化工分离工程分离过程的分类和特征
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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
●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
111Fra bibliotek废物 2
废
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
返回
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 H2 0 C2H5OH
345 6 7
乙
醛
水
93% 产品
8 9 10
废水
废水
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
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
返回
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
返回
1.2.1 平衡分离过程
● 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
返回
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
67 8
10 11 13
石脑油 进料
12
重芳烃 对二甲苯
间二甲苯 和邻二甲 苯
1-重整反应器；2、13-汽液分离器；3-压缩机；4-脱丁烷塔；5-萃取塔 6-再生塔；7-甲苯塔；8-二甲苯回收塔；9-冷却器；10-结晶器； 11-异构化反应器；12-熔融塔
● 原料：石脑油 沸程120～230K
●加氢重整后得到：轻油 非芳烃 苯 甲苯 二甲苯 高级芳烃
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
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
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
返回
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
由催化裂化 装置主蒸塔 顶产物中回
出
热量（
别
收乙烷及较
L
ESA）
轻的烃。
萃
取
MSA
或 共
L或V
沸
精
馏
原料
相态 L：
汽、液 或汽液 L 混合物
液体溶剂（ MSA）或塔 釜加热（
ESA）
液体共沸剂 （MSA）或 塔釜加热（
ESA）
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。
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；…
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。
废物最小化？
清洁工艺终合考虑：
● 合理的原料选择； ● 反应路径的清洁化； ● 物料分离技术的选择； ● 确定合理的流程和工艺参数。 核心： 化学反应
——废物最小化首先考虑催化剂、反应工艺 和设备。
与化工分离过程密切相关的有：
●降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、 回收利用率、循环利用率；
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
●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
111Fra bibliotek废物 2
废
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
返回
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 H2 0 C2H5OH
345 6 7
乙
醛
水
93% 产品
8 9 10
废水
废水
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
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
返回
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
返回
1.2.1 平衡分离过程
● 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
返回
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
67 8
10 11 13
石脑油 进料
12
重芳烃 对二甲苯
间二甲苯 和邻二甲 苯
1-重整反应器；2、13-汽液分离器；3-压缩机；4-脱丁烷塔；5-萃取塔 6-再生塔；7-甲苯塔；8-二甲苯回收塔；9-冷却器；10-结晶器； 11-异构化反应器；12-熔融塔
● 原料：石脑油 沸程120～230K
●加氢重整后得到：轻油 非芳烃 苯 甲苯 二甲苯 高级芳烃
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
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
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
返回
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
由催化裂化 装置主蒸塔 顶产物中回
出
热量（
别
收乙烷及较
L
ESA）
轻的烃。
萃
取
MSA
或 共
L或V
沸
精
馏
原料
相态 L：
汽、液 或汽液 L 混合物
液体溶剂（ MSA）或塔 釜加热（
ESA）
液体共沸剂 （MSA）或 塔釜加热（
ESA）
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。
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；…
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。
废物最小化？
清洁工艺终合考虑：
● 合理的原料选择； ● 反应路径的清洁化； ● 物料分离技术的选择； ● 确定合理的流程和工艺参数。 核心： 化学反应
——废物最小化首先考虑催化剂、反应工艺 和设备。
与化工分离过程密切相关的有：
●降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、 回收利用率、循环利用率；