化工分離工程 第一章 緒論

化工分離工程

ChemicalSeparationEngneering課程簡介化工分離工程是化學(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)是利用相平衡熱力學(xué)、動力學(xué)的微觀機理，傳熱、傳質(zhì)和動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)計和科研中常用的分離過程的理論和實際問題。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求我們

1）正確理解化工分離工程的有關(guān)基本概念和理論；

2）理解各概念之間的聯(lián)系和應(yīng)用；

3）掌握化工分離工程的基本計算方法；

4）能夠理論聯(lián)系實際，靈活分析和解決實際化工生產(chǎn)和設(shè)計中的有關(guān)問題；先修課程：物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理同時進(jìn)行的課程：化工工藝學(xué)、化工過程分析與模擬

教材：鄧修，吳俊生.化工分離工程.科學(xué)出版社，2000.參考書：劉家祺主編.分離過程.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.陳洪紡劉家祺.化工分離過程.化學(xué)工業(yè)出版社,1995.JDSeeder,EJHenley.SeparationProcessPrinciples.化學(xué)工業(yè)出版社，2002.主要內(nèi)容第1章緒論第2章精餾第3章吸收第4章液液萃取第5章分離過程的節(jié)能第6章其他分離技術(shù)和分離方法的選擇第1章緒論1.1概述1.2分離因子1.3過程開發(fā)及方法1.4分離方法的選擇第1章緒論基本要求：1)了解分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性;2)熟悉分離過程的分類;3)掌握分離因子的概念及意義;4)了解分離方法的選擇;什么是分離過程？純組分變成混合物，是熵增自發(fā)過程，反之，混合物變成純凈物則需作功?；旌衔铮?、液、固）分離過程產(chǎn)品1產(chǎn)品2產(chǎn)品n能量分離劑ESA物質(zhì)分離劑MSA借助一定的分離劑，實現(xiàn)混合物中的組分分級（Fractionalization）、濃縮（Concentration）、富集（Enrichment）、純化（Purification）、精制（Refining）與隔離（Isolation）等的過程稱為分離過程。1.1

概述WhySeparate?WHYWHY化工生產(chǎn)反應(yīng)（Reactive）萃取物（ExtractiveNaturalrawmaterial）配制（Formulation）分離分離分離一、分離過程的地位煉油、石油化工：石油煉制工業(yè)通過煉油過程把原油加工為汽油、噴氣燃料、煤油、汽油、燃料油、潤滑油、石蠟油、石油瀝青、石焦油和各種石油化工原料等；石油化學(xué)工業(yè)以上述原料生產(chǎn)種類極多、范圍極廣的各種化學(xué)品，例如塑料、合成纖維、合成橡膠、合成洗滌劑、溶劑、涂料、農(nóng)藥、染料等；煉油和石油化工過程緊密結(jié)合，各種分離操作是其生產(chǎn)過程必不可少的組成部分。蒸餾是煉油和石油工業(yè)中最主要的分離操作過程之一。常壓蒸餾和減壓蒸餾按照沸程不同進(jìn)行石油產(chǎn)品分離；除此以外，萃取用于溶劑脫蠟，潤滑油精制，溶劑脫瀝青和芳烴抽提等；吸附用于分子篩脫蠟、C8芳烴分離、烯烴和烷烴的分離等。醫(yī)藥工業(yè)：分離技術(shù)在保證藥物生產(chǎn)及其質(zhì)量中起著關(guān)鍵作用；抗生素等發(fā)酵類醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)中，大量應(yīng)用著過濾、萃取、吸附、膜分離、離子交換、結(jié)晶、干燥等分離技術(shù)；在天然藥物（如中藥等）生產(chǎn)現(xiàn)代化過程中，超臨界萃取、膜分離、先進(jìn)的過濾、結(jié)晶、干燥等分離技術(shù)有用武之地。

冶金工業(yè)濕法冶煉中礦物浸取和萃取分離過程——溶劑萃取法：鈾是在工業(yè)中第一個使用溶劑萃取法提取和純化的金屬元素；用溶劑萃取法從銅礦浸取液中提取銅，是二十世紀(jì)七十年代，在濕法冶煉中取得的一項重要成就；濕法提取過程也用于磷和硼等無機礦產(chǎn)的生產(chǎn)過程。

其他：食品、乳品和飲料工業(yè)材料工業(yè)生化工業(yè)環(huán)境保護分離過程的重要性原料凈化產(chǎn)品提純有效組分回收污染物處理典型的化工生產(chǎn)裝置包括：反應(yīng)器；原料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品的分離設(shè)備；泵、換熱器；分離貫穿化工過程，占有十分重要的地位。

