第1章緒論(分離工程)

1、 目 錄單擊此處添加文字內(nèi)容1緒論單擊此處添加文字內(nèi)容2單級平衡過程單擊此處添加文字內(nèi)容3多組分多級分離過程分析與簡捷計算單擊此處添加文字內(nèi)容4多組分多級分離的嚴(yán)格計算單擊此處添加文字內(nèi)容5分離設(shè)備處理能力和效率第1 1章 緒 論第1節(jié) 分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用第2節(jié) 傳質(zhì)分離過程的分類和特征第3節(jié) 分離過程的集成化 1.1 分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用 1.1.1分離過程在化工生產(chǎn)中的重要性 1.1.2 分離過程在清潔工藝中的地位與作用返回煤石油天然氣生物質(zhì)反應(yīng)化工原料分離產(chǎn)品一般化工生產(chǎn)過程：一般化工生產(chǎn)過程：分離過程:將混合物分成組成互不相同的兩種或幾種產(chǎn)品的操作。例例1 1

2、：乙烯水合生產(chǎn)乙醇1-固定床催化反應(yīng)器；固定床催化反應(yīng)器；2-分凝器；分凝器；3、5、9-吸收塔；吸收塔；4-閃蒸塔；閃蒸塔；6-粗餾塔；粗餾塔； 7-催化加氫反應(yīng)器；催化加氫反應(yīng)器；8-脫輕組分塔；脫輕組分塔；10-產(chǎn)品塔產(chǎn)品塔涉及分離過程：吸收：涉及分離過程：吸收：3、5、9； 精餾：精餾：6、8、10；閃蒸：；閃蒸：4乙乙烯烯93% 乙醇乙醇廢水廢水乙醛乙醛OH5H2C02H4H2C12345678910水循環(huán)乙烯循環(huán)乙烯水水放空放空放放空空水水氫氫水水廢水廢水副產(chǎn)物：乙醚、乙醛等副產(chǎn)物：乙醚、乙醛等 乙醚3006.05MPa廢水廢水1u例例2：二甲苯生產(chǎn)二甲苯生產(chǎn)1-重整反應(yīng)器；重整反

3、應(yīng)器；2、13-汽液分離器；汽液分離器；3-壓縮機；壓縮機；4-脫丁烷塔；脫丁烷塔；5-萃取塔萃取塔6-再生塔；再生塔；7-甲苯塔；甲苯塔；8-二甲苯回收塔；二甲苯回收塔；9-冷卻器；冷卻器；10-結(jié)晶器；結(jié)晶器；11-異構(gòu)化反應(yīng)器；異構(gòu)化反應(yīng)器；12-熔融塔熔融塔 放放空空間二甲苯間二甲苯和鄰二甲和鄰二甲苯苯石腦油石腦油進料進料混合二甲苯混合二甲苯循環(huán)混合二甲苯循環(huán)混合二甲苯125678104111391233輕烴類輕烴類非芳烴非芳烴乙二醇乙二醇芳烴芳烴苯和甲苯苯和甲苯對二甲苯對二甲苯重芳烴重芳烴H2H2H2石腦油重整后變成輕油、非芳烴、苯、石腦油重整后變成輕油、非芳烴、苯、甲苯、二甲苯和高

4、級芳烴的混合物。甲苯、二甲苯和高級芳烴的混合物。 加氫重整后得到：輕油 非芳烴 苯 甲苯 二甲苯 高級芳烴返回目的產(chǎn)物為對二甲苯鄰二甲苯鄰二甲苯間二甲苯間二甲苯對二甲苯對二甲苯沸點沸點144.411139.104138.351熔點熔點25.17347.87213.263 原料：石腦油 沸程120230K 特點： 涉及到分離過程：精餾：4、7、8 萃取：5、6 結(jié)晶：10總總 結(jié)：結(jié)： 原料的凈化與粗分 反應(yīng)產(chǎn)物的提純 藥物的精制和提純 精選金屬的提取 食品除水、除毒、病毒分離、同位數(shù)分離 三廢處理返回1.1.2 分離過程在清潔工藝中的地位與作用 清潔工藝清潔工藝：生產(chǎn)工藝和防治污染有機的結(jié)合，

5、將污染物減少或消滅在工藝過程中。清結(jié)工藝是一種節(jié)能、低耗、高效、安全、無污染的工藝技術(shù)。 面向21世紀(jì)社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大課題?；瘜W(xué)工業(yè)污染來源：未回收的原料未回收的產(chǎn)品有用和無用的副產(chǎn)原料中的雜質(zhì)工藝的物料損耗化工清潔工藝應(yīng)綜合考慮： 合理的原料選擇；合理的原料選擇； 反應(yīng)路徑的潔凈化；反應(yīng)路徑的潔凈化； 物料分離技術(shù)的選擇；物料分離技術(shù)的選擇； 確定合理的流程和工藝參數(shù)。確定合理的流程和工藝參數(shù)。 核心： 化學(xué)反應(yīng) 廢物最小化首先考慮催化劑、反應(yīng)工藝和設(shè)備?；で鍧嵐に囍?，與化工分離過程密切相關(guān)化工清潔工藝中，與化工分離過程密切相關(guān)的有：的有： 降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率

