化工分离过程相关知识

1、Separation Processes in Chemical Engineering 化工分离化工分离过程过程教学内容教学内容 chap1 chap1 绪论绪论chap2 chap2 单级平衡过程单级平衡过程chap3 chap3 多组分多级分多组分多级分 离过程分析与离过程分析与 简捷简捷计算计算chap4 chap4 多组分多级分多组分多级分 离的离的严格严格计算计算chap6 chap6 分离过程的节能分离过程的节能chap7 chap7 膜分离和反应精馏膜分离和反应精馏2022-4-252022-4-252022-4-25Separation Processes in Chemic

2、al Engineering 化工分离化工分离过程过程教学内容教学内容 chap1 chap1 绪论绪论chap2 chap2 单级平衡过程单级平衡过程chap3 chap3 多组分多级分多组分多级分 离过程分析与离过程分析与 简捷简捷计算计算chap4 chap4 多组分多级分多组分多级分 离的离的严格严格计算计算chap6 chap6 分离过程的节能分离过程的节能chap7 chap7 膜分离和反应精馏膜分离和反应精馏2022-4-25第一章绪论 2022-4-251.1 分离工程的研究分离工程的研究 内容和重要性内容和重要性20世纪初世纪初 (化工单元操作的概念化工单元操作的概念) 20

3、世纪中叶世纪中叶 (分离工程分离工程理论的形成和完善理论的形成和完善) 20世纪后期世纪后期(分离应用领域的拓宽分离应用领域的拓宽 与推广与推广)一、化工过程一、化工过程 原料原料预处理预处理反反应应粗产品粗产品产品产品精制精制三废三废2022-4-25化工过程的特点：化工过程的特点：以物料的物理和化学变化及加工处理为特征的过程以物料的物理和化学变化及加工处理为特征的过程 。（化工厂的心脏）（化工厂的心脏）（化工厂的嘴和消化系统）（化工厂的嘴和消化系统）二、分离过程的重要性二、分离过程的重要性 1、预处理：预处理：分离可以保证原料的纯度，避免催化剂中毒；分离可以保证原料的纯度，避免催化剂中毒；

4、 2、反应产物的分离：反应产物的分离：粗产品一般为混合物粗产品一般为混合物 反应器反应器分离设备分离设备 两类关键设备两类关键设备产物产物未反应物未反应物副产物副产物2022-4-25 例1：乙烯水合生产乙醇1-固定床催化反应器；固定床催化反应器；2-分凝器；分凝器；3、5、9-吸收塔；吸收塔；4-闪蒸塔；闪蒸塔；6-粗馏塔；粗馏塔； 7-催化加氢反应器；催化加氢反应器；8-脱轻组分塔；脱轻组分塔；10-产品塔产品塔涉及分离过程：涉及分离过程：吸收：吸收：3、5、9； 精馏：精馏：6、8、10；闪蒸：；闪蒸：4；分凝器：；分凝器：224225C HH OC H OH乙乙烯烯93% 产品产品废水

5、废水乙乙醛醛12345678910水循环乙烯循环乙烯水水放放空空放放空空水水氢氢水水废水废水2022-4-25化工厂中分离设备投资约占化工厂中分离设备投资约占总投资的总投资的5090 ！2022-4-25三、分离工程的研究内容三、分离工程的研究内容 分离过程：分离过程：将一混合物转变组成互不相同的两种或几种将一混合物转变组成互不相同的两种或几种产品的那些操作产品的那些操作 分离工程：分离工程：研究过程工业中物质分离与提纯的工程学科。研究过程工业中物质分离与提纯的工程学科。 研究目的：研究目的： 选择好的分离方法、流程和操作条件；选择好的分离方法、流程和操作条件； 分离装置的选型与设计。分离装置

6、的选型与设计。 邻二甲苯邻二甲苯 间二甲苯间二甲苯对二甲苯对二甲苯沸点沸点144.411139.104138.351熔点熔点25.17347.87213.263Ex：2022-4-251.2 分离过程的特征与分类分离过程的特征与分类一、分离过程的特征一、分离过程的特征 分离过程为熵减小的过程，不能自发进行，要使其进行，分离过程为熵减小的过程，不能自发进行，要使其进行，必须外界对其做功（施加分离剂）必须外界对其做功（施加分离剂） 分离剂分离剂能量能量 (ESA)物质物质 (MSA)热、热、离心力、离心力、如：如：过滤介质、过滤介质、 吸附剂吸附剂、如：如： 吸收剂、吸收剂、离子交换树脂离子交换树

7、脂电电压力、压力、2022-4-25混合物混合物（气、液、固）（气、液、固）分分 离离 装装 置置产品产品1产品产品2产品产品n能量分离剂能量分离剂 ESA质量分离剂质量分离剂 MSA极限程度极限程度 热力学热力学分离速率分离速率 动力学动力学2022-4-25二、分离过程的分类二、分离过程的分类 1 根据分离剂不同根据分离剂不同(1) 能量分离剂过程：能量分离剂过程： 精馏、精馏、(2) 质量分离剂过程：质量分离剂过程： 蒸发、蒸发、干燥、干燥、电泳电泳如如吸收、吸收、吸附、吸附、过滤过滤如如2 根据原料物流的状态根据原料物流的状态 (1) 机械分离：机械分离： 过滤、过滤、旋风分离、旋风分

