化工分離過程(緒論)-課件

化工分離過程

ChemicalSeparationProcesses第一章緒論1ppt課件2ppt課件教材與參考書教材：化工分離過程，陳洪鈁劉家祺編，化學工業(yè)出版社3ppt課件化工分離過程第1章緒論第2章單級平衡過程

第3章多組分多級分離過程分析與簡捷計算

第4章多組分多級分離的嚴格計算

第5章分離設(shè)備的處理能力和效率

第6章分離過程的節(jié)能

第7章其它分離技術(shù)和分離工程的選擇

4ppt課件第一章緒論化學工業(yè)與化工過程分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性傳質(zhì)分離過程的分類和特征本課程的教學任務(wù)和內(nèi)容5ppt課件化工分離技術(shù)發(fā)展簡述

化工分離技術(shù)是隨著化學工業(yè)的發(fā)展而逐漸形成和發(fā)展的。

18世紀，純堿、硫酸等無機化學工業(yè)成為現(xiàn)代化學工業(yè)的開端。19世紀以煤為基礎(chǔ)原料的有機化工發(fā)展起來。開始涉及分離問題，如苯、甲苯、酚等化學品提純應(yīng)用了吸收、蒸餾、過濾、干燥等分離操作。19世紀末，20世紀初石油煉制的發(fā)展促進了化工分離技術(shù)的成熟與完善。進入20世紀70年代以后，化工分離技術(shù)更加高級化，應(yīng)用也更加廣泛。同時，化工分離技術(shù)與其它科學技術(shù)相互交叉滲透產(chǎn)生一些更新的邊緣分離技術(shù)，如生物分離技術(shù)、膜分離技術(shù)、環(huán)境化學分離技術(shù)、納米分離技術(shù)、超臨界流體萃取技術(shù)等。6ppt課件化學工業(yè)與化工過程

化學工業(yè)：對原料〔如石油，煤等〕進行化學或物理加工，改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)或組成，或合成新物質(zhì),獲得各種有用產(chǎn)品的制造工業(yè)。

化工過程(IndustryChemicalProcesses)：Chemicalprocessisa

chemicalengineeringunitinwhichrawmaterialsarechangedorseparatedintousefulproducts.7ppt課件化工過程

化工過程化學反應(yīng)過程物理處理過程

化工生產(chǎn)核心

原料的預(yù)處理

產(chǎn)品的加工（單元操作）8ppt課件什么是分離過程？

Theseparationprocessisachemicalengineeringunittoseparatechemicalmixturesintotheirconstituents.9ppt課件什么是分離過程？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。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?；旌衔铮狻⒁?、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MSA10ppt課件WhySeparate?WHYWHY11ppt課件化工生產(chǎn)過程反應(yīng)（Reactive）萃取物（ExtractiveNaturalrawmaterial）配制（Formulation）分離分離分離12ppt課件對分離的需求工程應(yīng)用需要純物質(zhì)（如半導(dǎo)體材料）原料提純材料加工需要純物質(zhì)有毒有害物質(zhì)或非活性物質(zhì)的去除（如藥物）測試或檢測用超純標準品混合物組成檢測（如DNA檢測）

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13ppt課件按分離規(guī)模分類分析分離?

規(guī)模小

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定量分析制備分離?

規(guī)模小

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研究用材料工業(yè)分離?

規(guī)模大

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經(jīng)濟例:色譜分離例:

離心分離例:精餾分離化工廠中分離設(shè)備投資約占總投資的50～90％?。?！14ppt課件分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性典型的化工生產(chǎn)裝置包括：反應(yīng)器；原料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品分離設(shè)備；泵、換熱器等。分離貫穿化工過程，占有十分重要的地位。

分離裝置的費用占總投資的50～90％。15ppt課件分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性16ppt課件分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性化學工程學科基礎(chǔ)理論體系專業(yè)基礎(chǔ)理論及專業(yè)專業(yè)基礎(chǔ)理論體系專業(yè)課程體系無機化學,有機化學,物理化學,分析化學,生物化學,高等數(shù)學,工程數(shù)學,物理學等化學動力學及熱力學化工原理化工傳遞過程化學反應(yīng)工程化工熱力學化工分離過程化工系統(tǒng)工程17ppt課件分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性化學工程學科的兩個基本問題過程的平衡,限度過程的速度反應(yīng)過程物理過程化工熱力學研究的問題化學動力學和反應(yīng)工程研究的問題單元操作和傳遞過程研究的問題化學動力學研究化學反應(yīng)的動力學規(guī)律化學反應(yīng)工程研究實現(xiàn)過程的設(shè)備傳遞過程研究過程的速率與傳遞機理單元操作側(cè)重過程的設(shè)備與工程問題分離工程研究應(yīng)用質(zhì)量傳遞原理實現(xiàn)組分分離的基本原理及工程化問題18ppt課件分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性為化學反應(yīng)過程提供符合要求的原料，清除對反應(yīng)和催化劑有害的雜質(zhì)，減少副反應(yīng)的發(fā)生，提高產(chǎn)品的收率。對化學反應(yīng)中的反應(yīng)產(chǎn)物進行分離提純，得到合格的各種化工產(chǎn)品，同時使未反應(yīng)的反應(yīng)物循環(huán)利用分離過程在環(huán)境保護和充分利用資源、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展方面也具有重要的作用。

