分離工程ppt課件教學(xué)教材

1、化工分離過程本課程的任務(wù)和內(nèi)容地位：專業(yè)基礎(chǔ)課前期課程： 物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)重點： 1.基本概念的理解 2.討論各種分離方法的特征 3.對設(shè)計、分析能力的訓(xùn)練 4.提高解決問題能力學(xué)生應(yīng)掌握： 分離過程的基本理論 簡捷和嚴(yán)格計算方法 強化、改進操作途徑 對新分離技術(shù)有一定了解教材：陳洪鈁,劉家祺.化工分離過程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 1995主要參考書:劉家祺.傳質(zhì)分離過程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2005劉家祺.分離過程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2002賈紹義，柴誠敬.化工傳質(zhì)與分離過程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2000 第一章 緒 論1.1分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用1.2

2、 傳質(zhì)分離過程的分類和特征1.3.分離過程的集成化1.4.化工分離過程的發(fā)展前景 學(xué)習(xí)方法與要求1.1 分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用 1.1.1分離過程在化工生產(chǎn)中的重要性 1.1.2 分離過程在清潔工藝中的地位與作用返回什么叫分離過程？借助一定的分離劑，實現(xiàn)混合物中的組分分級、濃縮、富集、純化、精制與隔離等的過程。煤石油天然氣生物質(zhì)反應(yīng)化工原料分離產(chǎn)品一般化工生產(chǎn)過程：例1：乙烯水合生產(chǎn)乙醇1-固定床催化反應(yīng)器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-閃蒸塔；6-粗餾塔； 7-催化加氫反應(yīng)器；8-脫輕組分塔；10-產(chǎn)品塔涉及分離過程：吸收：3、5、9； 精餾：6、8、10；閃蒸：4乙烯93%

3、 產(chǎn)品廢水乙醛12345678910水循環(huán)乙烯水放空放空水氫水廢水例2：二甲苯生產(chǎn)1-重整反應(yīng)器；2、13-汽液分離器；3-壓縮機；4-脫丁烷塔；5-萃取塔6-再生塔；7-甲苯塔；8-二甲苯回收塔；9-冷卻器；10-結(jié)晶器；11-異構(gòu)化反應(yīng)器；12-熔融塔放空間二甲苯和鄰二甲苯石腦油進料混合二甲苯循環(huán)混合二甲苯125678104111391233輕烴類非芳烴乙二醇芳烴苯和甲苯對二甲苯重芳烴H2H2H2加氫重整后得到：輕油 非芳烴 苯 甲苯 二甲苯 高級芳烴目的產(chǎn)物 目的產(chǎn)物為對二甲苯鄰二甲苯間二甲苯對二甲苯沸點144.411139.104138.351熔點25.17347.87213.263

4、原料：石腦油 沸程120230K 特點： 涉及到分離過程：精餾：4、7、8 萃?。?、6 結(jié)晶：10總 結(jié)： 原料的凈化與粗分 反應(yīng)產(chǎn)物的提純 藥物的精制和提純 精選金屬的提取 食品除水、除毒、病毒分離、同位數(shù)分離 三廢處理返回1.1.2 分離過程在清潔工藝中的地位與作用 清潔工藝：生產(chǎn)工藝和防治污染有機的結(jié)合，將污染物減少或消滅在工藝過程中。 面向21世紀(jì)社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大課題?；瘜W(xué)工業(yè)污染來源：未回收的原料未回收的產(chǎn)品有用和無用的副產(chǎn)原料中的雜質(zhì)工藝的物料省耗 廢物最小化？清潔工藝終合考慮： 合理的原料選擇； 反應(yīng)路徑的清潔化； 物料分離技術(shù)的選擇； 確定合理的流程和工藝參數(shù)。 核

5、心： 化學(xué)反應(yīng) 廢物最小化首先考慮催化劑、反應(yīng)工藝和設(shè)備。與化工分離過程密切相關(guān)的有： 降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、回收利用率、循環(huán)利用率； 開發(fā)和采用新技術(shù)、新工藝、改善生產(chǎn)操作條件，以控制和消除污染； 采用生產(chǎn)裝置的閉路循環(huán)技術(shù)； 處理生產(chǎn)中的副產(chǎn)物和廢物，使之減少和消除對環(huán)境的危害； 研究、開發(fā)和采用低物耗、低能耗、高效率的“三廢”治理技術(shù)。閉路循環(huán)系統(tǒng)： 將過程所產(chǎn)生的廢物最大限度地回收和循環(huán)使用。原料產(chǎn)品排除111222廢物廢物1單元過程；2處理實現(xiàn)分離與再循環(huán)系統(tǒng)使廢物最小化的方法：廢物直接再循環(huán) 例：廢水進料提純 例：氧化反應(yīng)采用純氧除去分離過程中加入的附加物質(zhì) 例：

