新型分離技術(shù)課件

新型分離技術(shù)主講林曉艷E_mail:xylin-2004@163.com西南科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育系列課程課程內(nèi)容緒論吸附分離技術(shù)離子交換分離分子蒸餾技術(shù)新型分離技術(shù)泡沫吸附分離其他分離技術(shù)色譜分離技術(shù)薄層色譜色譜分離原理液相色譜超臨界流體色譜膜分離技術(shù)微濾超濾納濾反滲透液膜分離膜分離概述親和膜分離萃取分離技術(shù)超臨界萃取膠團(tuán)萃取萃取分離原理雙水相萃取前言:為什么學(xué)習(xí)新型分離技術(shù)？分離技術(shù)是指利用混合物中各組分在物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上的差異,通過適當(dāng)?shù)姆椒ê脱b置,將混合物分成彼此不同的兩種或多種產(chǎn)物的手段。

分離技術(shù)是人們認(rèn)識物質(zhì)世界的必經(jīng)之路。分離技術(shù)是各種分析技術(shù)的前提。新型分離技術(shù)大大提高了人類生活的品質(zhì)。分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于化工、材料、生物、環(huán)境、能源等領(lǐng)域，貫穿整個生產(chǎn)過程，是獲得最終產(chǎn)品必不可少的重要環(huán)節(jié)。

新型分離技術(shù)提高了分離效率、降低能耗、降低成本、提高質(zhì)量，是勞動力密集型企業(yè)轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型，形成新興的高利潤、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要手段。前言:為什么學(xué)習(xí)新型分離技術(shù)？分離反應(yīng)原料雜質(zhì)空氣廢氣廢水回收物副產(chǎn)物循環(huán)產(chǎn)品水分離分離回收物分離１、分離技術(shù)是人們認(rèn)識物質(zhì)世界的必經(jīng)之路人們發(fā)現(xiàn)或合成一種新物質(zhì)，必須通過分離技術(shù)得到它純品，才能進(jìn)一步研究其物理化學(xué)性質(zhì)。２、分離技術(shù)是各種分析技術(shù)的前提分析對象往往處于一個復(fù)雜的樣品基體中，共存物干擾目標(biāo)物質(zhì)的測定。樣品的物理、化學(xué)狀態(tài)不適合于直接測定，樣品有劇毒或危險。必須在分析前應(yīng)用分離技術(shù)對樣品進(jìn)行適當(dāng)分離。

３、分離技術(shù)在化工工業(yè)中具有重要作用分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油、化工、醫(yī)藥、食品、冶金、原子能等領(lǐng)域。分離裝備和能量消耗在整個生產(chǎn)成本中占絕大部分分額。４、分離技術(shù)在日常生活中具有重要作用人們?nèi)粘Ｉ钏盟?、食物、飲料、燃料油等都是分離技術(shù)的產(chǎn)品。現(xiàn)代分離技術(shù)大大提高了人類生活的品質(zhì)，如純潔水、色拉油、各種方便食品和藥物等。５、分離技術(shù)在人類健康和保健中具有重要作用人工腎、人工肝、人工肺等是膜分離技術(shù)在醫(yī)藥工業(yè)應(yīng)用的結(jié)果。６、分離技術(shù)在能源再生和利用方面具有重要作用化石能源日趨枯竭，迫使人們不斷開發(fā)新能源和提高利用率。如貧礦鈾的富集、氫能源開發(fā)、風(fēng)能水能的利用等均需要高效分離技術(shù)。７、發(fā)展新型分離技術(shù)是以高效、節(jié)能為核心的對傳統(tǒng)分離操作進(jìn)行技術(shù)改造的需要。能源開發(fā)、石油產(chǎn)品的深度加工、煤化工的更新振興、精細(xì)化工的持續(xù)發(fā)展都帶來了多樣化產(chǎn)品分離和高純物質(zhì)的再提純?nèi)蝿?wù)。蒸餾、吸收、萃取、吸附等傳統(tǒng)的分離單元操作必不可少，且占據(jù)重要的地位。因此，采用新型分離技術(shù)、提高分離效率、降低能耗、降低成本、提高質(zhì)量，是促使傳統(tǒng)分離技術(shù)不斷進(jìn)步的重要任務(wù)。８、現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展促進(jìn)新型分離技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對產(chǎn)品分離純度的要求更高，難度也在不斷加大。如蛋白質(zhì)和基因工程產(chǎn)品的分離和純化，產(chǎn)品往往是很昂貴的，因此，發(fā)展新型分離技術(shù)是形成新興的高利潤、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的需要。當(dāng)前，某些重要的生物制品，如某些標(biāo)準(zhǔn)蛋白或激素由于提取困難，價格競高達(dá)每毫克數(shù)萬美元。一些發(fā)達(dá)園家正在或已放棄了一些勞動力密集型企業(yè)，轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型的高利潤產(chǎn)業(yè)。新型分離技術(shù)是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。

