化工分离工程_分离过程的分类和特征
化工分离工程01
化工分离工程 011. 引言化工分离工程是化工领域的重要分支之一，它涉及到物质的分离、净化和纯化等工艺过程。
本文将介绍化工分离工程的基本概念、分类、应用领域、工艺流程以及一些常用的分离技术。
2. 分离工程的基本概念分离工程是指根据物质的物理性质、化学性质或者两者的组合，将混合物中的组分进行分离的过程。
分离工程的基本任务是提高混合物中目标组分的纯度，并且尽可能地提高分离效率。
3. 分离工程的分类分离工程可以按照不同的分类标准来进行分类。
根据物质的性质，分离工程可以分为物理分离和化学分离两大类。
物理分离是根据物质的物理性质进行分离，包括蒸馏、吸附、萃取等技术；化学分离是根据物质的化学性质进行分离，如化学反应、化学析出等技术。
4. 分离工程的应用领域4.1 化工生产中的应用化工分离工程在化工生产中起着至关重要的作用。
通过分离工程，可以将原材料中的有用组分与杂质分离开来，从而提高产品的质量和产量。
例如，在石油炼制过程中，通过蒸馏工艺可以将原油中的轻质烃类和重质烃类分离出来，得到汽油、柴油等产品。
4.2 环境保护中的应用分离工程也广泛应用于环境保护领域。
例如，在废水处理过程中，可以通过吸附、离子交换等分离技术，将废水中的污染物与清水进行分离，从而净化废水，保护环境。
4.3 生物医药领域的应用化工分离工程在生物医药领域也有广泛的应用。
例如，在药物研发过程中，可以通过分离工程将混合物中的有效药物分离出来，提高药物的纯度和活性，从而提高药物的疗效。
5. 分离工程的工艺流程分离工程一般包括前处理、主分离和后处理等环节。
前处理是指对混合物进行预处理，如去除杂质、调整溶剂比例等；主分离是指将混合物中的目标组分与杂质分离开来；后处理是指对分离后的产物进行处理，如晶体过滤、溶剂回收等。
不同的分离工程可以采用不同的工艺流程，具体的流程可以根据混合物的特性和目标要求进行设计。
6. 常用的分离技术6.1 蒸馏蒸馏是一种基于组分的挥发性差异进行分离的技术。
《化工分离工程》PPT课件大学课件
化工分离工程第一讲绪论主要内容化学工业与化工过程分离过程在化工生产中作用分离过程的分类及特征本课程的教学目的及要求化工分离技术发展简述化工分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的。
现代化学工业开始于18世纪。
当时，纯碱、硫酸等无机化学工业成为现代化学工业的开端。
19世纪以煤为基础原料的有机化工发展起来。
开始涉及分离问题，如苯、甲苯、酚等化学品提纯应用了吸收、蒸馏、过滤、干燥等分离操作。
19世纪末，20世纪初石油炼制的发展促进了化工分离技术的成熟与完善。
进入20世纪70年代以后，化工分离技术更加高级化，应用也更加广泛。
同时，化工分离技术与其它科学技术相互交叉渗透产生一些更新的边缘分离技术，如生物分离技术、膜分离技术、环境化学分离技术、纳米分离技术、超临界流体萃取技术等等。
化学工业对原料〔如石油，煤等〕原料进行化学或物理加工加工，改变物质的结构或组成，或合成新物质获得各种有用产品的制造工业．化工过程Industry Chemical Processes Chemical process is is achemical engineering units inwhich raw materials are changedor separated into usefullproducts 化学反应过程化工生产核心化工过程原料的预处理物理处理过程（单元操作）产品的加工分离过程（Separation Processes The separationprocess is a chemicalengineering units toSeparate chemicalmixtures into theirconstituents 分离过程（Separation Processes 两种或多种物质的混合过程是一个自发过程，而将混合物分离须采用分离手段并消耗一定的能量或分离剂，分离技术系指利用物理，化学或物理化学等基本原理与方法将某种混合物分离成两个或多个组成彼此不同的产物的一种单元过程．混合物产品1 分离过程产品2 （气、液、固）产品n 能量分离剂ESA 物质分离剂MSA 借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级（Fractionalization）、浓缩（Concentration）、富集（Enrichment）、纯化（Purification）、精制（Refining）与隔离（Isolation）等的过程称为分离过程。
化工分离工程概述
化工分离工程概述1. 引言化工分离工程是化学工程中一项重要的技术领域，旨在通过各种分离技术将混合物中的组分分离出来，以获得纯度较高的化学品或纯净的溶剂。
