化工分离工程概述.ppt

1、化学分离工程，第一讲绪论，主要内容，分离过程在化学生产中的作用，分离过程的分类和特点，本课程的教学目的和要求，化学工业和化学过程，以及化学分离技术的发展。化学分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展起来的。现代化学工业始于18世纪。当时，纯碱和硫酸等无机化学工业成为现代化学工业的开端。以煤为基础的有机化学工业发展于19世纪。开始时，涉及分离问题，例如吸收、蒸馏、过滤、干燥和其他分离操作被应用于诸如苯、甲苯和苯酚等化学品的纯化。19世纪末20世纪初，石油炼制的发展促进了化学分离技术的成熟和完善。自20世纪70年代以来，化学分离技术越来越先进，应用越来越广泛。同时，化学分离技术与其他科学技术相

2、互交叉渗透，产生了一些较新的边缘分离技术，如生物分离技术、膜分离技术、环境化学分离技术、纳米分离技术、超临界流体萃取技术等。化学工业，制造业，工业化学过程，即以化学或物理方式处理石油和煤等原材料，改变物质的结构或组成，或合成新的物质以获得各种有用的产品。化学过程是一种化学工程单位，其中原材料被改变或分离成完全使用的产品。分离过程。分离过程是一种化学工程单位，将化学混合物分离成其成分。分离过程， 两种或两种以上物质的混合过程是一个自发的过程，必须使用分离手段来分离混合物并消耗一定量的能量或分离剂。 分离技术是指利用物理、化学或物理化学的基本原理和方法，将某一混合物分离成两种或两种以上不同组成的产

3、品的单元过程。实现混合物中组分的分馏、浓缩、富集、纯化、精制和分离的过程称为分离过程。分离工程的现状、化学工程专业知识体系、化学工程基础理论体系、专业基础理论与专业、专业基础理论体系、专业课程体系、无机化学、有机化学、生物化学、分析化学、物理化学、高等数学、工程数学、物理等。化学动力学与热力学、化学原理、化学传递过程、化学反应化学分离工程、化学系统工程和化学工程是两个基本问题：过程平衡、极限、过程速度、反应过程、物理过程、化学热力学研究、化学动力学与反应工程研究、单元操作与传递过程研究、化学反应的化学动力学研究、实现化学反应过程的设备研究。传递过程研究过程的速率和传递机制，单元操作关注过程的设

4、备和工程问题，分离工程研究应用传质原理实现组分分离的基本原理和工程问题。分离过程在化学过程中的作用是提供满足化学反应过程要求的原料，去除对反应和催化剂有害的杂质，减少副反应，提高产品收率。将化学反应中的反应产物分离纯化，得到合格的化学产品。同时，未反应的反应物被回收。分离过程在保护环境、充分利用资源和实现可持续发展方面也发挥着重要作用。炼油工艺基本流程，石化工艺框图，乙烯装置工艺流程图，分离工艺的地位和作用，1。化学反应过程中未反应的原料、化学生产过程中不能完全回收的产品、化学生产中有用和无用的副产物、化学原料中的杂质、化学过程中的物料损失等。分离过程位置和功能典型的化学生产工厂通常由一个反应

5、器(有时不止一个)、几个用于提纯原料、中间体和产品的分离设备以及机器、泵、热交换器等组成。一方面，分离操作提供满足化学反应质量要求的原料，除去对反应或催化剂有害的杂质，减少副反应并提高产率；另一方面，反应产物被分离和纯化以获得合格的产物，并且未反应的反应物被再循环。此外，分离操作在环境保护和资源充分利用方面发挥着特别重要的作用。因此，分离操作在化工生产中起着非常重要的作用，对提高生产过程的经济效益和产品质量起着重要的作用。对于以化学反应为中心的大型石油工业和石化生产过程，分离装置的费用占总投资的50.90%。分离过程广泛应用于化工、石油、冶金、食品、轻工、医药、生物化学和原子能等行业。古代煤被

