化工分離工程2

分離工程

教師：吳剛強(qiáng)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(diǎn)：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(qiáng)化、改進(jìn)操作途徑

◆對新分離技術(shù)有一定了解教材：面向21世紀(jì)課程教材：劉家祺.分離過程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002主要參考書:陳洪鈁,劉家祺.化工分離過程.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995返回第一章緒論1.1分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用1.2

傳質(zhì)分離過程的分類和特征1.3.分離過程的集成化

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%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(jī)；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(jìn)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●加氫氫重重整整后后得得到到：：輕油油非非芳芳烴烴苯甲甲苯苯二二甲甲苯苯高級級芳芳烴烴目的的產(chǎn)產(chǎn)物物目的的產(chǎn)產(chǎn)物物為為對對二二甲甲苯苯鄰二甲苯間二甲苯對二甲苯沸點(diǎn)℃144.411139.104138.351熔點(diǎn)℃﹣25.173﹣47.87213.263●原料料：：石腦腦油油沸沸程程120～～230K●特點(diǎn)點(diǎn)：●涉及及到到分分離離過過程程：：精餾餾：：4、、7、、8萃取?。海?、、6結(jié)晶晶：：10總結(jié)結(jié)：：●原原料料的的凈凈化化與與粗粗分分●反反應(yīng)應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)物物的的提提純純●藥藥物物的的精精制制和和提提純純●精精選選金金屬屬的的提提取取●食食品品除除水水、、除除毒毒、、病病毒毒分分離離、、同同位位數(shù)數(shù)分分離離●三三廢廢處處理理返回回1.1.2分分離離過過程程在在清清潔潔工工藝藝中中的的地地位位與與作作用用清潔潔工工藝藝：：生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝和和防防治治污污染染有有機(jī)機(jī)的的結(jié)結(jié)合合，，將將污污染染物物減減少少或或消消滅滅在在工工藝藝過過程程中中。?！婷嫦蛳?1世世紀(jì)紀(jì)社社會會和和經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)可可持持續(xù)續(xù)發(fā)發(fā)展展的的重重大大課課題題。?；瘜W(xué)學(xué)工工業(yè)業(yè)污污染染來來源源：：未回回收收的的原原料料未回回收收的的產(chǎn)產(chǎn)品品有用和無無用的副副產(chǎn)原料中的的雜質(zhì)工藝的物物料省耗耗

