化工分離工程培訓(xùn)課件

化工分離工程

ChemicalSeparationEngneering課程簡介化工分離工程是化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程的任務(wù)是利用相平衡熱力學(xué)、動力學(xué)的微觀機理，傳熱、傳質(zhì)和動量傳遞理論來研究化工及其它相關(guān)過程中復(fù)雜物質(zhì)的分離和純化技術(shù)，分析和解決在化工生產(chǎn)、設(shè)計和科研中常用的分離過程的理論和實際問題。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求我們1）正確理解化工分離工程的有關(guān)基本概念和理論；2）理解各概念之間的聯(lián)系和應(yīng)用；3）掌握化工分離工程的基本計算方法；4）能夠理論聯(lián)系實際，靈活分析和解決實際化工生產(chǎn)和設(shè)計中的有關(guān)問題；先修課程：物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理同時進行的課程：化工工藝學(xué)、化工過程分析與模擬

教材：鄧修，吳俊生.化工分離工程.科學(xué)出版社，2000.參考書：劉家祺主編.分離過程.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.陳洪紡劉家祺.化工分離過程.化學(xué)工業(yè)出版社,1995.JDSeeder,EJHenley.SeparationProcessPrinciples.化學(xué)工業(yè)出版社，2002.主要內(nèi)容第1章緒論第2章精餾第3章吸收第4章液液萃取第5章分離過程的節(jié)能第6章其他分離技術(shù)和分離方法的選擇第1章緒論1.1概述1.2分離因子1.3過程開發(fā)及方法1.4分離方法的選擇第1章緒論基本要求：1)了解分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性;2)熟悉分離過程的分類;3)掌握分離因子的概念及意義;4)了解分離方法的選擇;什么是分離過程？純組分變成混合物，是熵增自發(fā)過程，反之，混合物變成純凈物則需作功。混合物（氣、液、固）分離過程產(chǎn)品1產(chǎn)品2產(chǎn)品n能量分離劑ESA物質(zhì)分離劑MSA借助一定的分離劑，實現(xiàn)混合物中的組分分級（Fractionalization）、濃縮（Concentration）、富集（Enrichment）、純化（Purification）、精制（Refining）與隔離（Isolation）等的過程稱為分離過程。1.1

