分離工程緒論

1、1現(xiàn)代分離技術(shù)現(xiàn)代分離技術(shù)第一章第一章 緒論緒論23課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 現(xiàn)代分離技術(shù)是化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分，是現(xiàn)代分離技術(shù)是化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程的任務(wù)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程的任務(wù)是利用相平衡熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的機(jī)理，傳熱、傳質(zhì)和動(dòng)是利用相平衡熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的機(jī)理，傳熱、傳質(zhì)和動(dòng)量傳遞理論來研究化工及其它相關(guān)過程中復(fù)雜物質(zhì)的分量傳遞理論來研究化工及其它相關(guān)過程中復(fù)雜物質(zhì)的分離和純化技術(shù)，分析和解決在化工生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和科研中離和純化技術(shù)，分析和解決在化工生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和科研中常用的分離過程的理論和實(shí)際問題。常用的分離過程的理論和實(shí)際

2、問題。 通過本課程的學(xué)習(xí)，要求我們通過本課程的學(xué)習(xí)，要求我們 1.1.基本概念的理解基本概念的理解 2.2.各種分離方法的特征各種分離方法的特征 3.3.對(duì)設(shè)計(jì)、分析能力的訓(xùn)練對(duì)設(shè)計(jì)、分析能力的訓(xùn)練 4.4.提高解決問題能力提高解決問題能力4先修課程：先修課程：物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理教材：教材：現(xiàn)代分離技術(shù)現(xiàn)代分離技術(shù)參考書：參考書：劉家祺劉家祺 主編主編.分離過程分離過程.化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社,2012.陳洪紡陳洪紡 劉家祺劉家祺.化工分離化工分離過程過程.化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社, 1995.J D Seeder, E J Henley.

3、Separation Process Principles. 化學(xué)工業(yè)出版社，化學(xué)工業(yè)出版社，2002.鄧修，吳俊生鄧修，吳俊生.化工分離工程化工分離工程. 科學(xué)出版社，科學(xué)出版社，2008.56主要內(nèi)容主要內(nèi)容第第1 1章章 緒論緒論第第4 4章章 特殊精餾技術(shù)特殊精餾技術(shù)第第5 5章章 超臨界流體萃取超臨界流體萃取第第6 6章章 吸附與離子交換吸附與離子交換第第7 7章章 膜分離過程膜分離過程7第第1 1章章 緒論緒論 89原料原料 反應(yīng)反應(yīng) 中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物 產(chǎn)品產(chǎn)品 提供符合質(zhì)量要求的原料提供符合質(zhì)量要求的原料（清除對(duì)反應(yīng)或催化劑有害的雜質(zhì)，減少副反（清除對(duì)反應(yīng)或催化劑有害的雜質(zhì)，減少

4、副反應(yīng)，提高收率）；應(yīng)，提高收率）；提純產(chǎn)品以得到合格品，并使提純產(chǎn)品以得到合格品，并使反應(yīng)物循環(huán)使用；反應(yīng)物循環(huán)使用； 101112副產(chǎn)物副產(chǎn)物:乙醚乙醚C2H5OC2H5,異丙醇異丙醇(H3C)2CHOCH(CH3)2,乙醛乙醛CH3CHO 該工藝過程該工藝過程:有有10臺(tái)臺(tái)設(shè)備，設(shè)備，2臺(tái)臺(tái)反應(yīng)器，其余為分離設(shè)備。反應(yīng)器，其余為分離設(shè)備。024225,6.5,3005%catalystMPaCC HH OC H OHx3225catalyst + CH CHOHC H OH主反應(yīng)器主反應(yīng)器13 重整重整 輕烴輕烴 苯苯石腦油石腦油 烷烴烷烴 分離分離 甲苯甲苯 分離分離 對(duì)二甲苯對(duì)二甲苯

