分離工程II緒論

分離工程II賀高紅教授98498519hgaohong@魯金明副教授辦公室：化工樓C221；：84986146；手機(jī)：40928；ljinming@510773大工2021分別工程II第一章緒論緒論？？？什么是分別工程？為什么要研討分別工程？分別工程有什么重要的作用？分別的根據(jù)是什么?有哪些分別技術(shù)？如何選擇適宜的分別技術(shù)？分別工程或分別過程(separationprocesses),主要是對(duì)化學(xué)工業(yè)、石油化工、煤化工消費(fèi)及相關(guān)工業(yè)消費(fèi)中的分別過程進(jìn)展研討的一門科學(xué)。原料、產(chǎn)品緒論分別工程提供所需求的原理及方法。緒論1901年英國戴維斯(Davis)編著了第一本化學(xué)工程專著<化學(xué)工程手冊(cè)>分別工程是化學(xué)工程學(xué)科的一個(gè)重要分支。分別工程不斷是化工過程中的關(guān)鍵角色緒論(1850～1907)

化學(xué)工程涵蓋化工熱力學(xué)、傳送過程、單元操作、化工系統(tǒng)工程、化工控制過程等內(nèi)容，分別工程為化學(xué)工程的一部分并與這些內(nèi)容親密相關(guān)?，F(xiàn)代化工消費(fèi)中，主要包括主要兩個(gè)過程： 一是反響過程，它可以消費(fèi)出新的物質(zhì)，是化工消費(fèi)中的中心， 二是分別過程，它包括原料的凈化、預(yù)處置、中間產(chǎn)物的分別及產(chǎn)物的分別和提純，是得到合格產(chǎn)品的關(guān)鍵三傳一反緒論1.1分別過程在化工消費(fèi)中的重要作用分別過程是分別混合物的一種方法。分別操作可以實(shí)現(xiàn)： I、提純?cè)?；II、分別中間產(chǎn)物，減少副反響，提高產(chǎn)品收率；III、脫除有害物質(zhì)；IV、產(chǎn)品提純與精制；V、對(duì)混合物進(jìn)展檢測分析等。緒論

分別設(shè)備投資宏大，操作費(fèi)用高，直接關(guān)系消費(fèi)本錢及效益。緒論由裂解氣消費(fèi)乙烯、丙烯分別流程圖緊縮脫酸性氣緊縮脫水冷箱脫CO脫C2H2CO2,H2S脫甲烷塔脫乙烷塔脫丙烷塔脫丁烷塔水氣冷凍丙烯丙烷乙烯乙烷富H2C4產(chǎn)品C4+(輕汽油)脫丙烷乙烯精餾塔乙烯精餾塔化學(xué)吸收吸附C10緒論緒論4、煉油結(jié)合安裝，5、變壓吸附制氫安裝1、裂解氣分別安裝2、煤制天然氣安裝3、吸收安裝設(shè)備規(guī)模大型化1000萬噸常、減壓：減壓塔塔徑13米；100萬噸特大型乙烯：油洗塔塔徑10米左右；60萬噸：對(duì)二甲苯分別：塔徑10.2米;液化氣脫硫:高壓、高通量；燃煤電廠煙道氣脫硫：塔徑12－16米；燃煤電廠煙道氣脫CO2：分別要求更高；己烯-1與己烯-3精餾分別需100多個(gè)實(shí)際級(jí)，回流比極大，投資占總投資的近一半，且能耗很高。在乙烯裂解安裝的C4餾分分別中，丁烯-1與異丁烯的精餾法分別需350實(shí)際級(jí)，回流比高，能耗極高。Ｏ18同位素分別需2200實(shí)際級(jí)；緒論

分別過程是環(huán)境維護(hù)所必需的手段與方法緒論緒論

能源開發(fā)與利用離不開分別工程

緒論緒論分別過程在其他領(lǐng)域的運(yùn)用分別過程除了在化工、環(huán)保及能源領(lǐng)域中有廣泛運(yùn)用外，在其它工業(yè)領(lǐng)域也有宏大的用途。冶金行業(yè)：礦物中金屬的提取和精制食品工業(yè)：食物脫水、果汁提純核工業(yè)：同位素分別生化行業(yè)：生物分別，培育液和發(fā)酵液的分別科技開展對(duì)物質(zhì)純度的要求越來越高，促進(jìn)了分別實(shí)際和技術(shù)的開展，一些新型分別技術(shù)不斷開發(fā)出來。反響精餾技術(shù)、變壓吸附分別技術(shù)、膜分別技術(shù)、超臨界萃取技術(shù)等等。緒論1.2分別過程根本概念

分別過程的定義：混合是自發(fā)過程，而分別是非自發(fā)過程，必需經(jīng)過建立安裝、系統(tǒng)或過程，對(duì)混合物參與能量，才干實(shí)現(xiàn)。定義：將一混合物轉(zhuǎn)變?yōu)榻M成不一樣的兩種或兩種以上產(chǎn)物的操作。分別工程表示圖原料物流(一股或幾股)分別劑(物質(zhì)或能量)分別安裝產(chǎn)品1產(chǎn)品2(組成不同的物流)緒論分別因子〔分別因數(shù)〕定義：任何一種分別過程中恣意兩組分間可以到達(dá)的分別程度稱為分別因子或分別因數(shù)。數(shù)學(xué)表達(dá)式：