概述WhySeparate?WHYWHY化工工生生產(chǎn)產(chǎn)反應(yīng)應(yīng)（Reactive））萃取取物物（ExtractiveNaturalrawmaterial））配制制（Formulation））分離離分離離分離離一、、分分離離過過程程的的地地位位煉油油、、石石油油化化工工：石油油煉煉制制工工業(yè)業(yè)通通過過煉煉油油過過程程把把原原油油加加工工為為汽汽油油、、噴噴氣氣燃燃料料、、煤煤油油、、汽汽油油、、燃燃料料油油、、潤潤滑滑油油、、石石蠟蠟油油、、石石油油瀝瀝青青、、石石焦焦油油和和各各種種石石油油化化工工原原料料等等；；石油油化化學(xué)學(xué)工工業(yè)業(yè)以以上上述述原原料料生生產(chǎn)產(chǎn)種種類類極極多多、、范范圍圍極極廣廣的的各各種種化化學(xué)學(xué)品品，，例例如如塑塑料料、、合合成成纖纖維維、、合合成成橡橡膠膠、、合合成成洗洗滌滌劑劑、、溶溶劑劑、、涂涂料料、、農(nóng)農(nóng)藥藥、、染染料料等等；；煉油油和和石石油油化化工工過過程程緊緊密密結(jié)結(jié)合合，，各各種種分分離離操操作作是是其其生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程必必不不可可少少的的組組成成部部分分。。蒸餾餾是是煉煉油油和和石石油油工工業(yè)業(yè)中中最最主主要要的的分分離離操操作作過過程程之之一一。。常常壓蒸蒸餾餾和和減減壓壓蒸蒸餾餾按按照照沸沸程程不不同同進進行行石石油油產(chǎn)產(chǎn)品品分分離離；；除此此以以外外，，萃萃取取用用于于溶溶劑劑脫脫蠟蠟，，潤潤滑滑油油精精制制，，溶溶劑劑脫脫瀝瀝青青和和芳芳烴烴抽抽提提等等；；吸吸附附用用于于分分子子篩篩脫脫蠟蠟、、C8芳芳烴烴分分離離、、烯烯烴烴和和烷烷烴烴的的分分離離等等。。醫(yī)藥藥工業(yè)業(yè)：分離離技技術(shù)術(shù)在在保保證證藥藥物物生生產(chǎn)產(chǎn)及及其其質(zhì)質(zhì)量量中中起起著著關(guān)關(guān)鍵鍵作作用用；；抗生生素素等等發(fā)發(fā)酵酵類類醫(yī)醫(yī)藥藥產(chǎn)產(chǎn)品品的的生生產(chǎn)產(chǎn)中中，，大大量量應(yīng)應(yīng)用用著著過過濾濾、、萃萃取取、、吸吸附附、、膜膜分分離離、、離離子子交交換換、、結(jié)結(jié)晶晶、、干干燥燥等等分分離離技技術(shù)術(shù)；；在天天然然藥藥物物（（如如中中藥藥等等））生生產(chǎn)產(chǎn)現(xiàn)現(xiàn)代代化化過過程程中中，，超超臨臨界界萃萃取取、、膜膜分分離離、、先先進進的的過過濾濾、、結(jié)結(jié)晶晶、、干干燥燥等等分分離離技技術(shù)術(shù)有有用用武武之之地地。。冶金金工工業(yè)業(yè)濕法法冶冶煉煉中中礦礦物物浸浸取取和和萃萃取取分分離離過過程程————溶溶劑劑萃萃取取法法：：鈾是是在在工工業(yè)業(yè)中中第第一一個個使使用用溶溶劑劑萃萃取取法法提提取取和和純純化化的的金金屬屬元元素素；；用溶溶劑劑萃萃取取法法從從銅銅礦礦浸浸取取液液中中提提取取銅銅，，是是二二十十世世紀紀七七十十年年代代，，在在濕濕法法冶冶煉煉中中取取得得的的一一項項重重要要成成就就；；濕法法提提取取過過程程也也用用于于磷磷和和硼硼等等無無機機礦礦產(chǎn)產(chǎn)的的生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程。。其他：食品、乳品品和飲料工工業(yè)材料工業(yè)生化工業(yè)環(huán)境保護分離過程的的重要性原料凈化產(chǎn)品提純有效組分回回收污染物處理理典型的化工工生產(chǎn)裝置置包括：反應(yīng)器；原原料、中間間產(chǎn)物和產(chǎn)產(chǎn)品的分離離設(shè)備；泵、換熱器器；分離貫穿化化工過程，，占有十分分重要的地地位。分離過程的的費用占總總投資的50～90％。原料預(yù)處理反反應(yīng)分分離粗產(chǎn)品精制產(chǎn)品分離工程三三廢廢處理二、分離過程的的分類（一）分離離過程的分分類級數(shù)：相態(tài)：有無傳質(zhì)發(fā)發(fā)生：單級、多級級固—固、固固—液、固固—氣、氣氣—液、液液—液、氣氣—氣機械分離、、傳質(zhì)分離離處理兩相以以上的混合合物如過濾、沉沉降、離心心分離等。。處理均相混混合物按物理化學(xué)學(xué)原理的不不同，傳質(zhì)質(zhì)分離可分分為：（二）傳質(zhì)分離過過程的分類類平衡分離過過程：速率分離過過程：借助分離劑劑使均相混混合物變成成兩相系統(tǒng)統(tǒng)，再利用用混合物中中各組分在在處于相平平衡的兩相相中的不等等同分配而而實現(xiàn)分離離。在某種推動動力（濃度度差、壓力力差、溫度度差、電位位差等）的的作用下，，利用各組組分擴散速速率的差異異實現(xiàn)分離離。如精餾、吸吸收、萃取取、結(jié)晶、、吸附等。。如微濾、超超濾、反滲滲透、電滲滲析等。1）平衡分分離過程過程名稱原料分離劑產(chǎn)品分離原理蒸發(fā)蒸餾吸收萃取結(jié)晶吸附干燥浸取離子交換液體液體氣體液體液體氣體或液體濕物料固體液體熱熱不揮發(fā)性液體不互溶液體冷或熱固體吸附劑熱溶劑固體樹脂液體+蒸汽液體+蒸汽液體+氣體液體+液體液體+固體固體+液體或氣體固體+蒸汽固體+液體液體+固體蒸汽壓不同蒸汽壓不同溶解度不同溶解度不同過飽和吸附力不同濕組分蒸發(fā)溶解度不同離子的可交換性2）速率控控制分離過過程過程名稱原料分離劑產(chǎn)品分離原理氣體擴散熱擴散電滲析電泳反滲透超過濾氣體氣體或液體液體液體液體液體壓力梯度和膜濕度梯度電場和膜電場壓力梯度和膜壓力梯度和膜氣體氣體或液體液體液體液體+液體液體+液體多孔膜中擴散的速率差異熱擴散速率差異

