新型分離技術(shù)

1、新型分離技術(shù)新型分離技術(shù)隴東學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院張小偉第一章第一章 緒論緒論 分離技術(shù)的定義分離技術(shù)的定義 分離的作用與意義分離的作用與意義 分離過程的分類分離過程的分類 新型分離技術(shù)進(jìn)展新型分離技術(shù)進(jìn)展 本課程的教學(xué)方案本課程的教學(xué)方案 新型分離技術(shù)的進(jìn)展新型分離技術(shù)的進(jìn)展 分離技術(shù)選擇的一般規(guī)則分離技術(shù)選擇的一般規(guī)則 分離技術(shù)的定義 二種或多種物質(zhì)的混合是一個自發(fā)過程，而要將二種或多種物質(zhì)的混合是一個自發(fā)過程，而要將混合物分開或?qū)⑵渥兂僧a(chǎn)物，必須采用適當(dāng)?shù)姆只旌衔锓珠_或?qū)⑵渥兂僧a(chǎn)物，必須采用適當(dāng)?shù)姆蛛x手段（技術(shù)）并耗費(fèi)一定的離手段（技術(shù)）并耗費(fèi)一定的能量能量或或分離劑分離劑。 分離技術(shù)是指利用

2、物理、化學(xué)或物理化學(xué)等基本分離技術(shù)是指利用物理、化學(xué)或物理化學(xué)等基本原理與方法將某種混合物分成兩個或多個組成彼原理與方法將某種混合物分成兩個或多個組成彼此不同的產(chǎn)物的一種手段。此不同的產(chǎn)物的一種手段。 待分離的混合物可以是待分離的混合物可以是原料原料、中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物或或廢棄物廢棄物料料，制得產(chǎn)物的組成依需求而定，仍然可以是混，制得產(chǎn)物的組成依需求而定，仍然可以是混合物，也可以為純度極高的單體。合物，也可以為純度極高的單體。1.1 分離技術(shù)及其在過程工程中的意義分離技術(shù)及其在過程工程中的意義 在在工業(yè)規(guī)模工業(yè)規(guī)模上，通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)與裝備，耗費(fèi)一定上，通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)與裝備，耗費(fèi)一定的能量或分離劑

3、來實現(xiàn)的能量或分離劑來實現(xiàn)混合物分離混合物分離的過程稱為分離的過程稱為分離工程。工程。 分離工程通常貫穿在整個生產(chǎn)工藝過程中，是獲得分離工程通常貫穿在整個生產(chǎn)工藝過程中，是獲得最終產(chǎn)品必不可少的一個重要環(huán)節(jié)最終產(chǎn)品必不可少的一個重要環(huán)節(jié)。工業(yè)生產(chǎn)過程中的地位工業(yè)生產(chǎn)過程中的地位 在化工生產(chǎn)過程中，分離方面的基建投資通常占在化工生產(chǎn)過程中，分離方面的基建投資通常占5090，所消耗的能量也往往占絕大部分，例如：，所消耗的能量也往往占絕大部分，例如：1. 在聚乙烯生產(chǎn)過程中，精制所消耗的能量占總能量在聚乙烯生產(chǎn)過程中，精制所消耗的能量占總能量的的94；2. 在醋酸生產(chǎn)過程中，精制所消耗的能量為總能耗

4、的在醋酸生產(chǎn)過程中，精制所消耗的能量為總能耗的98。例例1 酒精生產(chǎn)工藝酒精生產(chǎn)工藝（薯干發(fā)酵法、乙烯直接合成）（薯干發(fā)酵法、乙烯直接合成）精餾蒸餾初餾)(2526126(1222125126COOHHCOHCOHCOHCn（發(fā)酵糖化酶）糖化蒸煮（淀粉酶）無水酒精的制取方法無水酒精的制取方法 恒沸精餾恒沸精餾 收率：收率：8290 殘留物多殘留物多 加鹽精餾 離子交換 分子篩吸附 滲透汽化滲透汽化 收率：收率：8996 殘留物少殘留物少 例例2 合成氨生產(chǎn)工藝合成氨生產(chǎn)工藝焦炭、空氣焦炭、空氣造氣造氣除塵、脫硫除塵、脫硫變換變換脫碳、脫硫脫碳、脫硫壓縮壓縮合成合成合成氨（其中弛放氣回收）合成氨

5、（其中弛放氣回收）脫脫CO：銅氨液吸收：銅氨液吸收脫脫CO2：熱碳鉀法、甲醇法：熱碳鉀法、甲醇法弛放氣回收：（膜分離法）弛放氣回收：（膜分離法） 增產(chǎn)增產(chǎn)5，節(jié)能，節(jié)能0.58106kJ/噸噸例例 3 離子膜法電解制液堿離子膜法電解制液堿 隔膜法隔膜法 汞法汞法 離子膜法離子膜法NaOH 50 50 50Na2CO3 0.09 0.03 0.04NaCl 1.0-1.2 0.003 0.005 投資投資 100 95.5 80.0 例例4 谷氨酸生產(chǎn)谷氨酸生產(chǎn)（蛋白質(zhì)水解、合成、發(fā)酵法）（蛋白質(zhì)水解、合成、發(fā)酵法） 發(fā)酵液提取：發(fā)酵液提?。?等電點(diǎn)提取等電點(diǎn)提取離心分離離心分離中和脫色中和脫色

