化工分離工程3

分離工程

教師：蔣春躍制作：何壽林本課程的任務(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、基本原理、基本公式的理解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.提高解決問題能力學(xué)生應(yīng)掌握：◆分離過程的基本理論

◆簡捷和嚴格計算方法

◆強化、改進操作途徑

◆對新分離技術(shù)有一定了解教材：面向21世紀課程教材：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返回第一章緒論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1.3.分離過程的集成化

學(xué)習(xí)方法與要求1.1分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用

分離過程在化工生產(chǎn)中的重要性

分離過程在清潔工藝中的地位與作用返回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：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)品廢水乙醛12345678910水循環(huán)乙烯水放空放空水氫水廢水例2：二甲苯生產(chǎn)1-重整反應(yīng)器；2、13-汽液分離器；3-壓縮機；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H2H2H2●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℃﹣25.173﹣47.87213.263●原料：石腦油沸程120～230K●特點：●涉及到分離過程：精餾：4、7、8萃取：5、6

結(jié)晶：10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的結(jié)合，將污染物減少或消滅在工藝過程中。

——面向21世紀社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大課題。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)品原料中的雜質(zhì)工藝的物料損耗

廢物最小化？清潔工藝綜合考慮：

●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)/過程綠色化

●原料綠色化：采用無毒無害原料采用可再生資源（如生物質(zhì)）●產(chǎn)品綠色化：設(shè)計安全的化學(xué)品設(shè)計可降解的化學(xué)品●過程綠色化：采用原子經(jīng)濟性反應(yīng)采用綠色催化劑采用綠色溶劑過程強化外場強化流程集約化裝備微型化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)。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●進料提純

例：氧化反應(yīng)采用純氧●除去分離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)使用上述原因榨促使：傳統(tǒng)分團離過程作不斷改惜進和發(fā)喉展例：反應(yīng)料精餾；吸踐附；…新分離潔方法不鴉斷出現(xiàn)不和實現(xiàn)糊工業(yè)化淺應(yīng)用例：膜分鏡離；熱擴跌散；色層徐分離；…返回思考：循環(huán)經(jīng)踩濟、產(chǎn)繼業(yè)鏈、業(yè)工業(yè)園豬區(qū)等1.2傳質(zhì)分缺離過程隸的分類潛和特征1.2帳.1平衡分離此過程1.2.恐2速率分離愁過程返回1.2.狀1平衡瞎分離過程分離設(shè)備混合物產(chǎn)品分離媒介分離媒介零：能量、物禾質(zhì)、壓力平衡分離豪過程——借助柴分離媒介舒，使均相漸混合物系粱統(tǒng)變成兩相系掀統(tǒng)，再以況混合物中副各組分在僻處于相平剖衡的兩相鏡中不等泳同的分菊配為依嫂據(jù)而實原現(xiàn)分配氧，表征量分配系數(shù)攪。平衡分離斯過程的分立離單元操問作閃蒸原料相態(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，有時用機械功

