化工分离工程技术培训教材

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.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主要内容第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化工生产反应（Reactive）萃取物（ExtractiveNaturalrawmaterial）配制（Formulation）分离分离分离一、分离过程程的地位炼油、石油化化工：石油炼制工业业通过炼油过过程把原油加加工为汽油、、喷气燃料、、煤油、汽油油、燃料油、、润滑油、石石蜡油、石油油沥青、石焦焦油和各种石石油化工原料料等；石油化学工业业以上述原料料生产种类极极多、范围极极广的各种化化学品，例如如塑料、合成成纤维、合成成橡胶、合成成洗涤剂、溶溶剂、涂料、、农药、染料料等；炼油和石油化化工过程紧密密结合，各种种分离操作是是其生产过程程必不可少的的组成部分。。蒸馏是炼油和和石油工业中中最主要的分分离操作过程程之一。常压压蒸馏和减压压蒸馏按照沸沸程不同进行行石油产品分分离；除此以以外，，萃取取用于于溶剂剂脱蜡蜡，润润滑油油精制制，溶溶剂脱脱沥青青和芳芳烃抽抽提等等；吸吸附用用于分分子筛筛脱蜡蜡、C8芳烃分分离、、烯烃烃和烷烷烃的的分离离等。。医药工业：分离技技术在在保证证药物物生产产及其其质量量中起起着关关键作作用；；抗生素素等发发酵类类医药药产品品的生生产中中，大大量应应用着着过滤滤、萃萃取、、吸附附、膜膜分离离、离离子交交换、、结晶晶、干干燥等等分离离技术术；在天然然药物物（如如中药药等））生产产现代代化过过程中中，超超临界界萃取取、膜膜分离离、先先进的的过滤滤、结结晶、、干燥燥等分分离技技术有有用武武之地地。冶金工工业湿法冶冶炼中中矿物物浸取取和萃萃取分分离过过程——溶剂萃萃取法法：铀是在在工业业中第第一个个使用用溶剂剂萃取取法提提取和和纯化化的金金属元元素；；用溶剂剂萃取取法从从铜矿矿浸取取液中中提取取铜，，是二二十世世纪七七十年年代，，在湿湿法冶冶炼中中取得得的一一项重重要成成就；；湿法提提取过过程也也用于于磷和和硼等等无机机矿产产的生生产过过程。。其他：：食品、、乳品品和饮饮料工工业材料工工业生化工工业环境保保护分离过过程的的重要要性原料净净化产品提提纯有效组组分回回收污染物物处理理典型的的化工工生产产装置置包括括：反应器器；原原料、、中间间产物物和产产品的的分离离设备备；泵、换换热器器；分离贯贯穿化化工过过程，，占有有十分分重要要的地地位。。分离过过程的的费用用占总总投资资的50～90％。原料预处理理反反应应分分离粗产品品精制产品分离工工程三三废废处理理二、分离过过程的的分类类（一））分离离过程程的分分类级数：相态：有无传传质发发生：单级、、多级级固—固、固固—液、固固—气、气气—液、液液—液、气气—气机械分分离、、传质质分离离处理两两相以以上的的混合合物如过滤滤、沉沉降、、离心心分离离等。。处理均均相混混合物物按物理理化学学原理理的不不同，，传质质分离离可分分为：：（二））传质分分离过过程的的分类类平衡分分离过过程：：速率分分离过过程：借助分分离剂剂使均均相混混合物物变成成两相相系统统，再再利用用混合合物中中各组组分在在处于于相平平衡的的两相相中的的不等等同分分配而而实现现分离离。在某种种推动动力（（浓度度差、、压力力差、、温度度差、、电位位差等等）的的作用用下，，利用用各组组分扩扩散速速率的的差异异实现现分离离。如精馏馏、吸吸收、、萃取取、结结晶、、吸附附等。。如微滤滤、超超滤、、反渗渗透、、电渗渗析等等。1）平衡衡分离离过程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）速率率控制制分离离过程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分离因因子（1）分离离因子子的定定义假设要要将i、j两组分分构成成的混混合物物分离离成1、2两种产产品，，两种种产品品中两两组分分的含含量分分别用用xi1、xj1、xi2、xj2表示。。比较较这两两个组组分在在两种种产品品中的的含量量关系系，就就可以以判定定这两两个组组分在在两种种产品品中的的分离离程度度：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，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，两两组分分在两两产品品中的的含量量相近近，难难以实实现分分离；；当αij远离1时，两两组分分在两两产品品中的的含量量差别别大，，容易易实现现分离离。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）双组组分中中的相相对挥挥发度度已知A、B两组分分挥发发度为为：由Dalton分压定定律可可知：：pA+pB=p，而pA=yAp，pB=yBp，所以以：2）液液液萃取取的选选择性性系数数已知A、B两组分分在两两相中中的分分配系系数为为：则其选选择性性系数数为：：1.3过程开开发及及方法法（1）化工工技术术开发发1）开发发基础础研究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）过程程研究究进行工工艺、、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）工程程研究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）逐级级经验验放大大法以小试试→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）数学学模型型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）合适适的分分离方方法和和流程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。。2）优化化的工工艺操操作条条件通常是是在小小试数数据的的基础础上，