6、共沸劑、萃取劑附加分離與再循環(huán)系統(tǒng) 例：分離廢物中的有效物，循環(huán)使用上述原因促使： 傳統(tǒng)分離過程不斷改進和發(fā)展 例：反應(yīng)精餾；吸附； 新分離方法不斷出現(xiàn)和實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用 例：膜分離；熱擴散；色層分離；返回 1.2 傳質(zhì)分離過程的分類和特征一類：機械分離特點：被分離物為非均相 簡單的將混合物分開 如：過濾、沉降化工原理內(nèi)容二類：傳質(zhì)分離 包含： 平衡分離過程；速率控制分離 特點：被分離物為均相 1.2 傳質(zhì)分離過程的分類和特征1.2.1 平衡分離過程1.2.2 速率分離過程返回1.2.1 平衡分離過程分離設(shè)備混合物產(chǎn)品分離媒介分離媒介：能量、物質(zhì)、壓力平衡分離過程借助分離媒介，使均相混合物系統(tǒng)變

7、 成兩相系統(tǒng)，再以混合物中各組分在處于相平衡 的兩相中不等同的分配為依據(jù)而實現(xiàn)分配。平衡分離過程的分離單元操作閃蒸原料相態(tài)： 液體分離媒介： 減壓分離原理：揮發(fā)度（蒸汽壓）有較大差別工業(yè)應(yīng)用：海水淡化生產(chǎn)純水；吸收液的解吸。精餾原料相態(tài)：汽、液或汽液混合物分離媒介：熱量，有時用機械功 同上石油裂解氣的深冷分離；苯、甲苯、二甲苯的分離。吸收蒸出原料相態(tài)：氣體或 液體分離媒介：液體吸收劑（MSA）；加入熱量（ESA） 分離原理：揮發(fā)度（蒸汽壓）有較大差別工業(yè)應(yīng)用： 由催化裂化裝置主蒸塔頂產(chǎn)物中回收乙烷及較輕的烴。萃取或共沸精餾原料相態(tài)：汽、液或汽液混合物液體溶劑（MSA）或塔釜加熱（ESA）液體共

8、沸劑（MSA）或塔釜加熱（ESA）改變原溶液的相對揮發(fā)度 以苯酚作溶劑由沸點相近的非芳烴中分離芳烴；以醋酸丁酯作共沸劑從稀溶液中分離醋酸。MSAL或VLLL或VMSALV返回1.2.2 速率分離過程膜分離場分離速率分離: 利用溶液中不同組分在某種推動力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）作用下，經(jīng)過某種介質(zhì)（半透膜）時的傳質(zhì)速率（透過率、遷移率、擴速率）差異而實現(xiàn)分離。微孔過濾（MF）：推動力：壓力差（100kPa）傳遞機理：篩分膜類型：多孔膜 進料（液體和氣體）溶劑、水、氣體顆粒、纖維目的：溶液脫離子，氣體脫離子超濾（UF）：推動力：壓力差（1001000kPa）傳遞機理：篩分膜類型：非對稱

9、性膜進料溶劑、水膠體大分子目的：溶液脫大分子，大分子溶液脫小分子，大分子分級。反滲透（RO）：推動力：壓力差（100010000kPa）傳遞機理：優(yōu)先吸附毛細管流動溶解、擴散模型膜類型：非對稱性膜或復(fù)合膜進料溶劑、水溶質(zhì)、鹽目的：溶劑脫溶質(zhì)，含小分子溶質(zhì)溶液濃縮。滲析（D）：推動力：濃度差傳遞機理：篩分、微孔膜內(nèi)的受阻擴散透過物：小分子溶質(zhì)或較小的溶質(zhì)截留物：截留0.02um離子、截留血液0.005um離子膜類型：非對稱性膜或離子交換膜進料接受液凈化液擴散液目的：大分子溶質(zhì)溶液脫小分子，小分子溶質(zhì)溶液脫大分子。 電滲析（ED）：推動力：電化學(xué)勢傳遞機理：反離子經(jīng)離子交換膜的遷移膜類型：離子交換