6、真空結(jié)晶真空結(jié)晶干燥干燥 )(6126(1222125126（谷氨酸（發(fā)酵糖化酶）糖化水解（水解酶） OHCOHCOHCn谷氨酸提取方法谷氨酸提取方法等電點(diǎn)法：等電點(diǎn)法：收率收率6070，母液含，母液含1.8離子交換法：工藝長、占地大、耗酸堿、廢液多，離子交換法：工藝長、占地大、耗酸堿、廢液多，操作嚴(yán)、提取率高操作嚴(yán)、提取率高鹽酸鹽法：收率鹽酸鹽法：收率85，Zn污染環(huán)境污染環(huán)境金屬鹽法：鋅、鈣鹽法，國內(nèi)未采用金屬鹽法：鋅、鈣鹽法，國內(nèi)未采用電滲析法：電滲析法：提取率提取率85，酸堿用量減半，酸堿用量減半分離技術(shù)與日常生活分離技術(shù)與日常生活 洗臉、刷牙的自來水、飲用的純凈水大多通過對來洗臉、刷

7、牙的自來水、飲用的純凈水大多通過對來自江河湖海的水處理后獲得的；自江河湖海的水處理后獲得的； 食用的果汁、生啤、白糖、食鹽等分別通過蒸發(fā)、食用的果汁、生啤、白糖、食鹽等分別通過蒸發(fā)、膜濾、結(jié)晶、電滲析等方法制得；膜濾、結(jié)晶、電滲析等方法制得； 汽車所用的汽油、煤油等都是通過對原油加氫反應(yīng)汽車所用的汽油、煤油等都是通過對原油加氫反應(yīng)除去除去硫磺硫磺并經(jīng)分餾制得。并經(jīng)分餾制得。 分離技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的作用分離技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的作用加油站在汽車加油過程中釋放的汽油，有機(jī)溶劑在儲加油站在汽車加油過程中釋放的汽油，有機(jī)溶劑在儲運(yùn)過程中的揮發(fā)；運(yùn)過程中的揮發(fā)；由汽車排放的尾氣、旅游大巴放出的黑煙、氮氧化合

8、由汽車排放的尾氣、旅游大巴放出的黑煙、氮氧化合物，噴氣機(jī)噴出的白霧等，造成了嚴(yán)重的空氣污染。物，噴氣機(jī)噴出的白霧等，造成了嚴(yán)重的空氣污染。及時去除空氣中氣溶膠（及時去除空氣中氣溶膠（PM2.5顆粒物）、顆粒物）、易揮發(fā)有易揮發(fā)有機(jī)物（機(jī)物（VOCs）、）、降低降低NOX、SO2、CO和和CO2等均需等均需要快速有效的新型分離技術(shù)。要快速有效的新型分離技術(shù)。分離技術(shù)與人類健康、保健分離技術(shù)與人類健康、保健 人工腎人工腎篩分透析脫出尿酸篩分透析脫出尿酸血液透析血液透析； 人工肺人工肺供氧和去除供氧和去除CO2血液氧合；血液氧合； 人工肝人工肝置換及吸附置換及吸附血液脫毒。血液脫毒。 調(diào)節(jié)人體平衡、

9、維持生活、延長壽命調(diào)節(jié)人體平衡、維持生活、延長壽命分離技術(shù)與能源再生利用分離技術(shù)與能源再生利用 按當(dāng)前年消耗量，化石燃料難以持久：除煤可維持按當(dāng)前年消耗量，化石燃料難以持久：除煤可維持二三百年二三百年外，核能鈾在內(nèi)的其它能源，只有六十年外，核能鈾在內(nèi)的其它能源，只有六十年左右的用量，開發(fā)新能源與提高利用率成為必要。左右的用量，開發(fā)新能源與提高利用率成為必要。 如貧礦鈾的富集新技術(shù)、氫能源開發(fā)、燃料電池的如貧礦鈾的富集新技術(shù)、氫能源開發(fā)、燃料電池的應(yīng)用、風(fēng)能與水能的利用等均需要有高效而經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用、風(fēng)能與水能的利用等均需要有高效而經(jīng)濟(jì)的分離技術(shù)。分離技術(shù)。 新型分離技術(shù)開拓與發(fā)展的必要性新型分離技

10、術(shù)開拓與發(fā)展的必要性科技發(fā)展與探索的需求科技發(fā)展與探索的需求 （新材料、新產(chǎn)品、新工藝）（新材料、新產(chǎn)品、新工藝）資源利用與清潔生產(chǎn)的需求資源利用與清潔生產(chǎn)的需求 （節(jié)能、增產(chǎn)）（節(jié)能、增產(chǎn)）生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需求生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需求 （環(huán)保與綜合利用）（環(huán)保與綜合利用）科技發(fā)展與探索的需求科技發(fā)展與探索的需求 隨著現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人民生活水平的逐隨著現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，人民生活水平的逐步提高，對分離技術(shù)提出了越來越高的要求。步提高，對分離技術(shù)提出了越來越高的要求。 典型例子：典型例子：1. 半導(dǎo)體工業(yè)中所需的高純度氣體氬、氦及半導(dǎo)體材料硅和半導(dǎo)體工業(yè)中所需的高純度氣體氬、氦