6、、降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、回收利用率、循環(huán)利用率；回收利用率、循環(huán)利用率； 開發(fā)和采用新技術(shù)、新工藝、改善生產(chǎn)操作條開發(fā)和采用新技術(shù)、新工藝、改善生產(chǎn)操作條件，以控制和消除污染；件，以控制和消除污染； 采用生產(chǎn)裝置的閉路循環(huán)技術(shù)；采用生產(chǎn)裝置的閉路循環(huán)技術(shù)； 處理生產(chǎn)中的副產(chǎn)物和廢物，使之減少和消除處理生產(chǎn)中的副產(chǎn)物和廢物，使之減少和消除對環(huán)境的危害；對環(huán)境的危害； 研究、開發(fā)和采用低物耗、低能耗、高效率的研究、開發(fā)和采用低物耗、低能耗、高效率的“三廢三廢”治理技術(shù)。治理技術(shù)。閉路循環(huán)系統(tǒng)：閉路循環(huán)系統(tǒng)： 將過程所產(chǎn)生的廢物最大限度地回收和將過程所產(chǎn)生的廢物最大限度地回收和循環(huán)

7、使用。循環(huán)使用。原原料料產(chǎn)品產(chǎn)品排除排除111222廢廢物物廢廢物物1單元過程；2處理實現(xiàn)分離與再循環(huán)系統(tǒng)使廢物最小化的方法：實現(xiàn)分離與再循環(huán)系統(tǒng)使廢物最小化的方法：廢物直接再循環(huán) 例：廢水例：廢水進料提純進料提純 例：氧化反應(yīng)采用純氧例：氧化反應(yīng)采用純氧除去分離過程中加入的附加物質(zhì)除去分離過程中加入的附加物質(zhì) 例：共沸劑、萃取劑例：共沸劑、萃取劑附加分離與再循環(huán)系統(tǒng)附加分離與再循環(huán)系統(tǒng) 例：分離廢物中的有效物，循環(huán)使用例：分離廢物中的有效物，循環(huán)使用上述原因促使： 傳統(tǒng)分離過程不斷改進和發(fā)展 例：反應(yīng)精餾；吸附；例：反應(yīng)精餾；吸附； 新分離方法不斷出現(xiàn)和實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用 例：膜分離；熱擴散；色

8、層分離；例：膜分離；熱擴散；色層分離；返回 1.2 傳質(zhì)分離過程的分類和特征傳質(zhì)分離過程的分類和特征一類：機械分離特點：被分離物為非均相 簡單的將混合物分開 如：過濾、沉降、離心分離等化工原理內(nèi)容二類：傳質(zhì)分離特點：被分離物為均相包含：平衡分離過程和速率分離過程 分離過程分為機械分離和傳質(zhì)分離兩大類。1.2 傳質(zhì)分離過程的分類和特征1.2.1 平衡分離過程1.2.2 速率分離過程返回1.2.1 平衡分離過程分離設(shè)備混合物產(chǎn)品分離媒介分離媒介：能量媒介（ESA）、物質(zhì)媒介（MSA）平衡分離過程借助分離媒介（熱能、溶劑或吸附劑）使均相混合物系統(tǒng)變成兩相系統(tǒng)，再以混合物中各組分在處于相平衡的兩相中不

9、等同的分配為依據(jù)而實現(xiàn)分離。平衡分離過程的分離單元操作閃閃蒸蒸原料原料相態(tài)：相態(tài)： 液體液體分離媒分離媒介：介： 減壓減壓分離原分離原理：理：揮發(fā)度（揮發(fā)度（蒸汽壓）蒸汽壓）有較大差有較大差別別工業(yè)應(yīng)工業(yè)應(yīng)用：用：海水淡化生海水淡化生產(chǎn)純水；吸產(chǎn)純水；吸收液的解吸收液的解吸。精精餾餾原料原料相態(tài)：相態(tài)：汽、液汽、液或汽液或汽液混合物混合物分離媒介：分離媒介：熱量，有時熱量，有時用機械功用機械功 同上同上石油裂解氣石油裂解氣的深冷分離的深冷分離；苯、甲苯；苯、甲苯、二甲苯的、二甲苯的分離。分離。吸吸收收蒸蒸出出原料原料相態(tài)相態(tài)：氣體或氣體或 液體液體分離媒分離媒介：介：液體吸收液體吸收劑（劑（M