8、离、如如沉降、沉降、离心分离离心分离处理对象：处理对象：非均相混合物非均相混合物 特点：特点：相间无物质传递相间无物质传递 (2) 传质分离：传质分离：（本课程重点讨论的内容（本课程重点讨论的内容 ）特点特点： 相间有质量传递，相间有质量传递， 可以在均相中进行可以在均相中进行 ，也可以在非均相中进行也可以在非均相中进行 。2022-4-25A、平衡分离平衡分离（蒸馏、吸收、吸附、萃取、离子交换等）（蒸馏、吸收、吸附、萃取、离子交换等） 包括：包括：气液传质过程气液传质过程（蒸馏、吸收）；（蒸馏、吸收）； 液液传质过程液液传质过程（萃取）；（萃取）； 气固传质过程气固传质过程（吸附）；（吸附）

9、； 液固传质过程液固传质过程（离子交换、浸取）（离子交换、浸取）对象：对象：非均相混合物非均相混合物 分离依据：分离依据：利用两相平衡组成不等的原理利用两相平衡组成不等的原理 均相混合物均相混合物SA两相两相2022-4-25B、速率控制分离速率控制分离 包括：包括：膜分离膜分离 （如反渗透（如反渗透 RO、超滤、超滤 UF、微滤、微滤 MF ）；）； 场分离场分离（如电泳）（如电泳） ； 对象：对象：均相混合物均相混合物 分离依据：分离依据：利用各组分传质速度的差异利用各组分传质速度的差异 我们要重点掌握的是我们要重点掌握的是传质分离传质分离中的中的平衡分离平衡分离2022-4-25三、发展

10、趋势三、发展趋势1）传统分离技术改造：）传统分离技术改造：如精馏筛板塔改造为效率更高的填料塔。如精馏筛板塔改造为效率更高的填料塔。2）新型分离过程开发：）新型分离过程开发：如膜分离、反胶团萃取、超临界萃取等。如膜分离、反胶团萃取、超临界萃取等。3）分离与反应耦合以及分离过程之间的耦合：）分离与反应耦合以及分离过程之间的耦合：如反应精馏、吸附精馏、膜精馏等。如反应精馏、吸附精馏、膜精馏等。2022-4-251.3 分离因子分离因子 分离因子分离因子 理论分离因子理论分离因子（固有分离因子）：（固有分离因子）：表示分离难易表示分离难易实际分离因子：实际分离因子： 表示分离程度表示分离程度受平衡组成

11、、传质速率、设备结构、分离受平衡组成、传质速率、设备结构、分离流程等的影响流程等的影响1ideal2ijijijx xx x（）（）（）产品产品1产品产品2 指处于相平衡状态的分离程度指处于相平衡状态的分离程度固有分离因子是根据固有分离因子是根据相平衡相平衡计算的，计算的，实际分离因子与固有分离因子的差异用实际分离因子与固有分离因子的差异用板效率板效率表示。表示。2022-4-252. 吸收吸收 （其中（其中A为吸收质，为吸收质，B 为惰性组分）为惰性组分） ABABABxxyy 若若 B 不溶于不溶于 S 中，中， 0， BxBxAB 最理想情况最理想情况 3. 萃取萃取 ()()AABEA

12、BBABRkxxkxx选择性系数选择性系数1. 精馏精馏 ABABAByyxx相对挥发度相对挥发度2022-4-25分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（熵减过程）。因为分离过程是（熵减过程）。分离过程是（混合过程）的逆过程，因此分离过程是（混合过程）的逆过程，因此需加入（分离剂）来达到分离目的。需加入（分离剂）来达到分离目的。衡量分离的程度用（分离因子）表示，处衡量分离的程度用（分离因子）表示，处于相平衡状态的分离程度是（固有分离因于相平衡状态的分离程度是（固有分离因子）子）.工业上常用（分离因子）表示特定物系的工业上常用（分离因子）表示

13、特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为（固有分离因子）。称为（固有分离因子）。分离因子表示任一分离过程所达到的（分分离因子表示任一分离过程所达到的（分离程度），其定义为（离程度），其定义为（ ）。）。1ideal2ijijijx xx x（）（）（）2022-4-25分离因子（等于分离因子（等于1），则表示组分），则表示组分i及及j之间不能被分之间不能被分离。离。分离剂可以是（能量分离剂可以是（能量ESA）或（物质）或（物质MSA），有时），有时也可两种同时应用。也可两种同时应用。平衡分离的分离基础是利用两相平衡（组成不等）平衡分离的分离基础是利用两相平衡（组成不等）的原理，常采用（平衡级）作为处理手段，并把其的原理，常采用（平衡级）作为处理手段，