新型分离技术--ppt课件

1、现代分离技术概论 参考书1、新型分离技术 陈欢林 化学工业出版社2、新型传质分离技术 蒋维钧 化学工业出版社3、生化分离工程 袁希康 化学工业出版社4、离子液体从基础研究到工业应用 张锁江 科学出版社5、分子蒸馏 杨村 化学工业出版社2课件本讲内容 新型分离技术概论 分离技术的作用和地位 分离技术的分类 新型分离技术与传统分离技术 特殊精馏3课件概论：分离技术的作用和地位分离技术是将混合物分离为较纯物质的技术万物从有序自动走向无序，纯物质逐渐变为混合物必须消耗能量，才能实现混合物的分离分离技术扮演着工业生产中的关键角色自然界物质、工业半成品和产品大都需经分离、提纯随着高科技的发展，需要高纯度的

2、水、氮、氦等产品环境保护和三废治理需要分离技术来保证4课件概论：分离技术的作用和地位分离装置的投资大一般占炼油厂、石化厂投资的5090分离过程的能耗高一般占化工厂总能耗的60以上分离技术为产品的质量把关5课件概论：分离过程分类 （一）平衡分离过程名称物料分离剂原理应用实例蒸发液体热挥发度差异糖类浓缩精馏液或汽热挥发度差异醇类提纯吸收气体吸收剂溶解度差异气体净化萃取液体萃取剂溶解度差异芳烃抽提吸附气或液吸附剂吸附平衡活性炭吸附离子交换液体交换树脂吸附平衡水软化萃取精馏液体热、萃取剂挥发度差异恒沸物分离6课件概论：分离过程分类 （二）速率控制分离过程名称原料分离剂原理应用实例反渗透液体膜、压力克服

3、渗透压水脱盐渗析液体膜扩散速度差废水碱回收渗透蒸发液体膜、真空溶解、扩散异丙醇脱水泡沫分离液体表面活性剂界面浓差酶与染料分离色谱分离气或液固相载体吸附浓度差溶剂蒸汽回收电渗析液体电场、膜电位差水脱盐7课件概论新型与传统分离技术的关系1 蒸馏 2 吸收 3 萃取/恒沸蒸馏 4 萃取 5 结晶 6 离子交换 7、8 吸附 9、10 膜分离 11 层析 12 超临界萃取13 场致分离 14 亲和分离 15 液膜分离 8课件The basis of different separation method1.Molecular properties(分子特性）Molecular weight（分子量）P

4、olarizability（极化性）Van der waals volume（范德华体积）Van der waals area（范德华面积）Molecular shape(acentric factor)（分子形状）Dipole moment（偶极距） 9课件The basis of different separation methodDielectric constant（介电常数）Electric charge（电荷）Radius of gyration（回转半径）2.Thermodynamic and transport propertiesVapor （蒸气压） Adsorptivi

5、ty（吸附率）Solubility（溶解度） Diffusivity（扩散率）10课件 概论:新型分离技术的类型对传统分离技术改进、变革 而形成的新型分离技术 如：特殊精馏； 特殊萃取； 色谱分离技术； 分离过程节能技术和夹点技术11课件概论：新型分离技术的类型（续）耦合分离技术两种或两种以上技术相结合形成的 新型分离技术 如：反应精馏；反应萃取；膜蒸馏; 发酵精馏等12课件概论：新型分离技术的类型（续） 基于材料科学发展起来的 新型分离技术：如：反渗透、超滤等膜分离技13课件概论：新型分离技术的类型（续）场致分离技术电渗析、高梯度磁场分离、超重力场分离14课件概论: 新型分离技术的工业化实现

6、工业化的必备条件：建立描述过程及设备性能的数学模型 为了设计和放大开发具有适应性和经济性的设备 为了匹配和实用15课件概论：新型分离技术的开发两种开发方法逐级经验放大数学模型方法分离过程开发选择合适的分离方法优化工艺操作条件合理选用分离设备确定分离设备主要尺寸16课件特殊精馏(Special Distillation)1、 恒沸精馏(Azeotropic Distillation)2、 萃取精馏(Extractive Distillation)3、 加盐精馏和加盐萃取精馏 (Salted Distillation and Salt-Extracted Distillation)4、 反应精馏(

7、Reaction Distillation)5、 分子蒸馏(Molecular Distillation)17课件1、恒 沸 精 馏 (Azeotropic Distillation) 恒沸精馏原理 典型流程和实例 对夹带剂的要求18课件恒沸现象19课件恒沸现象溶液在一定压力下汽化或冷凝 平衡的汽液相组成相等 温度保持不变20课件恒沸精馏的原理加入夹带剂或恒沸剂与原来一组分形成二元最低恒沸物或与原来两组分形成三元最低恒沸物形成的新恒沸物 与另一组分间有较大的相对挥发度 很易从塔顶馏出馏出物分层，再进行夹带剂的回收处理21课件恒沸精馏的基本流程乙醇与水的共沸物：乙醇0.8943, 78.15加入