10、SA）；加入）；加入熱量（熱量（ESA） 分離原分離原理：理：揮發(fā)度（揮發(fā)度（蒸汽壓）蒸汽壓）有較大差有較大差別別工業(yè)應(yīng)工業(yè)應(yīng)用：用： 由催化裂化由催化裂化裝置主蒸塔裝置主蒸塔頂產(chǎn)物中回頂產(chǎn)物中回收乙烷及較收乙烷及較輕的烴。輕的烴。萃萃取取或或共共沸沸精精餾餾原料原料相態(tài)相態(tài)：汽、液汽、液或汽液或汽液混合物混合物液體溶劑（液體溶劑（MSA）或塔）或塔釜加熱（釜加熱（ESA）液體共沸劑液體共沸劑（MSA）或）或塔釜加熱（塔釜加熱（ESA）改變原溶改變原溶液的相對液的相對揮發(fā)度揮發(fā)度 以苯酚作溶以苯酚作溶劑由沸點相劑由沸點相近的非芳烴近的非芳烴中分離芳烴中分離芳烴；以醋酸??；以醋酸丁酯作共沸劑酯作

11、共沸劑從稀溶液中從稀溶液中分離醋酸。分離醋酸。MSAL或VLLL或VMSALV返回1.2.2 1.2.2 速率分離過程速率分離過程膜分離：膜分離：利用液相中各組分對膜的滲透速率的差利用液相中各組分對膜的滲透速率的差別而實現(xiàn)組分分離的單元操作。別而實現(xiàn)組分分離的單元操作。熱擴散熱擴散速率分離速率分離: : 在某種推動力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，有時在選擇性膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實現(xiàn)組分的分離。（所處理的原料和產(chǎn)品通常屬于同一相態(tài)）微孔過濾（MF）：推動力：壓力差（100kPa）傳遞機理：篩分膜類型：多孔膜 進料（液體和氣體）溶劑、水、氣體顆粒、纖維目的：溶液脫粒

12、子，氣體脫粒子超濾（UF）：推動力：壓力差（1001000kPa）傳遞機理：篩分膜類型：非對稱性膜進料溶劑、水膠體大分子目的：溶液脫大分子，大分子溶液脫小分子，大分子分級。反滲透（RO）：推動力：壓力差（100010000kPa）傳遞機理：優(yōu)先吸附毛細管流動溶解、擴散模型膜類型：非對稱性膜或復(fù)合膜進料溶劑、水溶質(zhì)、鹽目的：溶劑脫溶質(zhì)，含小分子溶質(zhì)溶液濃縮。滲析（D）：推動力：濃度差傳遞機理：篩分、微孔膜內(nèi)的受阻擴散透過物：小分子溶質(zhì)或較小的溶質(zhì)截留物：截留0.02m離子、截留血液0.005m離子膜類型：非對稱性膜或離子交換膜進料接受液凈化液擴散液目的：大分子溶質(zhì)溶液脫小分子，小分子溶質(zhì)溶液脫大

13、分子。 電滲析（ED）：推動力：電化學(xué)勢傳遞機理：反離子經(jīng)離子交換膜的遷移膜類型：離子交換膜濃電解質(zhì)濃電解質(zhì)極極產(chǎn)品產(chǎn)品陰離子交換膜陰離子交換膜陽離子交換膜陽離子交換膜進料進料目的：溶液脫小離子，小離子溶質(zhì)的濃縮、小離子的分級。 熱擴散：原理： 先建立穩(wěn)定的溫度梯度，氣體中較輕的組分向熱線方向飄逸，再建立穩(wěn)定的濃度梯度，熱線附近的氣體由于密度較小流向上頂瓶；冷管壁附近的氣體由于密度較大向下底瓶流動。頂瓶底瓶溫度梯度冷壁熱線速率分離過程特點： 節(jié)能 環(huán)保優(yōu)勢 新的方法返回基本目的：實現(xiàn)清潔工藝；使物料能量消耗最??； 達到經(jīng)濟效益、社會效益最大。1.3.11.3.1反應(yīng)過程與分離過程的耦合反應(yīng)過程