９、現(xiàn)代分離技術(shù)對于治理現(xiàn)代化工業(yè)帶來的“三廢”，防止環(huán)境污染也是一種有效的工具。治理“三廢”，變廢為寶是與現(xiàn)代化建設(shè)同步發(fā)展的事業(yè)。近年來利用現(xiàn)代分離技術(shù)治理“三廢”已取得長足進(jìn)展。泡沫吸附分離技術(shù)、微生物技術(shù)，如降解塑料消除白色污染等已經(jīng)用于多種工業(yè)廢水及垃圾的處理中并取得良好效果就是很好的事例。第一章緒論1.1分離技術(shù)及其研究內(nèi)容1.2分離技術(shù)的發(fā)展1.3分離方法的分類1.4分離技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用1.5選擇分離技術(shù)的一般規(guī)則1.6分離方法的評價

什么是分離技術(shù)？研究內(nèi)容是什么？學(xué)習(xí)分離技術(shù)的重要性？分離技術(shù)的本質(zhì)是什么？分離技術(shù)的種類？分離技術(shù)的選擇原則？怎樣評價分離技術(shù)？

第一章緒論本章要點 掌握：分離技術(shù)的分類、分離技術(shù)選擇的一般原則，分離技術(shù)的評價。理解：分離技術(shù)的本質(zhì)。了解：分離技術(shù)及其研究內(nèi)容，分離技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用。現(xiàn)代分離技術(shù)發(fā)展趨勢1.1分離技術(shù)及其研究內(nèi)容1.1.1分離技術(shù)基本概念?分離技術(shù)：利用混合物中各組分在物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上的差異,通過適當(dāng)?shù)姆椒ê脱b置,

將混合物分成彼此不同的兩種或多種產(chǎn)物的手段。這個過程稱為分離過程1.1.2.分離過程的組成

原料（混合物）分離裝置

分離劑（能量或質(zhì)量）產(chǎn)品（不同組分的物流）圖1-1分離過程簡圖混合物,產(chǎn)品（不同組分或相）。分離劑:能量（如熱能）或質(zhì)量（沉淀劑）。分離裝置。1.1分離技術(shù)及其研究內(nèi)容1.分離劑（separatingagent）

分離劑是分離過程的輔助物質(zhì)或推動力。分離劑包括能量分離劑和質(zhì)量分離劑。常見分離劑如下表。能量分離劑機(jī)械能:重力、離心力、壓力等光能、電能、磁能、核能熱能、冷能等質(zhì)量分離劑溶劑、吸收劑、吸附劑、表面活性劑，交換樹脂、化學(xué)反應(yīng)物、過濾介質(zhì)等

表1—1常見的分離劑1.1分離技術(shù)及其研究內(nèi)容（1）能量分離劑特點：部分利用性。不管是機(jī)械能、電能、光能還是熱能、冷能，這些能量真正被用于分離過程的往往只有其中的一部分，即有效利用部分。這決定分離技術(shù)成本的關(guān)鍵因素。1.1分離技術(shù)及其研究內(nèi)容（2）質(zhì)量分離劑特點優(yōu)點：質(zhì)量分離劑使用可減少能量分離劑的用量，如助濾劑。缺點：質(zhì)量分離劑的使用消耗新材料，可能產(chǎn)生污染。污染包括對產(chǎn)品的污染和對環(huán)境的污染兩個方面。1.1.2分離技術(shù)研究內(nèi)容1.研究分離過程的共同規(guī)律：用熱力學(xué)原理討論分離體系的功能和熱的轉(zhuǎn)換關(guān)系以及物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆较蚝拖薅?；用動力學(xué)原理研究各種分離過程的速度與效率；研究分離體系的化學(xué)平衡、相平衡和分離平衡。2.研究不同分離方法、分離設(shè)備及其應(yīng)用。1.1分離技術(shù)及其研究內(nèi)容1.2分離技術(shù)的發(fā)展早在古代，海水煮鹽:“蒸發(fā)”和“結(jié)晶”兩個分離技術(shù)。煮酒、制糖、造紙：蒸餾、結(jié)晶、過濾等分離技術(shù).（提問？（上述過程包括那些分離技術(shù)）。分離技術(shù)是化學(xué)工程學(xué)科中發(fā)展較早的分支學(xué)科之一。上世紀(jì)80年代后，三大新型分離技術(shù)迅速發(fā)展：第一類：由傳統(tǒng)方法的變革的分離技術(shù)：超臨界萃取、色譜分離（吸附）等第二類：基于材料學(xué)發(fā)展形成的分離技術(shù)：反滲透、超濾等膜分離技術(shù)第三類：耦合與集成技術(shù)：（1）膜與傳統(tǒng)分離相結(jié)合的分離技術(shù)：膜萃取、膜反應(yīng)器等。（2）反應(yīng)與分離耦合集成技術(shù)：催化反應(yīng)-蒸餾集成技術(shù)、酯化反應(yīng)-滲透汽化集成技術(shù)。1.2分離技術(shù)的發(fā)展