19ppt課件石油煉制過程基本流程20ppt課件分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性未回收的原料；未回收的產(chǎn)品；有用和無用的副產(chǎn)品；原料中的雜質(zhì)；工藝的物料損耗。

化學工業(yè)是工業(yè)污染的大戶，化工生產(chǎn)所造成的污染來源于：21ppt課件分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性與化工分離過程密切相關(guān)的化工清潔工藝包括有：降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、回收利用率和循環(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)工藝裝置的閉路循環(huán)技術(shù)；處理生產(chǎn)中的副產(chǎn)物和廢物，使之減少或消除對環(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)。

因此，清潔工藝的開發(fā)和應(yīng)用離不開傳統(tǒng)分離技術(shù)的改進，新分離技術(shù)的研究、開發(fā)和工業(yè)應(yīng)用，以及分離過程之間、反應(yīng)和分離過程之間的集成化。22ppt課件分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性

閉路循環(huán)系統(tǒng)是清潔工藝的重要方面，其核心是將過程所產(chǎn)生的廢物最大限度地回收和循環(huán)使用，減少生產(chǎn)過程中排出廢物的數(shù)量。生成工藝過程的閉路循環(huán)示意圖

1——單元過程；2——處理23ppt課件化工分離技術(shù)的特點

化工分離技術(shù)的特點

(1)化工分離技術(shù)的多樣性(2)化工分離技術(shù)的復(fù)雜性

(3)化工分離技術(shù)的前瞻性

(4)化工分離技術(shù)的特殊性

24ppt課件化工分離技術(shù)的多樣性

由于化工分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，決定了分離技術(shù)的多樣性。按機理劃分，大致可分成5類：①生成新相以進行分離(如蒸餾、結(jié)晶)；②加入新相進行分離(如萃取、吸收)；③用隔離物進行分離(如膜分離)；④用固體試劑進行分離(如吸附、離子交換)；⑤用外力場和梯度進行分離(如離心萃取分離和電泳等)。25ppt課件化工分離技術(shù)的復(fù)雜性

化工分離技術(shù)的重要性和多樣性決定了它的復(fù)雜性。即使對于精餾、萃取這些較為成熟的技術(shù)，多組分體系大型設(shè)備的設(shè)計仍是一項困難的工作，問題是缺乏基礎(chǔ)特性數(shù)據(jù)和大型塔器的可靠設(shè)計方法。對于高溫、高壓、多組分和強非理想體系，不僅平衡數(shù)據(jù)和分子擴散系數(shù)難以準確計算，就連界面張力、粘度等物性數(shù)據(jù)也難以求得。

催化劑和反應(yīng)萃取之類的耦合分離技術(shù)的基礎(chǔ)特性數(shù)據(jù)更為缺乏。大型塔器設(shè)計的放大的主要難度在于塔內(nèi)兩相流和傳質(zhì)特性十分復(fù)雜，數(shù)學模型尚不完善。沿用了百余年的平衡級模型雖然簡單直觀，但用于多組分分離過程的缺點已顯而易見。非平衡模型被稱為“可能開創(chuàng)板式分離設(shè)備設(shè)計和模擬新紀元”優(yōu)點顯著，但缺乏傳質(zhì)系數(shù)實驗數(shù)據(jù)和模型參數(shù)過多，使其工程應(yīng)用存在困難。已開發(fā)出的軟件功能強大，已在工程設(shè)計中得到應(yīng)用，但工程經(jīng)驗和中試實驗仍是不可缺少的。26ppt課件化工分離技術(shù)的前瞻性

隨著能源、資源、環(huán)境、新材料等基礎(chǔ)工業(yè)和高新技術(shù)的發(fā)展，分離技術(shù)面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)。石化領(lǐng)域的分離過程必需進一步節(jié)能和降耗，充分利用能源和資源。生產(chǎn)裝置大型化步伐正在加快，能耗和成本不斷降低。

