化工分離工程-分離過程的分類和特征

分離工程

本課程的任務(wù)和內(nèi)容■地位：專業(yè)基礎(chǔ)課■前期課程：物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)■重點(diǎn)：1.基本概念的理解

2.討論各種分離方法的特征

3.對設(shè)計(jì)、分析能力的訓(xùn)練

4.提高解決問題能力學(xué)生應(yīng)掌握：◆分離過程的基本理論

◆簡捷和嚴(yán)格計(jì)算方法

◆強(qiáng)化、改進(jìn)操作途徑

◆對新分離技術(shù)有一定了解教材：面向21世紀(jì)課程教材：劉家祺.分離過程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002主要參考書:

陳洪鈁,劉家祺.化工分離過程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995第一章緒論1.1分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用1.2

分離過程的分類和特征1.3.分離過程的集成化

學(xué)習(xí)方法與要求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：例1：乙烯水合生產(chǎn)乙醇1-固定床催化反應(yīng)器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-閃蒸塔；6-粗餾塔；

7-催化加氫反應(yīng)器；8-脫輕組分塔；10-產(chǎn)品塔涉及分離過程：吸收：3、5、9；

精餾：6、8、10；閃蒸：4乙烯93%產(chǎn)品廢水乙醛12345678910水循環(huán)乙烯水放空放空水氫水廢水例2：二甲苯生產(chǎn)1-重整反應(yīng)器；2、13-汽液分離器；3-壓縮機(jī)；4-脫丁烷塔；5-萃取塔6-再生塔；7-甲苯塔；8-二甲苯回收塔；9-冷卻器；10-結(jié)晶器；11-異構(gòu)化反應(yīng)器；12-熔融塔放空間二甲苯和鄰二甲苯石腦油進(jìn)料混合二甲苯循環(huán)混合二甲苯125678104111391233輕烴類非芳烴乙二醇芳烴苯和甲苯對二甲苯重芳烴H2H2H2●加氫重整后得到：輕油非芳烴苯甲苯二甲苯高級芳烴目的產(chǎn)物目的產(chǎn)物為對二甲苯鄰二甲苯間二甲苯對二甲苯沸點(diǎn)℃144.411139.104138.351熔點(diǎn)℃﹣25.173﹣47.87213.263●

原料：石腦油沸程120～230K●特點(diǎn)：●涉及到分離過程：精餾：4、7、8

萃?。?、6

結(jié)晶：10總結(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：生產(chǎn)工藝和防治污染有機(jī)的結(jié)合，將污染物減少或消滅在工藝過程中。

——面向21世紀(jì)社會和經(jīng)濟(jì)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)工藝的物料省耗

廢物最小化？清潔工藝終合考慮：

●合理的原料選擇；

●反應(yīng)路徑的清潔化；

●物料分離技術(shù)的選擇；

●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。與化工分離過程密切相關(guān)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)；

●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；

●研究、開發(fā)和采用低物耗、低能耗、高效率的“三廢”治理技術(shù)。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)使用。原料產(chǎn)品排除111222廢物廢物1—單元過程；2—處理實(shí)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●進(jìn)料提純

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)

例：共沸劑、萃取劑●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)化應(yīng)用

例：膜分離；熱擴(kuò)散；色層分離；…返回

1.2傳質(zhì)分離過程的分類和特征一類：機(jī)械分離特點(diǎn)：被分離物為非均相簡單的將混合物分開

如：過濾、沉降…化工原理內(nèi)容二類：傳質(zhì)分離

包含：

平衡分離過程；速率控制分離

特點(diǎn)：被分離物為均相

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、物質(zhì)、壓力平衡分離過程——借助分離媒介，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等同的分配為依據(jù)而實(shí)現(xiàn)分配。平衡分離過程的分離單元操作閃蒸原料相態(tài)：

液體分離媒介：減壓分離原理：揮發(fā)度（蒸汽壓）有較大差別工業(yè)應(yīng)用：海水淡化生產(chǎn)純水；吸收液的解吸。精餾原料相態(tài)：汽、液或汽液混合物分離媒介：熱量，有時(shí)用機(jī)械功

同上石油裂解氣的深冷分離；苯、甲苯、二甲苯的分離。吸收蒸出原料相態(tài)：氣體或液體分離媒介：液體吸收劑（MSA）；加入熱量（ESA）

分離原理：揮發(fā)度（蒸汽壓）有較大差別工業(yè)應(yīng)用：由催化裂化裝置主蒸塔頂產(chǎn)物中回收乙烷及較輕的烴。萃取或共沸精餾原料相態(tài)：汽、液或汽液混合物液體溶劑（MSA）或塔釜加熱（ESA）液體共沸劑（MSA）或塔釜加熱（ESA）改變原溶液的相對揮發(fā)度

以苯酚作溶劑由沸點(diǎn)相近的非芳烴中分離芳烴；以醋酸丁酯作共沸劑從稀溶液中分離醋酸。MSAL或VLLL或VMSALV返回1.2.2速率分離過程膜分離熱擴(kuò)散速率分離:

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(shí)在選擇性膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實(shí)現(xiàn)組分的分離。微孔過濾（MF）：推動力：壓力差（～100kPa）傳遞機(jī)理：篩分膜類型：多孔膜

進(jìn)料（液體和氣體）溶劑、水、氣體顆粒、纖維目的：溶液脫離子，氣體脫離子超濾（UF）：推動力：壓力差（100～1000kPa）傳遞機(jī)理：篩分膜類型：非對稱性膜進(jìn)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（1000～10000kPa）傳遞機(jī)理：優(yōu)先吸附毛細(xì)管流動溶解、擴(kuò)散模型膜類型：非對稱性膜或復(fù)合膜進(jìn)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(jī)理：篩分、微孔膜內(nèi)的受阻擴(kuò)散透過物：小分子溶質(zhì)或較小的溶質(zhì)截留物：截留﹥0.02um離子、截留血液﹥0.005um離子膜類型：非對稱性膜或離子交換膜進(jìn)料接受液凈化液擴(kuò)散液目的：大分子溶質(zhì)溶液脫小分子，小分子溶質(zhì)溶液脫大分子。電滲析（ED）：推動力：電化學(xué)勢傳遞機(jī)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)－極＋極產(chǎn)品陰離子交換膜陽離子交換膜進(jìn)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(kuò)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(diǎn)：■節(jié)能■環(huán)保優(yōu)勢■新的方法返回1.3.分離過程的集成化

目的：實(shí)現(xiàn)清潔工藝

使物料能量消耗最小；

經(jīng)濟(jì)效益、社會效益最大。1.3.1反應(yīng)過程與分離過程的耦合1.3.2分離過程與分離過程的耦合1.3.3

過程的集成返回1.3.1反應(yīng)過程與分離過程的耦合目的：

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(fèi)用、節(jié)約資源和能源?；瘜W(xué)吸收——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)推動力。化學(xué)萃取——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；聚合反應(yīng)（催化）精餾——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…膜反應(yīng)器——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(jìn)行丁烯脫氫制丁二烯。丙烷脫氫制丙烯?？刂漆尫?/p>

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)只能以一定速度通過擴(kuò)散等方式釋放到環(huán)境中。膜生物傳感器

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)的識別能力制成，為酶膜傳感器和微生物傳感器。返回1.3.2分離過程與分離過程的耦合

復(fù)合分離過程優(yōu)點(diǎn)：集原分離過程之所長，避其所短。適用于:

特殊物系的分離。◆萃取結(jié)晶（加和結(jié)晶）分離：①揮發(fā)度相近的組分。②無機(jī)鹽生產(chǎn)（優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能）

溶劑可萃取出部分水。

◆吸附蒸餾氣一液一固三相分離過程吸附分離優(yōu)點(diǎn)：

分離因子高，產(chǎn)品濃度高，能耗低。缺點(diǎn)：吸附劑用量大，收率低。

——形成互補(bǔ)◆電泳分離不同蛋白質(zhì)在一定pH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)中的泳動速度不同，實(shí)現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的分離。返回1.3.3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)長避短，達(dá)到高效、低耗和減少污染的目的。共沸精餾與萃取集成環(huán)己烷+苯丙酮環(huán)己烷+丙酮共沸物純苯環(huán)己烷丙酮+水丙酮水水優(yōu)點(diǎn)：無污染二、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◆滲透蒸發(fā)用來分離揮發(fā)性液體混合物，恒沸、近沸點(diǎn)物系?！粽羝麧B透例：發(fā)酵液脫水制無水乙醇水與醇形成二元共沸物，共沸點(diǎn):78.15℃，

x=0.894（mol）三、膜過程的集成優(yōu)點(diǎn)：取長補(bǔ)短例：分離懸浮液為高固體含量物料將超濾、反滲透、滲透蒸餾組合在一起。返回樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。3月-233月-23Thursday,March30,2023人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。12:34:1712:34:1712:343/30/202312:34:17PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。3月-2312:34:1712:34Mar-2330-Mar-23加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。12:34:1712:34:1712:34Thursday,March30,2023安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。3月-233月-2312:34:1712:34:17March30,2023踏實(shí)肯干，努力奮斗。2023年3月30日12:34下午3月-233月-23追求至善憑技術(shù)開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。30三月202312:34:17下午12:34:173月-23嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。三月2312:34下午3月-2312:34March30,2023作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2023/3/3012:34:1712:34:1730March2023好的事情馬上就會到來，一切都是最好的安排。12:34:17下午12:34下午12:34:173月-23專注今天，好好努力，剩下的交給時(shí)間。3月-233月-2312:3412:34:1712:34:17Mar-23牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2023/3/3012:34:17Thursday,March30,2023相信相信得力量。3月-232023/3/3012:34:173月-23謝謝大家！生活中的辛苦阻撓不了我對生活的熱愛。3月-233月-23Thursday,March30,2023人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。12:34:1712:34:17