11、及半導(dǎo)體材料硅和鍺等；鍺等；2. 天然鈾礦中天然鈾礦中U235僅為僅為0.7左右，擴(kuò)散、膜分離、高速離心左右，擴(kuò)散、膜分離、高速離心分離；分離；3. 航天領(lǐng)域的載人空間飛行器及空間站艙內(nèi)空氣的凈化、航天領(lǐng)域的載人空間飛行器及空間站艙內(nèi)空氣的凈化、CO2的去除、飲用水的制備及生活廢水的再利用等。的去除、飲用水的制備及生活廢水的再利用等。資源利用與清潔生產(chǎn)需求資源利用與清潔生產(chǎn)需求人類賴以生存的三大資源：人類賴以生存的三大資源：能源能源、水水、礦物礦物可再生資源生產(chǎn)能源產(chǎn)品，例如：農(nóng)副產(chǎn)品纖維素可再生資源生產(chǎn)能源產(chǎn)品，例如：農(nóng)副產(chǎn)品纖維素分解發(fā)酵生產(chǎn)酒精、玉米芯生產(chǎn)木糖醇等；分解發(fā)酵生產(chǎn)酒精、玉米

12、芯生產(chǎn)木糖醇等；能源的危機(jī)促使人們對工業(yè)過程中的能耗技術(shù)進(jìn)行能源的危機(jī)促使人們對工業(yè)過程中的能耗技術(shù)進(jìn)行改造等；改造等；在沿海城市，利用充足的海水資源，進(jìn)行在沿海城市，利用充足的海水資源，進(jìn)行苦咸水脫苦咸水脫鹽鹽、海水淡化海水淡化將是緩解沿海城市缺水的主要途徑之將是緩解沿海城市缺水的主要途徑之一。一。生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需求生態(tài)環(huán)境保護(hù)的需求我國的環(huán)境狀況廢、污水排放總量約占世界廢、污水排放總量約占世界10以上，國民生產(chǎn)總以上，國民生產(chǎn)總值約占世界的值約占世界的3；空氣中易吸入顆粒物（空氣中易吸入顆粒物（PM2.5）、二氧化硫、）、二氧化硫、VOCs、溫室氣體等的大幅度或成倍超標(biāo)，對大氣、溫室氣體等

13、的大幅度或成倍超標(biāo)，對大氣造成了極為嚴(yán)重的污染；造成了極為嚴(yán)重的污染； 固體廢棄物堆積量已超過固體廢棄物堆積量已超過60億噸，占地約億噸，占地約75萬畝。萬畝。常規(guī)分離技術(shù)改良與新型分離常規(guī)分離技術(shù)改良與新型分離技術(shù)的產(chǎn)生技術(shù)的產(chǎn)生促使一些常規(guī)分離技術(shù)，如：蒸餾、吸收、萃取、促使一些常規(guī)分離技術(shù)，如：蒸餾、吸收、萃取、吸附、結(jié)晶等不斷改進(jìn)和發(fā)展，更使一些特色明顯吸附、結(jié)晶等不斷改進(jìn)和發(fā)展，更使一些特色明顯的新型分離技術(shù)，如：的新型分離技術(shù)，如：膜分離膜分離、泡沫分離、泡沫分離、超臨界超臨界流體萃取流體萃取、印跡分離，以及集成技術(shù)等得到重視和、印跡分離，以及集成技術(shù)等得到重視和開發(fā)。開發(fā)。1.2

14、 分離過程的分類分離過程的分類分離過程的幾個概念分離過程的幾個概念分離過程分離過程通常由原料、產(chǎn)物、分離劑及分離裝置組成；通常由原料、產(chǎn)物、分離劑及分離裝置組成；分離劑分離劑加到分離系統(tǒng)中使過程得以實現(xiàn)的能量或物質(zhì)，或加到分離系統(tǒng)中使過程得以實現(xiàn)的能量或物質(zhì)，或兩者并用；兩者并用；分離裝置分離裝置分離過程得以實施的必要物質(zhì)設(shè)備，它可以是某分離過程得以實施的必要物質(zhì)設(shè)備，它可以是某個特定的裝置，也可指從原料到產(chǎn)品之間的整個流程。個特定的裝置，也可指從原料到產(chǎn)品之間的整個流程。分離過程分類分離過程分類（分離過程原理）（分離過程原理） 機(jī)械分離機(jī)械分離 傳質(zhì)分離（傳質(zhì)分離（平衡分離平衡分離、速率控制

15、分離速率控制分離） 反應(yīng)分離反應(yīng)分離機(jī)械分離機(jī)械分離 分離裝置中，利用機(jī)械力簡單地將兩相混合物相互分離的過程稱為機(jī)械分離過程，它的分離對象大多是兩相混合物，分離時，相間無物質(zhì)傳遞發(fā)生。 幾種典型的機(jī)械分離過程幾種典型的機(jī)械分離過程名 稱原料相態(tài)分離劑產(chǎn)物相態(tài)分離原理應(yīng)用實例過 濾液固壓 力液固粒徑過濾介質(zhì)孔徑漿狀顆?；厥粘?降液固重 力液固密度差渾濁液澄清離心分離液固離心力液+固固液相顆粒尺寸結(jié)晶物分離旋風(fēng)分離 氣固(液)慣性力氣固(液)密度差催化劑微粒收集電除塵氣固電場力氣固微粒的帶電性合成氨氣除塵傳質(zhì)分離傳質(zhì)分離傳質(zhì)分離可以在均相或非均相混合物中進(jìn)行，傳質(zhì)分離可以在均相或非均相混合物中進(jìn)行

