化工分離工程分離過程的分類和特征

化工分離工程_分離過程的分類和特征2023/5/26化工分離工程分離過程的分類和特征本課程的任務和內(nèi)容■地位：專業(yè)基礎(chǔ)課■前期課程：物理化學、化工原理、化工熱力學■重點：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、分析能力的訓練4.提高解決問題能力化工分離工程分離過程的分類和特征學生應掌握：◆分離過程的基本理論

◆簡捷和嚴格計算方法

◆強化、改進操作途徑

◆對新分離技術(shù)有一定了解化工分離工程分離過程的分類和特征教材：面向21世紀課程教材：劉家祺.分離過程.北京:化學工業(yè)出版社,2002主要參考書:陳洪鈁,劉家祺.化工分離過程.北京:化學工業(yè)出版社,1995化工分離工程分離過程的分類和特征第一章緒論1.1分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用1.2

分離過程的分類和特征1.3.分離過程的集成化

學習方法與要求化工分離工程分離過程的分類和特征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返回化工分離工程分離過程的分類和特征煤石油天然氣生物質(zhì)反應化工原料分離產(chǎn)品一般化工生產(chǎn)過程：化工分離工程分離過程的分類和特征例1：乙烯水合生產(chǎn)乙醇1-固定床催化反應器；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化工分離工程分離過程的分類和特征例2：二甲苯生產(chǎn)1-重整反應器；2、13-汽液分離器；3-壓縮機；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)化反應器；12-熔融塔放空間二甲苯和鄰二甲苯石腦油進料混合二甲苯循環(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化工分離工程分離過程的分類和特征●加氫重整后得到：輕油非芳烴苯甲苯二甲苯高級芳烴目的產(chǎn)物目的產(chǎn)物為對二甲苯鄰二甲苯間二甲苯對二甲苯沸點℃144.411139.104138.351熔點℃﹣25.173﹣47.87213.263●原料：石腦油沸程120～230K●特點：●涉及到分離過程：精餾：4、7、8萃?。?、6

結(jié)晶：10化工分離工程分離過程的分類和特征總結(jié)：

●原料的凈化與粗分

●反應產(chǎn)物的提純

●藥物的精制和提純

●精選金屬的提取

●食品除水、除毒、病毒分離、同位數(shù)分離

●三廢處理返回化工分離工程分離過程的分類和特征1.1.2分離過程在清潔工藝中的地位與作用清潔工藝：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世紀社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大課題?；し蛛x工程分離過程的分類和特征化學工業(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)工藝的物料省耗化工分離工程分離過程的分類和特征

廢物最小化？化工分離工程分離過程的分類和特征清潔工藝終合考慮：

●合理的原料選擇；

●反應路徑的清潔化；

●物料分離技術(shù)的選擇；

●確定合理的流程和工藝參數(shù)。

核心：

化學反應

——廢物最小化首先考慮催化劑、反應工藝和設(shè)備?；し蛛x工程分離過程的分類和特征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、回收利用率、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；

●采用生產(chǎn)裝置的閉路循環(huán)技術(shù)；

●處理生產(chǎn)中的副產(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)。化工分離工程分離過程的分類和特征閉路循環(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—處理化工分離工程分離過程的分類和特征實現(xiàn)分離與再循環(huán)系統(tǒng)使廢物最小化的方法：●廢物直接再循環(huán)

例：廢水●進料提純

例：氧化反應采用純氧●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)使用化工分離工程分離過程的分類和特征上述原因促使：傳統(tǒng)分離過程不斷改進和發(fā)展

