化工分离过程第一章绪论

一般表示为：
混合物
分离设备
产品
分离剂
特点： 1、纯组分混合是个熵增自发的过程，分 离过程是个耗功的过程，即外界必须对系 统作功。 2、混合物的分离在内外因作用下发生，内 因是推动力，即组分或相在物理、化学方 面的性质差异，外因是相应形式，分离剂 的加入类型，即分离剂。
二、分离剂
是分离过程的辅助物质或推动力，分为能量分离 剂和质量分离剂。 能量分离剂被用于分离过程只有一部分，有效 利用部分，反映了过程或设备的性能之一。 质量分离剂有时可以减少能量分离剂的用量， 但除消耗材料外，可能产生污染。
挥发度 海水淡化生 （蒸汽压） 产纯水；吸 有较大差 收液的解吸。 别
减压
液体
精 馏
原料 相态： 汽、液 或汽液 混合物
分离媒介： 热量，有时 用机械功
同上
石油裂解气 的深冷分离； 苯、甲苯、 二甲苯的分 离。
V
吸 收 蒸 出
萃 取 或 共 沸 精 馏
原料 分离媒 相态： 介：
MSA
分离原 工业应 理： 用：
膜分离技术得到各国重视：国际学术界一致认为 “谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。
2、场分离 包括电泳、热扩散、高梯度磁力分离
热扩散：
热扩散属场分离的一种 , 以温度梯度为推动 力 , 在均匀的气体或液体混合物中出现分子量较 小的分子 ( 或离子 ) 向热端漂移的现象 , 建立 起浓度梯度 , 以达到组分分离的目的。该技术用 于分离同位素、高粘度的润滑油 , 并预计在精细 化工和药物生产中可得到应用。
化工分离工程
教师：徐继红
第一章 绪 论
1.1 分离过程的基本概念 1.2 分离过程在化工生产中的重要性 1.3 传质分离过程的分类和特征
1.4 本课程的任务和内容
1.1 分离过程的基本概念
一、什么是分离过程
借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级、浓缩、富 集、纯化、精制与隔离等的过程称为分离过程。
总趋势： 多样化、精细化、洁净化（环境友好）
总而言之，广泛的应用，科技的发 展，环境的需要都说明分离过程在国 计民生中所占的地位和作用，并展示 了分离过程的广阔前景：现代社会离 不开分离技术，分离技术发展于现代 社会。
1.3 传质分离过程的分类和特征
按分离的规模分类
分析分离
• 规模小 • 定量分析 例: 色谱分离 制备分离 • 规模小 • 研究用材料 例: 离心分离 工业分离 • 规模大 • 经济
1.4.本课程的任务和内容
1、 课程性质和特点
1） 本课程是一门专业基础课。是学生在具备了物理化学、 化工原理、化工热力学等课程后的一门必修课，它利用 这些课程中的有关知识研究化工生产实际中复杂物系的 分离和提纯技术。
2） 着重基本概念的理解，为分离过程的选择、特性分析 和计算奠定基础，从分离过程的共性出发，讨论各种分 离方法的特征。掌握各种常用过程的基本理论、操作特 点、简捷和严格计算方法。
2、本课程的主要内容 第一章 绪论 第二章 单级平衡过程 第三章 多组分多级分离过程的分析及简捷 计算法 第四章 多组分多级分离过程的严格计算
膜分离是利用液体中各组分对膜的渗透速 率的差别而实现组分分离的单元操作。膜可以 是固态或液态，所处理的流体可以是气体或液 体，过程的推动力可以是压力差、浓度差或电 位差。
膜分离的特点
• • • • • • • ①操作在常温下进行； ②是物理过程，不需加入化学试剂； ③不发生相变化（因而能耗较低）； ④在很多情况下选择性较高； ⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成； ⑥设备易放大，可以分批或连续操作。 因而在生物产品的处理中占有重要地位
涉及分离过程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10； 闪蒸：4
对分离的需求：
（一）、原料的净化与粗分（半导体材料） （二）、反应产物的提纯与净化 （三）、改善环境,降低污染(三废处理) （四）、 药物的精制和提纯（有毒有害物） （五）、 测试或检测用超纯标准品….