膜對不同離子的選擇性滲透膠質(zhì)在電場下的遷移速率差異溶質(zhì)溶解度與溶劑在膜中的擴散速率分子大小差異1.2分分離因子子（1）分離離因子的定定義假設(shè)要將i、j兩組組分構(gòu)成的的混合物分分離成1、、2兩種產(chǎn)產(chǎn)品，兩種種產(chǎn)品中兩兩組分的含含量分別用用xi1、xj1、xi2、xj2表示示。。比比較較這這兩兩個個組組分分在在兩兩種種產(chǎn)產(chǎn)品品中中的的含含量量關(guān)關(guān)系系，，就就可可以以判判定定這這兩兩個個組組分分在在兩兩種種產(chǎn)產(chǎn)品品中中的的分分離離程程度度：：分離因因子與與1的偏離離程度度表示示組分分之間間分離離的難難易程程度。。當(dāng)αij＝1時時，兩兩組分分在兩兩產(chǎn)品品中的的含量量相同同，無無法實實現(xiàn)分分離；；當(dāng)αij接近1時，，兩組組分在在兩產(chǎn)產(chǎn)品中中的含含量相相近，，難以以實現(xiàn)現(xiàn)分離離；當(dāng)αij遠離1時，，兩組組分在在兩產(chǎn)產(chǎn)品中中的含含量差差別大大，容容易實實現(xiàn)分分離。。精餾中中，分分離因因子又又稱為為相對揮揮發(fā)度度，它相相對于于汽液液平衡衡常數(shù)數(shù)而言言，對對溫度度和壓壓力的的變化化不敏敏感，，可近近似看看作常常數(shù)，，使計計算簡簡化。。（2））分離離因子子的意意義1）雙雙組分分中的的相對對揮發(fā)發(fā)度已知A、B兩組組分揮揮發(fā)度度為：：由Dalton分壓壓定律律可知知：pA+pB=p，，而pA=yAp，pB=yBp，所所以：：2）液液液萃萃取的的選擇擇性系系數(shù)已知A、B兩組組分在在兩相相中的的分配配系數(shù)數(shù)為：：則其選選擇性性系數(shù)數(shù)為：：1.3過過程程開發(fā)發(fā)及方方法（1）化化工技技術(shù)開開發(fā)1）開開發(fā)基基礎(chǔ)研研究針對項項目的的應(yīng)用用性基基礎(chǔ)研研究和和工藝藝特征征研究究，以以實驗驗室研研究為主主。2）過過程研研究進行工工藝、、產(chǎn)品品、設(shè)設(shè)備等等的工工程放放大試試驗，，包括括模型型試驗、微微型中中試、、中試試及工工業(yè)試試驗等等的全全部或或部分分過程程。3）工工程研研究包括技技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟評評價、、概念念設(shè)計計、數(shù)數(shù)學(xué)模模型、、放大大技術(shù)術(shù)及基基礎(chǔ)設(shè)計計等。。（2））放大大技術(shù)術(shù)的常常用方方法過程放放大的的方法法有逐逐級經(jīng)經(jīng)驗放放大法法、數(shù)數(shù)學(xué)模模型法法、工工程理理論法法和參參照法法四種種，常常用的的是前前兩種種。1）逐逐級經(jīng)經(jīng)驗放放大法法以小試試→擴擴大試試驗→→中試試→工工業(yè)化化試驗驗的程程序，，通過過逐級級試驗驗獲取取參數(shù)數(shù)來達達到目目的。。穩(wěn)妥妥，但但耗費費大。。2）數(shù)數(shù)學(xué)模模型法法根據(jù)過過程的的內(nèi)在在規(guī)律律，建建立準準確描描述過過程的的數(shù)學(xué)學(xué)模型型，通通過合合理的的簡化化后，，利用用計算算機求求解得得到相相關(guān)的的參數(shù)數(shù)。（3））分離離過程程開發(fā)發(fā)應(yīng)達達到的的目的的1）合合適的的分離離方法法和流流程通常通通過小小試研研究來來實現(xiàn)現(xiàn)分離離方法法的選選擇和和分離離流程程的確定。。