产物的分离与提纯

第四章产物的分离与提纯第一节产物分离的原则在化工生产中，产物的分离方法可分成机械分离和传质分离两大类。一般来讲，非均相混合物的分离主要采用机械分离法；均相混合物的分离采用传质分离法。1．机械分离2．传质分离名称原料相态分离媒介分离剂产生产物相态分离原理工业应用实例闪蒸液体减压气体挥发度(蒸汽压)有较大差别由海水淡化生产纯水部分冷凝气体热量液体和气体挥发度(蒸汽压)有较大差别由氨中回收氢气和

氮气精馏气、液或气液混合物热量、有时用机械功气体和液体挥发度(蒸汽压)有差别石油裂解气的深冷

分离萃取精馏

气、液或气液混合物液体溶剂和塔釜加热

气体和液体溶剂改变原溶液组分的相对挥发度以苯酚作溶剂，由沸点相近的非芳烃中分离甲苯吸收蒸出气体或液体液体吸收剂加入热量

气体和液体

溶解度不同由催化裂化装嚣主

蒸馏塔顶产物中回收乙烷及较轻的烃

吸收

气体

液体吸收剂

液体和气体

溶解度不同

用乙醇胺类吸收以

除去天然气中的C02和H2S

蒸出

液体

气提气

气体

溶解度不同

原油蒸馏塔侧线抽出的石脑油、煤油和柴油馏分的气提带有回流的蒸出(水蒸气蒸馏)气液或气液混合物气提蒸汽和热量气体和液体溶解度不同原油的减压蒸馏(水蒸气为气提剂)再沸蒸出液体热量气体溶解度不同从石脑油馏分中脱除轻组分共沸精馏

气、液或气液混合物液体共沸剂和热量气体和液体

共沸剂改变原溶液组分的相对挥发度以乙酸丁酯作共沸

剂从稀溶液中分离乙酸液一液萃取液体液体萃取剂

两种液体

不同组分在两液相中的溶解度不同以丙烷作萃取剂从重渣油中脱除沥青液一液萃取(双溶剂)液体两个萃取剂两种液体不同组分在不同萃取剂中的溶解度不同以丙烷、甲酚为双溶剂，从芳烃和环烷烃原料中分离链烷烃干燥

液体，更常见

是固体气体、热量

气体、干燥的

固体水分蒸发

用热空气脱除聚氯

乙烯中的水分蒸发液体热量气体和液体蒸汽压不同由氢氧化钠的水溶液中蒸出水分结晶液体冷量或热量固体和母液利用过饱和度由二甲苯混合物中结晶分离对二甲苯

蒸出

液体

气提气

气体

溶解度不同

原油蒸馏塔侧线抽出的石脑油、煤油和柴油馏分的气提带有回流的蒸出(水蒸气蒸馏)气液或气液混合物气提蒸汽和热量气体和液体溶解度不同原油的减压蒸馏(水蒸气为气提剂)再沸蒸出液体热量气体溶解度不同从石脑油馏分中脱除轻组分共沸精馏

气、液或气液混合物液体共沸剂和热量气体和液体

共沸剂改变原溶液组分的相对挥发度以乙酸丁酯作共沸

剂从稀溶液中分离乙酸液一液萃取液体液体萃取剂两种液体不同组分在两液相中的溶解度不同以丙烷作萃取剂从重渣油中脱除沥青液一液萃取(双溶剂)液体两个萃取剂两种液体不同组分在不同萃取剂中的溶解度不同以丙烷、甲酚为双溶剂，从芳烃和环烷烃原料中分离链烷烃干燥液体，更常见

