化工分离工程培训课件

化工分离工程

ChemicalSeparationEngneering课程简介化工分离工程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。本课程的任务是利用相平衡热力学、动力学的微观机理，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。通过本课程的学习，要求我们1）正确理解化工分离工程的有关基本概念和理论；2）理解各概念之间的联系和应用；3）掌握化工分离工程的基本计算方法；4）能够理论联系实际，灵活分析和解决实际化工生产和设计中的有关问题；先修课程：物理化学、化工热力学、化工原理同时进行的课程：化工工艺学、化工过程分析与模拟

教材：邓修，吴俊生.化工分离工程.科学出版社，2000.参考书：刘家祺主编.分离过程.化学工业出版社,2002.陈洪纺刘家祺.化工分离过程.化学工业出版社,1995.JDSeeder,EJHenley.SeparationProcessPrinciples.化学工业出版社，2002.主要内容第1章绪论第2章精馏第3章吸收第4章液液萃取第5章分离过程的节能第6章其他分离技术和分离方法的选择第1章绪论1.1概述1.2分离因子1.3过程开发及方法1.4分离方法的选择第1章绪论基本要求：1)了解分离操作在化工生产中的重要性;2)熟悉分离过程的分类;3)掌握分离因子的概念及意义;4)了解分离方法的选择;什么是分离过程？纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之，混合物变成纯净物则需作功。混合物（气、液、固）分离过程产品1产品2产品n能量分离剂ESA物质分离剂MSA借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级（Fractionalization）、浓缩（Concentration）、富集（Enrichment）、纯化（Purification）、精制（Refining）与隔离（Isolation）等的过程称为分离过程。1.1

概述WhySeparate?WHYWHY化工工生生产产反应应（Reactive））萃取取物物（ExtractiveNaturalrawmaterial））配制制（Formulation））分离离分离离分离离一、、分分离离过过程程的的地地位位炼油油、、石石油油化化工工：石油油炼炼制制工工业业通通过过炼炼油油过过程程把把原原油油加加工工为为汽汽油油、、喷喷气气燃燃料料、、煤煤油油、、汽汽油油、、燃燃料料油油、、润润滑滑油油、、石石蜡蜡油油、、石石油油沥沥青青、、石石焦焦油油和和各各种种石石油油化化工工原原料料等等；；石油油化化学学工工业业以以上上述述原原料料生生产产种种类类极极多多、、范范围围极极广广的的各各种种化化学学品品，，例例如如塑塑料料、、合合成成纤纤维维、、合合成成橡橡胶胶、、合合成成洗洗涤涤剂剂、、溶溶剂剂、、涂涂料料、、农农药药、、染染料料等等；；炼油油和和石石油油化化工工过过程程紧紧密密结结合合，，各各种种分分离离操操作作是是其其生生产产过过程程必必不不可可少少的的组组成成部部分分。。蒸馏馏是是炼炼油油和和石石油油工工业业中中最最主主要要的的分分离离操操作作过过程程之之一一。。常常压蒸蒸馏馏和和减减压压蒸蒸馏馏按按照照沸沸程程不不同同进进行行石石油油产产品品分分离离；；除此此以以外外，，萃萃取取用用于于溶溶剂剂脱脱蜡蜡，，润润滑滑油油精精制制，，溶溶剂剂脱脱沥沥青青和和芳芳烃烃抽抽提提等等；；吸吸附附用用于于分分子子筛筛脱脱蜡蜡、、C8芳芳烃烃分分离离、、烯烯烃烃和和烷烷烃烃的的分分离离等等。。医药药工业业：分离离技技术术在在保保证证药药物物生生产产及及其其质质量量中中起起着着关关键键作作用用；；抗生生素素等等发发酵酵类类医医药药产产品品的的生生产产中中，，大大量量应应用用着着过过滤滤、、萃萃取取、、吸吸附附、、膜膜分分离离、、离离子子交交换换、、结结晶晶、、干干燥燥等等分分离离技技术术；；在天天然然药药物物（（如如中中药药等等））生生产产现现代代化化过过程程中中，，超超临临界界萃萃取取、、膜膜分分离离、、先先进进的的过过滤滤、、结结晶晶、、干干燥燥等等分分离离技技术术有有用用武武之之地地。。冶金金工工业业湿法法冶冶炼炼中中矿矿物物浸浸取取和和萃萃取取分分离离过过程程————溶溶剂剂萃萃取取法法：：铀是是在在工工业业中中第第一一个个使使用用溶溶剂剂萃萃取取法法提提取取和和纯纯化化的的金金属属元元素素；；用溶溶剂剂萃萃取取法法从从铜铜矿矿浸浸取取液液中中提提取取铜铜，，是是二二十十世世纪纪七七十十年年代代，，在在湿湿法法冶冶炼炼中中取取得得的的一一项项重重要要成成就就；；湿法法提提取取过过程程也也用用于于磷磷和和硼硼等等无无机机矿矿产产的的生生产产过过程程。。其他：食品、乳品品和饮料工工业材料工业生化工业环境保护分离过程的的重要性原料净化产品提纯有效组分回回收污染物处理理典型的化工工生产装置置包括：反应器；原原料、中间间产物和产产品的分离离设备；泵、换热器器；分离贯穿化化工过程，，占有十分分重要的地地位。分离过程的的费用占总总投资的50～90％。原料预处理反反应分分离粗产品精制产品分离工程三三废废处理二、分离过程的的分类（一）分离离过程的分分类级数：相态：有无传质发发生：单级、多级级固—固、固固—液、固固—气、气气—液、液液—液、气气—气机械分离、、传质分离离处理两相以以上的混合合物如过滤、沉沉降、离心心分离等。。处理均相混混合物按物理化学学原理的不不同，传质质分离可分分为：（二）传质分离过过程的分类类平衡分离过过程：速率分离过过程：借助分离剂剂使均相混混合物变成成两相系统统，再利用用混合物中中各组分在在处于相平平衡的两相相中的不等等同分配而而实现分离离。在某种推动动力（浓度度差、压力力差、温度度差、电位位差等）的的作用下，，利用各组组分扩散速速率的差异异实现分离离。如精馏、吸吸收、萃取取、结晶、、吸附等。。如微滤、超超滤、反渗渗透、电渗渗析等。1）平衡分分离过程过程名称原料分离剂产品分离原理蒸发蒸馏吸收萃取结晶吸附干燥浸取离子交换液体液体气体液体液体气体或液体湿物料固体液体热热不挥发性液体不互溶液体冷或热固体吸附剂热溶剂固体树脂液体+蒸汽液体+蒸汽液体+气体液体+液体液体+固体固体+液体或气体固体+蒸汽固体+液体液体+固体蒸汽压不同蒸汽压不同溶解度不同溶解度不同过饱和吸附力不同湿组分蒸发溶解度不同离子的可交换性2）速率控控制分离过过程过程名称原料分离剂产品分离原理气体扩散热扩散电渗析电泳反渗透超过滤气体气体或液体液体液体液体液体压力梯度和膜湿度梯度电场和膜电场压力梯度和膜压力梯度和膜气体气体或液体液体液体液体+液体液体+液体多孔膜中扩散的速率差异热扩散速率差异