分離過程的費用占總投資的50～90％。原料預(yù)處理反應(yīng)分離粗產(chǎn)品精制產(chǎn)品

分離工程三廢處理二、分離過程的分類（一）分離過程的分類級數(shù)：相態(tài)：有無傳質(zhì)發(fā)生：單級、多級固—固、固—液、固—氣、氣—液、液—液、氣—氣機械分離、傳質(zhì)分離處理兩相以上的混合物如過濾、沉降、離心分離等。處理均相混合物按物理化學(xué)原理的不同，傳質(zhì)分離可分為：（二）傳質(zhì)分離過程的分類平衡分離過程：速率分離過程：借助分離劑使均相混合物變成兩相系統(tǒng)，再利用混合物中各組分在處于相平衡的兩相中的不等同分配而實現(xiàn)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，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實現(xiàn)分離。如精餾、吸收、萃取、結(jié)晶、吸附等。如微濾、超濾、反滲透、電滲析等。1）平衡分離過程過程名稱原料分離劑產(chǎn)品分離原理蒸發(fā)蒸餾吸收萃取結(jié)晶吸附干燥浸取離子交換液體液體氣體液體液體氣體或液體濕物料固體液體熱熱不揮發(fā)性液體不互溶液體冷或熱固體吸附劑熱溶劑固體樹脂液體+蒸汽液體+蒸汽液體+氣體液體+液體液體+固體固體+液體或氣體固體+蒸汽固體+液體液體+固體蒸汽壓不同蒸汽壓不同溶解度不同溶解度不同過飽和吸附力不同濕組分蒸發(fā)溶解度不同離子的可交換性2）速率控制分離過程過程名稱原料分離劑產(chǎn)品分離原理氣體擴散熱擴散電滲析電泳反滲透超過濾氣體氣體或液體液體液體液體液體壓力梯度和膜濕度梯度電場和膜電場壓力梯度和膜壓力梯度和膜氣體氣體或液體液體液體液體+液體液體+液體多孔膜中擴散的速率差異熱擴散速率差異

膜對不同離子的選擇性滲透膠質(zhì)在電場下的遷移速率差異溶質(zhì)溶解度與溶劑在膜中的擴散速率分子大小差異1.2分離因子（1）分離因子的定義假設(shè)要將i、j兩組分構(gòu)成的混合物分離成1、2兩種產(chǎn)品，兩種產(chǎn)品中兩組分的含量分別用xi1、xj1、xi2、xj2表示。比較這兩個組分在兩種產(chǎn)品中的含量關(guān)系，就可以判定這兩個組分在兩種產(chǎn)品中的分離程度：

分離因子與1的偏離程度表示組分之間分離的難易程度。當(dāng)αij＝1時，兩組分在兩產(chǎn)品中的含量相同，無法實現(xiàn)分離；當(dāng)αij接近1時，兩組分在兩產(chǎn)品中的含量相近，難以實現(xiàn)分離；當(dāng)αij遠(yuǎn)離1時，兩組分在兩產(chǎn)品中的含量差別大，容易實現(xiàn)分離。精餾中，分離因子又稱為相對揮發(fā)度，它相對于汽液平衡常數(shù)而言，對溫度和壓力的變化不敏感，可近似看作常數(shù)，使計算簡化。（2）分離因子的意義

1）雙組分中的相對揮發(fā)度已知A、B兩組分揮發(fā)度為：由Dalton分壓定律可知：pA+pB=p，而pA=yAp，pB=yBp，所以：

2）液液萃取的選擇性系數(shù)已知A、B兩組分在兩相中的分配系數(shù)為：則其選擇性系數(shù)為：1.3過程開發(fā)及方法（1）化工技術(shù)開發(fā)

1）開發(fā)基礎(chǔ)研究針對項目的應(yīng)用性基礎(chǔ)研究和工藝特征研究，以實驗室研究為主。

2）過程研究進(jìn)行工藝、產(chǎn)品、設(shè)備等的工程放大試驗，包括模型試驗、微型中試、中試及工業(yè)試驗等的全部或部分過程。

3）工程研究包括技術(shù)經(jīng)濟評價、概念設(shè)計、數(shù)學(xué)模型、放大技術(shù)及基礎(chǔ)設(shè)計等。（2）放大技術(shù)的常用方法過程放大的方法有逐級經(jīng)驗放大法、數(shù)學(xué)模型法、工程理論法和參照法四種，常用的是前兩種。

1）逐級經(jīng)驗放大法以小試→擴大試驗→中試→工業(yè)化試驗的程序，通過逐級試驗獲取參數(shù)來達(dá)到目的。穩(wěn)妥，但耗費大。

2）數(shù)學(xué)模型法根據(jù)過程的內(nèi)在規(guī)律，建立準(zhǔn)確描述過程的數(shù)學(xué)模型，通過合理的簡化后，利用計算機求解得到相關(guān)的參數(shù)。（3）分離過程開發(fā)應(yīng)達(dá)到的目的

1）合適的分離方法和流程通常通過小試研究來實現(xiàn)分離方法的選擇和分離流程的確定。

2）優(yōu)化的工藝操作條件通常是在小試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過中試對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3）合理的設(shè)備選型通過中試確定工業(yè)化過程的設(shè)備形式和幾何尺寸。1.4分離方法的選擇分離的可行性

是否能分離物料的物理化學(xué)性質(zhì)

是否好分離生產(chǎn)的處理規(guī)模