化工分離工程技術培訓教材

化工分離工程

ChemicalSeparationEngneering課程簡介

化工分離工程是化學工程學科的重要組成部分，是化學工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程的任務是利用相平衡熱力學、動力學的微觀機理，傳熱、傳質(zhì)和動量傳遞理論來研究化工及其它相關過程中復雜物質(zhì)的分離和純化技術，分析和解決在化工生產(chǎn)、設計和科研中常用的分離過程的理論和實際問題。通過本課程的學習，要求我們

1）正確理解化工分離工程的有關基本概念和理論；

2）理解各概念之間的聯(lián)系和應用；

3）掌握化工分離工程的基本計算方法；

4）能夠理論聯(lián)系實際，靈活分析和解決實際化工生產(chǎn)和設計中的有關問題；先修課程：物理化學、化工熱力學、化工原理同時進行的課程：化工工藝學、化工過程分析與模擬

教材：鄧修，吳俊生.化工分離工程.科學出版社，2000.參考書：劉家祺主編.分離過程.化學工業(yè)出版社,2002.陳洪紡劉家祺.化工分離過程.化學工業(yè)出版社,1995.JDSeeder,EJHenley.SeparationProcessPrinciples.化學工業(yè)出版社，2002.第1章緒論第2章精餾第3章吸收第4章液液萃取第5章分離過程的節(jié)能第6章其他分離技術和分離方法的選擇主要內(nèi)容第1章緒論1.1概述1.2分離因子1.3過程開發(fā)及方法1.4分離方法的選擇第1章緒論基本要求：1)了解分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性;2)熟悉分離過程的分類;3)掌握分離因子的概念及意義;4)了解分離方法的選擇;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。混合物（氣、液、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MSA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。1.1

概述WHYSEPARATE?WHYWHY化工生產(chǎn)反應（Reactive）萃取物（ExtractiveNaturalrawmaterial）配制（Formulation）分離分離分離一、分離過程程的地位煉油、石油化化工：石油煉制工業(yè)業(yè)通過煉油過過程把原油加加工為汽油、、噴氣燃料、、煤油、汽油油、燃料油、、潤滑油、石石蠟油、石油油瀝青、石焦焦油和各種石石油化工原料料等；石油化學工業(yè)業(yè)以上述原料料生產(chǎn)種類極極多、范圍極極廣的各種化化學品，例如如塑料、合成成纖維、合成成橡膠、合成成洗滌劑、溶溶劑、涂料、、農(nóng)藥、染料料等；煉油和石油化化工過程緊密密結(jié)合，各種種分離操作是是其生產(chǎn)過程程必不可少的的組成部分。。蒸餾是煉油和和石油工業(yè)中中最主要的分分離操作過程程之一。常壓壓蒸餾和減壓壓蒸餾按照沸沸程不同進行行石油產(chǎn)品分分離；除此以以外，，萃取取用于于溶劑劑脫蠟蠟，潤潤滑油油精制制，溶溶劑脫脫瀝青青和芳芳烴抽抽提等等；吸吸附用用于分分子篩篩脫蠟蠟、C8芳烴分分離、、烯烴烴和烷烷烴的的分離離等。。醫(yī)藥工業(yè)：分離技技術在在保證證藥物物生產(chǎn)產(chǎn)及其其質(zhì)量量中起起著關關鍵作作用；；抗生素素等發(fā)發(fā)酵類類醫(yī)藥藥產(chǎn)品品的生生產(chǎn)中中，大大量應應用著著過濾濾、萃萃取、、吸附附、膜膜分離離、離離子交交換、、結(jié)晶晶、干干燥等等分離離技術術；在天然然藥物物（如如中藥藥等））生產(chǎn)產(chǎn)現(xiàn)代代化過過程中中，超超臨界界萃取取、膜膜分離離、先先進的的過濾濾、結(jié)結(jié)晶、、干燥燥等分分離技技術有有用武武之地地。冶金工工業(yè)濕法冶冶煉中中礦物物浸取取和萃萃取分分離過過程——溶劑萃萃取法法：鈾是在在工業(yè)業(yè)中第第一個個使用用溶劑劑萃取取法提提取和和純化化的金金屬元元素；；用溶劑劑萃取取法從從銅礦礦浸取取液中中提取取銅，，是二二十世世紀七七十年年代，，在濕濕法冶冶煉中中取得得的一一項重重要成成就；；濕法提提取過過程也也用于于磷和和硼等等無機機礦產(chǎn)產(chǎn)的生生產(chǎn)過過程。。其他：：食品、、乳品品和飲飲料工工業(yè)材料工工業(yè)生化工工業(yè)環(huán)境保保護分離過過程的的重要要性原料凈凈化產(chǎn)品提提純有效組組分回回收污染物物處理理典型的的化工工生產(chǎn)產(chǎn)裝置置包括括：反應器器；原原料、、中間間產(chǎn)物物和產(chǎn)產(chǎn)品的的分離離設備備；泵、換換熱器器；分離貫貫穿化化工過過程，，占有有十分分重要要的地地位。。分離過過程的的費用用占總總投資資的50～90％。原料預處理理反反應應分分離粗產(chǎn)品品精制產(chǎn)品分離工工程三三廢廢處理理二、分離過過程的的分類類（一））分離離過程程的分分類級數(shù)：相態(tài)：有無傳傳質(zhì)發(fā)發(fā)生：單級、、多級級固—固、固固—液、固固—氣、氣氣—液、液液—液、氣氣—氣機械分分離、、傳質(zhì)質(zhì)分離離處理兩兩相以以上的的混合合物如過濾濾、沉沉降、、離心心分離離等。。處理均均相混混合物物按物理理化學學原理理的不不同，，傳質(zhì)質(zhì)分離離可分分為：：（二））傳質(zhì)分分離過過程的的分類類平衡分分離過過程：：速率分分離過過程：借助分分離劑劑使均均相混混合物物變成成兩相相系統(tǒng)統(tǒng)，再再利用用混合合物中中各組組分在在處于于相平平衡的的兩相相中的的不等等同分分配而而實現(xiàn)現(xiàn)分離離。在某種種推動動力（（濃度度差、、壓力力差、、溫度度差、、電位位差等等）的的作用用下，，利用用各組組分擴擴散速速率的的差異異實現(xiàn)現(xiàn)分離離。如精餾餾、吸吸收、、萃取取、結(jié)結(jié)晶、、吸附附等。。如微濾濾、超超濾、、反滲滲透、、電滲滲析等等。1）平衡衡分離離過程程過程名稱原料分離劑產(chǎn)品分離原理蒸發(fā)蒸餾吸收萃取結(jié)晶吸附干燥浸取離子交換液體液體氣體液體液體氣體或液體濕物料固體液體熱熱不揮發(fā)性液體不互溶液體冷或熱固體吸附劑熱溶劑固體樹脂液體+蒸汽液體+蒸汽液體+氣體液體+液體液體+固體固體+液體或氣體固體+蒸汽固體+液體液體+固體蒸汽壓不同蒸汽壓不同溶解度不同溶解度不同過飽和吸附力不同濕組分蒸發(fā)溶解度不同離子的可交換性2）速率率控制制分離離過程程過程名稱原料分離劑產(chǎn)品分離原理氣體擴散熱擴散電滲析電泳反滲透超過濾氣體氣體或液體液體液體液體液體壓力梯度和膜濕度梯度電場和膜電場壓力梯度和膜壓力梯度和膜氣體氣體或液體液體液體液體+液體液體+液體