分离工程在各个化工过程中起到关键作用，广泛应用于石油、化工、食品、医药等行业。
本文将对化工分离工程的概念、分类和常见的分离技术进行概述。
2. 化工分离工程的概念化工分离工程是指通过物理或化学方法，将化学反应或物理混合造成的组分相互分离的过程。
其目的是将混合物中的有用组分或纯度较高的物质分离出来，以满足工业生产中对纯净产品的需求。
化工分离技术不仅可以分离混合物中的两种或多种组分，还可以进行多级分离，使得产品的纯度更高。
3. 化工分离工程的分类化工分离工程根据不同的分离原理和应用领域可以分为多个分类，常见的分类包括以下几种：3.1 蒸馏分离蒸馏分离是化工中常用的分离技术之一，基于组分的汽液平衡和挥发性的差异，利用液体的汽化和冷凝过程实现组分的分离。
根据不同的蒸馏方式，可以将蒸馏分离分为常压蒸馏、减压蒸馏和精馏。
蒸馏分离广泛应用于石油精制、石油化工、化学制药等领域。
3.2 溶剂萃取分离溶剂萃取分离是利用两种不相溶的液体之间的亲疏性差异，将目标成分从一种溶液中分离出来的分离技术。
溶剂萃取分离通常涉及两个相，即萃取相和被萃取相。
常见的溶剂萃取方法有液液萃取、气液萃取和固液萃取。
溶剂萃取广泛应用于化工中的萃取、提纯和纯化过程。
3.3 结晶分离结晶分离是利用溶质在溶剂中的溶解度随温度变化的特点，通过控制温度和压力的变化，使溶质从溶液中结晶出来的分离技术。
结晶分离通常包括普通结晶、循环结晶和反溶剂结晶等方法。
结晶分离广泛应用于食品加工、医药制造等行业。
3.4 吸附分离吸附分离是一种将混合溶液中的目标物质吸附到固体吸附剂表面从而分离的技术。
吸附分离常见的方法有吸附柱、吸附塔和吸附床等。
吸附分离广泛应用于环保领域的废气处理、废水处理以及精细化工过程中。
4. 常见的化工分离技术除了以上提到的蒸馏、溶剂萃取、结晶和吸附分离技术外，化工分离工程还涉及其他常见的分离技术，例如萃取、析出、过滤、离心、膜分离等。
《化工分离工程》教案
《化工分离工程》教案一、课程概述《化工分离工程》是化工工程专业的一门专业课程，旨在培养学生具备化工分离工程设计与操作的基本理论、技术和方法。
通过本课程的学习，学生将掌握分离工程的基本概念、原理和设计方法，了解分离工程在化工生产中的重要性和应用领域，培养学生分析和解决分离工程问题的能力。
二、教学目标1.培养学生对分离工程的基本概念和原理的理解；2.培养学生运用分离工程原理和方法进行设计和操作的能力；3.培养学生对不同分离工程方法和设备的选择和应用的能力；4.培养学生分析和解决分离工程问题的能力。
三、教学内容1.分离过程的基本概念和原理1.1分离工程的定义和分类1.2相平衡和相平衡原理1.3蒸馏、萃取、吸附和结晶等分离过程的基本原理1.4区域平衡和传输过程的分离效率2.蒸馏工艺和设备2.1简单蒸馏和精馏的原理和应用2.2多组份混合物的蒸馏2.3塔式蒸馏和装置选型3.萃取工艺和设备3.1萃取的基本概念和分类3.2搅拌萃取和萃取塔的原理和应用3.3萃取剂的选择和回收4.吸附工艺和设备4.1吸附的基本概念和原理4.2固定床吸附和流动床吸附的原理和应用4.3吸附剂的选择和再生5.结晶工艺和设备5.1结晶的基本概念和原理5.2溶解度曲线和结晶过程的控制5.3结晶设备的选型和操作四、教学方法1.理论授课：通过课堂讲解，系统介绍分离工程的基本概念和原理，引导学生深入理解课程内容。
2.实践教学：组织实验操作，让学生亲自进行分离工程的实验操作，理解设备的操作原理和优化方法。
3.讨论研究：结合工程实例和案例分析，组织学生进行小组讨论，引导学生分析和解决分离工程问题。
4.课程设计：引导学生进行小型分离工程设计，培养学生的设计和操作能力。
五、教学评价1.课堂测试：每个章节结束后进行课堂测试，检查学生对知识掌握的程度。
2.实验报告：要求学生在实验后提交实验报告，针对实验过程和结果进行分析和总结。
3.课程设计报告：要求学生进行小型分离工程设计，并提交设计报告，评价学生的设计和操作能力。
分离工程绪论
1.2.2 速率分离过程
(1) 定义
是在某种推动力（浓度差，压力差，温度差，电位差
等）的作用下，有时在选择性透过膜的作用下，利用各
组分扩散速率的差异实现组分的分离。
(2) 特征
这类过程所处理的原料和产品通常属于同一形态，仅有组 成上的差异。
(3) 典型分离单元操作
膜分离-①超滤 ②反渗透 ③渗析 ④电渗析 ⑤气体渗透分离 ⑥液膜分离 热扩散 32
（4） 萃取 精馏
气体和液 体
溶剂改变 原溶液组 分的相对 挥发度
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离甲苯
27
1.2.1 平衡分离过程
（8）共沸精馏
名称
简图
原料 相态
分离媒介
产生相态或 MSA的相态
分离原理
工业应用实例
（ 8） 共沸精馏
汽、 液或 汽液 混合 物
