化工分離工程2

分離工程

教師：吳剛強(qiáng)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(diǎn)：1.基本概念的理解2.討論各種分離方法的特征3.對(duì)設(shè)計(jì)、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(jiǎn)捷和嚴(yán)格計(jì)算方法

◆強(qiáng)化、改進(jìn)操作途徑

◆對(duì)新分離技術(shù)有一定了解教材：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(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(duì)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(jí)芳烴目的產(chǎn)物目的產(chǎn)物為對(duì)二甲苯鄰二甲苯間二甲苯對(duì)二甲苯沸點(diǎn)℃144.411139.104138.351熔點(diǎn)℃﹣25.173﹣47.87213.263●原料：石腦油沸程120～230K●特點(diǎn)：●涉及到分離過程：精餾：4、7、8

萃?。?、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(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(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大課題?；瘜W(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)工藝的物料省耗

廢物最小化？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)

——廢物最小化首先考慮催化劑、反應(yīng)工藝和設(shè)備。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(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用

例：膜分離；熱擴(kuò)散；色層分離；…返回1.2形傳正質(zhì)分離陵過程的兄分類和藍(lán)特征一類：酸機(jī)械分或離特點(diǎn)：被分離掀物為非炊均相簡(jiǎn)單的將蒼混合物分塞開如：過濾掩、沉降…化工原宮理內(nèi)容二類：傳用質(zhì)分離包含：平衡分離烈過程；速碌率控制分排離特點(diǎn)：被分離物斯為均相1.2傳質(zhì)分離墊過程的分努類和特征1.2.朽1平衡分漠離過程1.2.婆2速率分離淚過程返回1.2鏟.1由平衡分披離過程分離設(shè)備混合物產(chǎn)品分離媒匯介分離媒棵介：能量、物戶質(zhì)、壓力平衡分離延過程——借安助分離井媒介，楚使均相貨混合物服系統(tǒng)變成兩相系救統(tǒng)，再以汁混合物中按各組分在火處于相平微衡的兩相中號(hào)不等同的屬分配為依幸據(jù)而實(shí)現(xiàn)假分配。平衡分獄離過程徐的分離核單元操寬作閃蒸原料相態(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(shí)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。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?cè)芤旱南鄬?duì)揮發(fā)度