多孔膜中擴散的速率差異熱擴散速率差異

膜對不同離子的選擇性滲透膠質(zhì)在電場下的遷移速率差異溶質(zhì)溶解度與溶劑在膜中的擴散速率分子大小差異1.2分離因因子（1）分離離因子子的定定義假設要要將i、j兩組分分構(gòu)成成的混混合物物分離離成1、2兩種產(chǎn)產(chǎn)品，，兩種種產(chǎn)品品中兩兩組分分的含含量分分別用用xi1、xj1、xi2、xj2表示。。比較較這兩兩個組組分在在兩種種產(chǎn)品品中的的含量量關系系，就就可以以判定定這兩兩個組組分在在兩種種產(chǎn)品品中的的分離離程度度：分離因因子與與1的偏離離程度度表示示組分分之間間分離離的難難易程程度。。當αij＝1時，兩兩組分分在兩兩產(chǎn)品品中的的含量量相同同，無無法實實現(xiàn)分分離；；當αij接近1時，兩兩組分分在兩兩產(chǎn)品品中的的含量量相近近，難難以實實現(xiàn)分分離；；當αij遠離1時，兩兩組分分在兩兩產(chǎn)品品中的的含量量差別別大，，容易易實現(xiàn)現(xiàn)分離離。精餾中中，分分離因因子又又稱為為相對揮揮發(fā)度度，它相相對于于汽液液平衡衡常數(shù)數(shù)而言言，對對溫度度和壓壓力的的變化化不敏敏感，，可近近似看看作常常數(shù)，，使計計算簡簡化。。（2）分離離因子子的意意義1）雙組組分中中的相相對揮揮發(fā)度度已知A、B兩組分分揮發(fā)發(fā)度為為：由Dalton分壓定定律可可知：：pA+pB=p，而pA=yAp，pB=yBp，所以以：2）液液液萃取取的選選擇性性系數(shù)數(shù)已知A、B兩組分分在兩兩相中中的分分配系系數(shù)為為：則其選選擇性性系數(shù)數(shù)為：：1.3過程開開發(fā)及及方法法（1）化工工技術術開發(fā)發(fā)1）開發(fā)發(fā)基礎礎研究究針對項項目的的應用用性基基礎研研究和和工藝藝特征征研究究，以以實驗驗室研研究為主主。2）過程程研究究進行工工藝、、產(chǎn)品品、設設備等等的工工程放放大試試驗，，包括括模型型試驗、微微型中中試、、中試試及工工業(yè)試試驗等等的全全部或或部分分過程程。3）工程程研究究包括技技術經(jīng)經(jīng)濟評評價、、概念念設計計、數(shù)數(shù)學模模型、、放大大技術術及基基礎設計計等。。（2）放大大技術術的常常用方方法過程放放大的的方法法有逐逐級經(jīng)經(jīng)驗放放大法法、數(shù)數(shù)學模模型法法、工工程理理論法法和參參照法法四種種，常常用的的是前前兩種種。1）逐級級經(jīng)驗驗放大大法以小試試→擴擴大試試驗→→中試試→工工業(yè)化化試驗驗的程程序，，通過過逐級級試驗驗獲取取參數(shù)數(shù)來達達到目目的。。穩(wěn)妥妥，但但耗費費大。。2）數(shù)學學模型型法根據(jù)過過程的的內(nèi)在在規(guī)律律，建建立準準確描描述過過程的的數(shù)學學模型型，通通過合合理的的簡化化后，，利用用計算算機求求解得得到相相關的的參數(shù)數(shù)。（3）分離離過程程開發(fā)發(fā)應達達到的的目的的1）合適適的分分離方方法和和流程程通常通通過小小試研研究來來實現(xiàn)現(xiàn)分離離方法法的選選擇和和分離離流程程的確定。。2）優(yōu)化化的工工藝操操作條條件通常是是在小小試數(shù)數(shù)據(jù)的的基礎礎上，