例：反應精餾；吸附；…新分離方法不斷出現(xiàn)和實現(xiàn)工業(yè)化應用

例：膜分離；熱擴散；色層分離；…返回化工分離工程分離過程的分類和特征

1.2傳質(zhì)分離過程的分類和特征一類：機械分離特點：被分離物為非均相簡單的將混合物分開

如：過濾、沉降…化工原理內(nèi)容二類：傳質(zhì)分離

包含：

平衡分離過程；速率控制分離

特點：被分離物為均相

化工分離工程分離過程的分類和特征1.2傳質(zhì)分離過程的分類和特征1.2.1平衡分離過程1.2.2

速率分離過程返回化工分離工程分離過程的分類和特征1.2.1平衡分離過程分離設(shè)備混合物產(chǎn)品分離媒介分離媒介：能量、物質(zhì)、壓力平衡分離過程——借助分離媒介，使均相混合物系統(tǒng)變成兩相系統(tǒng)，再以混合物中各組分在處于相平衡的兩相中不等同的分配為依據(jù)而實現(xiàn)分配。化工分離工程分離過程的分類和特征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）有較大差別工業(yè)應用：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?；し蛛x工程分離過程的分類和特征吸收蒸出原料相態(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返回化工分離工程分離過程的分類和特征1.2.2速率分離過程膜分離熱擴散化工分離工程分離過程的分類和特征速率分離: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，利用各組分擴散速率的差異實現(xiàn)組分的分離。化工分離工程分離過程的分類和特征微孔過濾（MF）：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，氣體脫離子化工分離工程分離過程的分類和特征超濾（UF）：推動力：壓力差（100～1000kPa）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?；し蛛x工程分離過程的分類和特征反滲透（RO）：推動力：壓力差（1000～10000kPa）傳遞機理：優(yōu)先吸附毛細管流動溶解、擴散模型膜類型：非對稱性膜或復合膜進料溶劑、水溶質(zhì)、鹽目的：溶劑脫溶質(zhì)，含小分子溶質(zhì)溶液濃縮?；し蛛x工程分離過程的分類和特征滲析（D）：推動力：濃度差傳遞機理：篩分、微孔膜內(nèi)的受阻擴散透過物：小分子溶質(zhì)或較小的溶質(zhì)截留物：截留﹥0.02um離子、截留血液﹥0.005um離子膜類型：非對稱性膜或離子交換膜進料接受液凈化液擴散液目的：大分子溶質(zhì)溶液脫小分子，小分子溶質(zhì)溶液脫大分子?；し蛛x工程分離過程的分類和特征電滲析（ED）：推動力：電化學勢傳遞機理：反離子經(jīng)離子交換膜的遷移膜類型：離子交換膜濃電解質(zhì)－極＋極產(chǎn)品陰離子交換膜陽離子交換膜進料目的：溶液脫小離子，小離子溶質(zhì)的濃縮、小離子的分級?；し蛛x工程分離過程的分類和特征熱擴散：原理：

先建立穩(wěn)定的溫度梯度，氣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化工分離工程分離過程的分類和特征

速率分離過程特點：■節(jié)能■環(huán)保優(yōu)勢■新的方法返回化工分離工程分離過程的分類和特征1.3.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??；

經(jīng)濟效益、社會效益最大。1.3.1反應過程與分離過程的耦合1.3.2分離過程與分離過程的耦合1.3.3

過程的集成返回化工分離工程分離過程的分類和特征1.3.1反應過程與分離過程的耦合目的：

改善不利的熱力學和動力學因數(shù)，減少設(shè)備、操作費用、節(jié)約資源和能源。化工分離工程分離過程的分類和特征化學吸收——化學反應與吸收相結(jié)合

被溶解的組分與吸收劑中的活性組分發(fā)生反應，增加傳質(zhì)推動力?；瘜W萃取——化學反應與萃取相結(jié)合

溶質(zhì)與萃取劑反應。如：絡合反應；水解；聚合反應（催化）精餾——化學反應與精餾相結(jié)合

例：酯化、皂化、酯交換、胺化、水解…膜反應器——優(yōu)良分離性能與催化反應相結(jié)合

例：利用多孔陶瓷膜催化反應器，進行丁烯脫氫制丁二烯。丙烷脫氫制丙烯?；し蛛x工程分離過程的分類和特征控制釋放

將藥物或其他生物活性物質(zhì)以一定形式與膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使這些活性物質(zhì)只能以一定速度通過擴散等方式釋放到環(huán)境中。膜生物傳感器

由生物催化劑酶或微生物與合成膜及電極轉(zhuǎn)換裝置組成，模仿生物膜對化學物質(zhì)的識別能力制成，為酶膜傳感器和微生物傳感器。返回化工分離工程分離過程的分類和特征1.3.2分離過程與分離過程的耦合

復合分離過程優(yōu)點：集原分離過程之所長，避其所短。適用于:特殊物系的分離?！糨腿〗Y(jié)晶（加和結(jié)晶）分離：①揮發(fā)度相近的組分。②無機鹽生產(chǎn)（優(yōu)點：節(jié)能）

溶劑可萃取出部分水。

化工分離工程分離過程的分類和特征◆吸附蒸餾氣一液一固三相分離過程吸附分離優(yōu)點：

分離因子高，產(chǎn)品濃度高，能耗低。缺點：吸附劑用量大，收率低。——形成互補◆電泳分離不同蛋白