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1、化工分离工程化工分离工程第一讲第一讲绪论绪论主要内容主要内容分离过程在化工生产中作用分离过程在化工生产中作用分离过程的分类及特征分离过程的分类及特征本课程的教学目的及要求本课程的教学目的及要求化学工业与化工过程化学工业与化工过程化工分离技术发展简述化工分离技术发展简述化工分离技术发展简述化工分离技术发展简述 化工分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展化工分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的。现代化学工业开始于的。现代化学工业开始于18世纪。当时，纯碱、硫酸等无机世纪。当时，纯碱、硫酸等无机化学工业成为现代化学工业的开端。化学工业成为现代化学工业的开端。19世纪以煤为基础原料世纪
2、以煤为基础原料的有机化工发展起来。开始涉及分离问题，如苯、甲苯、酚的有机化工发展起来。开始涉及分离问题，如苯、甲苯、酚等化学品提纯应用了吸收、蒸馏、过滤、干燥等分离操作。等化学品提纯应用了吸收、蒸馏、过滤、干燥等分离操作。19世纪末，世纪末，20世纪初石油炼制的发展促进了化工分离技术的世纪初石油炼制的发展促进了化工分离技术的成熟与完善。进入成熟与完善。进入20世纪世纪70年代以后，化工分离技术更加高年代以后，化工分离技术更加高级化，应用也更加广泛。同时，化工分离技术与其它科学技级化，应用也更加广泛。同时，化工分离技术与其它科学技术相互交叉渗透产生一些更新的边缘分离技术，如生物分离术相互交叉渗透
3、产生一些更新的边缘分离技术，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等。临界流体萃取技术等等。 化学工业化学工业对原料对原料如石油，煤等如石油，煤等原料进行化原料进行化学或物理加工加工，改变物质的结构或组学或物理加工加工，改变物质的结构或组成，或合成新物质成，或合成新物质,获得各种有用产品的制获得各种有用产品的制造工业造工业化工过程化工过程(Industry Chemical Processes)Chemical process is is a chemical engineering units in
4、 which raw materials are changed or separated into usefull products化工过程化工过程化学反应过程化学反应过程物理处理过程物理处理过程 化工生产核心化工生产核心 原料的预处理原料的预处理 产品的加工产品的加工（单元操作）（单元操作）分离过程（分离过程（Separation Processes)The separation process is a chemical engineering units to Separate chemical mixtures into their constituents分离过程（分离过程（Sep
5、aration Processes) 两种或多种物质的混合过程是一个自发过程，而将混合物分离须采用分离手两种或多种物质的混合过程是一个自发过程，而将混合物分离须采用分离手段并消耗一定的能量或分离剂，分离技术系指利用物理，化学或物理化学等基本段并消耗一定的能量或分离剂，分离技术系指利用物理，化学或物理化学等基本原理与方法将某种混合物分离成两个或多个组成彼此不同的产物的一种单元过程原理与方法将某种混合物分离成两个或多个组成彼此不同的产物的一种单元过程 借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级（借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级（借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级（借助一定的分离剂，实现
