化工分離工程--ppt課件

1、分離過程Separation Processes教師：李保華1ppt課件本課程的任務(wù)和內(nèi)容地位：專業(yè)基礎(chǔ)課前期課程： 物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)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(xùn)練 4.提高解決問題能力2ppt課件學(xué)生應(yīng)掌握： 分離過程的基本理論 簡捷和嚴(yán)格計算方法 強(qiáng)化、改進(jìn)操作途徑 對新分離技術(shù)有一定了解3ppt課件教材：面向21世紀(jì)課程教材： 劉家祺.分離過程.北京:化學(xué)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(xué)工業(yè)出版社, 1995。 吳俊生，鄧修 等編著，分離工程，華東化工學(xué)院出版社，1992。 郁浩

2、然 主編，化工分離工程，中國石油出版社，1992。4ppt課件返回5ppt課件第一章 緒 論實例1：糖的溶解與結(jié)晶糖溶于水形成均勻溶液混合過程過程是自發(fā)的熵增加從水中取出糖 對體系做功（如蒸餾法） 分離過程 過程不能自發(fā)進(jìn)行熵減少 6ppt課件有關(guān)分離過程本質(zhì)的一些描述（是否準(zhǔn)確或全面？）分離不能自發(fā)進(jìn)行（熵減少過程）分離在熱力學(xué)上受阻（對抗熱力學(xué)第二定律）分離是逆著大自然的熱力學(xué)是逆著物質(zhì)純化的 指出一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程是不可逆的。它闡明了在這些過程中能量轉(zhuǎn)換或傳遞的方向、條件和限度。相應(yīng)的態(tài)函數(shù)是熵，熵的變化指明了熱力學(xué)過程進(jìn)行的方向，熵的大小反映了系統(tǒng)所處狀態(tài)的穩(wěn)定性。7ppt課件實

3、例2：己烷與水混合的實驗不能自發(fā)混合劇烈攪拌或振蕩混合放置（停止攪拌或振蕩）自發(fā)分離 體系中除濃度差（熵效應(yīng)）外，還有：水分子間的親水相互作用勢能對抗混合水分子和己烷分子間的疏水相互作用勢能對抗混合水和己烷的密度差（重力勢能）對抗混合8ppt課件實例3：Fe3+和Ti4+的混合實驗（一） 混合均勻 Fe3+ Ti4+ Fe3+ Fe3+ 抽掉隔板 Ti4+ Ti4+ 6mol/L HCl 6mol/L HCl 6mol/L HCl 6mol/L HCl抽調(diào)隔板后Fe3+和Ti4+將自發(fā)混合均勻，這是因為：體系中除濃度（活度）差外不存在其他勢場。濃度差對化學(xué)勢的貢獻(xiàn)屬熵的貢獻(xiàn)，熵增勢能驅(qū)使Fe3

4、+和Ti4+在整個體系范圍內(nèi)從有序向無序變化。9ppt課件實例3：Fe3+和Ti4+的分離實驗（二） Fe3+ 、Ti4+ 乙醚，F(xiàn)e3+ 抽掉隔板 6mol/L HCl 乙醚 6mol/L HCl，Ti4+ 結(jié)果：乙醚和水為互不相溶的兩相。 Fe3+與乙醚生成離子締合物： C2H5O C2H5 H+ (C2H5)2OH+ Fe3+ + 4 Cl FeCl4 (C2H5)2OH+ + FeCl4 (C2H5)2OH+FeCl4 10ppt課件Ti4+留在水相Ti4+的親水作用勢能驅(qū)使Ti4+留在水相；Ti4+的濃度差產(chǎn)生的化學(xué)勢驅(qū)使Ti4+均勻分布在整個空間；Ti4+的親水作用勢能遠(yuǎn)大于濃度差

5、化學(xué)勢，所以，Ti4+留在水相Fe3+進(jìn)入乙醚相 Fe3+的濃度差產(chǎn)生的化學(xué)勢驅(qū)使Fe3+均勻分布在整個空間； (C2H5)2OH+FeCl4的親溶劑（疏水）勢能驅(qū)使Fe3+進(jìn)入乙醚相； 親溶劑勢能遠(yuǎn)大于濃度差化學(xué)勢，所以，F(xiàn)e3+進(jìn)入乙醚相11ppt課件結(jié)論：分離有時是自發(fā)過程、混合有時也不能自發(fā)進(jìn)行；總自由能決定體系是趨向分離、還是趨向混合，即： G總勢能項熵項iRT lnai均相體系中只存在濃度差 自發(fā)混合。非均相體系中除濃度差外，還存在各種相互作用（勢能） 各組分趨向于分配在低勢能相。（自由能降低）12ppt課件1.1分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用1.2 傳質(zhì)分離過程的分類和特征1.

