化工分離工程技術(shù)培訓(xùn)教材

1、 化工分離工程化工分離工程 Chemical Separation EngneeringChemical Separation Engneering課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 化工分離工程是化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分，是化化工分離工程是化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程的任務(wù)學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)必修課。本課程的任務(wù)是利用相平衡熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的微觀機(jī)理，傳熱、傳是利用相平衡熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的微觀機(jī)理，傳熱、傳質(zhì)和動(dòng)量傳遞理論來(lái)研究化工及其它相關(guān)過(guò)程中復(fù)雜質(zhì)和動(dòng)量傳遞理論來(lái)研究化工及其它相關(guān)過(guò)程中復(fù)雜物質(zhì)的分離和純化技術(shù)，分析和解決在化工生產(chǎn)、設(shè)物質(zhì)的分離和純化技術(shù)

2、，分析和解決在化工生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和科研中常用的分離過(guò)程的理論和實(shí)際問(wèn)題。計(jì)和科研中常用的分離過(guò)程的理論和實(shí)際問(wèn)題。 通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求我們通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求我們 1）正確理解化工分離工程的有關(guān)基本概念和理論；）正確理解化工分離工程的有關(guān)基本概念和理論； 2）理解各概念之間的聯(lián)系和應(yīng)用；）理解各概念之間的聯(lián)系和應(yīng)用； 3）掌握化工分離工程的基本計(jì)算方法；）掌握化工分離工程的基本計(jì)算方法； 4）能夠理論聯(lián)系實(shí)際，靈活分析和解決實(shí)際化工生產(chǎn)）能夠理論聯(lián)系實(shí)際，靈活分析和解決實(shí)際化工生產(chǎn) 和設(shè)計(jì)中的有關(guān)問(wèn)題；和設(shè)計(jì)中的有關(guān)問(wèn)題；先修課程：先修課程：物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理物理化學(xué)、化工熱力學(xué)

3、、化工原理同時(shí)進(jìn)行的課程：同時(shí)進(jìn)行的課程：化工工藝學(xué)、化工過(guò)程分析與模擬化工工藝學(xué)、化工過(guò)程分析與模擬 教材：教材：鄧修，吳俊生鄧修，吳俊生. .化工分離工程化工分離工程. . 科學(xué)出版社，科學(xué)出版社，2000.2000.參考書參考書：劉家祺劉家祺 主編主編. .分離過(guò)程分離過(guò)程. .化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社,2002.,2002.陳洪紡陳洪紡 劉家祺劉家祺. .化工分離化工分離過(guò)程過(guò)程. .化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社, 1995., 1995.J D Seeder, E J Henley. Separation Process Principles. 化學(xué)工業(yè)出化學(xué)工業(yè)出版社，版社，2

4、002.第第1 1章章 緒論緒論第第2 2章章 精餾精餾第第3 3章章 吸收吸收第第4 4章章 液液萃取液液萃取第第5 5章章 分離過(guò)程的節(jié)能分離過(guò)程的節(jié)能第第6 6章章 其他分離技術(shù)和分離方其他分離技術(shù)和分離方 法的選擇法的選擇主要內(nèi)容主要內(nèi)容第第1 1章章 緒論緒論1.1 1.1 概述概述1.2 1.2 分離因子分離因子1.3 1.3 過(guò)程開(kāi)發(fā)及方法過(guò)程開(kāi)發(fā)及方法1.4 1.4 分離方法的選擇分離方法的選擇第第1 1章章 緒論緒論基本要求：基本要求：1)了解分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性了解分離操作在化工生產(chǎn)中的重要性; ;2)2)熟悉分離過(guò)程的分類熟悉分離過(guò)程的分類; ;3)3)掌握分離因

5、子的概念及意義掌握分離因子的概念及意義; ;4)4)了解分離方法的選擇了解分離方法的選擇; ;什么是分離過(guò)程什么是分離過(guò)程？純組分變成混合物，是熵增自發(fā)過(guò)程，反之，純組分變成混合物，是熵增自發(fā)過(guò)程，反之，混合物變成純凈物則需作功。混合物變成純凈物則需作功?；旌衔锘旌衔铮?、液、固）（氣、液、固）分分 離離 過(guò)過(guò) 程程產(chǎn)品產(chǎn)品1產(chǎn)品產(chǎn)品2產(chǎn)品產(chǎn)品n能量分離劑能量分離劑 ESA物質(zhì)分離劑物質(zhì)分離劑 MSA1.1 1.1 概概 述述WHY SEPARATE?WHYWHY化工生產(chǎn)化工生產(chǎn)反應(yīng)反應(yīng)（Reactive）萃取物萃取物（Extractive Natural raw material）配制配制（

