化工分離過程講義(第6講)-武漢工程大學

化工分離過程講義(第6講)-武漢工程大學匯報人：AA2024-01-25分離過程概述蒸餾技術原理及應用萃取技術原理及應用結晶與沉淀分離方法膜分離技術原理及應用其他新型分離技術簡介目錄01分離過程概述分離過程定義利用物理或化學方法將混合物中的各組分加以分離，并達到一定的純度要求的過程。分離過程分類根據操作原理不同，可分為物理分離和化學分離兩大類。其中，物理分離包括蒸餾、吸收、萃取、結晶等；化學分離包括沉淀、離子交換、電解等。分離過程定義與分類

分離過程在化工領域重要性產品純度要求化工生產中，往往需要得到高純度的產品，以滿足下游工藝或最終產品的性能要求。資源綜合利用通過分離過程，可實現原料中有價值組分的回收利用，提高資源利用率。環(huán)境保護減少廢棄物排放，降低對環(huán)境的污染，是化工生產的重要任務之一。分離過程可實現有害組分的去除和回收，有助于環(huán)境保護。本講內容與目標內容介紹常見的物理分離和化學分離方法，包括蒸餾、吸收、萃取、結晶、沉淀、離子交換等。目標通過本講學習，使學生掌握各種分離方法的基本原理、操作條件選擇及優(yōu)缺點比較，能夠根據混合物性質選擇合適的分離方法，并了解其在化工生產中的應用實例。02蒸餾技術原理及應用01利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差別，使液體混合物部分汽化并隨之使蒸汽部分冷凝，從而實現其所含組分的分離。02蒸餾是一種熱力學的分離工藝，它利用混合液體或液-固體系中各組分沸點不同，使低沸點組分蒸發(fā)，再冷凝以分離整個組分的單元操作過程，是蒸發(fā)和冷凝兩種單元操作的聯(lián)合。03對于均相液體混合物，蒸餾方法僅對組分之間沸點相差較大的混合物有效，一般沸點差應大于30K。蒸餾技術基本原理簡單蒸餾又稱微分蒸餾或部分蒸餾，屬于非穩(wěn)定過程。簡單蒸餾操作是間歇、單級進行的。精餾是工業(yè)上應用最廣的液體混合物分離操作，廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。精餾操作按不同方法進行分類。根據操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾。特殊精餾對于組分揮發(fā)度相近或形成恒沸物的體系，為了增大各組分間的相對揮發(fā)度，可以在精餾分離時添加溶劑或鹽類，這類精餾通常稱為特殊精餾，其中包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾（包括加鹽萃取精餾和加鹽恒沸精餾）。蒸餾操作方式及特點石油煉制化工生產食品加工醫(yī)藥制造蒸餾技術應用實例利用蒸餾技術將原油分離成不同沸點的餾分，如汽油、煤油、柴油等。在食品加工中，蒸餾技術被用于提取和濃縮食品中的香味成分、色素等。在化工生產中，蒸餾技術被廣泛應用于分離和提純各種有機化合物和無機化合物。在醫(yī)藥制造中，蒸餾技術被用于提純藥物原料、制備注射用水等。03萃取技術原理及應用萃取技術基于相似相溶原理，即溶質在與其性質相似的溶劑中溶解度更大。通過選擇適當的溶劑，可將目標物質從混合物中分離出來。相似相溶原理萃取過程中，溶質在兩種不互溶的溶劑中的分配遵循分配定律。分配系數是描述溶質在兩種溶劑中分配比例的重要參數，與溶劑性質、溫度等因素有關。分配定律萃取技術基本原理單級萃取采用一次萃取操作即可將目標物質分離出來。適用于目標物質與雜質性質差異較大的情況，操作簡單、快速。多級萃取通過多次萃取操作，逐級提高目標物質的純度。適用于目標物質與雜質性質相似或需要高純度產品的情況，操作相對復雜，但分離效果好。連續(xù)萃取將原料液和萃取劑連續(xù)加入萃取設備中，實現連續(xù)分離。適用于大規(guī)模生產和高效率要求的情況，具有處理量大、操作穩(wěn)定等優(yōu)點。萃取操作方式及特點在石油煉制過程中，利用萃取技術可將原油中的不同組分分離出來，得到汽油、煤油、柴油等產品。