緒論對(duì)于精餾？分別劑分別劑是參與到混合物系中的，使混合物分別的能量或物質(zhì)。一股或幾股物流進(jìn)入分別安裝，參與分別劑后引起分別作用，最后得到至少兩股不同的產(chǎn)品。分別劑是能量(熱量、冷量或功等)，稱為能量分別劑,分別劑是物質(zhì)(或另一種原料)，成為質(zhì)量分別劑。分別劑還可以是某種強(qiáng)迫力〔如壓力梯度、溫度梯度、電場力、磁場力〕及特殊膜等。分別過程的特征往往由參與分別劑的性質(zhì)決議。緒論分別過程按所加分別劑的不同可以分為：能量分別劑的平衡過程這類過程的共同點(diǎn)是所加的分別劑均為能量(熱量、冷量、減壓等)。質(zhì)量分別劑的平衡過程吸收(以不揮發(fā)性液體作為分別劑)、氣提(以不凝性氣體作分別劑)，吸附和離子交換(分別以固體吸附劑和樹脂作分別劑)及萃取(以不互溶液體做分別)等屬于這類過程。運(yùn)用一個(gè)以上分別劑的平衡過程如萃取精餾和恒沸精餾(熱量與適當(dāng)液體)。緒論分別的根據(jù)：混合物中各組分之間的差別緒論物理性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)電、磁性質(zhì)輸送性質(zhì)密度/粘度/表面張力/尺寸/質(zhì)量熔點(diǎn)/沸點(diǎn)/臨界點(diǎn)/蒸汽壓/溶解度/分配系數(shù)電導(dǎo)率/介電常數(shù)/遷移率/電荷/磁化率擴(kuò)散系數(shù)/分子飛行速度化學(xué)性質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)反應(yīng)速度性質(zhì)反應(yīng)平衡常數(shù)/吸附平衡常數(shù)/離解常數(shù)反應(yīng)速度常數(shù)1.3分別過程的分類分別過程分為機(jī)械分別過程和傳質(zhì)分別過程兩大類。機(jī)械分別過程是指分別安裝所接受的是多于一個(gè)相的非均相進(jìn)料，只需簡單地分相就可以。如過濾、沉降、固-液分別和氣-液分別器等。傳質(zhì)分別過程是除了機(jī)械地將不同相加以分別外，相間還發(fā)生物質(zhì)的傳送。分別對(duì)象是均相混合物，將含有不同組分的均相混合物分成組成互不一樣的兩種或多種產(chǎn)品的操作。精餾，吸收，萃取等。平衡分別過程傳質(zhì)分別過程速率分別過程緒論平衡分別過程的單元操作緒論平衡分別過程是借助分別媒介〔熱量或物質(zhì)〕將均相混合物分別，分別主要是根據(jù)各組分的相平衡進(jìn)展，分別后的兩相呈相平衡形狀。精餾，吸收，萃取等過程均屬于平衡分別過程平衡分別的原理圖緒論平衡分別過程的單元操作閃蒸法淡化海水減壓(能量)揮發(fā)度液體+蒸汽液體閃蒸汽化實(shí)例分別劑及原理產(chǎn)品進(jìn)料方式單元操作LVL用乙醇胺水溶液吸收熄滅氣中的CO2液體吸收劑溶解度液體+氣體氣體吸收MSALVV原油蒸餾塔氣提側(cè)取餾出物石腦油、煤油、汽油，除去輕餾分解吸(氣提)蒸氣溶解度液體+氣體(蒸汽)液體氣提MSAVLL天然氣油中除去異丁烷及相對(duì)分子量低的烴類；輕烴回收熱量揮發(fā)度液體+蒸汽液體和(或)蒸汽精餾VLLL用丙烷為溶劑從殘油(拔頂油)中脫瀝青不互溶液體溶解度兩種液體液體液液萃取用乙酸丁酯為夾帶劑并與水構(gòu)成恒沸物，從水-乙酸混合液中分別乙酸液體夾帶劑+熱量改動(dòng)揮發(fā)度液體+氣體氣、液或氣液混合物恒沸蒸餾實(shí)例分別劑產(chǎn)品進(jìn)料方式單元操作MSAMSALL?V/LLLMSAL′在旋轉(zhuǎn)式枯燥器中，用熱空氣枯燥聚氯乙烯除去水分。氣體和(或)熱量水分蒸發(fā)干固體+濕氣固體枯燥(固體)VV(V)SS(L)間、對(duì)二甲苯溶液中結(jié)晶得到對(duì)二甲苯熱量或冷量過飽和度液體+固體液體結(jié)晶MSAVLSL去除廢水中的洗滌劑,礦石浮選外表活性劑+鼓泡氣泡在氣液界面吸附兩種液體液體液膜分別水的軟化固體樹脂相互作用力的強(qiáng)弱液體離子交換用分子篩吸附劑枯燥空氣固體吸附劑吸附力強(qiáng)弱流體+固體氣體或液體吸附礦泥漿液的瀝取回收硫酸銅液體溶劑固體溶解度液體+固體固體瀝取(浸取)實(shí)例分別劑產(chǎn)品進(jìn)料方式單元操作V/LV/LSLSMSALL液體+固體LL2L1V速率分別過程的單元操作緒論速率分別過程是在某種推進(jìn)力〔濃度差、壓力差、溫度差、電力差等〕的作用下，有時(shí)在選擇性透過膜的配合下，利用各組分分散速度的差別實(shí)現(xiàn)組分的分別。速率分別過程的運(yùn)用范圍原料液濾液原料液濾液濃縮液原料液溶劑濃縮液混合氣浸透氣滲余氣原料液浸透蒸氣溶質(zhì)或溶劑溶劑原料液濃電解質(zhì)陰膜陽膜陰極陽極原料液浸透液濃縮液幾種主要的膜分別過程過程表示圖膜類型推進(jìn)力傳送機(jī)理透過物截留物微濾MF

