第七章分離方法選擇

第七章分離方法的選擇7.1主要分離方法分類機(jī)械分離過程傳質(zhì)分離過程平衡分離過程速率分離過程能量分離劑的平衡過程：冷凝、蒸發(fā)、蒸餾、節(jié)流質(zhì)量分離劑的平衡過程：吸收、汽提、吸附、離交、萃取一個(gè)以上分離劑的平衡過程：萃取精餾、恒沸精餾速率控制分離過程：電滲析、膜分離、分子蒸餾場(chǎng)分離過程：重力場(chǎng)、離心力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、電磁場(chǎng)相平衡分離過程：氣液、氣固、液固、液液平衡反應(yīng)分離過程：反應(yīng)吸收、化學(xué)萃取、離子交換、反應(yīng)精餾機(jī)械分離法過濾沉降離心分離（液固）旋風(fēng)分離（氣固）靜電沉降網(wǎng)眼除沫磁法分離平衡分離法吸收氣提蒸發(fā)蒸餾泡沫分離干燥吸附<升華凝聚結(jié)晶固體浸出離子交換液液萃取超臨界萃取<反膠束萃取液膜分離層析分離（分配）雙水相萃取速率分離法氣體擴(kuò)散滲透汽化電滲析反滲透超濾微濾熱擴(kuò)散電泳分子蒸餾分子蒸餾應(yīng)用：用于對(duì)高沸點(diǎn)及熱敏性物質(zhì)進(jìn)行提純和濃縮。原理：依靠不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。特點(diǎn)：操作溫度低、蒸餾壓強(qiáng)低、受熱時(shí)間短、分離程度及產(chǎn)品收率高。（MolecularDistillation）蒸發(fā)面和冷凝面的間距小于或等于被分離物料的蒸汽分子的平均自由程。刮膜式分子蒸餾裝置簡(jiǎn)圖

7.2

分離方法的選擇程序確定分離目的待分離混合物中各組分的物理、化學(xué)、生物學(xué)方面的性質(zhì)參數(shù)列表是否可利用自然的能量是否為超高純度的分離是否可利用熱能除去量規(guī)模反應(yīng)分離多級(jí)分離操作簡(jiǎn)單的分離法蒸餾法其他分離方法重力、太陽能、微生物等進(jìn)行分離分離各種方式的預(yù)處理7.3

分離方法選擇的一般原則1、應(yīng)先試選簡(jiǎn)單的或比較簡(jiǎn)單的分離方法；2、如果組分間的選擇性在分離過程中基本不變則應(yīng)首先分離濃度高的那個(gè)組分；3、若可以使用蒸餾法，就應(yīng)先行分離揮發(fā)度最大的組分；4、在進(jìn)行萃取或萃取蒸餾（或共沸精餾）操作時(shí)，緊接著就應(yīng)在下一步工序使萃取劑和溶質(zhì)分開；7.4

分離方法選擇的一般原則5、應(yīng)避免使用第二分離劑來除去或回收分離媒介；6、過程的經(jīng)濟(jì)性；（1）單位產(chǎn)品價(jià)值高，市場(chǎng)壽命短的產(chǎn)品（2）大噸位產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)7、分離過程類型；8、分離生產(chǎn)規(guī)模。1、可行性2、分離過程類別的選擇3、產(chǎn)品價(jià)格4、產(chǎn)品熱敏性5、物性與分子性質(zhì)6、經(jīng)濟(jì)因素7、安全和環(huán)保8、經(jīng)驗(yàn)分離方法最大生產(chǎn)能力

