化工分離工程課件

1、分離工程第一章 緒 論 1.1 本課程的內(nèi)容和任務(wù) 課程內(nèi)容、性質(zhì)與特點 該課程是化學(xué)工程專業(yè)所開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課之一。分離過程是將混合物分成組成互不相同的兩種或幾種產(chǎn)品的操作，它是一門與實際生產(chǎn)聯(lián)系極其緊密的課程，是學(xué)生在具備了物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、傳遞過程原理等技術(shù)知識后的一門必修課，它利用這些課程中有關(guān)相平衡熱力學(xué)、動力學(xué)機理、傳熱、傳質(zhì)和動量傳遞理論來研究化工生產(chǎn)實際中復(fù)雜物系的分離和提純技術(shù)。 課程設(shè)置的目標(biāo)開設(shè)本課程，使學(xué)生掌握各種常用的分離過程的基本理論、操作特點、計算方法和強化改進操作的途徑。對一些新分離技術(shù)有一定的了解。1、注重基本概念的理解，為分離方法的選擇、分

2、離體系的特性分析和計算奠定基礎(chǔ)2、從分離過程的共性出發(fā)，討論各種分離過程的特征3、注意設(shè)計和分析能力的訓(xùn)練，強調(diào)理論聯(lián)系實際，提高解決問題的能力。 與其他課程的關(guān)系基礎(chǔ)課物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)等與本課程有著相當(dāng)密切的關(guān)系，是本課程的技術(shù)基礎(chǔ)課，同時本課程又是化工工藝的基礎(chǔ)，它與反應(yīng)工程緊密相連，學(xué)好這些課才能做好畢業(yè)設(shè)計。 教材和參考書 劉家祺.分離過程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2002陳洪鈁,劉家祺.化工分離過程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 19951.2 分離操作在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用 分離過程在化工生產(chǎn)中的重要性 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：1-固定床催

3、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乙烯沸點：-103.9 乙醇： 78.32 乙醛：20.2 二甲醚：-24.9 乙烯93% 產(chǎn)品廢水乙醛12345678910水循環(huán)乙烯水放空放空水氫水廢水作業(yè)總 結(jié)：化工生產(chǎn)中分離的目的主要有：1、 原料預(yù)處理；2、 產(chǎn)品的分離提純；3、環(huán)保和安全生產(chǎn)的需要；4、防止催化劑中毒。分離過程在清潔工藝中地位與作用 清潔工藝：少廢無廢技術(shù)，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)

4、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) 廢物最小化？廢物最小化的過程集成方法研究核設(shè)施運行及退役中的廢物最小化技術(shù)清潔工藝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、提高回收利用率、提高循環(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；無污染制漿技術(shù)真的無污染？新技術(shù)必須經(jīng)濟可行中國古代科學(xué)家蔡倫兩千多年前發(fā)明了造紙術(shù)，這項對世界具有重大影響的中國古代四大發(fā)明之一卻讓今天的中國人煩惱不已“一個造紙廠污染一條河”。進入21世紀(jì)，造紙工業(yè)依然是中國污染環(huán)境的主要行業(yè)之一。近幾年的無污染制漿技

5、術(shù)更是發(fā)展迅猛，超聲波制漿、生物技術(shù)制漿、自偶氧化清潔制漿、一步法清潔制漿、有機溶劑法制漿無污染制漿新技術(shù)真的無污染？表面上減少污染排放，實際是污染物轉(zhuǎn)移！清潔制漿環(huán)境友好并非零排放一些企業(yè)將制漿廢渣或污泥經(jīng)處理后作為填料回用于紙板，這樣的技術(shù)確實減少了該企業(yè)污染排放，但從全局來看，這類技術(shù)是有害無益的！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處理清潔工藝與化工分離過程密切相關(guān)的有： 采用生產(chǎn)裝置的閉路循環(huán)技術(shù)；電鍍污水綜合處理閉路循環(huán)技術(shù)與裝置石煤提釩酸性廢水閉路循環(huán)處理技術(shù)清潔工藝與化工分離過程密切相關(guān)的有： 處理生產(chǎn)中的副

6、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)。實現(xiàn)分離與再循環(huán)系統(tǒng)，使廢物最小化方法：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：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)使用一類：機械分離特點：被分離物為非均相 簡單的機械方法將各相分開 如：過濾、沉降化工原理內(nèi)容二類：傳質(zhì)分離特點：發(fā)生質(zhì)量傳遞，均相、非均相包含： 平衡分離過程；速率控制分離 1.3 傳質(zhì)分離過程的分類和特征分離過程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

7、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：溶解度有較大差別工業(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返回速率分離過程

8、膜分離熱擴散微孔過濾（微濾）：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，氣體脫離子膜分離又稱微孔過濾，它屬于精密過濾，能夠過濾微米級或納米級（nm）的微粒和細(xì)菌 超濾：推動力：壓力差（1001000kPa）傳遞機理：篩分膜類型：非對稱性膜進料溶劑、水膠體大分子目的：溶液脫大分子，大分子溶液脫小分子，大分子分級在壓力差的驅(qū)動下，用可以阻擋不同大小分子的濾板或濾膜將液體過濾的方法 反滲透：以高于滲透壓的壓力作為推動力，利用選擇性膜只能透過水而不能透過溶質(zhì)的選擇透過性，從水體中提取淡水的膜分離過程。 在壓力驅(qū)動下使溶液中的

9、溶劑(如水)以與自然滲透相反的方向通過半透膜進入膜的低壓側(cè)，從而達(dá)到有效分離的過程。 推動力：壓力差（100010000kPa）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。熱擴散：分離氣體或液體混合物的一種特別方法。 具有兩種溫度差別很大的區(qū)域（或設(shè)備）內(nèi)，含有不同分子量的氣體或液體混合物，由于熱對流的作用，不同分子量的分子有不同程度的擴散效應(yīng)，因此一類分子傾向于順著熱流動方向降集在較冷區(qū)域，另一類分子傾向于聚集在較熱區(qū)域。將富集的氣體取向，即達(dá)到部分分離的目的。 熱擴散法可用于同位素分離，如從六氟化鈾中分離的同位素。 原理： 先建立穩(wěn)定的溫度梯度，氣

10、體中較輕的組分向熱線方向飄逸，再建立穩(wěn)定的濃度梯度，熱線附近的氣體由于密度較小流向上頂瓶；冷管壁附近的氣體由于密度較大向下底瓶流動。頂瓶底瓶溫度梯度冷壁熱線速率分離過程特點： 節(jié)能 環(huán)保優(yōu)勢 新的方法1.4 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1.4.1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。1.