16、，在均相中有在均相中有梯度梯度引起的傳質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生；引起的傳質(zhì)現(xiàn)象發(fā)生；可以分為平衡分離和速率控制分離兩大類?？梢苑譃槠胶夥蛛x和速率控制分離兩大類。 平衡分離平衡分離依據(jù)被分離混合物各組分在依據(jù)被分離混合物各組分在不互溶不互溶的兩相平衡分配的兩相平衡分配組成不等的原理進(jìn)行分離的過程，常采用組成不等的原理進(jìn)行分離的過程，常采用平衡級平衡級概概念作為設(shè)計基礎(chǔ)。念作為設(shè)計基礎(chǔ)。幾種典型的平衡分離過程幾種典型的平衡分離過程名稱名稱原料相態(tài)原料相態(tài)分離劑分離劑產(chǎn)物相態(tài)產(chǎn)物相態(tài)原理原理應(yīng)用實例應(yīng)用實例蒸發(fā)蒸發(fā)液液熱熱液汽液汽物質(zhì)沸點(diǎn)物質(zhì)沸點(diǎn)稀溶液濃縮稀溶液濃縮閃蒸閃蒸液液熱減壓熱減壓液汽液汽相對揮發(fā)度相對揮

17、發(fā)度海水脫鹽海水脫鹽蒸餾蒸餾液或汽液或汽熱熱液汽液汽相對揮發(fā)度相對揮發(fā)度酒精增濃酒精增濃熱泵熱泵氣或液氣或液熱或壓力熱或壓力二氣或二液二氣或二液吸附平衡吸附平衡CO2/He分離分離吸收吸收氣氣液體吸收劑液體吸收劑液氣液氣溶解度溶解度堿吸收堿吸收CO2 萃取萃取液液不互溶萃取劑不互溶萃取劑二液相二液相溶解度溶解度芳烴抽提芳烴抽提吸附吸附氣或液氣或液固體吸附劑固體吸附劑液或氣液或氣吸附平衡吸附平衡活性炭吸附苯活性炭吸附苯離子交換離子交換液液樹脂吸附劑樹脂吸附劑液液吸附平衡吸附平衡水軟化水軟化萃取蒸餾萃取蒸餾液液熱萃取劑熱萃取劑汽液汽液揮發(fā)度、溶解度揮發(fā)度、溶解度恒沸物分離恒沸物分離結(jié)晶結(jié)晶液液熱熱

18、液固液固糖液脫水糖液脫水速率控制分離速率控制分離依據(jù)被分離組分在均相中的傳遞速率差異而進(jìn)行分離依據(jù)被分離組分在均相中的傳遞速率差異而進(jìn)行分離的，例如：利用溶液中分子、離子等粒子的遷移速度的，例如：利用溶液中分子、離子等粒子的遷移速度、擴(kuò)散速度等的不同來進(jìn)行分離。、擴(kuò)散速度等的不同來進(jìn)行分離。幾種典型的速率控制分離過程幾種典型的速率控制分離過程名稱名稱原料相原料相分離劑分離劑產(chǎn)物產(chǎn)物原理原理應(yīng)用實例應(yīng)用實例氣體滲透氣體滲透氣氣壓力、膜壓力、膜氣氣濃度差、壓差濃度差、壓差富氧、富氮富氧、富氮反滲透反滲透液液膜、壓力膜、壓力液液克服滲透壓克服滲透壓海水淡化海水淡化滲析滲析液液多孔膜多孔膜液液濃度差濃

19、度差血液透析血液透析滲透蒸發(fā)滲透蒸發(fā)液液致密膜、負(fù)壓致密膜、負(fù)壓液液溶解、擴(kuò)散溶解、擴(kuò)散醇類脫水醇類脫水泡沫分離泡沫分離液液表面能表面能液液界面濃差界面濃差礦物浮選礦物浮選色譜分離色譜分離氣或液氣或液固相載體固相載體氣或液氣或液吸附濃度差吸附濃度差難分體系分離難分體系分離區(qū)域熔融區(qū)域熔融固固溫度溫度固固溫差溫差金屬鍺提純金屬鍺提純熱擴(kuò)散熱擴(kuò)散氣或液氣或液溫度溫度氣或液氣或液溫差引起濃差溫差引起濃差氣態(tài)同位素分離氣態(tài)同位素分離電滲析電滲析液液電場、膜電場、膜液或氣液或氣電位差電位差氨基酸脫鹽氨基酸脫鹽(膜膜)電電 解解液液(膜膜) 電場電場液液電位差電位差液堿生產(chǎn)液堿生產(chǎn)反應(yīng)分離 化學(xué)反應(yīng)通常能

20、將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物，如果這化學(xué)反應(yīng)通常能將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物，如果這類可轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的反應(yīng)物存在于混合物中，則類可轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的反應(yīng)物存在于混合物中，則可借助于化學(xué)反應(yīng)將其從混合物中分離出來或直接可借助于化學(xué)反應(yīng)將其從混合物中分離出來或直接把它去除。把它去除?；瘜W(xué)反應(yīng)的種類很多，可分為可逆與不可逆反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)的種類很多，可分為可逆與不可逆反應(yīng)、均相與非均相反應(yīng)、熱化學(xué)反應(yīng)、均相與非均相反應(yīng)、熱化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)、（、（光）光）催化反應(yīng)催化反應(yīng)等。等。幾種典型的反應(yīng)分離技術(shù)分離種類分離種類原料相原料相分離劑分離劑代表性的技術(shù)代表性的技術(shù)應(yīng)用實例應(yīng)用實例可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)可再