液体共沸 剂（MSA） 和热量 （ESA）
平衡分离
均相混合物
速率分离
变成两相系统
原料与产品同一相， 仅组成不同 膜分离，超滤，反渗透， 渗析，电渗析,场分离
蒸发、精馏、吸收、萃取、结晶
本课程仅讨论传质分离过程。
21
1.2.1 平衡分离过程
能量媒介( ESA，energy separation agent ) - 热，功； 物质媒介（ MSA, matter separation agent）- 吸收剂，萃取剂。
原料：石脑油
沸程120～230 ℃
加氢重整后得到：轻油 非芳烃
苯 甲苯 二甲苯
高级芳烃 邻二甲苯 沸点℃ 144.411 间二甲苯 139.104
目的产物为 对二甲苯
对二甲苯 138.351
化工分离过程
( 7 ) 由 Ki ˆiL ˆiV 求取 Ki
例题
［例2-1］计算乙烯在311K和3444.2kPa下的汽液平衡常数 (实测值KC2=1.726)。
解： （1）理想气体+理想溶液
fˆiV pyi
fˆiL pis xi
Ks C2
yi xi
ps C2 p
9117.0 2.647 3444.2
溶质的活度系数基准态定义为：
xi
0,
* i
1
不对称型 标准化方法
ˆiV
相平衡常数：
Ki
yi xi
i fiOL ˆiV P
？求取液相活度系数
2、液相活度系数 i：
活度系数i由过剩自由焓GE推导得出：
Excess free energy:
c
G E f ( i ) ni RT ln i i 1
设 pA*和 pB*分别为液体A和B在指定温度时的饱和蒸 气压，p为体系的总蒸气压
pA
p* A
xA
pB pB* xB pB* (1 xA )
p pA pB p*AxA pB* (1 xA )
pB* ( p*A pB* )xA
（2）p-x-y 图
这是 p-x 图的一种，把液相组成 x 和气相组成 y 画在 同一张图上。A和B的气相组成 yA 和 yB 的求法如下：
对象： 处于不同相态 分离依据：利用两相平衡组成不等的原理
B、速率控制分离 包括：膜分离（如反渗透 RO、超滤 UF、微滤 MF ）；
场分离（如电泳） ； 对象： 处于同一相态 分离依据：利用各组分传质速度的差异
我们要重点掌握的是传质分离中的平衡分离
三、发展趋势 1）传统分离技术改造：
化工分离工程正文
化工分离工程正文绪论一：分离工程在工业生产中的地位和作用：1．分离工程定义：将混合物分成组成互不相同的两种或几种产品的操作 2．化工生产装置：反应器+分离设备+辅助设备（换热器、泵） 3．分离工程重要性：（1）纯化原料：清除对反应或催化剂有害的杂质，减少副反应、提高收率。
（2）纯化产品：使未反应物质循环。
（3）环境治理工程：去除污染物。
4．分离工程发展现状：5．分离过程在清洁生产中的地位和作用：废物减少（分离系统有效分离和再循环）废物直接再循环+进料提纯+除去分离过程中加入的附加物质+附加分离与再循环系统二：传质与分离过程的分类和特征： 1．过程：（1）机械分离：两相以上的混合物分离（过滤、沉降、离心分离、旋风分离、静电分离）（2）传质分离：均相混合物分离（精镏、吸收、结晶、膜分离、场分离、萃取、干燥、浸取、升华）△平衡分离过程：分离媒介（热、溶剂、吸附剂）使均相混合物变为两相体系，再以混合物中各组分在处于平衡的两相分配关系的差异实现分离。
（精镏、吸收、结晶、萃取、干燥、浸取、升华）△速率分离过程：推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差），组分选择性透过膜，各组分扩散速度的差异实现分离（膜分离、场分离）三：分离过程的集成化：新型1．反应过程与分离过程的耦合：化学吸收、化学萃取、催化精镏、膜反应器2．分离过程与分离过程的耦合：萃取结晶、吸附蒸馏、电泳萃取3．过程的集成：传统分离过程的集成（共沸精镏—萃取、共沸精镏—萃取精镏）传统分离过程与膜分离的集成（渗透蒸发—吸附、渗透蒸发—吸收、渗透蒸发—催化精镏）膜过程集成（微滤—超滤—纳滤—反渗透）第一章蒸馏与精馏§1—1 概述一：蒸馏定义和特点：1．定义：混合物中各组分挥发度差异进行分离提纯。
2．特点：工艺流程短、使用范围广、工艺成熟；但能耗大（汽相再冷凝）二：分类：1．蒸馏方式：闪蒸、简单蒸馏、精馏、特殊精馏、反应精馏 2．操作压力：加压蒸馏、常压蒸馏、真空蒸馏 3．混合物组分：两组分精馏、多祖分精馏 4．操作流程：间歇蒸馏、连续蒸馏三：精馏操作流程：精馏段精馏段提馏段图：连续精馏操作流程图：间歇精馏操作流程1—精镏塔 2—再沸器 3—冷凝器 1—精镏塔 2—再沸器 3—全凝器 4—观察罩 5—贮槽§1—2 简单蒸馏和闪蒸组分挥发度相差较大、分离要求低——预分离一：工艺流程：图：简单蒸馏图：平衡蒸馏（闪蒸）1—蒸馏釜 2—冷凝器 3—接受器 1—加热器 2—节流阀 3—分离器1．简单蒸馏：一次进料，馏出液连续出料（出料浓度逐渐降低），釜残液一次排放——压力恒定、温度变化 2．平衡蒸馏：连续进料，连续出料（出料浓度恒定）——压力、温度恒定混合液→加热器→温度＞料液泡点（分离器压力下）→节流阀（降压）→分离器→料液部分汽化、并在分离器中汽液分离（相平衡）二：原理：1．前提条件：理想物系——液相为理想溶液（拉乌尔定律）；汽相为理想气体（道尔顿分压定律） 2．原理：汽液共存区饱和蒸汽线(露点线)过热蒸汽区饱和液体线(泡点线)液相区图：苯—甲苯混合液的t—x—y图图：苯—甲苯混合液的x—y图图：简单蒸馏t—x—y图图：平衡蒸馏t—x—y图（1）简单蒸馏：任何瞬间，蒸汽与液相处于平衡。