同上石油裂解氣的深冷分離；苯、甲苯、二甲苯的分離。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)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1.2.遼2速率腳分離過程膜分離熱擴散速率分離: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，利用各組分擴散速率的差異實現(xiàn)組分的分離。微孔過丈濾（M惹F）：推動力粒：壓力差（請～100憑kPa）傳遞機理辭：篩分膜類型：多孔膜進料（液體和氣體）溶劑、水、氣體顆粒、纖維目的：蹲溶液脫虜離子，幫氣體脫瞞離子超濾（U幣F）：推動力懲：壓力差案（10利0～1殼000施kPa曉）傳遞機硬理：篩分膜類型嬸：非對稱性狐膜進料溶劑、水膠體大分子目的：曬溶液脫曬大分子猴，大分貝子溶液積脫小分歷子，大材分子分頃級。如凳透晰。反滲透手（RO狠）：推動力：壓力差（殃1000閘～100鼓00kP幻玉a）傳遞機明理：優(yōu)先吸葛附毛細嚷管流動立溶解、即擴散模密型膜類型維：非對稱泛性膜或京復(fù)合膜進料溶劑、水溶質(zhì)、鹽目的：隊溶劑脫交溶質(zhì)，幫含小分片子溶質(zhì)探溶液濃單縮。滲析（D撲）：推動力：濃度差傳遞機裝理：篩分、暴微孔膜類內(nèi)的受新阻擴散透過物非：小分子西溶質(zhì)或宵較小的漂溶質(zhì)截留物鋒：截留﹥0.02詠um離子丘、截留血妹液﹥0.底005u盒m離子膜類型：非對稱性綠膜或離子燈交換膜進料接受液凈化液擴散液目的：大貧分子溶質(zhì)分溶液脫小啞分子，小站分子溶質(zhì)風溶液脫大走分子。電滲析（位ED）：推動力：電化學(xué)勢傳遞機池理：反離子經(jīng)眾離子交換碌膜的遷移膜類型：離子交換澡膜濃電解質(zhì)－極＋極產(chǎn)品陰離子交換膜陽離子交換膜進料目的：巧溶液脫域小離子權(quán)，小離懂子溶質(zhì)胃的濃縮籃、小離勾子的分昆級。熱擴散：原理：先建立穩(wěn)幅定的溫度梯撓度，氣體中探較輕的組轟分向熱線遍方向飄逸狀，再建立族穩(wěn)定的濃度梯相度，熱線附繼近的氣蟻體由于儉密度較窄小流向跟上頂瓶嬸；冷管番壁附近很的氣體咱由于密潛度較大紐奉向下底營瓶流動屠。頂瓶底瓶溫度梯度冷壁熱線速率分自離過程喊特點：■節(jié)能■環(huán)保優(yōu)鍋勢■新的方發(fā)法返回1.3惕.分離辟過程的國集成化目的：實現(xiàn)清沈潔工藝使物料能夸量消耗最亭??；兆經(jīng)濟效益哲、社會效會益最大。1.3偷.1反應(yīng)過減程與分新離過程菌的耦合1.3.吉2分離過程虧與分離過絕程的耦合1.3春.3過程的集成返回1.3德.1反應(yīng)過程綢與分離過山程的耦合目的：改善不利渠的熱力學(xué)姥和動力學(xué)晶因數(shù)，減伯少設(shè)備、齡操作費用錫、節(jié)約資鄙源和能源訪?；瘜W(xué)吸收——化學(xué)污反應(yīng)與吸撒收相結(jié)合被溶解的炎組分與吸漸收劑中的媽活性組分暴發(fā)生反應(yīng)貼，增加傳安質(zhì)推動力鑼,如煙免氣脫硫?；瘜W(xué)萃取——化學(xué)哥反應(yīng)與萃聰取相結(jié)合溶質(zhì)與萃叫取劑反應(yīng)典。如：絡(luò)勞合反應(yīng)；摔水解；聚借合反應(yīng)（丑催化）甲精餾——化醉學(xué)反應(yīng)球與精餾材相結(jié)合例：酯化胸、皂化、傳酯交換、供胺化、水簽解…膜反應(yīng)器——優(yōu)良腐分離性能烈與催化反宰應(yīng)相結(jié)合例：利勸用多孔沿陶瓷膜略催化反隱應(yīng)器，愉進行丁疏烯脫氫充制丁二繼烯。丙叛烷脫氫宋制丙烯猛?？刂漆尫艑⑺幬锩曰蚱渌锘顬┬晕镔|(zhì)紐奉以一定努形式與答膜結(jié)構(gòu)僵相結(jié)合船，使這嗓些活性箭物質(zhì)只紅能以一丙定速度餓通過擴毒散等方龍式釋放然到環(huán)境絨中。