6、3.分離過程的集成化 學(xué)習(xí)方法與要求13ppt課件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14ppt課件煤石油天然氣生物質(zhì)反應(yīng)化工原料分離產(chǎn)品一般化工生產(chǎn)過程：15ppt課件例1：乙烯水合生產(chǎn)乙醇1-固定床催化反應(yīng)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(yīng)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)品廢水乙醚12345678910水循環(huán)乙烯水放空放空水氫水廢水16ppt課件例2：二甲苯生產(chǎn)1-重整反應(yīng)器；2

7、、13-汽液分離器；3-壓縮機(jī)；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(yīng)器；12-熔融塔放空間二甲苯和鄰二甲苯石腦油進(jìn)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H2H2H217ppt課件加氫重整后得到：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25.17347.87213.263 原料：石腦油 沸程120230K 特點： 涉及到分離過程：精餾：4、7、8 萃?。?、

8、6 結(jié)晶：1018ppt課件總 結(jié)： 原料的凈化與粗分 反應(yīng)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19ppt課件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(jī)的結(jié)合，將污染物減少或消滅在工藝過程中。 面向21世紀(jì)社會和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題。20ppt課件化學(xué)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)工藝的物料損耗21ppt課件 廢物最小化？22ppt課件清潔工藝終合考慮： 合理的原料選擇； 反應(yīng)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(xué)反應(yīng)

9、廢物最小化首先考慮催化劑、反應(yīng)工藝和設(shè)備。23ppt課件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)。24ppt課件閉路循環(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25ppt課件實現(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(jìn)料提純 例：氧化反應(yīng)采用純氧除去分離

10、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26ppt課件上述原因促使： 傳統(tǒng)分離過程不斷改進(jìn)和發(fā)展 例：反應(yīng)精餾；吸附； 新分離方法不斷出現(xiàn)和實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用 例：膜分離；熱擴(kuò)散；色層分離；返回27ppt課件 1.2 傳質(zhì)分離過程的分類和特征一類：機(jī)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 28ppt課件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29ppt課件1.2.1 平衡分離過程分離設(shè)備混合物

11、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。30ppt課件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(yīng)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(jī)械功 同上石油裂解氣的深冷分離；苯、甲苯、二甲苯的分離。31ppt課件吸收蒸出原料相態(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(yīng)用： 由催化裂化裝置主蒸塔頂產(chǎn)

12、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32ppt課件1.2.2 速率分離過程膜分離熱擴(kuò)散33ppt課件速率分離: 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?jǐn)U散速率的差異實現(xiàn)組分的分離。34ppt課件微孔過濾（MF）：推動力：壓力差（100kPa）傳遞機(jī)理：篩分膜類型：多孔膜 進(jìn)料（液體和氣體）溶劑、水

13、、氣體顆粒、纖維目的：溶液脫離子，氣體脫離子35ppt課件超濾（UF）：推動力：壓力差（1001000kPa）傳遞機(jī)理：篩分膜類型：非對稱性膜進(jìn)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。36ppt課件反滲透（RO）：推動力：壓力差（100010000kPa）傳遞機(jī)理：優(yōu)先吸附毛細(xì)管流動溶解、擴(kuò)散模型膜類型：非對稱性膜或復(fù)合膜進(jìn)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。37ppt課件滲析（D）：推動力：濃度差傳遞機(jī)理：篩分、微孔膜內(nèi)的受阻擴(kuò)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

14、交換膜進(jìn)料接受液凈化液擴(kuò)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。 38ppt課件電滲析（ED）：推動力：電化學(xué)勢傳遞機(jī)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(jìn)料目的：溶液脫小離子，小離子溶質(zhì)的濃縮、小離子的分級。 39ppt課件熱擴(kuò)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40ppt課件速率分離過程特點： 節(jié)能 環(huán)保優(yōu)勢 新的方法返回41ppt課件1.3.分離過程的集成化 目的：實

15、現(xiàn)清潔工藝 使物料能量消耗最??； 經(jīng)濟(jì)效益、社會效益最大。1.3.1反應(yīng)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42ppt課件1.3.1反應(yīng)過程與分離過程的耦合目的： 改善不利的熱力學(xué)和動力學(xué)因數(shù)，減少設(shè)備、操作費(fèi)用、節(jié)約資源和能源。43ppt課件化學(xué)吸收化學(xué)反應(yīng)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(yīng)，增加傳質(zhì)推動力?；瘜W(xué)萃取化學(xué)反應(yīng)與萃取相結(jié)合 溶質(zhì)與萃取劑反應(yīng)。如：絡(luò)合反應(yīng)；水解；聚合反應(yīng)（催化）精餾化學(xué)反應(yīng)與精餾相結(jié)合 例：酯化、皂化、酯交換、胺化、水解膜反應(yīng)器優(yōu)良分離性能與催化反應(yīng)相結(jié)合 例：利用多孔陶瓷膜催化反應(yīng)器，進(jìn)行丁烯脫氫

16、制丁二烯。丙烷脫氫制丙烯。44ppt課件控制釋放 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(kuò)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(xué)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45ppt課件1.3.2分離過程與分離過程的耦合 復(fù)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。萃取結(jié)晶（加和結(jié)晶） 分離：揮發(fā)度相近的組分。 無機(jī)鹽生產(chǎn)（優(yōu)點：節(jié)能） 溶劑可萃取出部分水。 46ppt課件吸附蒸餾 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(bǔ)電泳分離 不同蛋白質(zhì)在一定pH值的緩沖溶液中，其溶解度不同，在電場作用下，這些帶電的溶膠離子在介質(zhì)中的泳動速度不同，實現(xiàn)不同蛋白質(zhì)的分離。返回47ppt課件1.3.3 過程的集成一、傳統(tǒng)分