21、生物可再生物再生劑再生劑離子交換、反應(yīng)萃取離子交換、反應(yīng)萃取水軟化水軟化不可逆反應(yīng)不可逆反應(yīng)一次性轉(zhuǎn)化物一次性轉(zhuǎn)化物催化劑催化劑反應(yīng)吸收、反應(yīng)結(jié)晶反應(yīng)吸收、反應(yīng)結(jié)晶煙道氣中煙道氣中SO2吸吸收收分分解解反反應(yīng)應(yīng)生物分解反應(yīng)生物分解反應(yīng)生物體生物體微生物微生物生物降解生物降解有機(jī)廢水厭氧生有機(jī)廢水厭氧生物處理物處理電化學(xué)反應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)電反應(yīng)物電反應(yīng)物電、膜電、膜雙極膜水解反應(yīng)雙極膜水解反應(yīng)濕法精煉濕法精煉光反應(yīng)光反應(yīng)光反應(yīng)物光反應(yīng)物光光煙道氣煙道氣CO2生物生物轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化各種分離技術(shù)的成熟度和應(yīng)用度各種分離技術(shù)的成熟度和應(yīng)用度本課程教學(xué)方案本課程的教學(xué)目的本課程的教學(xué)目的 分離技術(shù)是專門研究化工過

22、程中混合物的分離、提取與純化的分離技術(shù)是專門研究化工過程中混合物的分離、提取與純化的一門專業(yè)課程，主要內(nèi)容涉及一門專業(yè)課程，主要內(nèi)容涉及特種精餾、新型萃取分離、吸附特種精餾、新型萃取分離、吸附、離子交換與色譜、膜分離、結(jié)晶、泡沫分離、磁分離、分子、離子交換與色譜、膜分離、結(jié)晶、泡沫分離、磁分離、分子印跡分離，以及耦合與集成技術(shù)印跡分離，以及耦合與集成技術(shù)等。等。 通過對分離技術(shù)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生加深對分離技術(shù)的基本原理和通過對分離技術(shù)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生加深對分離技術(shù)的基本原理和方法的理解，拓寬知識面，了解分離技術(shù)的方法的理解，拓寬知識面，了解分離技術(shù)的發(fā)展新動向發(fā)展新動向； 通過例題演示和習(xí)題練習(xí)，使

23、學(xué)生掌握分離過程的選擇原則和通過例題演示和習(xí)題練習(xí)，使學(xué)生掌握分離過程的選擇原則和有關(guān)過程設(shè)計方法有關(guān)過程設(shè)計方法, , 在化工分離過程方面初步具有開拓、創(chuàng)新在化工分離過程方面初步具有開拓、創(chuàng)新與應(yīng)變能力，以適應(yīng)飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的需要，滿足與應(yīng)變能力，以適應(yīng)飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的需要，滿足人才市場的需求。人才市場的需求。考試成績組成1.1.平時上課平時上課20%20%2.2.作業(yè)作業(yè)10%10%3.3.期末考試期末考試70%70%主要參考書主要參考書 1. 劉家祺劉家祺. 分離過程分離過程. 北京北京: 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社, 2002. 2. 鄧修鄧修, 吳俊生吳俊生.

24、化工分離工程化工分離工程.北京北京:科學(xué)出版社科學(xué)出版社, 2000. 3. J. D. Seader, E. J. Henley. Separation Processes Principles. 北京北京: 化學(xué)工化學(xué)工業(yè)出版社業(yè)出版社, 2002. 4. A. A. Garcia et al., Bioseparation Process Science. 北京北京: 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社, 2002. 5. 大矢睛彥著大矢睛彥著, 張瑾譯張瑾譯. 分離的科學(xué)與技術(shù)分離的科學(xué)與技術(shù). 北京北京: 中國輕工出版社中國輕工出版社, 1999. 6. 何潮洪何潮洪. 化工原理化工原理.

25、 北京北京: 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社, 2001. 7.E. L. Cussler. 擴(kuò)散流體系統(tǒng)中的傳質(zhì)擴(kuò)散流體系統(tǒng)中的傳質(zhì). 北京北京: 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社, 2002.1.3 新型分離技術(shù)的進(jìn)展新型分離技術(shù)的進(jìn)展新型分離技術(shù)新型分離技術(shù)第第1類類對傳統(tǒng)技術(shù)或方法加以改良的分離技術(shù)：對傳統(tǒng)技術(shù)或方法加以改良的分離技術(shù)：超臨界流體萃取、色譜分離、分子精餾等；超臨界流體萃取、色譜分離、分子精餾等；第第2類類基于基于材料科學(xué)材料科學(xué)發(fā)展形成的分離技術(shù)：反滲發(fā)展形成的分離技術(shù)：反滲透、超濾、氣體分離、滲透汽化等膜技術(shù)與親和分透、超濾、氣體分離、滲透汽化等膜技術(shù)與親和分離、印記分離；

26、離、印記分離；第第3類類基于基于場分離場分離技術(shù)：磁場分離、電場分離；技術(shù)：磁場分離、電場分離；第第4類類二種分離或分離與反應(yīng)耦合、集成分離技二種分離或分離與反應(yīng)耦合、集成分離技術(shù)：反應(yīng)精餾、膜反應(yīng)器等。術(shù)：反應(yīng)精餾、膜反應(yīng)器等?；趥鹘y(tǒng)分離方法的新型分離技術(shù)基于傳統(tǒng)分離方法的新型分離技術(shù)傳統(tǒng)化工分離技術(shù)：蒸餾、萃取、吸收、吸附等。在工業(yè)過程產(chǎn)物的提取、分離、濃縮與純化方面起到重要作用。絕大多數(shù)的化工產(chǎn)物的生產(chǎn)離不開這些分離過程。 特種蒸餾技術(shù)特種蒸餾技術(shù) 萃取精餾 待分離的二元混合液中加入的第三組分能待分離的二元混合液中加入的第三組分能改變原液組分的蒸汽壓，使原液組分的相對揮發(fā)度改變原液組分

