新型分離技術(shù)--ppt課件

1、現(xiàn)代分離技術(shù)概論 參考書1、新型分離技術(shù) 陳歡林 化學工業(yè)出版社2、新型傳質(zhì)分離技術(shù) 蔣維鈞 化學工業(yè)出版社3、生化分離工程 袁?？?化學工業(yè)出版社4、離子液體從基礎研究到工業(yè)應用 張鎖江 科學出版社5、分子蒸餾 楊村 化學工業(yè)出版社2課件本講內(nèi)容 新型分離技術(shù)概論 分離技術(shù)的作用和地位 分離技術(shù)的分類 新型分離技術(shù)與傳統(tǒng)分離技術(shù) 特殊精餾3課件概論：分離技術(shù)的作用和地位分離技術(shù)是將混合物分離為較純物質(zhì)的技術(shù)萬物從有序自動走向無序，純物質(zhì)逐漸變?yōu)榛旌衔锉仨毾哪芰?，才能實現(xiàn)混合物的分離分離技術(shù)扮演著工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵角色自然界物質(zhì)、工業(yè)半成品和產(chǎn)品大都需經(jīng)分離、提純隨著高科技的發(fā)展，需要高純度的

2、水、氮、氦等產(chǎn)品環(huán)境保護和三廢治理需要分離技術(shù)來保證4課件概論：分離技術(shù)的作用和地位分離裝置的投資大一般占煉油廠、石化廠投資的5090分離過程的能耗高一般占化工廠總能耗的60以上分離技術(shù)為產(chǎn)品的質(zhì)量把關(guān)5課件概論：分離過程分類 （一）平衡分離過程名稱物料分離劑原理應用實例蒸發(fā)液體熱揮發(fā)度差異糖類濃縮精餾液或汽熱揮發(fā)度差異醇類提純吸收氣體吸收劑溶解度差異氣體凈化萃取液體萃取劑溶解度差異芳烴抽提吸附氣或液吸附劑吸附平衡活性炭吸附離子交換液體交換樹脂吸附平衡水軟化萃取精餾液體熱、萃取劑揮發(fā)度差異恒沸物分離6課件概論：分離過程分類 （二）速率控制分離過程名稱原料分離劑原理應用實例反滲透液體膜、壓力克服

3、滲透壓水脫鹽滲析液體膜擴散速度差廢水堿回收滲透蒸發(fā)液體膜、真空溶解、擴散異丙醇脫水泡沫分離液體表面活性劑界面濃差酶與染料分離色譜分離氣或液固相載體吸附濃度差溶劑蒸汽回收電滲析液體電場、膜電位差水脫鹽7課件概論新型與傳統(tǒng)分離技術(shù)的關(guān)系1 蒸餾 2 吸收 3 萃取/恒沸蒸餾 4 萃取 5 結(jié)晶 6 離子交換 7、8 吸附 9、10 膜分離 11 層析 12 超臨界萃取13 場致分離 14 親和分離 15 液膜分離 8課件The basis of different separation method1.Molecular properties(分子特性）Molecular weight（分子量）P

4、olarizability（極化性）Van der waals volume（范德華體積）Van der waals area（范德華面積）Molecular shape(acentric factor)（分子形狀）Dipole moment（偶極距） 9課件The basis of different separation methodDielectric constant（介電常數(shù)）Electric charge（電荷）Radius of gyration（回轉(zhuǎn)半徑）2.Thermodynamic and transport propertiesVapor （蒸氣壓） Adsorptivi

5、ty（吸附率）Solubility（溶解度） Diffusivity（擴散率）10課件 概論:新型分離技術(shù)的類型對傳統(tǒng)分離技術(shù)改進、變革 而形成的新型分離技術(shù) 如：特殊精餾； 特殊萃??； 色譜分離技術(shù)； 分離過程節(jié)能技術(shù)和夾點技術(shù)11課件概論：新型分離技術(shù)的類型（續(xù)）耦合分離技術(shù)兩種或兩種以上技術(shù)相結(jié)合形成的 新型分離技術(shù) 如：反應精餾；反應萃??；膜蒸餾; 發(fā)酵精餾等12課件概論：新型分離技術(shù)的類型（續(xù)） 基于材料科學發(fā)展起來的 新型分離技術(shù)：如：反滲透、超濾等膜分離技13課件概論：新型分離技術(shù)的類型（續(xù)）場致分離技術(shù)電滲析、高梯度磁場分離、超重力場分離14課件概論: 新型分離技術(shù)的工業(yè)化實現(xiàn)

