化工分离工程ppt课件
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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＝µ i＋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）
12
1.1分离过程在工业生产中的地位和 作用
23
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；
●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；
8
实例3：Fe3+和Ti4+的混合实验（一）
混合均匀
Fe3+ 6mol/L HCl
Ti4+ 抽掉隔板
6mol/L HCl
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。
指出一切涉及热现象的宏观过程是不可逆的。 它阐明了在这些过程中能量转换或传递的方向、条件和限度。 相应的态函数是熵，熵的变化指明了热力学过程进行的方向， 熵的大小反映了系统所处状态的稳定性。
7
实例2：己烷与水混合的实验
不能自发混合 剧烈搅拌或振荡混合 放置（停止搅拌或振荡）自发分离 体系中除浓度差（熵效应）外，还有： 水分子间的亲水相互作用势能对抗混合 水分子和己烷分子间的疏水相互作用势能对抗混合 水和己烷的密度差（重力势能）对抗混合
分离过程
Separation Processes
教师：李保华
1
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
2
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
20
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 工艺的物料损耗
21
废物最小化？
22
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。
9
实例3：Fe3+和Ti4+的分离实验（二）
Fe3+ 、Ti4+ 6mol/L HCl 乙醚
抽掉隔板
乙醚，Fe3+ 6mol/L HCl，Ti4+
结果：乙醚和水为互不相溶的两相。 Fe3+与乙醚生成离子缔合物：
C2H5O C2H5 ＋ H+ (C2H5)2OH+ Fe3+ + 4 Cl FeCl4 (C2H5)2OH+ + FeCl4 [(C2H5)2OH]+[FeCl4]
1.2 传质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
13
1.1 分离过程在工业生产中的地位 和作用
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 14
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
15
例1：乙烯水合生产乙醇
16
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
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
实例1：糖的溶解与结晶 糖溶于水 形成均匀溶液混合过程 过程是自发的熵增加 从水中取出糖 对体系做功（如蒸馏法） 分离过程 过程不能自发进行熵减少
6
有关分离过程本质的一些描述
（是否准确或全面？）
分离不能自发进行（熵减少过程） 分离在热力学上受阻（对抗热力学第二定律） 分离是逆着大自然的 热力学是逆着物质纯化的
3
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。 吴俊生，邓修 等编著，分离工程，华
东化工学院出版社，1992。 郁浩然 主编，化工分离工程，中国石
油出版社，1992。 4
返回
5
第一章 绪 论
目的产 物
18
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
● 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 19
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。
17
● 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
目的产物为 对二甲苯
● 特点：
ห้องสมุดไป่ตู้
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
乙
烯
循环乙烯
水
放 空
水
放 空水
氢
12
C2H4 H20 C2H5OH
345 6 7
乙
醚
水
93% 产品
8 9 10
废水
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
涉及分离过程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10；闪蒸：4
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
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＝µ i＋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）
12
1.1分离过程在工业生产中的地位和 作用
23
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；
●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；
8
实例3：Fe3+和Ti4+的混合实验（一）
混合均匀
Fe3+ 6mol/L HCl
Ti4+ 抽掉隔板
6mol/L HCl
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。
指出一切涉及热现象的宏观过程是不可逆的。 它阐明了在这些过程中能量转换或传递的方向、条件和限度。 相应的态函数是熵，熵的变化指明了热力学过程进行的方向， 熵的大小反映了系统所处状态的稳定性。
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实例2：己烷与水混合的实验
不能自发混合 剧烈搅拌或振荡混合 放置（停止搅拌或振荡）自发分离 体系中除浓度差（熵效应）外，还有： 水分子间的亲水相互作用势能对抗混合 水分子和己烷分子间的疏水相互作用势能对抗混合 水和己烷的密度差（重力势能）对抗混合
分离过程
Separation Processes
教师：李保华
1
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
2
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
20
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 工艺的物料损耗
21
废物最小化？
22
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。
9
实例3：Fe3+和Ti4+的分离实验（二）
Fe3+ 、Ti4+ 6mol/L HCl 乙醚
抽掉隔板
乙醚，Fe3+ 6mol/L HCl，Ti4+
结果：乙醚和水为互不相溶的两相。 Fe3+与乙醚生成离子缔合物：
C2H5O C2H5 ＋ H+ (C2H5)2OH+ Fe3+ + 4 Cl FeCl4 (C2H5)2OH+ + FeCl4 [(C2H5)2OH]+[FeCl4]
1.2 传质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
13
1.1 分离过程在工业生产中的地位 和作用
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 14
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
15
例1：乙烯水合生产乙醇
16
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
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
实例1：糖的溶解与结晶 糖溶于水 形成均匀溶液混合过程 过程是自发的熵增加 从水中取出糖 对体系做功（如蒸馏法） 分离过程 过程不能自发进行熵减少
6
有关分离过程本质的一些描述
（是否准确或全面？）
分离不能自发进行（熵减少过程） 分离在热力学上受阻（对抗热力学第二定律） 分离是逆着大自然的 热力学是逆着物质纯化的
3
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。 吴俊生，邓修 等编著，分离工程，华
东化工学院出版社，1992。 郁浩然 主编，化工分离工程，中国石
油出版社，1992。 4
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第一章 绪 论
目的产 物
18
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
● 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 19
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。
17
● 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
目的产物为 对二甲苯
● 特点：
ห้องสมุดไป่ตู้
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
乙
烯
循环乙烯
水
放 空
水
放 空水
氢
12
C2H4 H20 C2H5OH
345 6 7
乙
醚
水
93% 产品
8 9 10
废水
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
涉及分离过程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10；闪蒸：4
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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