6、用于直接燃烧食物和取暖。随着焦化工业的兴起，焦炭和煤气通过干馏从煤中获得，煤得到了初步合理的利用。但是它的副产品煤焦油长期以来被认为是无用和有毒的废物。直到近代，人们才发现煤焦油是一种含有多种芳香族化合物(数百种物质)的复杂混合物，而苯、苯酚、萘等较为复杂的芳香族化合物可以通过分馏进行分离，从而完善煤的综合利用。同样，从原油的直接燃烧到分馏成溶剂油、汽油、煤油、柴油、重油(沥青)等组分，再利用和再加工，直到形成现代巨大的石油炼制和石化系统。这些都是分离过程在化工生产中成功应用的典型例子。干燥工艺广泛应用于各行各业。当谷物的含水量在收获时从大约305%干燥到13%时，储存期可以延长一年。食物的含

7、水量低于5%，这使得微生物难以生存，酶难以发挥作用，并能长时间保持香味和营养。聚氯乙烯颗粒的含水量小于2/1000，可保证聚合过程中不出现气泡，提高塑料制品的强度。此外，建筑材料、木材、布料、纸张、皮革、药品、油漆等都涉及干燥。据统计，需要干燥的化工产品有20多万种。随着工业的现代化，科学研究和生产技术正朝着高质量、高纯度、精密加工、小型化和高技术密集的方向发展，这些都必须与分离过程密切配合。以半导体和电子技术为例，超纯水、半导体锗和硅等高质量、高纯度材料以及氮气和氦气等载气的纯度应在99.99%以上，有的甚至达到99.9999%。这种产品的小型化使得集成电路的线间距只有1米。彩色显像管组装密

8、封后，管内不得含有颗粒，否则会因折射而在屏幕上闪烁亮点而报废。因此，必须清洁装配车间的载气和空气，直到每升气体中大于0.5m的灰尘颗粒少于3.5个。例如，清洁空气和纯水包括许多分离单元操作，如沉淀、湿法清洗、过滤、静电沉淀、絮凝、泡沫分离、电渗析、超滤、反渗透和离子交换。事实上，分离过程也广泛应用于医药、材料、冶金、食品、生物化学、原子能和环境保护等领域。例如，药物精制和纯化；从矿物中提取和浓缩金属；食品脱水和去除有毒或有害成分；抗生素的纯化和病毒的分离；同位素的分离和重水的制备都离不开分离过程。随着现代工业向大规模生产发展的趋势，产生的大量废气、废水和废渣需要集中排放。它不仅关系到材料的综合

9、利用，还关系到环境污染和生态近年来，由于能源短缺和油价上涨，对分离过程能耗的要求越来越严格，对设备性能的要求也越来越高。分离技术的应用越来越受到人们的重视。分离过程在工业生产中的地位和作用。应该注意的是，分离技术不仅适用于化学工业。生产实践证明，分离提纯地球上的各种混合物是促进科学技术发展和提高人民生活水平的重要途径。由于冶炼的发明，金属从矿石中分离出来，使人类从石器时代进入青铜时代，开始向文明社会迈进；放射性铀的同位素分离获得成功，迎来了原子能时代；去除水和空气中微量杂质的分离技术，大大提高了超大型集成电器元件的成品率，使其能够商品化，集成度也大大提高；低温分离技术可以从混合气体中分离出纯氧

10、、纯氮和纯氢，并获得接近绝对零度的低温，为科学研究和生产技术提供了极其广阔的发展基础，为火箭提供了巨大驱动力的高能燃料；蒸馏、吸附、萃取、膜分离等分离技术。能去除水中的盐和营养物质，使人们能够从取之不尽的海洋中提取淡水，并从工农业污水中回收干净的水和其他有用的东西。当代工业的三大支柱是材料、能源和信息，这三大产业的发展离不开新的分离技术。人类生活水平的进一步提高也有赖于新的分离技术。21世纪，分离技术必将日新月异，再创辉煌。分离过程在工业生产中的地位和作用，分离过程在清洁技术中的地位和作用，又称少废无废技术，是面向21世纪社会经济可持续发展的重要课题，也是当今世界科学进步的主要内容之一。清洁技

11、术是将生产技术和污染防治有机地结合起来，减少或消除过程中的污染物，从根本上解决工业污染问题。开发和采用清洁技术不仅符合“预防胜于治疗”的方针，而且降低了原材料和能源的消耗，提高了企业的经济效益。这是保护生态环境、协调经济建设发展的最佳途径。因此，清洁技术是一种节能、低耗、高效、安全、无污染的技术。就化学工业而言，清洁技术的本质是合理利用资源，减少甚至消除浪费。化学工业是一个大的工业污染，而化学生产造成的污染来自：1。未回收的原材料；2.未回收的产品；3.有用和无用的副产品；4.原料中的杂质；5.过程中的材料损失。分离过程在清洁技术中的地位和作用，与化学分离过程密切相关的化工清洁技术包括：1。降