6、工業(yè)化的必備條件：建立描述過程及設備性能的數(shù)學模型 為了設計和放大開發(fā)具有適應性和經(jīng)濟性的設備 為了匹配和實用15課件概論：新型分離技術(shù)的開發(fā)兩種開發(fā)方法逐級經(jīng)驗放大數(shù)學模型方法分離過程開發(fā)選擇合適的分離方法優(yōu)化工藝操作條件合理選用分離設備確定分離設備主要尺寸16課件特殊精餾(Special Distillation)1、 恒沸精餾(Azeotropic Distillation)2、 萃取精餾(Extractive Distillation)3、 加鹽精餾和加鹽萃取精餾 (Salted Distillation and Salt-Extracted Distillation)4、 反應精餾(

7、Reaction Distillation)5、 分子蒸餾(Molecular Distillation)17課件1、恒 沸 精 餾 (Azeotropic Distillation) 恒沸精餾原理 典型流程和實例 對夾帶劑的要求18課件恒沸現(xiàn)象19課件恒沸現(xiàn)象溶液在一定壓力下汽化或冷凝 平衡的汽液相組成相等 溫度保持不變20課件恒沸精餾的原理加入夾帶劑或恒沸劑與原來一組分形成二元最低恒沸物或與原來兩組分形成三元最低恒沸物形成的新恒沸物 與另一組分間有較大的相對揮發(fā)度 很易從塔頂餾出餾出物分層，再進行夾帶劑的回收處理21課件恒沸精餾的基本流程乙醇與水的共沸物：乙醇0.8943, 78.15加入

8、苯形成三元共沸物：乙醇0.228,水0.23364.86 三元恒沸物冷凝分層 上層富苯，回流入塔下層富乙醇入脫苯塔22課件恒沸精餾的基本流程利用不同壓力分離恒沸物自夾帶非均相恒沸流程塔頂產(chǎn)品為均相恒沸物的流程23課件恒沸精餾的操作夾帶劑的加入位置夾帶劑較原組分更不易揮發(fā)夾帶劑從塔頂加入夾帶劑較原組分更易揮發(fā)夾帶劑從進料板或進料板以下位置加入24課件對夾帶劑的要求形成的新恒沸物與另一組分間的相對揮發(fā)度足夠大，沸點差大于10新恒沸物餾出后能分層，以便于夾帶劑回收工程性能好，如熱穩(wěn)定好、不腐蝕、無毒、無嗅、不易爆炸、價廉易得等附帶條件：最好能與含量少的組分形成恒沸物在新恒沸物組成中，夾帶劑占的比例較

9、少25課件恒沸劑的用量恒沸劑S恒沸劑加入量P S/F=PF/PS塔頂餾出物D，塔釜B若加入量過少：以Q表示， 塔釜為Q若加入量過多：以R表示， 塔釜為R26課件恒沸精餾塔的理論塔板數(shù)確定嚴格的非理想體系逐板計算簡捷法將新恒沸物看作一個單一組分恒沸精餾塔的計算簡化為新恒沸物與另一組分間的二元精餾計算簡化逐板計算法忽略全塔的焓變化（恒摩爾流）考慮各板上的相對揮發(fā)度變化27課件2、萃取精餾(Extractive Distillation) 萃取精餾原理 典型流程 對溶劑的要求 萃取精餾與恒沸精餾的比較28課件萃取精餾原理(Principle of Extractive Distillation)加入

10、萃取劑，破壞原恒沸物 或增大原組分間的相對揮發(fā)度萃取劑比原各組分的揮發(fā)度低 與難揮發(fā)組分一起從塔底排出 再進入第二個塔進行分離回收29課件萃取劑作用的機理萃取劑加入改變原組分分子間的作用力分子間作用力的分類物理作用力范德華力（取向力、誘導力、色散力）體現(xiàn)分子極化程度和分子體積的影響組分受極性萃取劑分子作用產(chǎn)生的極化程度不同，如烯烴產(chǎn)生的誘導偶極矩大于烷烴分子間的物理作用力與分子體積有關(guān)，體積越小 ，作用力越大化學作用力氫鍵和絡合作用力萃取劑選擇性地與某些組分形成氫鍵，或破壞原有氫鍵由于路易斯酸與路易斯堿形成絡合物，引起活度系數(shù)變化30課件溶劑作用的機理（續(xù)）各種作用力是彼此結(jié)合、共同作用的由于