是固体气体、热量

气体、干燥的

固体水分蒸发用热空气脱除聚氯

乙烯中的水分蒸发液体热量气体和液体蒸汽压不同由氢氧化钠的水溶液中蒸出水分结晶液体冷量或热量固体和母液利用过饱和度由二甲苯混合物中结晶分离对二甲苯蒸发液体热量气体和液体蒸汽压不同由氢氧化钠的水溶液中蒸出水分结晶液体冷量或热量固体和母液利用过饱和度由二甲苯混合物中结晶分离对二甲苯名称原料相态分离媒介分离剂产生产物相态分离原理工业应用实例凝聚蒸汽冷量固体和气体选择性地凝聚邻苯二甲酸酐的精制浸取固体液体溶剂液体和固体

渣固体的溶解度用水浸取矿渣中的硫酸铜吸附气体或液体

固体吸附剂

气体或液体

吸附作用的差别

通过分子筛吸附空气中的水分离子交换液体固体树脂

固体树脂和液体质量作用定律水的软化(2)在相内进行质量传递的分离过程。这类传质分离操作的共同特点是依靠原料中不同组分在某种推动力(如压差、浓度差、电位差)作用下经过某种介质(如半透膜)时的传质速度差异而实现分离。如膜分离、热扩散和气体扩散。单元过程相态分离方法分离工具工业举例加压扩散气态通过离心力建立压力梯度离心力同位素混合物的分离气体扩散气态压力下流经多孔隔板多孔隔板铀同位素分离反渗透液态压力梯度克服渗透压膜水脱盐渗透气态或液态压力下流体流经半透膜膜异丙醇脱水渗析液态穿过膜的扩散速度差膜由人造丝液体中回收提纯苛性钠泡沫分馏液态选取的界面浓度泡沫界面酶和染料分离色谱分离气态或液态在固体表面及内部选取的浓度固体混合溶剂蒸汽的回收区域熔融固态液体穿过金属块移动温度梯度锗的提纯热扩散气态和液态产生浓度梯度的温度温度梯度气态同位素混合物分离电解液态电场电场和膜氢和氚的分离电渗析液态电场加充电膜膜和电场水脱盐二、基本原理1．气体产物的分离2．液体产物的分离3．固体产物的分离三、分离流程的设计1．明确分离目标一般而言，产品纯度是据产品的使用目的来确定的。而回收率或产品总收率则在很大程度上决定着分离过程的经济性，所以经济性最佳就成为确定回收率的主要依据。2．确定可行的分离方法3．设计分离流程时的经验规则和注意事项(1)反应产物有固体物的，不论它们是目的产物还是废弃物，一般要率先分离出来，免使管道设备堵塞，流程不顺。(2)反应产物中对目的产物尤其有害的物质必须首先除去，甚至不惜能量的利用合理与否，这是工艺的要求。通常产品的收得率在经济上是最重的砝码，因为最终的产品利润最大。不能因为考虑能量的“合理”，而牺牲了产品的收率。(3)反应产物中对后工艺有害的物质，首先分离。比如精馏过程，从能量上考虑应当由挥发度从低到高逐级取出，但有时高沸点物质会聚合，会凝絮甚或较黑较脏，也要先把它分出。然后再降温从低沸物到高沸物地分离。这第一步似乎浪费能量．但对流程和工艺有利。(4)产物中，尽量优先把未反应原料分出来，循环使用，如果原料宝贵更应如此。(5)把最难分离的组分或要求特高的产物应从分离系统中先取出粗产物，再设计精制分离方案。不要希望过早地拿出来，更不主张一次分离就得到高纯产物。(6)尽量选用简单的分离方法，能用机械分离的先用机械法。一般是机械法--物理法--物理化学法--化学法的顺序，无论从操作和能量上都有可能。(7)一般情况下或者先取出最少的组分，或者先取出最多的组分。(8)一般情况下分离的流程先易后难，容易除去的先除去，容易拿到的先拿到。(9)尽量把多种杂质一次性除去，再研究从杂质中回收有用副产物。(10)能用精馏的地方尽量采用简单精馏，除非有充分理由，不主张率先考虑萃取精馏、夏应精馏、共沸精馏等。精馏过程仍是先易后难，最难分离的组分最后精馏。(11)尽量利用热源，节省能量。(12)尽量采用先进技术和先进设备。第二节分离和精制技术分离技术作一个鸟瞰一、气固分离和除尘1．机械力分离法(1)重力沉降法(2)惯性沉降法(3)离心沉降法2．过滤分离法二、液体分离1．液相非均一系分离2.液液萃取三、液体分离和精馏1．概述2．精馏3．精馏塔四、蒸发和结晶五、干燥以乙酸丁酯作共沸