化工分离工程01[1]
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11
结论：
分离有时是自发过程、混合有时也不能自发进行； 总自由能决定体系是趋向分离、还是趋向混合，即：
G总＝势能项＋熵项＝µi＋RT lnai 均相体系中只存在浓度差 自发混合。 非均相体系中除浓度差外，还存在各种相互作用（势能 ） 各组分趋向于分配在低势能相。（自由能降低）
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1.1分离过程在工业生产中的地位和 作用
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10
Ti4+留在水相
Ti4+的亲水作用势能驱使Ti4+留在水相； Ti4+的浓度差产生的化学势驱使Ti4+均匀分布在整个空间； Ti4+的亲水作用势能远大于浓度差化学势，所以，Ti4+留在水相
Fe3+进入乙醚相
Fe3+的浓度差产生的化学势驱使Fe3+均匀分布在整个空间； [(C2H5)2OH]+[FeCl4]的亲溶剂（疏水）势能驱使Fe3+进入乙醚相 ； 亲溶剂势能远大于浓度差化学势，所以，Fe3+进入乙醚相
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8
实例3：Fe3+和Ti4+的混合实验（一）
混合均匀
Fe3+ 6mol/L HCl
Ti4+ 6mol/L HCl
抽掉隔板
Fe3+ Ti4+ 6mol/L HCl
Fe3+ Ti4+ 6mol/L HCl
抽调隔板后Fe3+和Ti4+将自发混合均匀，这是因为： 体系中除浓度（活度）差外不存在其他势场。 浓度差对化学势的贡献属熵的贡献， 熵增势能驱使Fe3+和Ti4+在整个体系范围内从有序向无序变化。
萃取：5、6
分离工程整理
分离⼯程整理思考题第⼀章1、说明分离过程与单元操作的区别2、什么是绿⾊分离⼯程，实现的途径及的研究进展绿⾊分离⼯程是指分离过程绿⾊化的⼯程实现。
分离过程绿⾊化的途径有两种，⼀是对传统分离过程进⾏改进、优化，使过程对环境的影响最⼩甚⾄于没有；即对传统分离过程的绿⾊化主要是对过程(如蒸馏、⼲燥、蒸发等)利⽤系统⼯程的⽅法，充分考虑过程对环境的影响，以环境影响最⼩(或⽆影响)为⽬标，进⾏过程集成。
⼆是开发及使⽤新型的分离技术，如膜分离技术、分步结晶技术、超临界萃取技术等。
及的研究进展针对其他各种环境影响量化评价⽅法的缺陷，近年来提出⼀种新的环境影响评价量化评价⽅法——绿⾊指数法。
该⽅法从两⽅⾯考虑过程对环境的影响：⼀是在流程级别上，环境影响评价指数表达法的开发/选取；另⼀是在化学物种层次上，环境影响性能指标的选取。
3、说明化⼯分离技术的特性1）化⼯分离技术的重要性：化⼯分离技术是化学⼯程的⼀个重要分⽀，任何化⼯⽣产过程都离不开这种技术2）化⼯分离技术的多样性：由于化⼯分离技术的应⽤领域⼗分⼴泛，原料、产品和对分离操作的要求多种多样，这就决定了分离技术的多样性3）化⼯分离技术的复杂性：化⼯分离技术的重要性和多样性决定了它的复杂性，4、化⼯分离技术发展的特点1）竞争促进了分离过程的强化。
随着科技的发展，新设备和新分离剂的应⽤⼤⼤提⾼了分离效率。
膜分离、超临界萃取等新分离技术也在迅速推⼴。
剧烈的竞争加速了分离技术发展，促进了分离过程的强化。
2）耦合分离技术引起重视。
由于耦合分离技术往往⽐较复杂，设计放⼤⽐较困难，因此也推动了化⼯数学模型和设计⽅法的研究。
3）信息技术推动了分离技术的发展。
分离科学和技术具有多学科交叉的特点，信息技术和传统化⼯⽅法的结合显得⼗分重要。
信息技术和先进测试技术的⾼速发展为化⼯多层次、多尺度的研究提供了条件。