12、低原材料和能源消耗，提高有效利用率、回收利用率和循环利用率；2.开发和采用新技术、新工艺，改善生产经营条件，控制和消除污染；3.采用生产工艺设备的闭环技术；4.处理生产中的副产品和废物，减少或消除对环境的危害；5.研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的“三废”处理技术。因此，清洁技术的开发和应用离不开传统分离技术的改进、新型分离技术的研究、开发和工业应用，以及分离过程之间和反应与分离过程之间的整合。闭环循环系统是清洁技术的一个重要方面，其核心是最大限度地回收和循环利用过程中产生的废物有几种方法可以最大限度地减少分离和回收系统中的浪费：1 .废物的直接回收；2.饲料净化；3.去除分离过程中添加

13、的附加物质；4.额外的分离和回收系统；除了避免过程中污染物的产生，即从源头上减少三废外，对产生的废物进行分离、回收和后处理也是极其重要的，后一部分的任务大部分由化学分离操作来承担和完成。分离过程在清洁过程中的地位和作用，化学分离设备的技术特点，(1)化学分离技术的多样性，(2)化学分离技术的复杂性，(3)前瞻性分离技术，(4)分离技术的特殊性，以及化学分离技术的多样性，这决定了化学分离技术因其应用领域的广泛性而具有多样性。根据机理，它可以大致分为五类：产生新的分离相(如蒸馏和结晶)；加入新相进行分离(如萃取和吸收)；用分离器分离(如膜分离)；用固体试剂分离(如吸附和离子交换)；利用外力场和梯度

14、进行分离(如离心萃取和电泳等)。)，它们的特点和设计方法是不同的。化学分离技术的复杂性、化学分离技术的重要性和多样性决定了其复杂性。即使对于蒸馏和萃取等成熟技术，多组分系统大型设备的设计仍是一项艰巨的任务。问题是缺乏大型塔的基本特征数据和可靠的设计方法。对于高温、高压、多组分和强非理想体系，不仅平衡数据和分子扩散系数难以准确计算，界面张力粘度等物理数据也难以获得。耦合分离技术如催化剂和反应萃取的基本特征数据更加缺乏。大型塔设计的主要难点是塔内两相流动和传质特性非常复杂，数字模型不完善。尽管已有100多年历史的平衡阶段模型简单直观，但它在多组分分离过程中的缺点是显而易见的。据说非平衡模型开创了板

15、式分离设备设计和模拟的新时代。然而，传质系数实验数据的缺乏和模型参数的过多使得其工程应用困难。所开发的软件功能强大，已在工程设计中得到应用，但工程经验和中试仍是必不可少的。随着能源、资源、环境、新材料等基础产业和高新技术的发展，分类技术面临着新的机遇和挑战。石化领域的分离过程必须进一步节能降耗，充分利用能源和资源。大型生产设备的步伐在加快，能耗和成本在不断降低。在生物制药工程中，随着基因工程和细胞工程的发展，生物制药发展迅速。以CO2为溶剂的超临界萃取具有对产品无污染、选择性高的优点。色谱分离、电泳分离等方法因其高效、常温常压的特点，已成功应用于生产和实验室研究。随着环保意识的增强，“三废”的

16、治理越来越受到重视。从工业生态学的角度来看，许多工艺过程排放的废物不再“无用”，而是没有得到充分利用，“三废”处理是对分离技术的新挑战。分离技术的特殊性和竞争促进了分离过程的强化，包括新设备、新技术和新方法两个方面。任何能够使设备小型化、节能和可持续发展的新的化学分离技术都属于强化分离过程。这是化学分离技术发展的重要趋势之一。耦合分离技术引起了广泛关注。新型耦合分离技术，如催化剂蒸馏、膜分离分离科学与技术是交叉学科，信息技术与传统化学方法的结合加速了分离技术的进步。分离过程、传质分离过程、机械分离过程、平衡分离过程、速率分离过程，其通过分离介质使均匀混合物形成两相，基于平衡两相中不同基团的不同分布实现混合物分离，在一定驱动力的