11、分子間作用力的復雜性和溶液理論的不夠 完善，還只能依賴實驗和經(jīng)驗分析和判斷不同體系，各種作用力所起的作用大小不同乙二醇加入到乙醇水體系中，氫鍵作用是主要的苯酚加入到甲基環(huán)己烷甲苯體系中，物理作用的 色散力（偶極矩變化）是主要的31課件溶劑選擇度的估算方法選擇度 Sij=ij有溶劑/ij無溶劑 =(iPio/jPjo)有溶劑/(iPio/jPjo)無溶劑由于無溶劑時， i j1 則 Sij = (i/j)有溶劑選擇度的估算方法定性判斷定量估算實驗測定32課件溶劑選擇度的定性判斷非烴類混合物由兩組分的同系物中選擇分離組分丙酮溶劑甲基乙基酮甲基丙基酮甲基異丁基酮甲基戊基酮分離組分甲醇溶劑乙醇丙醇水丁

12、醇33課件溶劑選擇度的定性判斷非烴類混合物根據(jù)組分的極性不同來選擇按極性大小排列（由弱到強）： 碳氫化合物醚醛酮酯醇乙二醇水根據(jù)相似物質(zhì)溶于相似物質(zhì)的規(guī)律選擇實例之一：對丙酮甲醇體系，若要提高極性較低的丙酮的揮發(fā)度，應加入極性強的水，若要提高極性較高的甲醇揮發(fā)度，應加入極性小的碳氫化合物實例之二：要除去有機溶液中微量的水，可加入碳氫化合物，提高水的揮發(fā)度實例之三：要分離有機溶液中的少量碳氫化合物，可加入水，提高碳氫化合物的揮發(fā)度34課件溶劑選擇度的定性判斷 烴類混合物按溶劑極性和被分離組分的分子體積差判別分子體積差5 優(yōu)先考慮物理作用力，選極性大的溶劑分子體積差5 應考慮溶劑的絡合作用，考慮絡

13、合物的穩(wěn)定性，選擇電子親和能大的溶劑35課件對溶劑的總要求選擇性好拉開相對揮發(fā)度的能力大能與被分離物系互溶不分層沸點高易于與原難揮發(fā)組分分離工程性能好熱穩(wěn)定好、不腐蝕、無毒、無嗅、不易爆炸、價廉易得等36課件萃取精餾的典型流程（制取無水酒精）（乙二醇為溶劑）37課件萃取精餾與恒沸精餾的比較能量消耗 萃取精餾 恒沸精餾 溶劑選擇難易 萃取精餾 易于 恒沸精餾操作條件范圍 萃取精餾 寬于 恒沸精餾操作溫度 萃取精餾 高于 恒沸精餾38課件3、加鹽精餾(Salted Distillation) 鹽對汽液平衡的影響 溶鹽精餾 加鹽萃取精餾39課件鹽對汽液平衡的影響40課件溶鹽精餾采用溶鹽為萃取劑溶鹽無

14、揮發(fā)性 從塔頂加入 從塔底排出應用實例：圖127 加入CaCl2 制取無水酒精41課件溶鹽精餾的優(yōu)缺點溶鹽不揮發(fā)，不消耗熱能溶鹽能大幅度提高相對揮發(fā)度，降低塔高溶鹽加入量少，可減小塔徑，節(jié)約回收能耗鹽的回收困難，一般采用蒸發(fā)和結(jié)晶的方法鹽的輸送困難，管道易堵42課件加鹽萃取精餾針對溶鹽精餾的缺點提出鹽和萃取劑同時加入優(yōu)缺點：鹽提高了萃取劑的效能，減少了萃取劑用量萃取劑改善了液態(tài)鹽的回收和輸送，減輕了腐蝕體系復雜，最少也是四元體系，對實驗依賴性大43課件叔丁醇水乙二醇醋酸鉀體系44課件流程圖流程與萃取精餾完全相同含鹽萃取劑在進入系統(tǒng)前預先制備好45課件4、耦 合 精 餾 耦合精餾技術(shù) 反應精餾