4）根据国情，加速分离科学和技术的发展总趋势：多样化、精细化、洁净化（环境友好）5 、简述分离过程的集成化反应过程与分离过程的耦合，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化学萃取：溶质与萃取剂之间发⽣化学反应，反应（催化）精馏：反应与精馏结合，提⾼分离效率；同时，借助精馏⼿段，提⾼反应收率，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、转化率和选择性萃取结晶：加⼊有机溶剂使待结晶的⽆机盐⽔溶液中的⼀部分⽔被萃取出来，促进⽆机盐的结晶过程，吸附蒸馏：⽓-液-固三相分离过程，同时利⽤吸附选择性⾼、能耗低的优点和蒸馏处理量⼤、设备较简单、⼯艺成熟的优点。
化工分离工程知识汇总
化工分离工程知识汇总化工分离工程是化学工程领域中的一个重要分支，其主要目的是通过物理或化学方法将混合物中的组成分离出来，从而获得纯净的产品或者将有害物质去除。
本文将从分离方法、设备、操作技术等方面对化工分离工程的知识进行汇总。
一、分离方法常见的化工分离方法包括蒸馏、萃取、吸附、结晶、离子交换等。
蒸馏是利用不同物质的沸点差异将混合物中的不同组分分离出来的方法。
它分为常压蒸馏、减压蒸馏和气体液体平衡蒸馏等。
萃取是利用溶剂选择亲和性不同的物质将其从混合物中提取出来的方法。
吸附是利用固体吸附材料选择性吸附混合物中的一些成份的方法。
结晶是通过溶解、结晶和分离过程将溶液中的物质从混合物中分离出来的方法。
离子交换是利用固体材料上的活性基团与混合液中的离子发生交换反应，实现离子的分离的方法。
二、分离设备常见的化工分离设备包括蒸馏塔、吸附塔、萃取塔、结晶器等。
蒸馏塔是进行蒸馏过程的关键设备，其结构和工作原理根据分离目标的不同而异。
吸附塔是用于吸附分离的设备，通常包括填料塔和板塔两种类型。
萃取塔主要用于液液萃取过程，其中常用的设备有萃取塔、倾斜板塔和浮球塔等。
结晶器是用于结晶分离的设备，常见的有搅拌式结晶器和冷却结晶器。
三、操作技术化工分离工程中的操作技术包括物料平衡、热平衡、动力学分析和能耗分析等。
物料平衡是指在分离过程中对物料流量、物料浓度等的平衡计算和控制。
热平衡是指在蒸馏、萃取等过程中对热量的平衡计算和控制。
动力学分析是指对分离过程中反应速率和平衡的研究和分析。
能耗分析是对分离过程中能量转化和损失情况进行评估和分析，以寻找能耗较低的操作条件和改进措施。
四、应用领域化工分离工程在许多化学工业中都有广泛的应用。
例如，在石油化工行业中，蒸馏塔和吸附塔常被用于石油精制和气体分离过程中；在化学制药行业中，结晶器常被用于药物的提纯和分离；在环保领域中，离子交换器常被用于水处理和污水处理过程中的离子去除和分离等。
总结起来，化工分离工程是化学工程中的重要分支，通过不同的分离方法和设备，实现将混合物中的组成分离出来的目的。
工作任务一：精馏流程巡检及主辅设备识别
琴酒（Gin）又称“金 酒”或“杜松子酒”乙 醇含量40%
龙舌兰酒（Tequila）：特 其拉酒，乙醇含量55%
量是75% 以上
学习情境一：精制提纯工业酒精 Chapter 1 Distillation
学习目标:
• 1、了解蒸馏，特别是精馏（下同）操作在化工生产中的重要应用。 • 2、熟悉工程上常见的蒸馏方案，能根据生产任务选择正确的蒸馏方案； • 3、熟悉蒸馏中常用设备的结构、性能，会根据任务进行相关设备的选型和简
1、平衡蒸馏/闪蒸
流程特点： （1）是一种单级连续的蒸馏操作，原料 连续不断地加入闪蒸罐中；
（2）原料在进闪蒸罐前，需经预热器加 热升温，升温至高于分离器压力下的沸点， 减压阀减压至预定压强，；
（3）由于压强的突然降低，液体成为过 热液体，其高于沸点的显热随即转变为潜 热发生自蒸发，离开闪蒸罐的气液两相互 为平衡；
挥发性低（水） ， 称为难挥发组分或重组分（B）
液体混合物 加热
气相：yA, yB 冷凝 液相
部分汽化 液相：xA, xB
必有： yA > xA, yB < xB
即：yA xA yB xB
部分汽化：易挥发组分 液相
气相
部分冷凝：难挥发组分 气相
液相
某化工厂甲醇水溶液分离方案的制定和分离过程的实施
精馏段 Rectifying section
提馏段 Stripping section 汽相回流 Vapor reflux
再沸器 Reboiler
塔底产品, xW Bottoms product
精馏原理 例：多级逆流接触板式塔 板式塔内相邻几块板的温度、组成的关系为
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《化工分离工程》教案
@@＠＠大学
《化工分离工程》
教案
～学年第学期
课程学时65
学院化学工程
课程名称化工分离工程专业化工工艺
主讲教师
③反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量少；
④反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相中很少量的有害气体.
缺点:解吸困难，解吸能耗。
若反应为不可逆,反应剂不能循环使用，用途大受限制.