多孔膜壓力差〔~0.1MPa〕篩分水、溶劑、溶解物懸浮物各種微粒超濾UF

非對(duì)稱膜壓力差〔0.1~1MPa〕篩分溶劑、離子、小分子膠體及各類大分子反浸透RO

非對(duì)稱膜復(fù)合膜

壓力差〔2~10MPa〕溶劑的溶解-分散水、溶劑懸浮物、溶解物、膠體電滲析ED離子交換膜電位差

離子在電場中的傳送

離子非解離和大分子顆粒

均質(zhì)膜復(fù)合膜非對(duì)稱膜壓力差〔1～15MPa〕氣體的溶解-分散易浸透氣體難浸透氣體

浸透汽化PV

均質(zhì)膜復(fù)合膜非對(duì)稱膜濃度差分壓差溶解-分散易溶解或易揮發(fā)組分

不易溶解或難揮發(fā)組分

膜蒸餾MD

微孔膜由于溫度差而產(chǎn)生的蒸汽壓差經(jīng)過膜的分散高蒸汽壓的揮發(fā)組分非揮發(fā)的小分子和溶劑

氣體分別GS1.4近代分別過程特征與過程系統(tǒng)工程相結(jié)合。 過程系統(tǒng)工程主要包括系統(tǒng)模擬、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合及系統(tǒng)優(yōu)化等。反響與分別結(jié)合。 反響過程與分別過程是化工消費(fèi)的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，二者相互結(jié)合，相得益彰?；瘜W(xué)吸收、化學(xué)萃取、反響精餾、膜反響器、膜控制釋放、膜生物反響器等新工藝不斷推行。 分別與分別結(jié)合。 萃取結(jié)晶、吸附蒸餾、膜蒸餾、膜吸收、膜萃取等緒論與節(jié)能技術(shù)相結(jié)合。分別過程占化工過程能耗的50~90%，分別過程與節(jié)能技術(shù)密不可分新分別過程不斷出現(xiàn)。 加鹽精餾、分子蒸餾、超臨界萃取、膜分別、離子交換、大型色譜分別等，使分別過程由“大型化〞向“精細(xì)化〞開展，運(yùn)用范圍拓寬，分別效率提高。緒論1.5分別過程的處理方案掌握多組分混合物的熱物性數(shù)據(jù) 純物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)可查；混合物的物性數(shù)據(jù)需計(jì)算。計(jì)算實(shí)踐體系的相平衡常數(shù) 計(jì)算平衡常數(shù)需用活度系數(shù)、逸度系數(shù)對(duì)理想體系進(jìn)展修正。清楚聚集態(tài)的變化 多組分混合物分別常伴隨聚集態(tài)的變化，即出現(xiàn)新的相，計(jì)算時(shí)需確定新相的參數(shù)。學(xué)會(huì)化工軟件對(duì)過程進(jìn)展分析、模擬、設(shè)計(jì) 多組分混合物分別過程的計(jì)算需反復(fù)試差、迭代或聯(lián)立求解線形或非線性方程組，計(jì)算量大。構(gòu)建新的分別模型。緒論1.6分別方法的選擇根據(jù)緒論判別分別的可行性〔能否能分別〕了解物料的物理化學(xué)性質(zhì)〔能否易分別〕明確消費(fèi)的處置規(guī)?！材芊穹謩e快〕設(shè)計(jì)適宜的分別設(shè)備〔能否高效率〕分析投資及運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性〔能否本錢低〕留意平安與環(huán)?！材芊癍h(huán)?！?.7課程要求深化掌握典型的分別技術(shù)，包括內(nèi)容、原理、特點(diǎn)及詳細(xì)運(yùn)用。做到可以針對(duì)詳細(xì)過程提出多種處理方案，并可以進(jìn)展綜合分析，根據(jù)詳細(xì)情況選擇最正確方案。本科要求:了解工業(yè)過程中常用的分別技術(shù)，掌握各種分別技術(shù)的原理、工藝及特點(diǎn)，可以用所學(xué)習(xí)的分別技術(shù)去處理實(shí)踐問題。研討生要求：熟練掌握各種分別技術(shù)及其