以苯酚作溶劑由沸點(diǎn)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縱.2巡壽速率分探離過程膜分離熱擴(kuò)散速率分離:在某種推動(dòng)力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，有時(shí)在選擇性膜的配合下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實(shí)現(xiàn)組分的分離。微孔過擾濾（M粒F）：推動(dòng)力：壓力差言（～1藥00k午Pa）傳遞機(jī)告理：篩分膜類型冰：多孔膜進(jìn)料（液體和氣體）溶劑、水、氣體顆粒、纖維目的：溶帆液脫離子巾，氣體脫園離子超濾（U介F）：推動(dòng)力劉：壓力差（三100～熱1000竭kPa）傳遞機(jī)螺理：篩分膜類型桿：非對(duì)稱性由膜進(jìn)料溶劑、水膠體大分子目的：嬸溶液脫體大分子六，大分毯子溶液酬脫小分槍子，大昆分子分某級(jí)。反滲透綱（RO搭）：推動(dòng)力激：壓力差（管1000會(huì)～100奇00kP鉆a）傳遞機(jī)嘗理：優(yōu)先吸附汽毛細(xì)管流暖動(dòng)溶解、忌擴(kuò)散模型膜類型攏：非對(duì)稱性乳膜或復(fù)合貫?zāi)みM(jìn)料溶劑、水溶質(zhì)、鹽目的：溶嘗劑脫溶質(zhì)狡，含小分贈(zèng)子溶質(zhì)溶離液濃縮。滲析（D葡）：推動(dòng)力：濃度差傳遞機(jī)罪理：篩分、微辦孔膜內(nèi)的怖受阻擴(kuò)散透過物：小分子粥溶質(zhì)或燈較小的第溶質(zhì)截留物：截留﹥0.02辮um離子咳、截留血遼液﹥0.痕005u謀m離子膜類型候：非對(duì)稱牌性膜或厚離子交射換膜進(jìn)料接受液凈化液擴(kuò)散液目的：大蝴分子溶質(zhì)支溶液脫小孫分子，小更分子溶質(zhì)蛛溶液脫大猛分子。電滲析（潑ED）：推動(dòng)力：電化學(xué)勢(shì)傳遞機(jī)蒸理：反離子經(jīng)禮離子交換末膜的遷移膜類型：離子交換雪膜濃電解質(zhì)－極＋極產(chǎn)品陰離子交換膜陽離子交換膜進(jìn)料目的：洽溶液脫川小離子趁，小離乘子溶質(zhì)辮的濃縮脅、小離神子的分鋒級(jí)。熱擴(kuò)散：原理：先建立炮穩(wěn)定的溫度梯抱度，氣體望中較輕蟲的組分帝向熱線耍方向飄虎逸，再器建立穩(wěn)魚定的濃度梯設(shè)度，熱線附近謙的氣體由甚于密度較刺小流向上鍋頂瓶；冷廣管壁附近匹的氣體由撤于密度較綠大向下底妙瓶流動(dòng)。頂瓶底瓶溫度梯度冷壁熱線速率分離阻過程特點(diǎn)亡：■節(jié)能■環(huán)保憐優(yōu)勢(shì)■新的方呈法返回1.3揪.分離咸過程的表集成化目的：實(shí)現(xiàn)清潔泄工藝使物料脖能量消仁耗最小圖；鑄經(jīng)濟(jì)尿效益、亡社會(huì)效酷益最大沾。1.3.濾1反應(yīng)過涌程與分坑離過程行的耦合1.3.粥2分離過質(zhì)程與分掠離過程叮的耦合1.3雨.3過程的集成返回1.3.譜1反應(yīng)過笨程與分復(fù)離過程掏的耦合目的：改善不翻利的熱虛力學(xué)和宰動(dòng)力學(xué)城因數(shù)，還減少設(shè)添備、操禽作費(fèi)用恰、節(jié)約鹿資源和楊能源?；瘜W(xué)吸收——化學(xué)繼反應(yīng)與吸達(dá)收相結(jié)合被溶解曠的組分拳與吸收緊劑中的欄活性組分分發(fā)生維反應(yīng)，栗增加傳婦質(zhì)推動(dòng)悉力?；瘜W(xué)萃懇取——化元學(xué)反應(yīng)及與萃取例相結(jié)合溶質(zhì)與絕萃取劑蘭反應(yīng)。濁如：絡(luò)葉合反應(yīng)甘；水解舊；聚合反應(yīng)（帽催化）損精餾——化學(xué)扶反應(yīng)與精貢餾相結(jié)合例：酯化買、皂化、縮慧酯交換、封胺化、水老解…膜反應(yīng)器——優(yōu)銀良分離沙性能與評(píng)催化反播應(yīng)相結(jié)嶺合例：利用晴多孔陶瓷涉膜催化反點(diǎn)應(yīng)器，進(jìn)脹行丁烯脫鏡氫制丁二侵烯。丙烷窩脫氫制丙卻烯?？刂漆尫艑⑺幬锒骰蚱渌⑸锘钜残晕镔|(zhì)巷以一定狗形式與先膜結(jié)構(gòu)患相結(jié)合素，使這售些活性肢物質(zhì)只恭能以一怕定速度瓜通過擴(kuò)蘭散等方電式釋放旅到環(huán)境辦中。膜生物度傳感器由生物催退化劑酶或博微生物與熊合成膜及倡電極轉(zhuǎn)換恒裝置組成令，模仿生凝物膜對(duì)化泊學(xué)物質(zhì)的砌識(shí)別能力嚼制成，為乘酶膜傳感咐器和微生迷物傳感器飲。返回1.3.丈2分離過攀程與分離填過程的耦督合復(fù)合分圓離過程優(yōu)點(diǎn)：集原分離脹過程之所底長(zhǎng)，避其遮所短。適用于邀:特殊物系芳的分離。◆萃取看結(jié)晶（加和結(jié)通晶）分離：①揮發(fā)坡度相近療的組分榨。②無機(jī)癢鹽生產(chǎn)六（優(yōu)點(diǎn)逆：節(jié)能勵(lì)）溶劑可萃嫁取出部分怎水。◆吸附雙蒸餾氣一液一釋固三相分俘離過程吸附分離谷優(yōu)點(diǎn)：分離因態(tài)子高，鹽產(chǎn)品濃氣度高，貓能耗低色。缺點(diǎn)：吸附劑用錦量大，鑼收率低?！问砍苫パa(bǔ)◆電泳魄分離不同蛋收白質(zhì)在科一定p尖H值的鼓緩沖溶課液中，御其溶解乳度不同賭，在電湖場(chǎng)作用腸下，這響些帶電正的溶膠磚離子在掘介質(zhì)中選的泳動(dòng)蒼速度不吼同，實(shí)?，F(xiàn)不同哨蛋白質(zhì)潔的分離補(bǔ)。返回1.3.偏3過程笨的集成一、傳統(tǒng)運(yùn)分離過程置的集成合理組僵合傳統(tǒng)濫分離過先程，揚(yáng)盯長(zhǎng)避短歸，達(dá)到尾高效、液低耗和搬減少污配染的目懲的。共沸精餾潔與萃取集宅成環(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(diǎn)：無污染二、傳蕉統(tǒng)分離走過程與日膜分離蠟的集成將膜技術(shù)欺應(yīng)用到傳告統(tǒng)分離過舉程中◆滲透蒸患發(fā)用來分訴離揮發(fā)廚性液體翼混合物征，恒沸索、近沸抹點(diǎn)物系喬?！粽羝麧B嫂透例：發(fā)內(nèi)酵液脫依水制無花水乙醇水與醇棉形成二照元共沸橡物，共蕩沸點(diǎn):炊78.劈燕15℃長(zhǎng)，x=0宜.89心4（m透ol）三、膜過勢(shì)程的集成優(yōu)點(diǎn)：糧取長(zhǎng)補(bǔ)綿短例：分離懲懸浮液為膠高固體含叢量物料將超濾