进料溶剂、水溶质、盐目的：溶液脱溶质，含小分子溶质溶液浓缩。

自然渗透：如果将淡水和盐水用半透膜隔开，则淡水中的水会穿过半透膜至盐水一侧。应用：海水脱盐、天然气提纯、回收有机物蒸气、气体分离技术、制备富氧空气、干燥氮气、氧氮分离、氢氮分离、果汁和蔬菜汁加工等渗析（D）：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物：截留﹥0.02um离子、截留血液﹥0.005um离子膜类型：非对称性膜或离子交换膜进料接受液净化液扩散液目的：大分子溶质溶液脱小分子，小分子溶质溶液脱大分子。应用：人工肾；废酸回收、溶液脱酸和碱液精制等方面。电渗析（ED）：推动力：电位差传递机理：反离子经离子交换膜的迁移膜类型：离子交换膜浓电解质－极＋极产品阴离子交换膜阳离子交换膜进料目的：溶液脱小离子，小离子溶质的浓缩、小离子的分级。应用：海水经电渗析，所得淡水液是脱盐水，浓缩液是卤水。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方向飘逸，再建立稳定的浓度梯度，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。顶瓶底瓶温度梯度冷壁热线应用：分离同位素、高黏度润滑油等。

速率分离过程特点：■节能■环保优势■新的方法返回高效精馏塔器的大型化分离过程的集成化技术超临界分离技术123膜分离技术的进展生物分离技术的进展45色谱分离技术的进展61.3.分离技术开发展望

分离过程集成目的：实现清洁工艺

使物料能量消耗最小；

经济效益、社会效益最大。1.3.1反应过程与分离过程的耦合1.3.2分离过程与分离过程的耦合1.3.3过程的集成返回分离过程的集成化技术1.3.1反应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。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）精馏——化学反应与精馏相结合

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1.3.2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：①挥发度相近的组分。