8、苯形成三元共沸物：乙醇0.228,水0.23364.86 三元恒沸物冷凝分层 上层富苯，回流入塔下层富乙醇入脱苯塔22课件恒沸精馏的基本流程利用不同压力分离恒沸物自夹带非均相恒沸流程塔顶产品为均相恒沸物的流程23课件恒沸精馏的操作夹带剂的加入位置夹带剂较原组分更不易挥发夹带剂从塔顶加入夹带剂较原组分更易挥发夹带剂从进料板或进料板以下位置加入24课件对夹带剂的要求形成的新恒沸物与另一组分间的相对挥发度足够大，沸点差大于10新恒沸物馏出后能分层，以便于夹带剂回收工程性能好，如热稳定好、不腐蚀、无毒、无嗅、不易爆炸、价廉易得等附带条件：最好能与含量少的组分形成恒沸物在新恒沸物组成中，夹带剂占的比例较

9、少25课件恒沸剂的用量恒沸剂S恒沸剂加入量P S/F=PF/PS塔顶馏出物D，塔釜B若加入量过少：以Q表示， 塔釜为Q若加入量过多：以R表示， 塔釜为R26课件恒沸精馏塔的理论塔板数确定严格的非理想体系逐板计算简捷法将新恒沸物看作一个单一组分恒沸精馏塔的计算简化为新恒沸物与另一组分间的二元精馏计算简化逐板计算法忽略全塔的焓变化（恒摩尔流）考虑各板上的相对挥发度变化27课件2、萃取精馏(Extractive Distillation) 萃取精馏原理 典型流程 对溶剂的要求 萃取精馏与恒沸精馏的比较28课件萃取精馏原理(Principle of Extractive Distillation)加入

10、萃取剂，破坏原恒沸物 或增大原组分间的相对挥发度萃取剂比原各组分的挥发度低 与难挥发组分一起从塔底排出 再进入第二个塔进行分离回收29课件萃取剂作用的机理萃取剂加入改变原组分分子间的作用力分子间作用力的分类物理作用力范德华力（取向力、诱导力、色散力）体现分子极化程度和分子体积的影响组分受极性萃取剂分子作用产生的极化程度不同，如烯烃产生的诱导偶极矩大于烷烃分子间的物理作用力与分子体积有关，体积越小 ，作用力越大化学作用力氢键和络合作用力萃取剂选择性地与某些组分形成氢键，或破坏原有氢键由于路易斯酸与路易斯碱形成络合物，引起活度系数变化30课件溶剂作用的机理（续）各种作用力是彼此结合、共同作用的由于

11、分子间作用力的复杂性和溶液理论的不够 完善，还只能依赖实验和经验分析和判断不同体系，各种作用力所起的作用大小不同乙二醇加入到乙醇水体系中，氢键作用是主要的苯酚加入到甲基环己烷甲苯体系中，物理作用的 色散力（偶极矩变化）是主要的31课件溶剂选择度的估算方法选择度 Sij=ij有溶剂/ij无溶剂 =(iPio/jPjo)有溶剂/(iPio/jPjo)无溶剂由于无溶剂时， i j1 则 Sij = (i/j)有溶剂选择度的估算方法定性判断定量估算实验测定32课件溶剂选择度的定性判断非烃类混合物由两组分的同系物中选择分离组分丙酮溶剂甲基乙基酮甲基丙基酮甲基异丁基酮甲基戊基酮分离组分甲醇溶剂乙醇丙醇水丁

12、醇33课件溶剂选择度的定性判断非烃类混合物根据组分的极性不同来选择按极性大小排列（由弱到强）： 碳氢化合物醚醛酮酯醇乙二醇水根据相似物质溶于相似物质的规律选择实例之一：对丙酮甲醇体系，若要提高极性较低的丙酮的挥发度，应加入极性强的水，若要提高极性较高的甲醇挥发度，应加入极性小的碳氢化合物实例之二：要除去有机溶液中微量的水，可加入碳氢化合物，提高水的挥发度实例之三：要分离有机溶液中的少量碳氢化合物，可加入水，提高碳氢化合物的挥发度34课件溶剂选择度的定性判断 烃类混合物按溶剂极性和被分离组分的分子体积差判别分子体积差5 优先考虑物理作用力，选极性大的溶剂分子体积差5 应考虑溶剂的络合作用，考虑络