分離過程的分類方法有多種，從不同的角度將分離方法分成不同種類1.按分離過程的功能分：提取、凈化(澄清、提純或精制)、濃縮、干燥、洗滌、分級等；2.按分離過程的程度或精度分：有粗分離（如壓榨、篩分、旋流分離等）細(xì)分離（如重力、沉降、細(xì)過濾）、和精分離（離心分離、蒸發(fā)、膜分離）等三個級別。1.3分離過程的分類3.按分離過程的原理來分：機(jī)械分離、傳質(zhì)分離、反應(yīng)分離。目前最為普遍的分類方法。（1）機(jī)械分離：利用機(jī)械力簡單地將兩相混合物相互分離的過程。分離時無物質(zhì)傳遞。典型的機(jī)械分離過程如重力沉降、離心分離、過濾。蒸餾，吸附，電滲析，電泳？

1.3分離過程的分類（2）傳質(zhì)分離過程：平衡分離、速率差分離平衡分離：依據(jù)被分離混合物各組分在不相溶的兩相平衡分配組成不等的原理進(jìn)行分離的過程。如：吸收（氣/液相）、結(jié)晶（液/固相）、萃取（液/液）、蒸發(fā)、蒸餾？等。1.3分離過程的分類速率差分離：依據(jù)被分離組分在均相中的傳遞速率差異而進(jìn)行分離的。如分子、離子遷移速率或擴(kuò)散速率不同進(jìn)行分離。如沉降、電泳、滲析、色譜分析等（3）反應(yīng)分離：利用外加能量或化學(xué)試劑，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，利用化學(xué)反應(yīng)將混合物進(jìn)行分離。例如：離子交換、化學(xué)（反應(yīng)）吸收、分步沉淀分離（CI-、I-+AgNO3）等1.3分離過程的分類1.3分離過程的分類化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程離不開兩類關(guān)鍵過程：一是反應(yīng)過程，產(chǎn)生新物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)過程，其為化工生產(chǎn)的核心；二是分離過程，用于原料、中間產(chǎn)物、產(chǎn)品等混合物的分離、提純過程，它是獲得合格產(chǎn)品的關(guān)鍵。分離過程成本占產(chǎn)品成本的60~70%1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性分離反應(yīng)原料雜質(zhì)空氣廢氣廢水回收物副產(chǎn)物循環(huán)產(chǎn)品水分離分離回收物分離1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性粗糖制備過程中的分離技術(shù)1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性糖的精制過程中的分離技術(shù)純水生產(chǎn)工藝1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性純水生產(chǎn)工藝1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性潤滑油生產(chǎn)工藝流程1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性制藥工藝流程1.4.1分離技術(shù)的功能及用途1.分離技術(shù)的功能：主要有1）提?。喝绺收嶂刑堑奶崛。幱弥参镏谢钚猿煞莸奶崛?2）澄清：連續(xù)相為液體的混合物的分離.3）增濃：固液分散相分離.4）脫水或脫液：固液混合物或液液混合物的分離.1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性5）干燥：固液混合物或液液混合物的進(jìn)一步分離。6）洗滌：固體分散相分離。7）凈化或精制：將氣體液體或固體中殘留的雜質(zhì)降到允許的程度。8）分級：將固體物料按粒度分離。1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性2.分離技術(shù)的用途

分離過程的用途主要有如下幾個方面：

1）產(chǎn)品的分離、提取、濃縮。如生物制品(酒精、檸檬酸、藥物等生產(chǎn)）；牛奶制取奶油和脫脂奶；選礦；冶煉；海水談化；飲用水的純化；從植物中提取營養(yǎng)成分、芳香物質(zhì)、色素或其它他有用成分等。1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性2）提高產(chǎn)品純度．鹽的精制、蔗糖精制、淀粉洗滌精制等；無機(jī)鹽精制等；3）回收有用物質(zhì)、降低成本．如從反應(yīng)混合物中回收未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物、催化劑等以便循環(huán)使用．從含有微粒團(tuán)體的氣溶膠中回收奶粉；從淀粉廢水或淀粉氣溶膠中回收淀粉等。1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性