膜对不同离子的选择性渗透胶质在电场下的迁移速率差异溶质溶解度与溶剂在膜中的扩散速率分子大小差异1.2分分离因子子（1）分离离因子的定定义假设要将i、j两组组分构成的的混合物分分离成1、、2两种产产品，两种种产品中两两组分的含含量分别用用xi1、xj1、xi2、xj2表示示。。比比较较这这两两个个组组分分在在两两种种产产品品中中的的含含量量关关系系，，就就可可以以判判定定这这两两个个组组分分在在两两种种产产品品中中的的分分离离程程度度：：分离因因子与与1的偏离离程度度表示示组分分之间间分离离的难难易程程度。。当αij＝1时时，两两组分分在两两产品品中的的含量量相同同，无无法实实现分分离；；当αij接近1时，，两组组分在在两产产品中中的含含量相相近，，难以以实现现分离离；当αij远离1时，，两组组分在在两产产品中中的含含量差差别大大，容容易实实现分分离。。精馏中中，分分离因因子又又称为为相对挥挥发度度，它相相对于于汽液液平衡衡常数数而言言，对对温度度和压压力的的变化化不敏敏感，，可近近似看看作常常数，，使计计算简简化。。（2））分离离因子子的意意义1）双双组分分中的的相对对挥发发度已知A、B两组组分挥挥发度度为：：由Dalton分压压定律律可知知：pA+pB=p，，而pA=yAp，pB=yBp，所所以：：2）液液液萃萃取的的选择择性系系数已知A、B两组组分在在两相相中的的分配配系数数为：：则其选选择性性系数数为：：1.3过过程程开发发及方方法（1）化化工技技术开开发1）开开发基基础研研究针对项项目的的应用用性基基础研研究和和工艺艺特征征研究究，以以实验验室研研究为主主。2）过过程研研究进行工工艺、、产品品、设设备等等的工工程放放大试试验，，包括括模型型试验、微微型中中试、、中试试及工工业试试验等等的全全部或或部分分过程程。3）工工程研研究包括技技术经经济评评价、、概念念设计计、数数学模模型、、放大大技术术及基基础设计计等。。（2））放大大技术术的常常用方方法过程放放大的的方法法有逐逐级经经验放放大法法、数数学模模型法法、工工程理理论法法和参参照法法四种种，常常用的的是前前两种种。1）逐逐级经经验放放大法法以小试试→扩扩大试试验→→中试试→工工业化化试验验的程程序，，通过过逐级级试验验获取取参数数来达达到目目的。。稳妥妥，但但耗费费大。。2）数数学模模型法法根据过过程的的内在在规律律，建建立准准确描描述过过程的的数学学模型型，通通过合合理的的简化化后，，利用用计算算机求求解得得到相相关的的参数数。（3））分离离过程程开发发应达达到的的目的的1）合合适的的分离离方法法和流流程通常通通过小小试研研究来来实现现分离离方法法的选选择和和分离离流程程的确定。。