14、與分離過程的耦合1.3.21.3.2分離過程與分離過程的耦合分離過程與分離過程的耦合1.3.31.3.3 過程過程的集成的集成返回1.3.分離過程的集成化目的： 改善不利的熱力學(xué)和動力學(xué)因數(shù)，減少設(shè)備、操作費用、節(jié)約資源和能源。1.3.1 反應(yīng)過程與分離過程的耦合化學(xué)吸收化學(xué)吸收化學(xué)反應(yīng)與吸收相結(jié)合化學(xué)反應(yīng)與吸收相結(jié)合 被溶解的組分與吸收劑中的活性組分發(fā)生反應(yīng)，增加傳質(zhì)推被溶解的組分與吸收劑中的活性組分發(fā)生反應(yīng)，增加傳質(zhì)推動力。動力?；瘜W(xué)萃取化學(xué)萃取化學(xué)反應(yīng)與萃取相結(jié)合化學(xué)反應(yīng)與萃取相結(jié)合 溶質(zhì)與萃取劑反應(yīng)。如：絡(luò)合反應(yīng)；水解；聚合溶質(zhì)與萃取劑反應(yīng)。如：絡(luò)合反應(yīng)；水解；聚合反應(yīng)（催化）精餾反應(yīng)

15、（催化）精餾化學(xué)反應(yīng)與精餾相結(jié)合化學(xué)反應(yīng)與精餾相結(jié)合 例：酯化、皂化、酯交換、胺化、水解例：酯化、皂化、酯交換、胺化、水解膜反應(yīng)器膜反應(yīng)器優(yōu)良分離性能與催化反應(yīng)相結(jié)合優(yōu)良分離性能與催化反應(yīng)相結(jié)合 例：利用多孔陶瓷膜催化反應(yīng)器，進行丁烯脫氫制丁二烯。丙例：利用多孔陶瓷膜催化反應(yīng)器，進行丁烯脫氫制丁二烯。丙烷脫氫制丙烯。烷脫氫制丙烯。u控制釋放控制釋放 將藥物或其他生物活性物質(zhì)以一定形式與膜將藥物或其他生物活性物質(zhì)以一定形式與膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使這些活性物質(zhì)只能以一定速度通結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使這些活性物質(zhì)只能以一定速度通過擴散等方式釋放到環(huán)境中。過擴散等方式釋放到環(huán)境中。u膜生物傳感器膜生物傳感器 由生物催

16、化劑酶或微生物與合成膜及電極轉(zhuǎn)由生物催化劑酶或微生物與合成膜及電極轉(zhuǎn)換裝置組成，模仿生物膜對化學(xué)物質(zhì)的識別能力換裝置組成，模仿生物膜對化學(xué)物質(zhì)的識別能力制成，為酶膜傳感器和微生物傳感器制成，為酶膜傳感器和微生物傳感器 。返回1.3.2 1.3.2 分離過程與分離過程的耦合 復(fù)合分離過程復(fù)合分離過程 優(yōu)點優(yōu)點：集原分離過程之所長，避其所短。集原分離過程之所長，避其所短。 適用于適用于: : 特殊物系的分離。特殊物系的分離。萃取結(jié)晶萃取結(jié)晶（加合結(jié)晶）（加合結(jié)晶） 分離分離：揮發(fā)度相近的組分。揮發(fā)度相近的組分。 無機鹽生產(chǎn)（優(yōu)點：節(jié)能）無機鹽生產(chǎn)（優(yōu)點：節(jié)能） 溶劑可萃取出部分水。溶劑可萃取出部分

17、水。 吸附蒸餾吸附蒸餾 氣氣-液液-固三相分離過程固三相分離過程 吸附分離優(yōu)點吸附分離優(yōu)點 ：分離因子高，產(chǎn)品純度高，能分離因子高，產(chǎn)品純度高，能 耗低。耗低。 缺點：缺點：吸附劑用量大吸附劑用量大 ，收率低。，收率低。 吸附蒸餾吸附蒸餾吸附和蒸餾形成互補吸附和蒸餾形成互補電泳分離電泳分離 不同蛋白質(zhì)在一定不同蛋白質(zhì)在一定pH值的緩沖溶液中，其溶解值的緩沖溶液中，其溶解度不同，在電場作用下，這些帶電的溶膠離子在介質(zhì)度不同，在電場作用下，這些帶電的溶膠離子在介質(zhì)中的泳動速度不同，實現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的分離。中的泳動速度不同，實現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的分離。返回1.3.3 1.3.3 過程的集成一、傳統(tǒng)分離過程的集成一、傳統(tǒng)分離過程的集成 合理組合傳統(tǒng)分離過程，揚長避短，達到高合理組合傳統(tǒng)分離過程，揚長避短，達到高效、低耗和減少污染的目的。效、低耗和減少污染的目的。 共沸精餾與萃取集成共沸精餾與萃取集成環(huán)己烷 +苯丙酮環(huán)己烷+丙酮共沸物純苯純苯環(huán)己烷環(huán)己烷丙酮+水丙酮水水優(yōu)點：優(yōu)點：無污染無污染二、傳統(tǒng)分離過程與膜分離的集成二、傳統(tǒng)分離過程與膜分離的集成