分离工程绪论

1、1现代分离技术现代分离技术第一章第一章 绪论绪论23课程简介课程简介 现代分离技术是化学工程学科的重要组成部分，是现代分离技术是化学工程学科的重要组成部分，是化学工程与工艺专业的一门专业必修课。本课程的任务化学工程与工艺专业的一门专业必修课。本课程的任务是利用相平衡热力学、动力学的机理，传热、传质和动是利用相平衡热力学、动力学的机理，传热、传质和动量传递理论来研究化工及其它相关过程中复杂物质的分量传递理论来研究化工及其它相关过程中复杂物质的分离和纯化技术，分析和解决在化工生产、设计和科研中离和纯化技术，分析和解决在化工生产、设计和科研中常用的分离过程的理论和实际问题。常用的分离过程的理论和实际

2、问题。 通过本课程的学习，要求我们通过本课程的学习，要求我们 1.1.基本概念的理解基本概念的理解 2.2.各种分离方法的特征各种分离方法的特征 3.3.对设计、分析能力的训练对设计、分析能力的训练 4.4.提高解决问题能力提高解决问题能力4先修课程：先修课程：物理化学、化工热力学、化工原理物理化学、化工热力学、化工原理教材：教材：现代分离技术现代分离技术参考书：参考书：刘家祺刘家祺 主编主编.分离过程分离过程.化学工业出版社化学工业出版社,2012.陈洪纺陈洪纺 刘家祺刘家祺.化工分离化工分离过程过程.化学工业出版社化学工业出版社, 1995.J D Seeder, E J Henley.

3、Separation Process Principles. 化学工业出版社，化学工业出版社，2002.邓修，吴俊生邓修，吴俊生.化工分离工程化工分离工程. 科学出版社，科学出版社，2008.56主要内容主要内容第第1 1章章 绪论绪论第第4 4章章 特殊精馏技术特殊精馏技术第第5 5章章 超临界流体萃取超临界流体萃取第第6 6章章 吸附与离子交换吸附与离子交换第第7 7章章 膜分离过程膜分离过程7第第1 1章章 绪论绪论 89原料原料 反应反应 中间产物中间产物 产品产品 提供符合质量要求的原料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（清除对反应或催化剂有害的杂质，减少

4、副反应，提高收率）；应，提高收率）；提纯产品以得到合格品，并使提纯产品以得到合格品，并使反应物循环使用；反应物循环使用； 101112副产物副产物:乙醚乙醚C2H5OC2H5,异丙醇异丙醇(H3C)2CHOCH(CH3)2,乙醛乙醛CH3CHO 该工艺过程该工艺过程:有有10台台设备，设备，2台台反应器，其余为分离设备。反应器，其余为分离设备。024225,6.5,3005%catalystMPaCC HH OC H OHx3225catalyst + CH CHOHC H OH主反应器主反应器13 重整重整 轻烃轻烃 苯苯石脑油石脑油 烷烃烷烃 分离分离 甲苯甲苯 分离分离 对二甲苯对二甲苯

5、 异构化异构化 分离分离 芳烃芳烃 混合二甲苯混合二甲苯 邻二甲苯邻二甲苯 分离分离 重芳烃重芳烃 间二甲苯间二甲苯 原料：原料：石脑油石脑油 沸程沸程120230 加氢重整后得到：轻油 非芳烃 苯 甲苯 二甲苯 高级芳烃目的产物为对二甲苯邻二甲苯间二甲苯对二甲苯沸点144.411139.104138.351熔点25.17347.87213.2631415n清洁工艺清洁工艺少废物或无废物的生产技术工艺。少废物或无废物的生产技术工艺。q即将生产工艺和防治污染有机地结合起来，将污染物减少或消灭即将生产工艺和防治污染有机地结合起来，将污染物减少或消灭在工艺过程中，从根本上解决工业污染问题。在工艺过程

6、中，从根本上解决工业污染问题。q优点：优点：符合符合“预防优于治理预防优于治理”的方针，同时又降低了原材料和能的方针，同时又降低了原材料和能源的消耗，提高企业的经济效益，是保护生态环境和经济建设协源的消耗，提高企业的经济效益，是保护生态环境和经济建设协调发展的最佳途径。故清洁工艺是一种节能、低耗、高效、安全、调发展的最佳途径。故清洁工艺是一种节能、低耗、高效、安全、无污染的工艺技术无污染的工艺技术。 n化工生产的污染源：化工生产的污染源：未回收的原料；未回收的原料；未回收的产品；未回收的产品；副产品；副产品；原料中的杂质；原料中的杂质；工艺的物料损耗。工艺的物料损耗。16清洁工艺综合考虑：清洁

7、工艺综合考虑： 合理的原料选择；合理的原料选择； 反应路径的清洁化；反应路径的清洁化； 物料分离技术的选择；物料分离技术的选择； 确定合理的流程和工艺参数。确定合理的流程和工艺参数。 核心：核心： 化学反应化学反应 废物最小化首先考虑催化剂、反应工废物最小化首先考虑催化剂、反应工艺和设备。艺和设备。1718闭路循环系统：闭路循环系统： 将过程所产生的废物最大限度地回收和循环将过程所产生的废物最大限度地回收和循环使用。使用。原原料料产品产品排除排除111222废废物物废废物物1单元过程；2处理1920上述原因促使： 传统分离过程不断改进和发展 例：反应精馏；吸附； 新分离方法不断出现和实现工业化