27、的蒸汽壓，使原液組分的相對揮發(fā)度增大，而達(dá)到混合物在塔內(nèi)分離的技術(shù)。增大，而達(dá)到混合物在塔內(nèi)分離的技術(shù)。 恒沸精餾 待分離二元混合液中加入的第三組分能與待分離二元混合液中加入的第三組分能與原液中的一個或兩個組分形成最低恒沸物，形成恒原液中的一個或兩個組分形成最低恒沸物，形成恒沸物純組分徑流體系，達(dá)到混合物在塔內(nèi)分離的沸物純組分徑流體系，達(dá)到混合物在塔內(nèi)分離的技術(shù)。技術(shù)。 加鹽精餾 待分離含水有機(jī)混合液中加入鹽，會產(chǎn)生待分離含水有機(jī)混合液中加入鹽，會產(chǎn)生鹽析或鹽溶效應(yīng)，增大有機(jī)物的相對揮發(fā)度；或使鹽析或鹽溶效應(yīng)，增大有機(jī)物的相對揮發(fā)度；或使共沸點(diǎn)發(fā)生位移，甚至消失，由此達(dá)到混合物在塔共沸點(diǎn)發(fā)生位

28、移，甚至消失，由此達(dá)到混合物在塔內(nèi)分離的技術(shù)。內(nèi)分離的技術(shù)。特種蒸餾技術(shù)特種蒸餾技術(shù) 反應(yīng)（催化）精餾 在物料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的同時，耦在物料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的同時，耦合精餾及時將生成的產(chǎn)物移走或去除，使反應(yīng)朝有合精餾及時將生成的產(chǎn)物移走或去除，使反應(yīng)朝有利的方向進(jìn)行的一種反應(yīng)分離技術(shù)利的方向進(jìn)行的一種反應(yīng)分離技術(shù) 。 分子精餾 輕、重不同的分子受熱從液面逸出到氣相輕、重不同的分子受熱從液面逸出到氣相時，其分子運(yùn)動平均自由程不同，利用輕分子比重時，其分子運(yùn)動平均自由程不同，利用輕分子比重分子的分子平均自由程大，使輕分子到達(dá)冷凝板冷分子的分子平均自由程大，使輕分子到達(dá)冷凝板冷凝來實現(xiàn)輕重分子分離的技術(shù)。

29、凝來實現(xiàn)輕重分子分離的技術(shù)。 膜蒸餾 利用微孔膜的疏水性、以及由膜兩側(cè)的溫差利用微孔膜的疏水性、以及由膜兩側(cè)的溫差所導(dǎo)致的兩側(cè)水蒸汽壓差，使易揮發(fā)組分的水蒸汽所導(dǎo)致的兩側(cè)水蒸汽壓差，使易揮發(fā)組分的水蒸汽從膜孔透過，來達(dá)到溶液濃縮的一種新技術(shù)。從膜孔透過，來達(dá)到溶液濃縮的一種新技術(shù)。 分子蒸餾技術(shù)原理分子蒸餾技術(shù)原理新型萃取技術(shù)新型萃取技術(shù)超臨界萃?。╯upercritical fluid extraction）以超臨界以超臨界流體為萃取劑，利用其對脂肪酸、植物堿、醚類、酮流體為萃取劑，利用其對脂肪酸、植物堿、醚類、酮、甘油脂等物質(zhì)具有溶解作用，從固態(tài)或液態(tài)混合物、甘油脂等物質(zhì)具有溶解作用，從固

30、態(tài)或液態(tài)混合物中將這些物質(zhì)提取出來的技術(shù)。中將這些物質(zhì)提取出來的技術(shù)。雙水相萃?。╝queous two-phase extraction）某些親水某些親水性高分子聚合物的水溶性超過一定濃度后可形成兩相性高分子聚合物的水溶性超過一定濃度后可形成兩相，利用待分離組分在兩水相中的分配系數(shù)差異來分離，利用待分離組分在兩水相中的分配系數(shù)差異來分離的萃取技術(shù)。的萃取技術(shù)。新型萃取技術(shù)新型萃取技術(shù)凝膠萃?。╣el extraction）利用凝膠在溶劑中的溶脹利用凝膠在溶劑中的溶脹與收縮特性、以及凝膠網(wǎng)絡(luò)對大分子、微粒等的排斥與收縮特性、以及凝膠網(wǎng)絡(luò)對大分子、微粒等的排斥作用來實現(xiàn)溶液中特定組分分離與濃縮的

31、技術(shù)。作用來實現(xiàn)溶液中特定組分分離與濃縮的技術(shù)。 膜基萃?。╩embrane based extraction）利用微孔膜的利用微孔膜的親水或疏水性，使萃取劑與萃取液的兩相傳質(zhì)界面固親水或疏水性，使萃取劑與萃取液的兩相傳質(zhì)界面固定在膜的一側(cè)表面上，來實現(xiàn)萃取的一種新技術(shù)。定在膜的一側(cè)表面上，來實現(xiàn)萃取的一種新技術(shù)。支撐液膜萃?。╯upport liquid membrane extraction）支支撐液膜孔內(nèi)充滿膜溶劑，將料液相與反萃相分隔，實撐液膜孔內(nèi)充滿膜溶劑，將料液相與反萃相分隔，實現(xiàn)滲透溶質(zhì)的選擇性萃取回收或去除的分離技術(shù)?，F(xiàn)滲透溶質(zhì)的選擇性萃取回收或去除的分離技術(shù)。反相膠團(tuán)萃取 二