15、催化精餾46課件耦合精餾技術(shù) (Coupling Distillation)耦合精餾：以精餾為主體，結(jié)合其它過程同時進行耦合精餾可以實現(xiàn)過程強化和節(jié)能已開發(fā)的耦合精餾反應精餾和催化精餾吸附精餾膜蒸餾47課件反應精餾(Reaction Distillation)原理將化學反應過程與精餾分離過程放在同一設備中進行通過精餾，不斷移走反應產(chǎn)物，改善反應收率和產(chǎn)率通過反應，改善難分離物系的分離操作裝置反應精餾塔分為三段：精餾段、反應段、提餾段反應段可為催化劑構(gòu)成的填充床 也可為塔板或流化床48課件反應精餾裝置示意圖49課件 催化精餾流程(a)異戊烯醚脫醚異戊烯難分離，醇易分離(b)苯烷基化制異丙苯與(a

16、)正好相反(c)甲基叔丁基醚（MTBE)的合成防止副反應生成二甲醚50課件最早工業(yè)化的催化精餾工藝流程（甲基叔丁基醚）51課件兩類反應精餾利用精餾促進反應例：酯化反應中利用精餾不斷移走產(chǎn)物提高收率通過化學反應促進精餾分離例：利用活性金屬與芳香烴異構(gòu)體的選擇性反應來分離間、對位二甲苯52課件反應精餾的應用反應精餾適用的反應類型酯化、胺化、酯交換皂化、水解、異構(gòu)化、鹵化、脫水、硝化等應用實例之一酯化反應與精餾的耦合：乙酸與乙醇在濃硫酸催化下生成乙酸乙酯和水應用實例之二利用異丙苯鈉，從間二甲苯中分離對二甲苯53課件應用實例一 :酯化與精餾的耦合全塔20層理論板加料位置：醋酸和硫酸加在第5層乙醇加在第

17、13層加料濃度：醋酸23.59%（摩爾）乙醇88.19%（摩爾）回流比為3出料：塔頂為酯、醇、水塔底為水54課件反應精餾塔內(nèi)的濃度和溫度分布55課件應用實例二金屬反應精餾異丙苯鈉的加入， 發(fā)生選擇性金屬化作用 加大C8芳烴異構(gòu)物的相對揮發(fā)度 以促進C8芳烴異構(gòu)物的分離正常沸點：對二甲苯138.35間二甲苯139.10鄰二甲苯144.42傳統(tǒng)分離方法：深冷結(jié)晶分離模擬移動床吸附分離56課件反應精餾的特點反應生成物不斷蒸出對于可逆反應，加快了正向反應速率，提高了轉(zhuǎn)化率，減少了過剩的反應物對于串聯(lián)反應，抑制了副反應，提高了收率反應熱直接用于精餾過程的液相汽化，減少了供熱量反應在物系的泡點和露點下進行

18、，溫度易于控制反應器與精餾塔合一簡化了流程節(jié)省了投資57課件反應精餾的優(yōu)缺點優(yōu)點：選擇性高收率高能耗低投資省缺點：系統(tǒng)復雜，相互影響因素多，不易穩(wěn)定對進料位置、物流比、停留時間等工藝因素很敏感58課件反應精餾的發(fā)展方向反應精餾有廣闊的前景反應精餾主要研究方向反應種類和反應物、產(chǎn)物性質(zhì)對反應精餾過程的影響反應熱效應對精餾的影響非均相催化反應精餾過程的傳熱、傳質(zhì)規(guī)律及其設計方法用于精細化工的間歇式反應精餾的非穩(wěn)態(tài)特性59課件5、分子蒸餾 (Molecular Distillation) 分子蒸餾原理 分子蒸餾特點 分子蒸餾裝置 分子蒸餾裝置的設計原則60課件分子蒸餾原理在高真空條件下(P 0.10.01Pa） 進行蒸餾操作蒸發(fā)面與冷凝面的間距 大于蒸發(fā)分子的平均自由