6、Formulation）分離分離分離分離分離分離一、分離過(guò)程的地位一、分離過(guò)程的地位煉油、石油化工： 石油煉制工業(yè)通過(guò)煉油過(guò)程把原油加工為汽油、石油煉制工業(yè)通過(guò)煉油過(guò)程把原油加工為汽油、噴氣燃料、煤油、汽油、燃料油、潤(rùn)滑油、石噴氣燃料、煤油、汽油、燃料油、潤(rùn)滑油、石蠟油、石油瀝青、石焦油和各種石油化工原料蠟油、石油瀝青、石焦油和各種石油化工原料等；等； 石油化學(xué)工業(yè)以上述原料生產(chǎn)種類極多、范圍石油化學(xué)工業(yè)以上述原料生產(chǎn)種類極多、范圍極廣的各種化學(xué)品，例如塑料、合成纖維、合極廣的各種化學(xué)品，例如塑料、合成纖維、合成橡膠、合成洗滌劑、溶劑、涂料、農(nóng)藥、染成橡膠、合成洗滌劑、溶劑、涂料、農(nóng)藥、染料等

7、；料等； 煉油和石油化工過(guò)程緊密結(jié)合，各種分離操作煉油和石油化工過(guò)程緊密結(jié)合，各種分離操作是其生產(chǎn)過(guò)程必不可少的組成部分。是其生產(chǎn)過(guò)程必不可少的組成部分。蒸餾是煉油和石油工業(yè)中最主要的分離操作過(guò)程之一。常壓蒸餾和減壓蒸蒸餾是煉油和石油工業(yè)中最主要的分離操作過(guò)程之一。常壓蒸餾和減壓蒸餾按照沸程不同進(jìn)行石油產(chǎn)品分離；餾按照沸程不同進(jìn)行石油產(chǎn)品分離；除此以外，萃取用于溶劑脫蠟，潤(rùn)滑油精制，溶劑脫瀝青和芳烴抽提等；除此以外，萃取用于溶劑脫蠟，潤(rùn)滑油精制，溶劑脫瀝青和芳烴抽提等；吸附用于分子篩脫蠟、吸附用于分子篩脫蠟、C8芳烴分離、烯烴和烷烴的分離等。芳烴分離、烯烴和烷烴的分離等。醫(yī)藥工業(yè)工業(yè)： 分離技

8、術(shù)在保證藥物生產(chǎn)及其質(zhì)量中起著關(guān)鍵分離技術(shù)在保證藥物生產(chǎn)及其質(zhì)量中起著關(guān)鍵作用；作用； 抗生素等發(fā)酵類醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)中，大量應(yīng)用抗生素等發(fā)酵類醫(yī)藥產(chǎn)品的生產(chǎn)中，大量應(yīng)用著過(guò)濾、萃取、吸附、膜分離、離子交換、結(jié)著過(guò)濾、萃取、吸附、膜分離、離子交換、結(jié)晶、干燥等分離技術(shù)；晶、干燥等分離技術(shù)； 在天然藥物（如中藥等）生產(chǎn)現(xiàn)代化過(guò)程中，在天然藥物（如中藥等）生產(chǎn)現(xiàn)代化過(guò)程中，超臨界萃取、膜分離、先進(jìn)的過(guò)濾、結(jié)晶、干超臨界萃取、膜分離、先進(jìn)的過(guò)濾、結(jié)晶、干燥等分離技術(shù)有用武之地。燥等分離技術(shù)有用武之地。 冶金工業(yè)冶金工業(yè) 濕法冶煉中礦物浸取和萃取分離過(guò)程濕法冶煉中礦物浸取和萃取分離過(guò)程溶劑溶劑萃取法：萃

9、取法： 鈾是在工業(yè)中第一個(gè)使用溶劑萃取法提取和純鈾是在工業(yè)中第一個(gè)使用溶劑萃取法提取和純化的金屬元素；化的金屬元素； 用溶劑萃取法從銅礦浸取液中提取銅，是二十用溶劑萃取法從銅礦浸取液中提取銅，是二十世紀(jì)七十年代，在濕法冶煉中取得的一項(xiàng)重要世紀(jì)七十年代，在濕法冶煉中取得的一項(xiàng)重要成就；成就； 濕法提取過(guò)程也用于磷和硼等無(wú)機(jī)礦產(chǎn)的生產(chǎn)濕法提取過(guò)程也用于磷和硼等無(wú)機(jī)礦產(chǎn)的生產(chǎn)過(guò)程。過(guò)程。 其他：其他： 食品、乳品和飲料工業(yè)食品、乳品和飲料工業(yè) 材料工業(yè)材料工業(yè) 生化工業(yè)生化工業(yè) 環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)分離過(guò)程的重要性分離過(guò)程的重要性 原料凈化原料凈化 產(chǎn)品提純產(chǎn)品提純 有效組分回收有效組分回收 污染物處理

