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1、分离工程分离工程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:陈洪钫,刘家祺.化工分离过程.北京:化学 工业出版社, 1995返回第一章 绪 论u1.1分离过程在工业生产中的地位和作用u1.2 传质分离过程的分类和特征u1.3.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
2、地位和作用1.1.1分离过程在化工生产中的重要性1.1.2 分离过程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：u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% 产品废水乙 醚12345678910水循环乙烯 水放 空放 空水氢水废水u例2：对二甲苯生产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-
3、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 对二甲苯邻二甲苯间二甲苯对二甲苯沸点144.411139.104138.351熔点25.17347.87213.263 原料：石脑油 沸程120230K 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 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、
4、病毒分离、同位 数分离 三废处理返回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。化学工业污染来源：u未回收的原料u未回收的产品u有用和无用的副产u原料中的杂质u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
5、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；
6、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u1.2.1 平衡分离过程u1.2.2 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闪 蒸原料 相态 ：液体分离媒 介：减压分离原 理：挥发 度（ 蒸汽压） 有较大差 别工业应 用：
7、海水淡化生 产纯 水；吸 收液的解吸 。精 馏原料 相态： 汽、液 或汽液 混合物分离媒介： 热量，有 时用机械功同上石油裂解气 的深冷分离 ；苯、甲苯 、二甲苯的 分离。吸 收 蒸 出原料 相态 ： 气体或液体分离媒 介：液体吸收 剂（MSA ）；加入 热量（ESA） 分离原 理：挥发 度（ 蒸汽压） 有较大差 别工业应 用：由催化裂化 装置主蒸塔 顶产 物中回 收乙烷及较 轻的烃。萃 取 或 共 沸 精 馏原料 相态 ： 汽、液 或汽液 混合物液体溶剂（ MSA）或塔 釜加热（ ESA） 液体共沸剂 （MSA）或 塔釜加热（ ESA）改变原溶 液的相对 挥发 度以苯酚作溶 剂由沸点相 近的
8、非芳烃 中分离芳烃 ；以醋酸丁 酯作共沸剂 从稀溶液中 分离醋酸。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：多孔膜进料（液体和气体 ）溶剂、水 、气体颗粒、纤维目的：溶液脱粒子，气体脱粒子超滤（UF）：推动力：压力差（1001000kPa）传递机理：筛分膜类型：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。反渗透（RO
9、）：推动力：压力差（100010000kPa）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进料溶剂、水溶质、盐目的：溶剂脱溶质，含小分子溶质溶液浓缩。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。 电渗析（ED）：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
10、的浓缩、小离 子的分级。 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 梯度冷壁热线速率分离过程特点：节能环保优势新的方法返回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；经济效益、社会效益最大。u1.3.1反应过程与分离过程的耦合u1.3.2分离过程与分离过程的耦合u1.3.3 过程的集成返回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。u化学吸收化学反应与吸收相结
11、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。u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u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u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。u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。u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
12、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。 吸附蒸馏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 同，在电场作用下，这些带电的溶胶离子在介质中的 泳动速度不同，实现不同蛋白质的分离。 返回1.3.3 过程的集成一、传统分离过程的集成合理组合传统分离过程，扬长避短，达 到高效、低耗和减少污染的目的。共沸精馏与萃取集成环己烷 +苯丙酮环己烷+丙 酮共沸物纯苯环己烷丙酮+水丙酮水水优点：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:78.15，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、渗透蒸馏组合在一起。返回