石油煉制在制藥工業(yè)中，萃取技術常用于從植物或動物組織中提取有效成分，如從中藥中提取有效藥物成分。制藥工業(yè)在食品工業(yè)中，萃取技術可用于提取食品中的香味物質、色素、油脂等，如從咖啡豆中提取咖啡因。食品工業(yè)在環(huán)保領域，萃取技術可用于處理含油廢水、重金屬廢水等，通過萃取分離出水中的污染物，達到凈化水質的目的。環(huán)保領域萃取技術應用實例04結晶與沉淀分離方法結晶法原理及操作條件結晶法原理利用混合物中各組分在某種溶劑中的溶解度不同，通過控制溫度或溶劑的蒸發(fā)等條件，使目標組分以晶體形式析出，從而實現分離。溫度控制根據目標組分的溶解度隨溫度變化的規(guī)律，選擇合適的冷卻或加熱方式，使目標組分結晶析出。溶劑選擇選擇對目標組分溶解度大、對雜質溶解度小的溶劑，以提高結晶分離的純度和收率。攪拌與靜置在結晶過程中適當攪拌可促進晶體生長，靜置則有利于晶體沉降和母液分離。通過向混合物中加入某種試劑，使目標組分與試劑反應生成難溶性的沉淀物，從而實現分離。沉淀法原理控制反應的溫度、pH值、攪拌速度等條件，以促進沉淀反應的進行。反應條件控制選擇與目標組分反應生成難溶性沉淀物的試劑，同時考慮試劑的用量和反應條件。試劑選擇對生成的沉淀物進行過濾、洗滌、干燥等處理，以獲得純凈的目標組分。沉淀物處理01030204沉淀法原理及操作條件結晶法應用實例從海水中提取食鹽，通過蒸發(fā)海水使氯化鈉結晶析出；從石油中提取石蠟，通過冷卻石油使石蠟結晶析出。沉淀法應用實例從廢水中去除重金屬離子，通過加入堿或硫化物等試劑使重金屬離子生成難溶性的氫氧化物或硫化物沉淀；從中藥提取液中分離純化有效成分，通過加入某些試劑使有效成分與雜質分離生成沉淀。結晶與沉淀法應用實例05膜分離技術原理及應用驅動力作用膜分離過程中，需要在膜兩側施加一定的驅動力，如壓力差、濃度差或電位差等，使混合物中的組分選擇性地通過膜。分離效果與膜性能關系膜的分離效果取決于膜的材料、結構、孔徑分布、表面性質等因素。利用膜的選擇性膜具有選擇性透過某些物質的能力，根據混合物中各組分在膜中的透過性能差異，實現物質的分離。膜分離技術基本原理03膜改性技術通過物理或化學方法對膜進行改性，提高膜的分離性能、選擇性和穩(wěn)定性。01常見膜材料聚合物膜、無機膜、金屬膜等。02制備方法浸漬法、相轉化法、拉伸法、涂覆法等。常見膜材料及制備方法ABCD膜分離技術應用實例水處理用于海水淡化、廢水處理、飲用水凈化等領域，去除水中的有害物質和雜質。生物醫(yī)藥用于藥物分離純化、生物大分子分離、細胞培養(yǎng)等領域。氣體分離用于空氣分離制取氧氣、氮氣等工業(yè)氣體，以及從天然氣中回收甲烷等?；ゎI域用于石油化工、精細化工等領域的分離過程，如從混合物中分離出有機物、無機鹽等。06其他新型分離技術簡介超臨界流體定義01在臨界溫度和臨界壓力以上的流體稱為超臨界流體，具有類似氣體的擴散性和類似液體的溶解能力。超臨界流體萃取原理02利用超臨界流體作為萃取劑，從固體或液體中萃取出目標組分。通過調節(jié)溫度和壓力，可以改變超臨界流體的溶解能力，從而實現目標組分的分離。超臨界流體萃取應用03廣泛應用于天然產物提取、食品工業(yè)、環(huán)境保護等領域。如從植物中提取香料、色素、藥物成分等。超臨界流體萃取技術由兩種不同性質的水溶液組成，在一定條件下形成兩個互不相溶的水相。由于目標組分在兩相中的分配系數不同，從而實現目標組分的分離。雙水相體系利用目標組分在雙水相體系中分配系數的差異，通過調節(jié)體系的pH值、離子強度、溫度等條件，使目標組分在兩相中達到不同的分配平衡，從而實現分離。雙水相萃取原理廣泛應用于生物工程、制藥工程、食品工程等領域。如從發(fā)酵液中提取酶、蛋白質等生物活性物質。雙水相萃取應用雙水相萃取技術在高真空條件下，利用不同物質分子運動平均自由程的差別實現物質的分離。當加熱板溫度高于被分離物質組分沸點時，組分汽化并在冷凝板上冷凝為液體。由于輕分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，輕分子向冷凝板運動并冷