化学吸收（Chemical absorption)
溶质与吸收剂之间的化学反应对吸收过程具有显著影响。
主要特点:吸收过程中溶质进入液相后在扩散路径上不断被化学反应所消耗。
双膜理论
由W.K.Lewis 和W。
G。
Whitman 在上世纪二十年代提出，是最早出现的传质理论。
双膜理论基本论点
（1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄(等效厚度分别为 1 和2 ）的流体膜层。
溶质以分子扩散方式通过此两膜层。
(2) 相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。
（3) 在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中在两个膜层内。
教学方式、手段、媒介：以多媒体为主
黑板设计：左边幻灯，右边板书。
化工分离工程知识点
1.什么叫相平衡？相平衡常数的定义是什么？由混合物或溶液形成若干相，这些相保持物理平衡而共存状态。
热力学上看物系的自由焓最小；动力学上看相间表观传递速率为零。
Ki=yi/xi2.简述分离过程的特征？什么是分离因子，叙述分离因子的特征和用途。
答：分离过程的特征：分离某种混合物成为不同产品的过程，是个熵减小的过程，不能自发进行，因此需要外界对系统作功（或输入能量）方能进行。
分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度。
定义式：i j ij i jy y x x α=3.请推导活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式。
汽液相平衡关系：L i V i f f ˆˆ= 汽相：P y f i V i V i φˆˆ= 液相：OL ii i L i f x f γ=ˆ 相平衡常数：P f x y K V iOLi i i i i φγˆ==4.请写出活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式，并指出关系式中各个物理量的含义5.什么是设计变量，如何通过各单元设计变量确定装置的设计变量。
在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。
① 在装置中某一单元以串联的形式被重复使用，则用r N 以区别于一个这种单元于其他种单元的联结情况，每一个重复单元增加一个变量。
② 各个单元是依靠单元之间的物流而联结成一个装置，因此必须从总变量中减去那些多余的相互关联的物流变量数，或者是每一单元间物流附加（C+2）个等式。
6. 什么叫清晰分割法，什么叫非清晰分割法？什么是分配组分与非分配组分？非关键组分是否就一定是非分配组分？答：清晰分割法指的是多组分精馏中馏出液中除了重关键组分(HK)之外，没有其它重组分；釜液中除了轻关键组分(LK)之外，没有其它轻组分。
非清晰分割表明各组分在顶釜均可能存在。
在顶釜同时出现的组分为分配组分；只在顶或釜出现的组分为非分配组分。
一般情况下，LK 、HK 和中间组分为分配组分；非关键组分可以是分配组分，也可以是非分配组分，所以非关键组分不一定是非分配组分。
化工专业《分离工程》教学大纲-2013年编
《分离工程》教学大纲一、课程目标分离工程是化学工程与工艺专业本科生的一门专业基础课，是物理化学、化工热力学及化工原理等理论课的后续课程。
本课程主要讨论化学工业和化学工程领域常见的分离过程，主要任务是使学生掌握分离过程的共性问题，学习传质分离过程的基本原理、基础知识及设计计算方法，并学习新型分离技术。
在教学过程中，强调理论联系实际，加强设计和分析能力的训练，以提高解决实际问题的能力。
通过本课程的学习，为后续的石油炼制工程、有机化工工艺学、化工设计等专业课程的学习打下理论基础。
二、基本要求学习本课程时，学生必须具备物理化学、化工热力学、化工原理等学科的基础知识，利用这些课程中有关相平衡基础、热力学、动力学，包括传热、传质和动量传递的理论来研究化工生产中复杂物系的分离和提纯技术，掌握常见分离技术的简捷法计算方法，能运用计算机对部分计算步骤进行编程和对部分分离过程进行模拟，同时要求学生了解前沿分离技术。
三、教学内容及学时分配建议1.课堂教学课程内容（32学时）第一章绪论 5学时本章重点难点：分离过程的分类，设计变量。
化工分离过程的发展历史与应用；分离过程的分类和特征；分离过程的集成。
设计变量，单元和装置的设计变量的计算及变量组的规定。
第二章单级汽液平衡过程 4学时本章重点难点：相平衡常数简化计算、泡露点温度压力的计算、闪蒸问题的判断。
1. 相平衡常数的计算（1学时）相平衡关系及其表达方式，状态方程法和活度系数法计算相平衡常数，活度系数法计算相平衡常数的简化方式。
2. 泡点/露点温度、压力的计算（2学时）多组分物系泡点温度和压力的计算及露点温度和压力的计算。
3. 闪蒸计算（1学时）等温闪蒸和部分冷凝过程；绝热闪蒸过程，包括对闪蒸问题的判断。
第三章多组分多级分离过程的分析与计算 8学时本章重点难点：多组分精馏简捷计算方法、萃取精馏、共沸精馏、反应精馏。
1. 精馏的简捷法计算（4学时）关键组分、最小回流比、最少理论板数和组分分配；实际回流比和理论板数；用Underwood-Fenske -Gilliland方法简捷计算各参数。
化工分离工程_分离过程的分类和特征
改变原溶 液的相对 挥发度
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。