廢物最小化？清潔工藝藝終合考考慮：●合合理的原原料選擇擇；●反反應(yīng)路徑徑的清潔潔化；●物物料分離離技術(shù)的的選擇；；●確確定合理理的流程程和工藝藝參數(shù)。核心：化學(xué)反應(yīng)應(yīng)——廢物物最小化化首先考考慮催化化劑、反反應(yīng)工藝藝和設(shè)備備。與化工分分離過程程密切相相關(guān)的有有：●降低原原材料和和能源的的消耗，，提高有有效利用用率、回回收利用用率、循循環(huán)利用用率；●開發(fā)和和采用新新技術(shù)、、新工藝藝、改善善生產(chǎn)操操作條件件，以控控制和消消除污染染；●采用生生產(chǎn)裝置置的閉路路循環(huán)技技術(shù)；●處理生生產(chǎn)中的的副產(chǎn)物物和廢物物，使之之減少和和消除對對環(huán)境的的危害；；●研究、、開發(fā)和和采用低低物耗、、低能耗耗、高效效率的““三廢””治理技技術(shù)。閉路循環(huán)環(huán)系統(tǒng)：：將過程所所產(chǎn)生的的廢物最最大限度度地回收收和循環(huán)環(huán)使用。。原料產(chǎn)品排除111222廢物廢物1—單元元過程；；2—處處理實(shí)現(xiàn)分離離與再循循環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)使廢物物最小化化的方法法：●廢物直直接再循循環(huán)例：廢水水●進(jìn)料提提純例：氧化化反應(yīng)采采用純氧氧●除去分分離過程程中加入入的附加加物質(zhì)例：共沸沸劑、萃萃取劑●附加分分離與再再循環(huán)系系統(tǒng)例：分離離廢物中中的有效效物，循循環(huán)使用用上述原因因促使：：傳統(tǒng)分離離過程不不斷改進(jìn)進(jìn)和發(fā)展展例：反應(yīng)應(yīng)精餾；；吸附；；…新分離方方法不斷斷出現(xiàn)和和實(shí)現(xiàn)工工業(yè)化應(yīng)應(yīng)用例：膜分分離；熱熱擴(kuò)散；；色層分分離；……返回1.2傳傳質(zhì)質(zhì)分離過過程的分分類和特特征一類：機(jī)機(jī)械分離離特點(diǎn)：被分離物物為非均均相簡單的將將混合物物分開如：過濾濾、沉降降…化工原理理內(nèi)容二類：傳傳質(zhì)分離離包含：平衡分離離過程；；速率控控制分離離特點(diǎn)：被分離物物為均相相1.2傳質(zhì)分離離過程的的分類和和特征1.2.1平衡分離離過程1.2.2速率分離離過程返回1.2.1平平衡分離離過程分離設(shè)備備混合物產(chǎn)品分離媒介介分離媒介介：能量、物物質(zhì)、壓壓力平衡分離離過程——借助助分離媒媒介，使使均相混混合物系系統(tǒng)變成兩相系系統(tǒng)，再再以混合合物中各各組分在在處于相相平衡的兩相中中不等同同的分配配為依據(jù)據(jù)而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)分配。。平衡分離離過程的的分離單單元操作作閃蒸原料相態(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(jī)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(diǎn)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速速率分離離過程膜分離熱擴(kuò)散速率分離:在某種推動力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，有時在選擇性膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實(shí)現(xiàn)組分的分離。微孔過濾濾（MF）：推動力：：壓力差（（～100kPa）傳遞機(jī)理理：篩分膜類型：：多孔膜進(jìn)料（液體和氣體）溶劑、水、氣體顆粒、纖維目的：溶溶液脫離離子，氣氣體脫離離子超濾（UF）：：推動力：：壓力差（（100～1000kPa））傳遞機(jī)理理：篩分膜類型：：非對稱性性膜進(jìn)料溶劑、水膠體大分子目的：溶溶液脫大大分子，，大分子子溶液脫脫小分子子，大分分子分級級。反滲透（（RO））：推動力：：壓力差（（1000～10000kPa）傳遞機(jī)理理：優(yōu)先吸附附毛細(xì)管管流動溶溶解、擴(kuò)擴(kuò)散模型型膜類型：：非對稱性性膜或復(fù)復(fù)合膜進(jìn)料溶劑、水溶質(zhì)、鹽目的：溶溶劑脫溶溶質(zhì)，含含小分子子溶質(zhì)溶溶液濃縮縮。滲析（D）：推動力：：濃度差傳遞機(jī)理理：篩分、微微孔膜內(nèi)內(nèi)的受阻阻擴(kuò)散透過物：：小分子溶溶質(zhì)或較較小的溶溶質(zhì)截留物：：截留﹥0.02um離離子、截截留血液液﹥0.005um離離子膜類型：：非對稱性性膜或離離子交換換膜進(jìn)料接受液凈化液擴(kuò)散液目的：大大分子溶溶質(zhì)溶液液脫小分分子，小小分子溶溶質(zhì)溶液液脫大分分子。電滲析（（ED））：推動力：：電化學(xué)勢勢傳遞機(jī)理理：反離子經(jīng)經(jīng)離子交交換膜的的遷移膜類型：：離子交換換膜濃電解質(zhì)－極＋極產(chǎn)品陰離子交換膜陽離子交換膜進(jìn)料目的：溶溶液脫小小離子，，小離子子溶質(zhì)的的濃縮、、小離子子的分級級。熱擴(kuò)散：原理：先建立穩(wěn)定定的溫度梯度，氣體中較較輕的組分分向熱線方方向飄逸，，再建立穩(wěn)穩(wěn)定的濃度梯度，，熱線附近的的氣體由于于密度較小小流向上頂頂瓶；冷管管壁附近的的氣體由于于密度較大大向下底瓶瓶流動。頂瓶底瓶溫度梯度冷壁熱線速率分離過過程特點(diǎn)：：■節(jié)能■環(huán)保優(yōu)勢勢■新的方法法返回1.3.分分離過程的的集成化目的：實(shí)現(xiàn)清潔工工藝使物料能量量消耗最小??；經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益、、社會效益益最大。1.3.1反應(yīng)過程與與分離過程程的耦合1.3.2分離過程與與分離過程程的耦合1.3.3過程的集成返回1.3.1反應(yīng)過程與與分離過程程的耦合目的：改善不利的的熱力學(xué)和和動力學(xué)因因數(shù)，減少少設(shè)備、操操作費(fèi)用、、節(jié)約資源源和能源。?；瘜W(xué)吸收——化學(xué)反反應(yīng)與吸收收相結(jié)合被溶解的組組分與吸收收劑中的活活性組分發(fā)發(fā)生反應(yīng)，，增加傳質(zhì)質(zhì)推動力。?；瘜W(xué)萃取——化學(xué)反反應(yīng)與萃取取相結(jié)合溶質(zhì)與萃取取劑反應(yīng)。。如：絡(luò)合合反應(yīng)；水水解；聚合合反應(yīng)（催化化）精餾——化學(xué)反反應(yīng)與精餾餾相結(jié)合例：酯化、、皂化、酯酯交換、胺胺化、水解解…膜反應(yīng)器——優(yōu)良分分離性能與與催化反應(yīng)應(yīng)相結(jié)合例：利用多多孔陶瓷膜膜催化反應(yīng)應(yīng)器，進(jìn)行行丁烯脫氫氫制丁二烯烯。丙烷脫脫氫制丙烯烯。控制釋放將藥物或其其他生物活活性物質(zhì)以以一定形式式與膜結(jié)構(gòu)構(gòu)相結(jié)合，，使這些活活性物質(zhì)只只能以一定定速度通過過擴(kuò)散等方方式釋放到到環(huán)境中。。膜生物傳感感器由生物催化化劑酶或微微生物與合合成膜及電電極轉(zhuǎn)換裝裝置組成，，模仿生物物膜對化學(xué)學(xué)物質(zhì)的識識別能力制制成，為酶酶膜傳感器器和微生物物傳感器。。返回1.3.2分離過程程與分離過過程的耦合合復(fù)合分離過過程優(yōu)點(diǎn)：集原分離過過程之所長長，避其所所短。適用于:特殊物系的的分離?！糨腿〗Y(jié)晶晶（加和結(jié)晶晶）分離：①揮發(fā)度相相近的組分分。②無機(jī)鹽生生產(chǎn)（優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：節(jié)能））溶劑可萃取取出部分水水。◆吸附蒸餾餾氣一液一固固三相分離離過程吸附分離優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：分離因子高高，產(chǎn)品濃濃度高，能能耗低。缺點(diǎn)：吸附劑用量量大，收收率低?！纬苫セパa(bǔ)◆電泳分離離不同蛋白質(zhì)質(zhì)在一定pH值的緩緩沖溶液中中，其溶解