10、膜濃電解質(zhì)極極產(chǎn)品陰離子交換膜陽離子交換膜進料目的：溶液脫小離子，小離子溶質(zhì)的濃縮、小離子的分級。 速率分離過程特點： 節(jié)能 環(huán)保優(yōu)勢 新的方法返回1.3.分離過程的集成化 目的：實現(xiàn)清潔工藝 使物料能量消耗最小； 經(jīng)濟效益、社會效益最大。1.3.1反應(yīng)過程與分離過程的耦合1.3.2分離過程與分離過程的耦合1.3.3 過程的集成返回1.3.1反應(yīng)過程與分離過程的耦合目的： 改善不利的熱力學(xué)和動力學(xué)因數(shù)，減少設(shè)備、操作費用、節(jié)約資源和能源?；瘜W(xué)吸收化學(xué)反應(yīng)與吸收相結(jié)合 被溶解的組分與吸收劑中的活性組分發(fā)生反應(yīng)，增加傳質(zhì)推動力?；瘜W(xué)萃取化學(xué)反應(yīng)與萃取相結(jié)合 溶質(zhì)與萃取劑反應(yīng)。如：絡(luò)合反應(yīng)；水解；聚

11、合反應(yīng)（催化）精餾化學(xué)反應(yīng)與精餾相結(jié)合 例：酯化、皂化、酯交換、胺化、水解膜反應(yīng)器優(yōu)良分離性能與催化反應(yīng)相結(jié)合 例：利用多孔陶瓷膜催化反應(yīng)器，進行丁烯脫氫制丁二烯。丙烷脫氫制丙烯?？刂漆尫?將藥物或其他生物活性物質(zhì)以一定形式與膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使這些活性物質(zhì)只能以一定速度通過擴散等方式釋放到環(huán)境中。膜生物傳感器 由生物催化劑酶或微生物與合成膜及電極轉(zhuǎn)換裝置組成，模仿生物膜對化學(xué)物質(zhì)的識別能力制成，為酶膜傳感器和微生物傳感器 。返回1.3.2分離過程與分離過程的耦合 復(fù)合分離過程 優(yōu)點：集原分離過程之所長，避其所短。 適用于: 特殊物系的分離。萃取結(jié)晶（加和結(jié)晶） 分離：揮發(fā)度相近的組分。 無機鹽生

12、產(chǎn)（優(yōu)點：節(jié)能） 溶劑可萃取出部分水。 吸附蒸餾 氣一液一固三相分離過程吸附分離優(yōu)點 ： 分離因子高，產(chǎn)品濃度高，能耗低。 缺點：吸附劑用量大 ，收率低。 形成互補電泳分離 不同蛋白質(zhì)在一定pH值的緩沖溶液中，其溶解度不同，在電場作用下，這些帶電的溶膠離子在介質(zhì)中的泳動速度不同，實現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的分離。返回1.3.3 過程的集成一、傳統(tǒng)分離過程的集成 合理組合傳統(tǒng)分離過程，揚長避短，達到高效、低耗和減少污染的目的。 共沸精餾與萃取集成環(huán)己烷 +苯丙酮環(huán)己烷+丙酮共沸物純苯環(huán)己烷丙酮+水丙酮水水優(yōu)點：無污染二、傳統(tǒng)分離過程與膜分離的集成 將膜技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)分離過程中滲透蒸發(fā) 用來分離揮發(fā)性液體混合

13、物，恒沸、近沸點物系。蒸汽滲透例：發(fā)酵液脫水制無水乙醇 水與醇形成二元共沸物，共沸點:78.15， x=0.894（mol）三、膜過程的集成優(yōu)點：取長補短例：分離懸浮液為高固體含量物料 將超濾、反滲透、滲透蒸餾組合在一起。返回1.4化工分離過程的發(fā)展前景及機遇1.4.1化工分離過程的發(fā)展前景1.低成本的O2 ，氮氣和稀有氣體Ar，Ke，Xe的分離方法2.低成本的H2的分離方法3.酸性氣體脫除4.CO2、CH4等溫室氣體的捕集方法5.有機物/有機物分離6.稀溶液分離7.異構(gòu)體及手性物質(zhì)分離8.清潔燃料的生產(chǎn)9.超純化合物的制備10.熱敏性化合物的分離11.海水淡化和水資源循環(huán)利用12.飲用水的制造13.生物質(zhì)加工利用14.同位素分離15.精餾技術(shù)的改進舉例：神舟四號蛋白質(zhì)空間電泳分離試驗地面上的重力影響使分離過程中出現(xiàn)沉降和對流現(xiàn)象，大大降低了生物材料的分離純度和產(chǎn)量?？蒲腥藛T以細胞色素C和牛血蛋白兩種蛋白質(zhì)為材料，在太空中進行連續(xù)自由流電泳分離試驗，提高電泳技術(shù)的制備能力