6、混合物中的组分分级（FractionalizationFractionalization）、浓缩）、浓缩）、浓缩）、浓缩（ConcentrationConcentration）、富集（）、富集（）、富集（）、富集（EnrichmentEnrichment）、纯化（）、纯化（）、纯化（）、纯化（PurificationPurification）、精制）、精制）、精制）、精制（RefiningRefining）与隔离（）与隔离（）与隔离（）与隔离（IsolationIsolation）等的过程称为分离过程。）等的过程称为分离过程。）等的过程称为分离过程。）等的过程称为分离过程。混合物混合物（气、液
7、、固）（气、液、固）分分 离离 过过 程程产品产品1产品产品2产品产品n能量分离剂能量分离剂 ESA物质分离剂物质分离剂 MSA分离工程的地位分离工程的地位化学工程学科专业知识体系化学工程学科专业知识体系化化学学工工程程学学科科基础理论体系基础理论体系专业基础理论及专业专业基础理论及专业专业基础理论体系专业基础理论体系专业课程体系专业课程体系无机化学无机化学,有机化学有机化学,生物化学生物化学,分析化学分析化学,物理化学物理化学,高等数学高等数学,工程数学工程数学,物理学等物理学等化学动力学及热力学化学动力学及热力学化工原理化工原理化工传递过程化工传递过程化学反应工程化学反应工程化工热力学化工
8、热力学化工分离工程化工分离工程化工系统工程化工系统工程化化学学工工程程学学科科的的两两个个基基本本问问题题过程的平衡过程的平衡,限度限度过程的速度过程的速度反应过程反应过程物理过程物理过程化工热力学研究的问题化工热力学研究的问题化学动力学化学动力学和反应工程和反应工程研究的问题研究的问题单元操作和单元操作和传递过程研传递过程研究的问题究的问题化学动力学研化学动力学研究化学反应的究化学反应的动力学规律动力学规律化学反应工程化学反应工程研究实现过程研究实现过程的设备的设备传递过程研究传递过程研究过程的速率与过程的速率与传递机理传递机理单元操作侧重单元操作侧重过程的设备与过程的设备与工程问题工程问题
9、分离工程研究应用质量传递原理实现组分分离分离工程研究应用质量传递原理实现组分分离的基本原理及工程化问题的基本原理及工程化问题分离过程在化工过程中的作用分离过程在化工过程中的作用为化学反应过程提供符合要求的原料，清除对反应和催化剂有害的杂质，减为化学反应过程提供符合要求的原料，清除对反应和催化剂有害的杂质，减少副反应的发生，提高产品的收率。少副反应的发生，提高产品的收率。对化学反应中的反应产物进行分离提纯，得到合格的各种化工产品，同时使对化学反应中的反应产物进行分离提纯，得到合格的各种化工产品，同时使未反应的反应物循环利用未反应的反应物循环利用分离过程在环境保护和充分利用资源、实现可持续发展方面
10、也具有重要的作分离过程在环境保护和充分利用资源、实现可持续发展方面也具有重要的作用用。 石油炼制过程基本流程石油炼制过程基本流程乙烯裂解炉乙烯裂解炉氯碱装置氯碱装置食盐食盐芳烃抽提芳烃抽提聚氯乙烯聚氯乙烯环氧氯丙烷环氧氯丙烷甘油甘油甲醇合成甲醇合成氯乙烯氯乙烯裂解汽油裂解汽油丁二烯抽提丁二烯抽提丁苯橡胶丁苯橡胶低压聚乙烯低压聚乙烯苯酚丙酮苯酚丙酮丁辛醇丁辛醇聚丙烯聚丙烯苯乙烯苯乙烯石油炼制石油炼制烧碱烧碱丙酮丙酮苯酚苯酚Cl2H2CO+H2CO+H2乙乙烯烯丙丙烯烯石脑油石脑油苯苯对二甲苯对二甲苯邻二甲苯邻二甲苯正丁醇正丁醇辛醇辛醇聚苯乙烯聚苯乙烯C5馏分馏分C4馏分馏分轻柴油轻柴油乙二醇乙二
11、醇HD聚乙烯聚乙烯合成氨合成氨甲烷甲烷空气分离空气分离空气空气石油化工过程框图石油化工过程框图乙烯装置工艺流程图乙烯装置工艺流程图分离过程的地位和作用分离过程的地位和作用 1 1、化工反应过程中未反应的原料、化工反应过程中未反应的原料 2 2、化工生产过程中未能完全回收的产品、化工生产过程中未能完全回收的产品 3 3、化工生产中有用和无用的副产物、化工生产中有用和无用的副产物 4 4、化工原料中的杂质、化工原料中的杂质 5 5、化工工艺中的物料损耗等等、化工工艺中的物料损耗等等分离过程在工业生产中的地位和作用分离过程在工业生产中的地位和作用分离过程在工业生产中的地位和作用分离过程在工业生产中的
