1、化工分离过程,教师：李 丽,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,教材： 陈洪钫,刘家祺.化工分离过程.北京:化学工业出版社, 1995 主要参考书: 刘家祺.传质分离过程.北京:化学工业出版社, 2005 刘家祺.分离过程.北京:化学工业出版社, 2002 贾绍义，柴诚敬.化工传质与分离过程.北京:化学工业出版社, 2000,返回,第一章 绪 论,1.1分离过程
2、在工业生产中的地位和作用 1.2 传质分离过程的分类和特征 1.3.分离过程的集成化 1.4.化工分离过程的发展前景学习方法与要求,1.1 分离过程在工业生产中的地位和作用1.1.1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,什么叫分离过程？,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。,煤 石油 天然气 生物质,反应,化工 原料,分离,产品,一般化工生产过程：,例1：乙烯水合生产乙醇,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
3、程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10；闪蒸：4,例2：二甲苯生产,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,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,目的产物为对二甲苯, 原料：石脑油 沸程120230K, 特点：, 涉及到分离过程：精馏：4、7、8萃取：5、6结晶：10,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,1.1.2 分离过程在清洁
4、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,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；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
5、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。,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；,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
6、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,分离设备,混合物,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,返回,1.2.2 速率分离过程,膜分离 场分离,微孔过滤（MF）：,推动力：压力差（100kPa） 传递机理：筛分 膜类型：多孔膜,目的：溶液脱离子，气体脱离子,超滤（UF
7、）：,推动力：压力差（1001000kPa） 传递机理：筛分 膜类型：非对称性膜,目的：溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大分子分级。,反渗透（RO）：,推动力：压力差（100010000kPa） 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,目的：溶剂脱溶质，含小分子溶质溶液浓缩。,渗析（D）：,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,目的：大分子溶质溶液脱小分子，小分子溶质溶液脱大分子。,电渗析（ED）：,推动力：电化学势 传递机理
8、：反离子经离子交换膜的迁移 膜类型：离子交换膜,目的：溶液脱小离子，小离子溶质的浓缩、小离子的分级。,速率分离过程特点：,节能环保优势新的方法,返回,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,返回,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。,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
9、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。,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 。,返回,1.3.2分离过程与分离过程的耦合,复合分离过程优点：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：挥发度相近的组分
10、。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。,返回,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,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
11、乙醇水与醇形成二元共沸物，共沸点:78.15，x=0.894（mol） 三、膜过程的集成 优点：取长补短 例：分离悬浮液为高固体含量物料将超滤、反渗透、渗透蒸馏组合在一起。,返回,1.4化工分离过程的发展前景及机遇,1.4.1化工分离过程的发展前景 1.低成本的O2 ，氮气和稀有气体Ar，Ke，Xe的分离方法 2.低成本的H2的分离方法 3.酸性气体脱除 4.CO2、CH4等温室气体的捕集方法 5.有机物/有机物分离 6.稀溶液分离,7.异构体及手性物质分离 8.清洁燃料的生产 9.超纯化合物的制备 10.热敏性化合物的分离 11.海水淡化和水资源循环利用 12.饮用水的制造 13.生物质加工
12、利用 14.同位素分离 15.精馏技术的改进,举例：神舟四号蛋白质空间电泳分离试验,地面上的重力影响使分离过程中出现沉降和对流现象，大大降低了生物材料的分离纯度和产量。科研人员以细胞色素C和牛血蛋白两种蛋白质为材料，在太空中进行连续自由流电泳分离试验，提高电泳技术的制备能力，使之成为未来空间制药的重要途径。,美国20世纪80年代在航天飞机上成功地进行了垂体细胞、生长激素等多种细胞和蛋白的分离，证实了其分离物的纯度和制备量均比地面有很大提高。,1.4.2化工分离过程的发展机遇,1.提高分离过程的选择性 2.从稀溶液中浓缩溶质 3.界面现象及其调控 4.提高分离过程的速率和能力 5.开发分离设备的适宜型式 6.提高分离系统的能量效率 7.研制新型高效分离介质,总之，化工分离过程的总趋势为多样化、精细化、洁净化。,