10、污染物處理二、二、分離過(guò)程的分類分離過(guò)程的分類（一）分離過(guò)程的分類（一）分離過(guò)程的分類級(jí)數(shù)級(jí)數(shù)：相態(tài)相態(tài)：有無(wú)傳質(zhì)發(fā)生有無(wú)傳質(zhì)發(fā)生：?jiǎn)渭?jí)、多級(jí)單級(jí)、多級(jí)固固固、固固、固液、固液、固氣、氣氣、氣液、液、液液液、氣液、氣氣氣機(jī)械分離、傳質(zhì)分離機(jī)械分離、傳質(zhì)分離處理兩相以上的混合物處理兩相以上的混合物如過(guò)濾、沉降、離心分離等。如過(guò)濾、沉降、離心分離等。處理均相混合物處理均相混合物按物理化學(xué)原理的不同，傳質(zhì)分離可分為：按物理化學(xué)原理的不同，傳質(zhì)分離可分為：（二）（二）傳質(zhì)分離過(guò)程的分類傳質(zhì)分離過(guò)程的分類平衡分離過(guò)程：平衡分離過(guò)程：速率分離過(guò)程速率分離過(guò)程：借助分離劑使均相混合物變成兩相系統(tǒng)，再利借助分

11、離劑使均相混合物變成兩相系統(tǒng)，再利用混合物中各組分在處于相平衡的兩相中的不用混合物中各組分在處于相平衡的兩相中的不等同分配而實(shí)現(xiàn)分離。等同分配而實(shí)現(xiàn)分離。在某種推動(dòng)力（濃度差、壓力差、溫度差、電在某種推動(dòng)力（濃度差、壓力差、溫度差、電位差等）的作用下，利用各組分?jǐn)U散速率的差位差等）的作用下，利用各組分?jǐn)U散速率的差異實(shí)現(xiàn)分離。異實(shí)現(xiàn)分離。如精餾、吸收、萃取、結(jié)晶、吸附等。如精餾、吸收、萃取、結(jié)晶、吸附等。如微濾、超濾、反滲透、電滲析等。如微濾、超濾、反滲透、電滲析等。1）平衡分離過(guò)程）平衡分離過(guò)程2）速率控制分離過(guò)程）速率控制分離過(guò)程1.2 分離因子（1）分離因子的定義）分離因子的定義 假設(shè)要將

12、假設(shè)要將i、j兩組分構(gòu)成的混合物分離成兩組分構(gòu)成的混合物分離成1、2兩種產(chǎn)品，兩種產(chǎn)品，兩種產(chǎn)品中兩組分的含量分別用兩種產(chǎn)品中兩組分的含量分別用xi1、xj1、xi2、xj2表示。比表示。比較這兩個(gè)組分在兩種產(chǎn)品中的含量關(guān)系，就可以判定這兩較這兩個(gè)組分在兩種產(chǎn)品中的含量關(guān)系，就可以判定這兩個(gè)組分在兩種產(chǎn)品中的分離程度：個(gè)組分在兩種產(chǎn)品中的分離程度： 2211/jijiijxxxx 分離因子與分離因子與1的偏離程度表示組分之間分離的難易程度。的偏離程度表示組分之間分離的難易程度。 當(dāng)當(dāng)ij1時(shí)，兩組分在兩產(chǎn)品中的含量相同，無(wú)法實(shí)現(xiàn)分時(shí)，兩組分在兩產(chǎn)品中的含量相同，無(wú)法實(shí)現(xiàn)分離；離； 當(dāng)當(dāng)ij接近

13、接近1時(shí)，兩組分在兩產(chǎn)品中的含量相近，難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，兩組分在兩產(chǎn)品中的含量相近，難以實(shí)現(xiàn)分離；分離； 當(dāng)當(dāng)ij遠(yuǎn)離遠(yuǎn)離1時(shí)，兩組分在兩產(chǎn)品中的含量差別大，容易實(shí)時(shí)，兩組分在兩產(chǎn)品中的含量差別大，容易實(shí)現(xiàn)分離。現(xiàn)分離。 精餾中，分離因子又稱為精餾中，分離因子又稱為相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度，它相對(duì)于汽液平，它相對(duì)于汽液平衡常數(shù)而言，對(duì)溫度和壓力的變化不敏感，可近似看作衡常數(shù)而言，對(duì)溫度和壓力的變化不敏感，可近似看作常數(shù)，使計(jì)算簡(jiǎn)化。常數(shù)，使計(jì)算簡(jiǎn)化。（2 2）分離因子的意義）分離因子的意義 1）雙組分中的相對(duì)揮發(fā)度）雙組分中的相對(duì)揮發(fā)度 已知已知A、B兩組分揮發(fā)度為：兩組分揮發(fā)度為：由由Dalton分壓