32、二-（3-乙基己基）琥珀酸酯磺酸鈉（乙基己基）琥珀酸酯磺酸鈉（AOT）新型新型 吸附、離子交換與色譜技術(shù)吸附、離子交換與色譜技術(shù)吸附分離 基于吸附劑與溶質(zhì)間的物理力或化學(xué)結(jié)合力，使基于吸附劑與溶質(zhì)間的物理力或化學(xué)結(jié)合力，使 溶液中的有機(jī)溶質(zhì)或其它親物質(zhì)的吸附，達(dá)到有機(jī)物的脫除溶液中的有機(jī)溶質(zhì)或其它親物質(zhì)的吸附，達(dá)到有機(jī)物的脫除或溶液的純化?；蛉芤旱募兓?。 離子交換 基于離子交換樹脂對不同離子親和力差異，實現(xiàn)二基于離子交換樹脂對不同離子親和力差異，實現(xiàn)二種離子的交換平衡，達(dá)到離子去除與溶液純化的分離技術(shù)。種離子的交換平衡，達(dá)到離子去除與溶液純化的分離技術(shù)。色譜分離 利用不同組分在固定相和流動相之

33、間的相平衡差異利用不同組分在固定相和流動相之間的相平衡差異，使得各組分在固定相內(nèi)的保留能力不同而達(dá)到分離的一種，使得各組分在固定相內(nèi)的保留能力不同而達(dá)到分離的一種技術(shù)。根據(jù)固定相的性質(zhì)，可分為吸附色譜、離子色譜、親技術(shù)。根據(jù)固定相的性質(zhì)，可分為吸附色譜、離子色譜、親和色譜、凝膠色譜等。和色譜、凝膠色譜等。各種膜分離技術(shù)應(yīng)用狀況各種膜分離技術(shù)應(yīng)用狀況hemodialysismicrofiltrationreverse osmosisultrafiltrationelectrodialysisimmuno isolationbipolar membranesmembrane reactorsgas

34、 separationpervaporationlow profithigh production efficiencymoderate profithigh growth rateapplication know-howavailabilityhigh profitavailabilitysales decining phasehigh sales phasegrowth phasedevelopment phasesaleslife time of process血液滲析血液滲析 幾種工業(yè)化膜過程的基本特征幾種工業(yè)化膜過程的基本特征 基于場效應(yīng)的分離技術(shù)基于場效應(yīng)的分離技術(shù)重力場、壓力場、

35、離心力場分離 利用外加力場的作用，使混合物中各組分本身特利用外加力場的作用，使混合物中各組分本身特征帶來其在場內(nèi)運(yùn)動的特性差異，由此來達(dá)到分離的征帶來其在場內(nèi)運(yùn)動的特性差異，由此來達(dá)到分離的技術(shù)。技術(shù)。磁場分離 利用不同物質(zhì)在磁場中具有不同磁性的特點(diǎn)來分利用不同物質(zhì)在磁場中具有不同磁性的特點(diǎn)來分離混合物的技術(shù)。離混合物的技術(shù)。力場中速度差分離原理與改進(jìn)力場中速度差分離原理與改進(jìn)重力場的能源成本為零重力場的能源成本為零基于場效應(yīng)的分離技術(shù)靜電除塵 荷電粒子置于電場時會向著與其電荷相反方荷電粒子置于電場時會向著與其電荷相反方向移動，利用荷電粒子的移動速度及方向差異來進(jìn)行向移動，利用荷電粒子的移動速

36、度及方向差異來進(jìn)行分離的技術(shù)。分離的技術(shù)。電泳 利用分子大小、荷電性與荷電量、以及溶液的酸利用分子大小、荷電性與荷電量、以及溶液的酸堿度（堿度（pH）等的差異。）等的差異。雙極膜水解離 利用陰、陽離子膜復(fù)合而成的雙極膜，利用陰、陽離子膜復(fù)合而成的雙極膜，在直流電場的作用下，使雙極膜間的水解離并使在直流電場的作用下，使雙極膜間的水解離并使OH 和和H分別透過陰、陽膜來實現(xiàn)酸或堿回收、食鹽的電分別透過陰、陽膜來實現(xiàn)酸或堿回收、食鹽的電解等。解等。電泳分離技術(shù)指指帶電粒子帶電粒子在在電場電場中朝與自身帶中朝與自身帶相反電荷相反電荷的電極移動的電極移動的現(xiàn)象的現(xiàn)象CATHODEANODE+-+用支持體

37、的電泳技術(shù)1. 濾紙電泳2.醋酸纖維薄膜電泳3.薄層電泳4.非凝膠性支持體區(qū)帶電泳 （ 淀粉，纖維素粉，玻璃粉，硅膠等 ） 5.凝膠支持體區(qū)帶電泳 （ 聚丙烯酰胺凝膠，瓊脂糖凝膠 ） 不用支持體的電泳技術(shù) Tiselius或微量電泳 操作形式：1. 區(qū)帶電泳2.等速電泳3.等電點(diǎn)電泳電泳形式分類平板型電場除塵技術(shù)雙極膜結(jié)構(gòu)示意圖雙極膜電滲析過程示意圖光催化反應(yīng)凈化空氣耦合與集成分離技術(shù)耦合與集成分離技術(shù)將反應(yīng)與分離、或分離與分離兩種或兩種以上的單元將反應(yīng)與分離、或分離與分離兩種或兩種以上的單元操作耦合或結(jié)合在一起，并用于工業(yè)分離的過程稱為操作耦合或結(jié)合在一起，并用于工業(yè)分離的過程稱為集成過程（