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1.2.2 速率分离过程
膜分离 热扩散
速率分离:
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。
将过程所产生的废物最大限度地回收和
循环使用。
产品
原
料
1
1
1
废
物 2
废
物 2
排除
2
1—单元过程；2—处理
实现分离与再循环系统使废物最小化的方法： ●废物直接再循环
例：废水
●进料提纯
例：氧化反应采用纯氧
●除去分离过程中加入的附加物质
例：共沸剂、萃取剂
●附加分离与再循环系统
例：分离废物中的有效物，循环使用
被溶解的组分与吸收剂中的活性组分发生反应 ，增加传质推动力。
化学萃取——化学反应与萃取相结合
溶质与萃取剂反应。如：络合反应；水解；聚合
反应（催化）精馏——化学反应与精馏相结合
例：酯化、皂化、酯交换、胺化、水解…
膜反应器——优良分离性能与催化反应相结合
例：利用多孔陶瓷膜催化反应器，进行丁烯脱氢 制丁二烯。丙烷脱氢制丙烯。
上述原因促使：
传统分离过程不断改进和发展 例：反应精馏；吸附；… 新分离方法不断出现和实现工业化应用 例：膜分离；热扩散；色层分离；…
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1.2 传质分离过程的分类和特征
一类：机械分离
特点：被分离物为非均相 简单的将混合物分开 如：过滤、沉降…
化工原 理内容
二类：传质分离 包含： 平衡分离过程；速率控制分离 特点：被分离物为均相
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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
涉及分离过程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10；闪蒸：4
例2：二甲苯生产
放
混合二甲苯 循环混合二甲苯
3
H2
空
轻烃类 非芳烃
苯和甲苯 芳烃
H2
乙二醇
12
45
9
3 H2
蒸汽压） 产纯水；吸 有较大差 收液的解吸
别
。
原料 分离媒介：
石油裂解气
精
相态： 热量，有时 汽、液 用机械功
的深冷分离 ；苯、甲苯
馏
或汽液 混合物
同上
、二甲苯的 分离。
V
原料 分离媒 分离原 工业应
吸
相态 介： 理： 用：
收 蒸
L或V
MSA ：
气体或 液体
液体吸收 剂（MSA ）；加入
挥发度（ 蒸汽压） 有较大差
子的分级。
ห้องสมุดไป่ตู้
浓电解质
产品
＋
－
极
极
阴离子交换膜
进料
阳离子交换膜
推动力：电化学势
传递机理：反离子经离子交换膜的迁移
膜类型：离子交换膜
热扩散：
顶瓶
温度 梯度
底瓶
热线 冷壁
原理：
先建立稳定的温度梯度， 气体中较轻的组分向热线 方向飘逸，再建立稳定的 浓度梯度，热线附近的气 体由于密度较小流向上顶 瓶；冷管壁附近的气体由 于密度较大向下底瓶流动。
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。
平衡分离过程的分离单元操作
原料 分离媒 分离原 工业应
闪
相态： 介： 理： 用：
蒸
减压 挥发度（ 海水淡化生
液体
●开发和采用新技术、新工艺、改善生产操作条 件，以控制和消除污染；
●采用生产装置的闭路循环技术；
●处理生产中的副产物和废物，使之减少和消除 对环境的危害；
●研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的 “三废”治理技术。
闭路循环系统：
将过程所产生的废物最大限度地回收和
循环使用。
产品
原
料
1
1
1
废
物 2
废
● 精选金属的提取
● 食品除水、除毒、病毒分离、同 位数分离
● 三废处理
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1.1.2 分离过程在清洁工艺中的 地位与作用
清洁工艺：生产工艺和防治污染有机的结 合，将污染物减少或消灭在工艺过程中。
——面向21世纪社会和经济可持续发展的 重大课题。
化学工业污染来源：
未回收的原料 未回收的产品 有用和无用的副产 原料中的杂质 工艺的物料省耗
1.1.1分离过程在化工生产中的重要 性
1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地 位与作用
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一般化工生产过程：
煤
石油
化
天然气
工 原
反应
分离
产 品
生物质
料
例1：乙烯水合生产乙醇
乙
烯
循环乙烯
放 空
水
水
放 空水
氢
12
C2H4 H20 C2H5OH
345 6 7
乙
醛
水
93% 产品
8 9 10
废水
废水
渗析（D）：
目的：大分子溶质溶液脱小分子，小分子溶质溶
液脱大分子。
进 料
扩散
净化液 接受液
液
推动力：浓度差
传递机理：筛分、微孔膜内的受阻扩散
透过物：小分子溶质或较小的溶质
截留物：截留﹥0.02um离子、截留血液﹥0.005um离子 膜类型：非对称性膜或离子交换膜
电渗析（ED）：
目的：溶液脱小离子，小离子溶质的浓缩、小离
教材：面向21世纪课程教材：
刘家祺.分离过程.北京:化学工业出版社, 2002
主要参考书:
陈洪钫,刘家祺.化工分离过程.北京:化学 工业出版社, 1995
第一章 绪 论
1.1分离过程在工业生产中的地位和 作用 1.2 分离过程的分类和特征 1.3.分离过程的集成化
学习方法与要求