4）延長產(chǎn)品保藏壽命，如食品的脫水干燥；減少產(chǎn)品重量或體積，便于貯運(yùn)，如增濃、脫水等。5）分離技術(shù)在環(huán)境保護(hù)的應(yīng)用：三廢(廢氣、廢液、廢渣)處理。6）分離技術(shù)在能源再生與利用方面的應(yīng)用：核能利用，水能、風(fēng)能利用。7）分離技術(shù)在人類健康與保健中的作用：人工腎、人工肝等。1.4分離技術(shù)在化工生產(chǎn)中的重要性污水處理工藝流程

分離方法多種多樣，對于一般混合物的分離，取決于其特定的環(huán)境和條件；選用哪一種分離方法比較合理，很難歸納出統(tǒng)一模式。（？）但隨著分離技術(shù)的發(fā)展和不斷完善，仍有一些基本的規(guī)律性可供選用分離方法時參考。1.5選擇分離技術(shù)的一般規(guī)則1.分離方法的選擇原則：首先從確定產(chǎn)品純度和回收率入手．產(chǎn)品純度依據(jù)其使用目的來確定，而回收率則取決于當(dāng)時能實現(xiàn)的技術(shù)水平；其次是通過了解混合物中目標(biāo)產(chǎn)物與共存雜質(zhì)之間在物理、化學(xué)與生物性質(zhì)上的差異?；然后比較這些差異及其可利用性，最后確定其工藝可行且最為經(jīng)濟(jì)的具體分離方法．1.5選擇分離技術(shù)的一般規(guī)則（1）待處理混合物的物性差異1）物理性質(zhì)：質(zhì)量、大小形狀、熔點沸點、溶解度、臨界點、滲透壓等。2）力學(xué)性質(zhì)：表面張力、摩擦因子。3）電性質(zhì)：電荷、介電常數(shù)極化度等。4）傳遞特性參數(shù)：遷移率、擴(kuò)散速率。5）化學(xué)特性：分配系數(shù)，平衡常數(shù)、反應(yīng)速率等。2.選擇分離方法的基本依據(jù)1.5選擇分離技術(shù)的一般規(guī)則（2）目標(biāo)產(chǎn)物的價值與處理模型目標(biāo)產(chǎn)物的價值與規(guī)模大小密切相關(guān)，常成為選擇分離方法的主要因素。對廉價產(chǎn)物，常采用低能耗、無需分離劑，或廉價分離劑，以及大規(guī)模生產(chǎn)過程，如海水淡化、合成氨生產(chǎn)、聚乙烯、聚丙烯生產(chǎn)等；1.5選擇分離技術(shù)的一般規(guī)則而高附加值產(chǎn)物則可采用中小規(guī)模生產(chǎn)，如藥物中間體。規(guī)模大小也與所采用的過程有關(guān)，如大規(guī)模的空氣分離用深冷蒸餾法最為經(jīng)濟(jì)，而對小規(guī)?；蛑械纫?guī)模的空氣分離，則采用中空纖維式膜分離法較為合適。1.5選擇分離技術(shù)的一般規(guī)則（3）工藝可行性與設(shè)備可靠性（4）過程的經(jīng)濟(jì)性：分離過程能否商業(yè)化→處理物的回收率和目標(biāo)產(chǎn)物的質(zhì)量（使用價值）1.5選擇分離技術(shù)的一般規(guī)則3.分離方法的選擇程序大致步驟：確定項目的分離目的→分析所需的能量及其來源→評估生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)物純度。一般條件下首選反應(yīng)分離技術(shù);其次為多級分離技術(shù)；先處理量大的，盡可能選擇自動化操作程度而且簡單的分離方法．通常有關(guān)分離方法的選擇程序如圖1—5所示。1.5選擇分離技術(shù)的一般規(guī)則Yes小NO能否利用自然能量風(fēng)力、太陽能、微生物等進(jìn)行分離能否為超高純度分離規(guī)模除去量反應(yīng)分離多級分離操作簡單的分離法蒸餾法其他分離法是否可以利用熱能END確定分離目的start待分離物中各組分性質(zhì)比較各種方式的預(yù)處理ENDENDENDENDYesNO大小YesNO大分離方法的選擇程序1.5選擇分離技術(shù)的一般規(guī)則4.組合工藝排列次序的經(jīng)驗規(guī)則

將一個多組分混合物分離成幾個產(chǎn)品時，常常有多種不同的分離方法可以來用，同一混合物按不同的分離方法分離時，所獲得的產(chǎn)物順序也不相同．在這種條件下，選擇哪一條組合工藝路線比較合理和具有最優(yōu)化?1.5選擇分離技術(shù)的一般規(guī)則對目前產(chǎn)量在10一100kg/罐的生產(chǎn)規(guī)模大小的特種化學(xué)品的分離，可按以下重要