14、定律可知：分壓定律可知：pA+pB=p，而，而pA=yAp，pB=yBp，所，所以：以： 2）液液萃取的選擇性系數(shù)）液液萃取的選擇性系數(shù) 已知已知A、B兩組分在兩相中的分配系數(shù)為：兩組分在兩相中的分配系數(shù)為：則其選擇性系數(shù)為：則其選擇性系數(shù)為：AAAxp/BBBxp/BABABAABxxyy/BABABAABxxyykk/AAAxyk/BBBxyk/1.3 過(guò)程開(kāi)發(fā)及方法（1）化工技術(shù)開(kāi)發(fā)）化工技術(shù)開(kāi)發(fā) 1）開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)研究）開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)研究 針對(duì)項(xiàng)目的應(yīng)用性基礎(chǔ)研究和工藝特征研究，以實(shí)驗(yàn)室研針對(duì)項(xiàng)目的應(yīng)用性基礎(chǔ)研究和工藝特征研究，以實(shí)驗(yàn)室研 究為主。究為主。 2）過(guò)程研究）過(guò)程研究 進(jìn)行工藝、產(chǎn)品、

15、設(shè)備等的工程放大試驗(yàn)，包括模型試進(jìn)行工藝、產(chǎn)品、設(shè)備等的工程放大試驗(yàn)，包括模型試 驗(yàn)、微型中試、中試及工業(yè)試驗(yàn)等的全部或部分過(guò)程。驗(yàn)、微型中試、中試及工業(yè)試驗(yàn)等的全部或部分過(guò)程。 3）工程研究）工程研究 包括技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、概念設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)模型、放大技術(shù)及基包括技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、概念設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)模型、放大技術(shù)及基 礎(chǔ)設(shè)計(jì)等。礎(chǔ)設(shè)計(jì)等。（2）放大技術(shù)的常用方法）放大技術(shù)的常用方法 過(guò)程放大的方法有逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法、數(shù)學(xué)模型法、工程過(guò)程放大的方法有逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法、數(shù)學(xué)模型法、工程理論法和參照法四種，常用的是前兩種。理論法和參照法四種，常用的是前兩種。 1）逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法）逐級(jí)經(jīng)驗(yàn)放大法 以小試以小試擴(kuò)大試驗(yàn)擴(kuò)

16、大試驗(yàn)中試中試工業(yè)化試驗(yàn)的程序，通過(guò)逐工業(yè)化試驗(yàn)的程序，通過(guò)逐級(jí)試驗(yàn)獲取參數(shù)來(lái)達(dá)到目的。穩(wěn)妥，但耗費(fèi)大。級(jí)試驗(yàn)獲取參數(shù)來(lái)達(dá)到目的。穩(wěn)妥，但耗費(fèi)大。 2）數(shù)學(xué)模型法）數(shù)學(xué)模型法 根據(jù)過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律，建立準(zhǔn)確描述過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律，建立準(zhǔn)確描述過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)合理的簡(jiǎn)化后，利用計(jì)算機(jī)求解得到相關(guān)的參數(shù)。通過(guò)合理的簡(jiǎn)化后，利用計(jì)算機(jī)求解得到相關(guān)的參數(shù)。（3）分離過(guò)程開(kāi)發(fā)應(yīng)達(dá)到的目的）分離過(guò)程開(kāi)發(fā)應(yīng)達(dá)到的目的 1）合適的分離方法和流程）合適的分離方法和流程 通常通過(guò)小試研究來(lái)實(shí)現(xiàn)分離方法的選擇和分離流程的通常通過(guò)小試研究來(lái)實(shí)現(xiàn)分離方法的選擇和分離流程的 確定。確定。 2）優(yōu)化的工藝操作條件）優(yōu)化的工藝操作條件 通常是在小試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)中試對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行通常是在小試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)中試對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行 優(yōu)化。優(yōu)化。 3）合理的設(shè)備選型）合理的設(shè)備選型 通過(guò)中試確定工業(yè)化過(guò)程的設(shè)備形式和幾何尺寸。通過(guò)中試確定工業(yè)化過(guò)程的設(shè)備形式和幾何尺寸。1.4 分離方法的選擇分離的可行性分離的可行性 是否能分離是否能分離物料的物理化學(xué)性質(zhì)物料的物理化學(xué)性質(zhì) 是否好分離是否好分離生產(chǎn)的處理規(guī)模生產(chǎn)的處理規(guī)模