1.1 分离过程在工业生产中的地位 和作用
控制释放
将药物或其他生物活性物质以一定形式与膜 结构相结合，使这些活性物质只能以一定速度通 过扩散等方式释放到环境中。
膜生物传感器 由生物催化剂酶或微生物与合成膜及电极转
换装置组成，模仿生物膜对化学物质的识别能力 制成，为酶膜传感器和微生物传感器 。
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1.3.2分离过程与分离过程的耦合
复合分离过程
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1.2 传质分离过程的分类和特征
一类：机械分离
特点：被分离物为非均相 简单的将混合物分开 如：过滤、沉降…
化工原 理内容
二类：传质分离 包含： 平衡分离过程；速率控制分离 特点：被分离物为均相
1.2 传质分离过程的分 类和特征
1.2.1 平衡分离过程 1.2.2 速率分离过程
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1.2.1 平衡分离过程
化学吸收——化学反应与吸收相结合
被溶解的组分与吸收剂中的活性组分发生反应 ，增加传质推动力。
化学萃取——化学反应与萃取相结合
溶质与萃取剂反应。如：络合反应；水解；聚合
反应（催化）精馏——化学反应与精馏相结合
例：酯化、皂化、酯交换、胺化、水解…
膜反应器——优良分离性能与催化反应相结合
例：利用多孔陶瓷膜催化反应器，进行丁烯脱氢 制丁二烯。丙烷脱氢制丙烯。
分离工程
本课程的任务和内容
■地位：专业基础课 ■前期课程：
物理化学、化工原理、化工热力学 ■重点： 1.基本概念的理解
2.讨论各种分离方法的特征 3.对设计、分析能力的训练 4.提高解决问题能力
学生应掌握：
◆分离过程的基本理论 ◆简捷和严格计算方法 ◆强化、改进操作途径 ◆对新分离技术有一定了解
速率分离过程特点：
■节能 ■环保优势 ■新的方法
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1.3.分离过程的集成化
目的：实现清洁工艺 使物料能量消耗最小； 经济效益、社会效益最大。
1.3.1反应过程与分离过程的耦合 1.3.2分离过程与分离过程的耦合 1.3.3 过程的集成
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1.3.1反应过程与分离过程的耦合
目的：
改善不利的热力学和动力学因数， 减少设备、操作费用、节约资源和能 源。
目的产物为 对二甲苯
● 特点：
邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯
沸点℃ 熔点℃
144.411 ﹣25.173
139.104 ﹣47.872
138.351 13.263
● 涉及到分离过程：精馏：4、7、8 萃取：5、6 结晶：10
目的产 物
总 结：
● 原料的净化与粗分
● 反应产物的提纯
● 药物的精制和提纯
超滤（UF）：
目的：溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大 分子分级。
进料
胶体大分子
溶剂、水
推动力：压力差（100～1000kPa） 传递机理：筛分 膜类型：非对称性膜
反渗透（RO）：
目的：溶剂脱溶质，含小分子溶质溶液浓缩。
进料
溶质、盐 溶剂、水
推动力：压力差（1000～10000kPa） 传递机理：优先吸附毛细管流动溶解、扩散模型 膜类型：非对称性膜或复合膜
优点：集原分离过程之所长，避其所短。 适用于: 特殊物系的分离。 ◆萃取结晶（加和结晶） 分离：①挥发度相近的组分。
②无机盐生产（优点：节能）
溶剂可萃取出部分水。
◆吸附蒸馏
气一液一固三相分离过程
吸附分离优点 ：
分离因子高，产品浓度高，能耗低。
缺点：吸附剂用量大 ，收率低。 ——形成互补
◆电泳分离
不同蛋白质在一定pH值的缓冲溶液中，其溶解度不 同，在电场作用下，这些带电的溶胶离子在介质中的 泳动速度不同，实现不同蛋白质的分离。
物 2
排除
2
1—单元过程；2—处理
实现分离与再循环系统使废物最小化的方法： ●废物直接再循环
例：废水
●进料提纯
例：氧化反应采用纯氧
●除去分离过程中加入的附加物质
例：共沸剂、萃取剂
●附加分离与再循环系统
例：分离废物中的有效物，循环使用
上述原因促使：
传统分离过程不断改进和发展 例：反应精馏；吸附；… 新分离方法不断出现和实现工业化应用 例：膜分离；热扩散；色层分离；…
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1.2.2 速率分离过程
膜分离 热扩散
速率分离:
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。
微孔过滤（MF）：
目的：溶液脱离子，气体脱离子
进料
颗粒、纤维
（液体和气体）
溶剂、水、 气体
推动力：压力差（～100kPa） 传递机理：筛分 膜类型：多孔膜
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1.3.3 过程的集成
一、传统分离过程的集成
合理组合传统分离过程，扬长避短，达 到高效、低耗和减少污染的目的。
共沸精馏与萃取集成
环己烷 +苯
环己烷+丙 酮共沸物
环己烷 丙酮+水
丙酮
水
丙酮
纯苯
水
优点：无污染
二、传统分离过程与膜分离的集成
将膜技术应用到传统分离过程中 ◆渗透蒸发
用来分离挥发性液体混合物，恒沸、近沸点物系。 ◆蒸汽渗透 例：发酵液脱水制无水乙醇