分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位。 分离装置的费用占总投资的50～90％。
分离过程与单元操作
1893年对单元操作有所认识，真正提出在1915年。 Artwk.baidu.comeer给MIT校长信中写道：
任何化工过程，不管规模大小，都可以认为是由一 系列可以被称为“单元操作”的过程组成。
分离过程与单元操作
分离过程形成一个独立领域的两个重大事件： 1984年NormanLee组织召开的分离技术工程会议。 1987年美国国家研究院撰写的研究报告提出：“分 离、纯化：迫切需要和现实机会”。对分离过程的 定义、分类、研究目标和任务进行了明确的论述。 （1）共性与个性（森林与树木） （2）非理想性和理想性 （3）多组分和二元组分
二、 分离过程发展现状
古代：最常用的有干燥、结晶等。如海水制盐，冰 糖制作。 近代：人们发现： 化工过程的设备一般包括：⑴反应器 ⑵分离设 备 ⑶机、泵 ⑷换热器 现代：无论化学、石油、冶金、食品、轻工、医药、 生化和原子能等工业都广泛应用分离过程
三、发展趋势
1）传统分离技术改造： 如精馏筛板塔改造为效率更高的填料塔。 2）新型分离过程开发： 如膜分离、反胶团萃取、超临界萃取等。 3）分离与反应耦合以及分离过程之间的耦合： 反应精馏：（反应与精馏结合，提高分离效率；同
挥发度 （蒸汽压） 有较大差 别 由催化裂化 装置主蒸塔 顶产物中回 收乙烷及较 轻的烃。 以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离芳烃； 以醋酸丁酯 作共沸剂从 稀溶液中分 离醋酸。
L或V
气体或 液体
液体吸收 剂 （MSA）； 加入热量 （ESA）
L
MSA
原料 相态：
L 汽、液
L或V
液体溶剂 （MSA）或 塔釜加热 （ESA） 液体共沸剂 （MSA）或 塔釜加热 （ESA）
混合物 分离设备 产品
分离媒介
分离媒介：能量、物质、压力 平衡分离过程——借助分离媒介，使均相混合物系统变
成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡
的两相中不等同的分配为依据而实现分配。
应用最广泛，研究最深入，本课程重点
平衡分离过程的分离单元操作
原料 分离媒 相态： 介：
闪 蒸
分离原 工业应 理： 用：
例: 精馏分离
有无传质发生
一类：机械分离
由两相以上所组成的混合物， 其目的只是简单地将各相加以 分离。特点：被分离物为非均 相简单的将混合物分开 如：过滤、沉降… 二类：传质分离 是用于各种均相混合物的分离
化工原 理内容
包含：平衡分离过程；速率分离过程 （物理化学原理）
特点：被分离物为均相
一、平衡分离过程
或汽液 混合物
L
改变原溶 液的相对 挥发度
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二、 速率分离过程
速率分离过程: 在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等） 的作用下，有时在选择性膜的配合下，利用各组分扩散速 率的差异实现组分的分离。 特点：所处理的物料和产品通常属于同一相态，仅有组成 的差别。 分为膜分离和场分离两大类
1、膜分离
1.2 分离过程在化工生产中的重要性
一、生产应用
例1：乙烯水合生产乙醇
乙 烯
水 循环乙烯 水 放 空 放 空
C2 H4 H2 0 C2 H5OH
乙 醛 水
水
氢
93% 产品
1
2
3
4
5
6
废水
7
8
9
10
废水 1-固定床催化反应器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-闪蒸塔；6-粗馏塔；
7-催化加氢反应器；8-脱轻组分塔；10-产品塔
时借助精馏手段，提高反应收率。）
吸附精馏、膜精馏等。
膜反应器： 在反应的同时，利用膜的优良分离性能，选择性的脱 除产物，从而移动化学反应平衡，提高反应的收率、 转化率和选择性。
控制释放：
将药物或生物活性物质与膜结构相结合，使其以一定的 速度通过扩散等方式释放到环境中，从而达到控制药物 浓度，延长药效时间，减少服用量和服用次数。 化学吸收： 通过溶质与溶剂中的活性组分发生反应，提高传质推 动力和液相传质系数，从而提高吸收率，降低能耗和 设备投资。