5、 異構(gòu)化異構(gòu)化 分離分離 芳烴芳烴 混合二甲苯混合二甲苯 鄰二甲苯鄰二甲苯 分離分離 重芳烴重芳烴 間二甲苯間二甲苯 原料：原料：石腦油石腦油 沸程沸程120230 加氫重整后得到：輕油 非芳烴 苯 甲苯 二甲苯 高級(jí)芳烴目的產(chǎn)物為對(duì)二甲苯鄰二甲苯間二甲苯對(duì)二甲苯沸點(diǎn)144.411139.104138.351熔點(diǎn)25.17347.87213.2631415n清潔工藝清潔工藝少?gòu)U物或無廢物的生產(chǎn)技術(shù)工藝。少?gòu)U物或無廢物的生產(chǎn)技術(shù)工藝。q即將生產(chǎn)工藝和防治污染有機(jī)地結(jié)合起來，將污染物減少或消滅即將生產(chǎn)工藝和防治污染有機(jī)地結(jié)合起來，將污染物減少或消滅在工藝過程中，從根本上解決工業(yè)污染問題。在工藝過程

6、中，從根本上解決工業(yè)污染問題。q優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：符合符合“預(yù)防優(yōu)于治理預(yù)防優(yōu)于治理”的方針，同時(shí)又降低了原材料和能的方針，同時(shí)又降低了原材料和能源的消耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)協(xié)源的消耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展的最佳途徑。故清潔工藝是一種節(jié)能、低耗、高效、安全、調(diào)發(fā)展的最佳途徑。故清潔工藝是一種節(jié)能、低耗、高效、安全、無污染的工藝技術(shù)無污染的工藝技術(shù)。 n化工生產(chǎn)的污染源：化工生產(chǎn)的污染源：未回收的原料；未回收的原料；未回收的產(chǎn)品；未回收的產(chǎn)品；副產(chǎn)品；副產(chǎn)品；原料中的雜質(zhì)；原料中的雜質(zhì)；工藝的物料損耗。工藝的物料損耗。16清潔工藝綜合考慮：清潔

7、工藝綜合考慮： 合理的原料選擇；合理的原料選擇； 反應(yīng)路徑的清潔化；反應(yīng)路徑的清潔化； 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：核心： 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng) 廢物最小化首先考慮催化劑、反應(yīng)工廢物最小化首先考慮催化劑、反應(yīng)工藝和設(shè)備。藝和設(shè)備。1718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循環(huán)將過程所產(chǎn)生的廢物最大限度地回收和循環(huán)使用。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1920上述原因促使： 傳統(tǒng)分離過程不斷改進(jìn)和發(fā)展 例：反應(yīng)精餾；吸附； 新分離方法不斷出現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)工業(yè)化

8、應(yīng)用 例：膜分離；熱擴(kuò)散；色層分離；21相間無傳質(zhì)相間無傳質(zhì) 22ESA、 MSAI - xi 或或II- yi,i組分在兩相中組分在兩相中分配系數(shù)分配系數(shù)不同不同（相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度，溶解度溶解度）平衡分離過程的分平衡分離過程的分離單元操作特征離單元操作特征2425名稱名稱簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)圖原料原料相態(tài)相態(tài)分離分離媒介媒介產(chǎn)生相態(tài)產(chǎn)生相態(tài)或或MSA的的相態(tài)相態(tài)分離原理分離原理工業(yè)應(yīng)用實(shí)工業(yè)應(yīng)用實(shí)例例（1）閃蒸閃蒸 液體液體 減壓減壓 氣體氣體 揮發(fā)度（蒸揮發(fā)度（蒸汽壓）有較汽壓）有較大差別大差別 由海水淡化由海水淡化生產(chǎn)純水生產(chǎn)純水 26名稱名稱簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)圖原料原料相態(tài)相態(tài)分離分離媒介媒介產(chǎn)生相態(tài)產(chǎn)生相