38、集成過程（integrated process），或雜化過程（），或雜化過程（Hybrid process）。）。集成過程的最大特點(diǎn)：為實現(xiàn)物料與能量消耗的最小集成過程的最大特點(diǎn)：為實現(xiàn)物料與能量消耗的最小化、工藝過程效率的最大化，或為達(dá)到清潔生產(chǎn)的目化、工藝過程效率的最大化，或為達(dá)到清潔生產(chǎn)的目的，或為實現(xiàn)混合物的最優(yōu)分離和獲得最佳的產(chǎn)物濃的，或為實現(xiàn)混合物的最優(yōu)分離和獲得最佳的產(chǎn)物濃度。度。 耦合與集成技術(shù)耦合與集成技術(shù)1.傳統(tǒng)單元操作間的集成傳統(tǒng)單元操作間的集成2.反應(yīng)反應(yīng)-分離的耦合與集成分離的耦合與集成蒸餾蒸餾-共沸精餾制取無水酒精共沸精餾制取無水酒精異丙醇脫水的蒸餾滲透汽化工異丙醇

39、脫水的蒸餾滲透汽化工（一級（一級PVPV）精餾滲透汽化工藝制取無水乙醇精餾滲透汽化工藝制取無水乙醇（二級（二級PV） 精餾滲透汽化工藝制取無水乙醇精餾滲透汽化工藝制取無水乙醇 （三級（三級PV） 精餾滲透汽化工藝用于乙醇脫水精餾滲透汽化工藝用于乙醇脫水（中間（中間PV）反應(yīng)反應(yīng)- -精餾精餾- -側(cè)線滲透汽化集成工藝側(cè)線滲透汽化集成工藝反應(yīng)精餾滲透汽化集成工藝制反應(yīng)精餾滲透汽化集成工藝制乙基叔丁基醚乙基叔丁基醚滲透汽化精餾集成工藝制碳酸二甲酯滲透汽化精餾集成工藝制碳酸二甲酯 精餾滲透汽化集成工藝制二甲基乙二醇精餾滲透汽化集成工藝制二甲基乙二醇 苯苯/ /環(huán)己烷滲透汽化精餾集成分離系統(tǒng)環(huán)己烷滲透

40、汽化精餾集成分離系統(tǒng)分離技術(shù)選擇的一般規(guī)則分離技術(shù)選擇的一般規(guī)則待處理物的物性待處理物的物性分離過程得以進(jìn)行的關(guān)鍵因素是待分離的混合物的物性差異分離過程得以進(jìn)行的關(guān)鍵因素是待分離的混合物的物性差異待分離混合物至少在物理、化學(xué)、電磁、光學(xué)、生物學(xué)等性待分離混合物至少在物理、化學(xué)、電磁、光學(xué)、生物學(xué)等性質(zhì)方面存在著以下一個或多個差異：質(zhì)方面存在著以下一個或多個差異：物性參數(shù)物性參數(shù)：分子質(zhì)量、分子大小與形狀、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、密度、：分子質(zhì)量、分子大小與形狀、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、密度、蒸氣壓，滲透壓、溶解度，臨界點(diǎn)；蒸氣壓，滲透壓、溶解度，臨界點(diǎn)；力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)：表面張力、摩擦因子；：表面張力、摩擦因子；電磁

41、性質(zhì)電磁性質(zhì)：分子電荷、電導(dǎo)率、介電常數(shù)、電離電位、分子偶：分子電荷、電導(dǎo)率、介電常數(shù)、電離電位、分子偶極矩及極化度、磁化率；極矩及極化度、磁化率；傳遞特性參數(shù)傳遞特性參數(shù)：遷移率、離子淌度、擴(kuò)散速度、滲透系數(shù)；：遷移率、離子淌度、擴(kuò)散速度、滲透系數(shù)；化學(xué)特性常數(shù)化學(xué)特性常數(shù)：分配系數(shù)，平衡常數(shù)、離解常數(shù)、反應(yīng)速率、：分配系數(shù)，平衡常數(shù)、離解常數(shù)、反應(yīng)速率、絡(luò)合常數(shù)。絡(luò)合常數(shù)。分離過程的應(yīng)用范圍分離過程的應(yīng)用范圍不同的分子性質(zhì)對分離因子的影響目標(biāo)產(chǎn)物的價值目標(biāo)產(chǎn)物的價值目標(biāo)產(chǎn)品的價值常常成為選擇分離方法的主要因素。目標(biāo)產(chǎn)物的經(jīng)濟(jì)價值比較低，則應(yīng)采用低能耗低、無需分離劑、或廉價分離劑的過程。料液濃度對產(chǎn)物價格的影響目標(biāo)產(chǎn)物的特性目標(biāo)產(chǎn)物的特性 目標(biāo)產(chǎn)物的特性是指熱敏性、吸濕性、放射性、氧化性、光敏性、分解性、易碎性等一系列物理化學(xué)特征。這些物