8、应用 例：膜分离；热扩散；色层分离；21相间无传质相间无传质 22ESA、 MSAI - xi 或或II- yi,i组分在两相中组分在两相中分配系数分配系数不同不同（相对挥发度相对挥发度，溶解度溶解度）平衡分离过程的分平衡分离过程的分离单元操作特征离单元操作特征2425名称名称简图简图原料原料相态相态分离分离媒介媒介产生相态产生相态或或MSA的的相态相态分离原理分离原理工业应用实工业应用实例例（1）闪蒸闪蒸 液体液体 减压减压 气体气体 挥发度（蒸挥发度（蒸汽压）有较汽压）有较大差别大差别 由海水淡化由海水淡化生产纯水生产纯水 26名称名称简图简图原料原料相态相态分离分离媒介媒介产生相态产生相

9、态或或MSA的的相态相态分离原理分离原理工业应用实工业应用实例例（3）精馏精馏 汽、汽、液或液或汽液汽液混合混合物物 热量热量（ESA）；）；有时有时用机用机械功械功 气体和液气体和液体体 挥发度（蒸挥发度（蒸汽压）有差汽压）有差别别 石油裂解气石油裂解气的深冷分离的深冷分离 27以苯酚作溶以苯酚作溶剂由沸点相剂由沸点相近的非芳烃近的非芳烃中分离甲苯中分离甲苯 溶剂改变溶剂改变原溶液组原溶液组分的相对分的相对挥发度挥发度 气体和液气体和液体体 液体溶液体溶剂剂（MSA）和塔釜和塔釜加热加热 汽、汽、液或液或汽液汽液混合混合物物 （4）萃取萃取精馏精馏工业应用实工业应用实例例分离原理分离原理产生

10、相态或产生相态或MSA的相态的相态分离分离媒介媒介原料原料相态相态简图简图名称名称28293031膜分离（超滤，反渗透，渗析，电渗析，气体渗透，液膜分离），热扩散膜分离（超滤，反渗透，渗析，电渗析，气体渗透，液膜分离），热扩散323334ul t r af i l t r at i ngappar at usfeed solutionr et ent at eper meat e35n反渗透以压力差为动力，从溶液中分离出反渗透以压力差为动力，从溶液中分离出溶剂溶剂的膜分离的膜分离操作。操作。n用途：海水淡化，苦咸水淡化，乳品，果汁浓缩，生化用途：海水淡化，苦咸水淡化，乳品，果汁浓缩，生化制品制

11、备。制品制备。feed solutionretentateperm eatereverseosm osisapparatus36渗析渗析(dialysis)净 化血 液血 液渗 析 液渗 析废 液373839404142 如：络合反应；水解；聚合如：络合反应；水解；聚合 例：酯化、皂化、酯交换、胺化、水解例：酯化、皂化、酯交换、胺化、水解 例：利用多孔陶瓷膜催化反应器，进行丁烯脱氢制丁二烯。丙烷脱氢制例：利用多孔陶瓷膜催化反应器，进行丁烯脱氢制丁二烯。丙烷脱氢制丙烯。丙烯。43 复合分离过程复合分离过程 优点：优点：集原分离过程之所长，避其所短。集原分离过程之所长，避其所短。 适用于适用于:

12、特殊物系的分离。特殊物系的分离。萃取结晶萃取结晶（加和结晶）（加和结晶） 分离分离：挥发度相近的组分。挥发度相近的组分。 无机盐生产（优点：节能）无机盐生产（优点：节能） 溶剂可萃取出部分水。溶剂可萃取出部分水。 44吸附蒸馏吸附蒸馏 气一液一固三相分离过程气一液一固三相分离过程吸附分离优点吸附分离优点 ： 分离因子高，产品浓度高，能耗低。分离因子高，产品浓度高，能耗低。 缺点：缺点：吸附剂用量大吸附剂用量大 ，收率低。，收率低。 形成互补形成互补电泳分离电泳分离 不同蛋白质在一定不同蛋白质在一定pH值的缓冲溶液中，其溶解度不同，在值的缓冲溶液中，其溶解度不同，在电场作用下，这些带电的溶胶离子

13、在介质中的泳动速度不同电场作用下，这些带电的溶胶离子在介质中的泳动速度不同，实现不同蛋白质的分离。，实现不同蛋白质的分离。45一、传统分离过程的集成一、传统分离过程的集成 合理组合传统分离过程，扬长避短，达到高效、低耗和合理组合传统分离过程，扬长避短，达到高效、低耗和减少污染的目的。减少污染的目的。 共沸精馏与萃取集成共沸精馏与萃取集成环己烷 +苯丙酮环己烷+丙酮共沸物纯苯纯苯环己烷环己烷丙酮+水丙酮水水优点：优点：无污染无污染46二、传统分离过程与膜分离的集成二、传统分离过程与膜分离的集成 将膜技术应用到传统分离过程中将膜技术应用到传统分离过程中渗透蒸发渗透蒸发 用来分离挥发性液体混合物，恒沸、近