9、態(tài)或或MSA的的相態(tài)相態(tài)分離原理分離原理工業(yè)應(yīng)用實(shí)工業(yè)應(yīng)用實(shí)例例（3）精餾精餾 汽、汽、液或液或汽液汽液混合混合物物 熱量熱量（ESA）；）；有時(shí)有時(shí)用機(jī)用機(jī)械功械功 氣體和液氣體和液體體 揮發(fā)度（蒸揮發(fā)度（蒸汽壓）有差汽壓）有差別別 石油裂解氣石油裂解氣的深冷分離的深冷分離 27以苯酚作溶以苯酚作溶劑由沸點(diǎn)相劑由沸點(diǎn)相近的非芳烴近的非芳烴中分離甲苯中分離甲苯 溶劑改變?nèi)軇└淖冊(cè)芤航M原溶液組分的相對(duì)分的相對(duì)揮發(fā)度揮發(fā)度 氣體和液氣體和液體體 液體溶液體溶劑劑（MSA）和塔釜和塔釜加熱加熱 汽、汽、液或液或汽液汽液混合混合物物 （4）萃取萃取精餾精餾工業(yè)應(yīng)用實(shí)工業(yè)應(yīng)用實(shí)例例分離原理分離原理產(chǎn)生

10、相態(tài)或產(chǎn)生相態(tài)或MSA的相態(tài)的相態(tài)分離分離媒介媒介原料原料相態(tài)相態(tài)簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)圖名稱名稱28293031膜分離（超濾，反滲透，滲析，電滲析，氣體滲透，液膜分離），熱擴(kuò)散膜分離（超濾，反滲透，滲析，電滲析，氣體滲透，液膜分離），熱擴(kuò)散323334ultrafiltratingapparatusfeed solutionretentatepermeate35n反滲透以壓力差為動(dòng)力，從溶液中分離出反滲透以壓力差為動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑溶劑的膜分離的膜分離操作。操作。n用途：海水淡化，苦咸水淡化，乳品，果汁濃縮，生化用途：海水淡化，苦咸水淡化，乳品，果汁濃縮，生化制品制備。制品制備。feed soluti

11、onretentatepermeatereverseosmosisapparatus36滲析滲析(dialysis)凈 化血 液血 液滲 析 液滲 析廢 液373839404142 如：絡(luò)合反應(yīng)；水解；聚合如：絡(luò)合反應(yīng)；水解；聚合 例：酯化、皂化、酯交換、胺化、水解例：酯化、皂化、酯交換、胺化、水解 例：利用多孔陶瓷膜催化反應(yīng)器，進(jìn)行丁烯脫氫制丁二烯。丙烷脫氫制例：利用多孔陶瓷膜催化反應(yīng)器，進(jìn)行丁烯脫氫制丁二烯。丙烷脫氫制丙烯。丙烯。43 復(fù)合分離過程復(fù)合分離過程 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：集原分離過程之所長(zhǎng)，避其所短。集原分離過程之所長(zhǎng)，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

12、萃取結(jié)晶（加和結(jié)晶）（加和結(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(jī)鹽生產(chǎn)（優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能）無機(jī)鹽生產(chǎn)（優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能） 溶劑可萃取出部分水。溶劑可萃取出部分水。 44吸附蒸餾吸附蒸餾 氣一液一固三相分離過程氣一液一固三相分離過程吸附分離優(yōu)點(diǎn)吸附分離優(yōu)點(diǎn) ： 分離因子高，產(chǎn)品濃度高，能耗低。分離因子高，產(chǎn)品濃度高，能耗低。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：吸附劑用量大吸附劑用量大 ，收率低。，收率低。 形成互補(bǔ)形成互補(bǔ)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，其溶解度不同，在值的緩沖溶液中，其溶解度不同，在電場(chǎng)作用下，這些帶電的溶膠離子在介質(zhì)中的泳動(dòng)速度不同電場(chǎng)作用下，這些帶電的溶膠離子在介質(zhì)中的泳動(dòng)速度不同，實(shí)現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的分離。，實(shí)現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的分離。45一、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(yáng)長(zhǎng)避短，達(dá)到高效、低耗和合理組合傳統(tǒng)分離過程，揚(yáng)長(zhǎng)避短，達(dá)到高效、低耗和減少污染的目的。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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：無污染無污染46二、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 將膜技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)分離過程中將膜技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)分離過程中滲透蒸發(fā)滲透蒸發(fā) 用來分離揮發(fā)性液體混合物，恒沸、近沸