12、地位和作用分离过程是将混合物分成组成相互不相同的两种或几种产品的分离过程是将混合物分成组成相互不相同的两种或几种产品的操作。一个典型的化工生产装置通常是由一个反应器（有时多于一操作。一个典型的化工生产装置通常是由一个反应器（有时多于一个）和具有提纯原料、中间产物和产品的多个分离设备以及机、泵、个）和具有提纯原料、中间产物和产品的多个分离设备以及机、泵、换热器等构成。分离操作一方面为化学反应提供符合质量要求的原换热器等构成。分离操作一方面为化学反应提供符合质量要求的原料，清除对反应或催化剂有害的杂质，减少副反应和提高收率；另料，清除对反应或催化剂有害的杂质，减少副反应和提高收率；另一方面对反应产
13、物进行分离提纯以得到合格的产品，并使未反应的一方面对反应产物进行分离提纯以得到合格的产品，并使未反应的反应物得以循环利用。此外，分离操作在环境保护和充分利用资源反应物得以循环利用。此外，分离操作在环境保护和充分利用资源方面起着特别重要的作用。因此，分离操作在化工生产中占有十分方面起着特别重要的作用。因此，分离操作在化工生产中占有十分重要的地位，在提高生产过程的经济效益和产品质量中起举足轻重重要的地位，在提高生产过程的经济效益和产品质量中起举足轻重的作用。对大型的石油工业和以化学反应为中心的石油化工产生过的作用。对大型的石油工业和以化学反应为中心的石油化工产生过程，分离装置的费用占总投资的程，分
14、离装置的费用占总投资的5090%。 无论化学、石油、冶金、食品、轻工、医药、生化和原子能等工业都无论化学、石油、冶金、食品、轻工、医药、生化和原子能等工业都广泛应用分离过程。古代煤用于直接燃烧广泛应用分离过程。古代煤用于直接燃烧, 为饮食和取暖。炼焦工业的兴为饮食和取暖。炼焦工业的兴起起 , 使得煤经干馏获得焦炭和煤气使得煤经干馏获得焦炭和煤气 , 煤得到了初步的合理使用。但其副产煤得到了初步的合理使用。但其副产煤焦油却长期被看作无用而有毒的废物。直到近代煤焦油却长期被看作无用而有毒的废物。直到近代, 发现煤焦油是含有多发现煤焦油是含有多种芳香族化合物的复杂混合物种芳香族化合物的复杂混合物(达
15、几百种物质达几百种物质), 用分馏的方法可以使苯、用分馏的方法可以使苯、酚、萘和更复杂的芳香族化合物分开酚、萘和更复杂的芳香族化合物分开, 才使煤的综合利用臻于完善。同样才使煤的综合利用臻于完善。同样, 从原油的直接燃烧到把它分馏为溶剂油、汽油、煤油、柴油和重油从原油的直接燃烧到把它分馏为溶剂油、汽油、煤油、柴油和重油(沥青沥青)等各种组分并加以利用和再加工等各种组分并加以利用和再加工, 直到形成现代庞大的石油炼制和石油化直到形成现代庞大的石油炼制和石油化工体系。都是分离过程成功应用于化工生产的典型例子。干燥过程的应用工体系。都是分离过程成功应用于化工生产的典型例子。干燥过程的应用遍及各行各业
16、。谷物的含水量从收获时约遍及各行各业。谷物的含水量从收获时约30%35%干燥到干燥到13%就可延长就可延长储存期一年。食品含水量低于储存期一年。食品含水量低于5%, 微生物难以生存微生物难以生存, 酶难以作用酶难以作用, 可长期可长期保持香昧和营养。聚氯乙烯颗粒含水量小于千分之二，可保证聚合加工成保持香昧和营养。聚氯乙烯颗粒含水量小于千分之二，可保证聚合加工成型时不出现气泡和增加塑料制品的强度。此外型时不出现气泡和增加塑料制品的强度。此外, 建材、木材、布匹、建材、木材、布匹、 纸张、纸张、皮革、药物、油漆等等无不涉及干燥。据统计皮革、药物、油漆等等无不涉及干燥。据统计, 仅化工产品就有仅化工产品就有20万种以万种以上需要干燥作业。上需要干燥作业。分离过程在工业生产中的地位和作用分离过程在工业生产中的地位和作用分离过程在工业生产中的地位和作用分离过程在工业生产中的地位和作用随着工业的现代化随着工业的现代化, 科学研究和生产技术向着高质量、高纯度、精密科学研究和生产技术向着高质量、高纯度、精密加工、微型化和高技术密集型发展加工、微型化和高技术密集型发展 , 而这些都必须有分离过程的密切配