剂从稀溶液中分离乙酸用乙醇胺类吸收以

除去天然气中的C02和H2S挥发度(蒸汽压)有差别在固体表面及内部选取的浓度第四章产物的分离与提纯共沸剂改变原溶液组分的相对挥发度由氢氧化钠的水溶液中蒸出水分(1)重力沉降法(2)惯性沉降法(3)离心沉降法以丙烷作萃取剂从重渣油中脱除沥青带有回流的蒸出(水蒸气蒸馏)这类传质分离操作的共同特点是依靠原料中不同组分在某种推动力(如压差、浓度差、电位差)作用下经过某种介质(如半透膜)时的传质速度差异而实现分离。由氢氧化钠的水溶液中蒸出水分用热空气脱除聚氯

乙烯中的水分(12)尽量采用先进技术和先进设备。四、超临界流体萃取和其它萃取分离由氨中回收氢气和

氮气(1)重力沉降法(2)惯性沉降法(3)离心沉降法夏应精馏、共沸精馏等。2．对离子交换剂的一般要求第四章产物的分离与提纯由二甲苯混合物中结晶分离对二甲苯四、超临界流体萃取和其它萃取分离由氢氧化钠的水溶液中蒸出水分在化工生产中，产物的分离方法可分成机械分离和传质分离两大类。共沸剂改变原溶液组分的相对挥发度带有回流的蒸出(水蒸气蒸馏)带有回流的蒸出(水蒸气蒸馏)以丙烷、甲酚为双溶剂，从芳烃和环烷烃原料中分离链烷烃共沸剂改变原溶液组分的相对挥发度以丙烷作萃取剂从重渣油中脱除沥青第四章产物的分离与提纯通常产品的收得率在经济上是最重的砝码，因为最终的产品利润最大。在固体表面及内部选取的浓度由二甲苯混合物中结晶分离对二甲苯(2)在相内进行质量传递的分离过程。(1)重力沉降法(2)惯性沉降法(3)离心沉降法均相混合物的分离采用传质分离法。以乙酸丁酯作共沸

剂从稀溶液中分离乙酸以丙烷、甲酚为双溶剂，从芳烃和环烷烃原料中分离链烷烃第四章产物的分离与提纯以丙烷作萃取剂从重渣油中脱除沥青(11)尽量利用热源，节省能量。共沸剂改变原溶液组分的相对挥发度通过分子筛吸附空气中的水分挥发度(蒸汽压)有差别第三节分离新技术和生化分离

一、离子交换1．概述2．对离子交换剂的一般要求3．离子交换树脂4．离子交换过程的工业应用二、膜分离1．概述2．分离用膜3．膜分离设备4．各种膜分离过程简介三、色谱分离1．概述2．应用四、超临界流体萃取和其它萃取分离1．超临界流体萃取物性溶剂临界温度／℃临界压力／MPa临界密度／(g／CM3)乙烯二氧化碳乙烷丙烯丙烷氨正戊烷甲苯9．231．032．291．896．6132．41973195．037．384.884．624．2411．33．374．0．2180．4680．2030．2330．2170．2350．2370．292表4—9常用超临界溶剂的临界值第四章产物的分离与提纯这第一步似乎浪费能量．但对流程和工艺有利。(1)重力沉降法(2)惯性沉降法(3)离心沉降法在化工生产中，产物的分离方法可分成机械分离和传质分离两大类。(12)尽量采用先进技术和先进设备。临界密度／(g／CM3)以丙烷、甲酚为双溶剂，从芳烃