13、合物的稳定性，选择电子亲和能大的溶剂35课件对溶剂的总要求选择性好拉开相对挥发度的能力大能与被分离物系互溶不分层沸点高易于与原难挥发组分分离工程性能好热稳定好、不腐蚀、无毒、无嗅、不易爆炸、价廉易得等36课件萃取精馏的典型流程（制取无水酒精）（乙二醇为溶剂）37课件萃取精馏与恒沸精馏的比较能量消耗 萃取精馏 恒沸精馏 溶剂选择难易 萃取精馏 易于 恒沸精馏操作条件范围 萃取精馏 宽于 恒沸精馏操作温度 萃取精馏 高于 恒沸精馏38课件3、加盐精馏(Salted Distillation) 盐对汽液平衡的影响 溶盐精馏 加盐萃取精馏39课件盐对汽液平衡的影响40课件溶盐精馏采用溶盐为萃取剂溶盐无

14、挥发性 从塔顶加入 从塔底排出应用实例：图127 加入CaCl2 制取无水酒精41课件溶盐精馏的优缺点溶盐不挥发，不消耗热能溶盐能大幅度提高相对挥发度，降低塔高溶盐加入量少，可减小塔径，节约回收能耗盐的回收困难，一般采用蒸发和结晶的方法盐的输送困难，管道易堵42课件加盐萃取精馏针对溶盐精馏的缺点提出盐和萃取剂同时加入优缺点：盐提高了萃取剂的效能，减少了萃取剂用量萃取剂改善了液态盐的回收和输送，减轻了腐蚀体系复杂，最少也是四元体系，对实验依赖性大43课件叔丁醇水乙二醇醋酸钾体系44课件流程图流程与萃取精馏完全相同含盐萃取剂在进入系统前预先制备好45课件4、耦 合 精 馏 耦合精馏技术 反应精馏

15、催化精馏46课件耦合精馏技术 (Coupling Distillation)耦合精馏：以精馏为主体，结合其它过程同时进行耦合精馏可以实现过程强化和节能已开发的耦合精馏反应精馏和催化精馏吸附精馏膜蒸馏47课件反应精馏(Reaction Distillation)原理将化学反应过程与精馏分离过程放在同一设备中进行通过精馏，不断移走反应产物，改善反应收率和产率通过反应，改善难分离物系的分离操作装置反应精馏塔分为三段：精馏段、反应段、提馏段反应段可为催化剂构成的填充床 也可为塔板或流化床48课件反应精馏装置示意图49课件 催化精馏流程(a)异戊烯醚脱醚异戊烯难分离，醇易分离(b)苯烷基化制异丙苯与(a

16、)正好相反(c)甲基叔丁基醚（MTBE)的合成防止副反应生成二甲醚50课件最早工业化的催化精馏工艺流程（甲基叔丁基醚）51课件两类反应精馏利用精馏促进反应例：酯化反应中利用精馏不断移走产物提高收率通过化学反应促进精馏分离例：利用活性金属与芳香烃异构体的选择性反应来分离间、对位二甲苯52课件反应精馏的应用反应精馏适用的反应类型酯化、胺化、酯交换皂化、水解、异构化、卤化、脱水、硝化等应用实例之一酯化反应与精馏的耦合：乙酸与乙醇在浓硫酸催化下生成乙酸乙酯和水应用实例之二利用异丙苯钠，从间二甲苯中分离对二甲苯53课件应用实例一 :酯化与精馏的耦合全塔20层理论板加料位置：醋酸和硫酸加在第5层乙醇加在第

17、13层加料浓度：醋酸23.59%（摩尔）乙醇88.19%（摩尔）回流比为3出料：塔顶为酯、醇、水塔底为水54课件反应精馏塔内的浓度和温度分布55课件应用实例二金属反应精馏异丙苯钠的加入， 发生选择性金属化作用 加大C8芳烃异构物的相对挥发度 以促进C8芳烃异构物的分离正常沸点：对二甲苯138.35间二甲苯139.10邻二甲苯144.42传统分离方法：深冷结晶分离模拟移动床吸附分离56课件反应精馏的特点反应生成物不断蒸出对于可逆反应，加快了正向反应速率，提高了转化率，减少了过剩的反应物对于串联反应，抑制了副反应，提高了收率反应热直接用于精馏过程的液相汽化，减少了供热量反应在物系的泡点和露点下进行

18、，温度易于控制反应器与精馏塔合一简化了流程节省了投资57课件反应精馏的优缺点优点：选择性高收率高能耗低投资省缺点：系统复杂，相互影响因素多，不易稳定对进料位置、物流比、停留时间等工艺因素很敏感58课件反应精馏的发展方向反应精馏有广阔的前景反应精馏主要研究方向反应种类和反应物、产物性质对反应精馏过程的影响反应热效应对精馏的影响非均相催化反应精馏过程的传热、传质规律及其设计方法用于精细化工的间歇式反应精馏的非稳态特性59课件5、分子蒸馏 (Molecular Distillation) 分子蒸馏原理 分子蒸馏特点 分子蒸馏装置 分子蒸馏装置的设计原则60课件分子蒸馏原理在高真空条件下(P 0.10.01Pa） 进行蒸馏操作蒸发面与冷凝面的间距 大于蒸发分子的平均自由