在生物制藥工程方面，隨著基因工程和細胞工程的發(fā)展，生物藥品得到迅速發(fā)展。利用CO2作為溶劑的超臨界萃取具有不污染產(chǎn)品和選擇性高等優(yōu)點。色譜、電泳分離等方法由于其高效、常溫常壓特點而成功地應(yīng)用于生產(chǎn)及實驗室研究。隨著環(huán)境意識隨著環(huán)境意識的加強，“三廢”處理引起了重視。從工業(yè)生態(tài)學的角度分析，許多工藝過程排出的“廢物”，不再是“無用”的，而是沒有完全利用的物質(zhì)，“三廢處理”對分離技術(shù)是一種新的挑戰(zhàn)。27ppt課件化工分離技術(shù)的特殊性

競爭促進了分離過程的強化，分離過程的強化包括新裝置新工藝方法兩個方面。任何能使設(shè)備小型化、能量高效化和有利于可持續(xù)性發(fā)展的化工分離新技術(shù)均屬于分離過程的強化之列。這是化工分離技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一。

耦合分離技術(shù)受到關(guān)注。催化劑精餾、膜精餾、吸附精餾、反應(yīng)萃取、絡(luò)合吸附、反膠團、膜萃取、發(fā)酵萃取、化學吸附和電泳萃取等新型耦合分離技術(shù)得到了長足的發(fā)展，并實現(xiàn)了工業(yè)化。耦合分離技術(shù)可能解決許多傳統(tǒng)分離難以完成的任務(wù)。電泳耦合色譜可以高效地分離維生素。

信息技術(shù)推動力分離技術(shù)的發(fā)展。分離科學和技術(shù)具有多學科交叉的特點，信息技術(shù)和傳統(tǒng)化工方法結(jié)合加速了分離技術(shù)的進步。28ppt課件機械分離過程分離過程的分類分離過程傳質(zhì)分離過程平衡分離過程速率分離過程

借助分離媒介使均相混合物形成兩相,以混合物中不同組在處于平衡的兩相中不同分布為依據(jù)實現(xiàn)混合物分離的過程在某種推動力作用下(或在選擇性膜的配合下),利用各組分擴散速度的不同實現(xiàn)組分分離的過程29ppt課件機械分離過程

利用機械力簡單的將兩相混合物相互分離的過程稱為機械分離過程。它們的分離對象多為兩相混合物，分離時相間沒有物質(zhì)傳遞發(fā)生，它們在化學工程中也有很重要的作用，如過濾、沉降、離心分離、氣固催化反應(yīng)中固體催化劑的分離等。但本課程不討論這方面的內(nèi)容。30ppt課件平衡分離過程

平衡分離過程系借助分離媒介（如熱能、溶劑、吸附劑等）使均相混合物系統(tǒng)變?yōu)閮上嘞到y(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)分離。分離媒介可以是能量媒介（ESA）或物質(zhì)媒介（MSA），有時也可以兩種同時應(yīng)用。根據(jù)兩相狀態(tài)不同,平衡分離過程可分為如下幾類。氣液傳質(zhì)過程:如吸收、氣體的增濕和減濕。汽液傳質(zhì)過程:如液體的蒸餾和精餾。液液傳質(zhì)過程:如萃取。液固傳質(zhì)過程:如結(jié)晶、浸取、吸附、離子交換、色層分離、參數(shù)泵分離等。氣固傳質(zhì)過程:如固體干燥、吸附等。31ppt課件平衡分離過程32ppt課件速率分離過程

速率分離過程是指在某種推動力（濃度差、溫度差、壓力差、電位差等）的作用下（有時在選擇性透過膜的配合下），利用組分擴散速率的差別實現(xiàn)組分分離的過程。這類過程所處理的原料和產(chǎn)品通常屬于同一相，僅在組成上有差別。膜分離過程是工業(yè)應(yīng)用最多的速率分離過程。熱擴散分離也屬于速率分離過程，它以溫度梯度為動力，利用均勻的氣體或液體混合物中分子量下的分子（或離子）向熱端漂移的現(xiàn)象所建立起來的濃度梯度，達到組分分離的目的。33ppt課件速率分離過程34ppt課件速率分離過程35ppt課件分離過程的發(fā)展趨勢傳統(tǒng)分離技術(shù)改造：如精餾篩板塔改造為效率更高的填料塔。新型分離過程開發(fā)：如膜分離、反膠團萃取、超臨界萃取等。分離與反應(yīng)耦合以及分離過程之間的耦合：如反應(yīng)精餾、吸附精餾、膜精餾等。總趨勢：

多樣化、精細化、潔凈化（環(huán)境友好）36ppt課件化工分離過程課程的特點化工分離過程課程的特點研究體系的非理想性研究體系的復(fù)雜性（多元）過程的特殊性（特殊分離方法）更加注重工程意識的培養(yǎng)37ppt課件本課程的教學任務(wù)和內(nèi)容本課程是化學工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在本課程的學習中要學會利用已有的專業(yè)理論知識（平衡熱力學