膜生物墻傳感器由生物催俗化劑酶或廳微生物與真合成膜及嫌電極轉(zhuǎn)換馬裝置組成千，模仿生嚇物膜對化仗學(xué)物質(zhì)的師識別能力嶼制成，為州酶膜傳感跪器和微生鑒物傳感器丸。返回1.3.權(quán)2分離過到程與分離散過程的耦對合復(fù)合分隱離過程優(yōu)點：集原分離陪過程之所奴長，避其舊所短。適用于斬:特殊物系暈的分離。◆萃取結(jié)穗晶（加和結(jié)泄晶）分離：①揮發(fā)炒度相近級的組分艘。②無機舟鹽生產(chǎn)侄（優(yōu)點曬：節(jié)能勁）溶劑可溉萃取出掛部分水肉?！粑礁F蒸餾氣一液一敞固三相分挎離過程吸附分逆離優(yōu)點艘：分離因熔子高，領(lǐng)產(chǎn)品濃錫度高，團能耗低期。缺點：吸附劑框用量大替，收墾率低。——形咳成互補◆電泳分牲離不同蛋攻白質(zhì)在災(zāi)一定p羊H值的任緩沖溶唉液中，類其溶解持度不同李，在電畏場作用序下，這昌些帶電稿的溶膠茅離子在選介質(zhì)中邪的泳動慨速度不沃同，實雜現(xiàn)不同品蛋白質(zhì)題的分離擾。返回1.3輝.3廚過程的孕集成一、傳哥統(tǒng)分離慌過程的短集成合理組遠合傳統(tǒng)牙分離過民程，揚隆長避短尖，達到獎高效、高低耗和任減少污豬染的目發(fā)的。共沸精傷餾與萃嬌取集成環(huán)己烷+苯丙酮環(huán)己烷+丙酮共沸物純苯環(huán)己烷丙酮+水丙酮水水優(yōu)點：無污染二、傳顯統(tǒng)分離啄過程與濕膜分離掩的集成將膜技雅術(shù)應(yīng)用勉到傳統(tǒng)婆分離過國程中◆滲透蒸忌發(fā)用來分軋離揮發(fā)射性液體磁混合物蕩，恒沸偷、近沸緞點物系捧?！粽羝麧B透例：發(fā)酵長液脫水制糖無水乙醇水與醇形笛成二元共簽沸物，共裝沸點:7滾8.15詠℃，x=0.嗚894（攝mol）三、膜過循程的集成優(yōu)點：取牙長補短例：分離江懸浮液為買高固體含溉量物料將超濾姻、反滲翼透、滲顛透蒸餾古組合在勇一起。返回1.4乒設(shè)計變量變量:兄用于設(shè)計述分離裝置早的參數(shù)/塌物理量.子如進料翅流率,丑濃度,槽壓力,幼溫度,吃熱負荷,策機械功挖的輸入(社或輸出)掌量,傳朗熱面積大雪小,以側(cè)及理論塔雖板數(shù)等.分離裝益置的設(shè)疤計:瘦就是要嶼確定上凱述物理卸量間相遵互聯(lián)系帖,相叉互制約酸.設(shè)計變歌量:治由于變抽量太多箏,所燒以設(shè)計透者只能橋規(guī)定上君述變量謀中的若山干個變蕉量的數(shù)順值.膊如果設(shè)司計過程薦中給定既數(shù)值的渡物理量毛數(shù)目少韻于設(shè)計籠變量的踩數(shù)目,豈設(shè)計就熱不能進他行.標反之,飛給定趨數(shù)值的猛物理量屆過多,常設(shè)計途也無法侄進行.因此，設(shè)佛計的第一凝步不是選序擇變量的瓣具體數(shù)值菊，而是要掙知道設(shè)計才者所需要虧給定數(shù)值贊的變量數(shù)白目。簡單過業(yè)程：一典般按經(jīng)茄驗給出少。如一誰處進料沙的二組輕分精餾劍塔：進壟料流率胡、進料幻玉濃度、秒進料狀友態(tài)、塔推壓、釜部液濃度衛(wèi)、餾出踩液濃度伶以及回款流比。皺計算：抬精餾段刮理論塔預(yù)板數(shù)，痰提餾段怠理論塔算板數(shù)，企以及冷以凝器，色再沸器積的熱負宣荷等。復(fù)雜過程僅：Ni=Nv-Nc式中：Ni為設(shè)計變漠量；Nv為描述系島統(tǒng)的獨立閘變量數(shù)；Nc為變量間啞的約束關(guān)連系數(shù)（即敢描述約束優(yōu)關(guān)系的獨動立方程式蜻的數(shù)目）猾。相律：面對于任勻一物流省，描述四它的自寫由度數(shù)赴（強度第性質(zhì)的饞變量）f=c拔-C組分數(shù)血；相數(shù)堂。對于單相原物流，獨樸立變量數(shù)炒為：Nv=f+1=(c-1+2)恨+1=c+21-指物等流的數(shù)量袍（容量性鈴質(zhì)）約束關(guān)系學(xué)：物料平衡筍式能量平貨衡式相平衡用關(guān)系式化學(xué)平衡貼關(guān)系式內(nèi)在關(guān)系夕式習(xí)題-覆pp2支33.扭氣體分