精餾

萃取結(jié)晶

吸附反滲透氣體滲透超濾離子交換電滲析電泳色層分離凝膠過濾近于無限制近于無限制（某些類型的塔，最大塔徑為1.83m）

10~70×106kg/a

近于無限制

每一膜組件產(chǎn)水量0.45×106kg/a

每一膜組件滲透氣體量0.9×106kg/a

每一膜組件0.45×106kg/a450×106kgH2O/a0.45×106kgH2O/a1000kg/a（以脫載體為基準(zhǔn)）

0.24×106kg氣/a，0.09×106kg液/a100kg/a（以脫載體為基準(zhǔn)）主要分離過程在單生產(chǎn)線操作時(shí)的最大生產(chǎn)能力7.5設(shè)計(jì)的可靠性精餾萃取結(jié)晶吸附反滲透、氣體膜分離、滲析和電滲析超濾離子交換電泳色層分離7.6分離過程的獨(dú)立操作性能精餾萃取結(jié)晶吸附反滲透氣體膜分離超濾離子交換滲析和反滲析電泳、色層分離和凝膠過濾1、論述平衡分離過程的含義，平衡分離過程包括哪些單元操作過程？平衡分離過程借助于熱能、溶劑和吸附劑等媒介，使均相混合物變成兩相，再將兩相分離的過程。平衡分離過程包括氣液傳質(zhì)過程（蒸餾、吸收等）、液液傳質(zhì)過程（萃取等）、氣固傳質(zhì)過程（吸附等）、液固傳質(zhì)過程（離子交換、浸取等）。2、論述速率分離過程的含義，速率分離過程包括哪些單元操作過程？速率分離過程在濃度差、壓力差、電位差等的推動(dòng)力作用下，利用各組分的擴(kuò)散速率差異進(jìn)行分離的過程。速率分離過程包括膜分離（超濾、反滲透等）、場(chǎng)分離（電泳、熱擴(kuò)散等）。3、多組分分離計(jì)算中氣液平衡基本關(guān)系包括哪些，列出各自的方程。氣液平衡基本關(guān)系包括相平衡關(guān)系、汽相濃度歸一化方程和液相濃度歸一化方程。關(guān)系分別如下：相平衡關(guān)系：汽相濃度歸一化方程：

液相濃度歸一化方程：4、論述多組分分離過程的特點(diǎn)（1）混合物的熱物性數(shù)據(jù)：為了進(jìn)行相關(guān)單元及整個(gè)裝置的物料衡算及熱量衡算，必須要有被分離混合物及各個(gè)組分的熱物性數(shù)據(jù)。在多數(shù)情況下，純物質(zhì)的熱物性數(shù)據(jù)可以查到，但混合物無現(xiàn)成數(shù)據(jù)，需要通過純組分物性數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。（2）實(shí)際體系的相平衡常數(shù)：對(duì)于理想氣體、理想溶液體系的相平衡常數(shù)很容易計(jì)算，而實(shí)際體系相平衡常數(shù)的計(jì)算需要用活度系數(shù)、逸度系數(shù)對(duì)理想體系進(jìn)行修正。（3）集態(tài)的變化：多組分混合物分離時(shí)往往伴隨著集態(tài)的變化，及出現(xiàn)新的相，需要確定新相的參數(shù)包括溫度、壓力、氣體或液體的流量及組成等。（4）計(jì)算機(jī)作為運(yùn)算工具：由于多組分混合物分離過程的計(jì)算往往需要反復(fù)試差、迭代，或需要聯(lián)立求解非線性方程組，計(jì)算工作量大，需借助計(jì)算機(jī)程序輔助進(jìn)行。5、論述化工分離方法選擇的一般性原則答：（1）應(yīng)先試選簡(jiǎn)單的或比較簡(jiǎn)單的分離方法；（2）如果組分間的選擇性在分離過程中基本不變則應(yīng)首先分離濃度高的那個(gè)組分；（3）若可以使用蒸餾法，就應(yīng)先行分離揮發(fā)度最大的組分；（4）在進(jìn)行萃取或萃取蒸餾（或共沸精餾）操作時(shí)，緊接著就應(yīng)在下一步工序使萃取劑和溶質(zhì)分開；（5）應(yīng)避免使用第二分離劑來除去或回收分離媒介；（6）應(yīng)考慮過程的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于單位產(chǎn)品價(jià)值高、市場(chǎng)壽命短的產(chǎn)品，應(yīng)選擇成熟的分離方法；對(duì)于大噸位、生產(chǎn)廠家多、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)的產(chǎn)品，應(yīng)通過對(duì)多種方案的開發(fā)和評(píng)價(jià)，選擇經(jīng)濟(jì)上接近最優(yōu)的方法。6、簡(jiǎn)述多組分精餾中清晰分割的含義清晰分割是指輕組分全部從塔頂排出，重組分全部從塔底排出，關(guān)鍵組分為相鄰組分。7、闡述多組分吸收逐板法計(jì)算基本步驟1）確定初值；2）計(jì)算vn；3）按ln=Anvn求出ln；4）用熱量衡算確定新的溫度分布；5）以新的溫度分布重復(fù)計(jì)算，直到氣液流率分布和溫度分布都穩(wěn)定為止。8、論述多組分精餾流程方案選擇原則及組分分離順序。選擇原則：節(jié)省能量消耗，節(jié)省設(shè)備投資，滿足工藝要求。多組分精餾分離順序：1）易揮發(fā)組分先分；2）難分離組分后分，易分離組分先分；3）塔頂、釜兩產(chǎn)品量盡可能相近；4）分離要求高的組分最后分；5）量大的組分應(yīng)先分；6）有害組分應(yīng)先分。應(yīng)用：用于對(duì)高沸點(diǎn)及熱敏性物質(zhì)進(jìn)行提純和濃縮?！恚阂揽坎煌镔|(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。特點(diǎn)：操作溫度低、蒸餾壓強(qiáng)低、受熱時(shí)間短、分離程度及產(chǎn)品收率高。9、論述分子蒸餾單元操作的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用10、論述超臨界萃取分離單元的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用原理：超臨界流體萃取分離是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對(duì)超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行的。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選