化工分離新技術(shù)

化工分離新技術(shù)5/8/20241化工分離新技術(shù)本課程的主要目的獲得傳質(zhì)與分離操作過程及設(shè)備的基礎(chǔ)知識、基本理論和基本應(yīng)用能力，掌握傳質(zhì)與分離過程的本質(zhì)及其變化規(guī)律介紹新型分離方法，如膜分離、超臨界萃取、吸附、特殊精餾等，使學(xué)生了解分離技術(shù)的發(fā)展及新知識、新工藝、新技術(shù)。突出工程實例介紹，簡化數(shù)學(xué)模型推理和設(shè)計計算5/8/20242化工分離新技術(shù)第一章緒論

1.1化工分離技術(shù)發(fā)展簡述化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，化工產(chǎn)品滲透到人們的衣、食、住、行等各個領(lǐng)域?；ぎa(chǎn)值是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一?；し蛛x技術(shù)是隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展而逐漸形成和發(fā)展的?；瘜W(xué)工業(yè)具有悠久的歷史，而現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)是開始于18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命以后的歐洲。當(dāng)時，純堿、硫酸等無機化學(xué)工業(yè)成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的開端。19世紀(jì)以煤為基礎(chǔ)原料的有機化工在歐洲也發(fā)展起來。當(dāng)時的煤化學(xué)工業(yè)規(guī)模不是很大，主要著眼于苯、甲苯、酚等各種化學(xué)品的開發(fā)。在這些化工生產(chǎn)中應(yīng)用了吸收、蒸餾、過濾、干燥等分離操作。19世紀(jì)末，20世紀(jì)初大規(guī)模的石油煉制業(yè)促進了化工分離技術(shù)的成熟與完善。進入20世紀(jì)70年代以后，化工分離技術(shù)更加高級化，應(yīng)用也更加廣泛。與時同時，化工分離技術(shù)與其它科學(xué)技術(shù)相互交叉滲透產(chǎn)生一些更新的邊緣分離技術(shù)，如生物分離技術(shù)、膜分離技術(shù)、環(huán)境化學(xué)分離技術(shù)、納米分離技術(shù)、超臨界流體萃取技術(shù)等等。展望21世紀(jì)，化工分離技術(shù)將面臨著一系列新的挑戰(zhàn)，其中最主要的是來自能源、原料和環(huán)境保護三大方面。此外，化工分離技術(shù)還將對農(nóng)業(yè)、食品和食品加工、城市交通和建設(shè)以及保健、提高和改善人們的生活水平方面做出貢獻。5/8/20243化工分離新技術(shù)1.2分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用

分離過程是將混合物分成組成相互不相同的兩種或幾種產(chǎn)品的操作。一個典型的化工生產(chǎn)裝置通常是由一個反應(yīng)器（有時多于一個）和具有提純原料、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品的多個分離設(shè)備以及機、泵、換熱器等構(gòu)成。分離操作一方面為化學(xué)反應(yīng)提供符合質(zhì)量要求的原料，清除對反應(yīng)或催化劑有害的雜質(zhì)，減少副反應(yīng)和提高收率；另一方面對反應(yīng)產(chǎn)物進行分離提純以得到合格的產(chǎn)品，并使未反應(yīng)的反應(yīng)物得以循環(huán)利用。此外，分離操作在環(huán)境保護和充分利用資源方面起著特別重要的作用。因此，分離操作在化工生產(chǎn)中占有十分重要的地位，在提高生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益和產(chǎn)品質(zhì)量中起舉足輕重的作用。對大型的石油工業(yè)和以化學(xué)反應(yīng)為中心的石油化工產(chǎn)生過程，分離裝置的費用占總投資的50~90%。5/8/20244化工分離新技術(shù)無論化學(xué)、石油、冶金、食品、輕工、醫(yī)藥、生化和原子能等工業(yè)都廣泛應(yīng)用分離過程。古代煤用于直接燃燒,為飲食和取暖。煉焦工業(yè)的興起,使得煤經(jīng)干餾獲得焦炭和煤氣,煤得到了初步的合理使用。但其副產(chǎn)煤焦油卻長期被看作無用而有毒的廢物。直到近代,發(fā)現(xiàn)煤焦油是含有多種芳香族化合物的復(fù)雜混合物(達幾百種物質(zhì)),用分餾的方法可以使苯、酚、萘和更復(fù)雜的芳香族化合物分開,才使煤的綜合利用臻于完善。同樣,從原油的直接燃燒到把它分餾為溶劑油、汽油、煤油、柴油和重油(瀝青)等各種組分并加以利用和再加工,直到形成現(xiàn)代龐大的石油煉制和石油化工體系。都是分離過程成功應(yīng)用于化工生產(chǎn)的典型例子。干燥過程的應(yīng)用遍及各行各業(yè)。谷物的含水量從收獲時約30%~35%干燥到13%就可延長儲存期一年。食品含水量低于5%,微生物難以生存,酶難以作用,可長期保持香昧和營養(yǎng)。聚氯乙烯顆粒含水量小于千分之二，可保證聚合加工成型時不出現(xiàn)氣泡和增加塑料制品的強度。此外,建材、木材、布匹、紙張、皮革、藥物、油漆等等無不涉及干燥。據(jù)統(tǒng)計,僅化工產(chǎn)品就有20萬種以上需要干燥作業(yè)。5/8/20245化工分離新技術(shù)

隨著工業(yè)的現(xiàn)代化,科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)向著高質(zhì)量、高純度、精密加工、微型化和高技術(shù)密集型發(fā)展,而這些都必須有分離過程的密切配合。就以半導(dǎo)體與電子技術(shù)為例,高質(zhì)量、高純度的材料超純水、半導(dǎo)體鍺和硅,以及載氣氮、氦等,其純度都要在99.99%以上,有的甚至達到99.9999%。這類產(chǎn)品的微型化,使集成電路的線距僅1μm。彩色顯像管裝配封口后,管內(nèi)不得含有微粒,否則在屏幕上會因折射而出現(xiàn)閃爍亮點而導(dǎo)致報廢,于是,無論載氣和裝配車間的空氣都必須經(jīng)潔凈處理到每升氣體中所含大于0.5μm的塵粒少于3.5個。僅潔凈空氣和純水為例,就已包括了沉降、濕法洗凈、過濾、電除塵、絮凝、泡沫分離、電滲析、超濾、反滲透以及離子交換等如此多的分離單元操作。5/8/20246化工分離新技術(shù)5/8/20247化工分離新技術(shù)5/8/20248化工分離新技術(shù)

事實上，在醫(yī)藥、材料、冶金、食品、生化、原子能和環(huán)保等領(lǐng)域也都廣泛地應(yīng)用到分離過程。例如，藥物的精制和提純；從礦產(chǎn)中提取和精選金屬；食品的脫水、除去有毒或有害成分；抗菌素的凈制和病毒的分離；同位素的分離和重水的制備等都離不開分離過程。隨著現(xiàn)代工業(yè)趨向大型化生產(chǎn)，所產(chǎn)生的大量廢氣、廢水、廢渣更需集中排放。對各種形式的流出廢物進行末端治理，使其達到有關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)，不但涉及物料的綜合利用，而且還關(guān)系到環(huán)境污染和生態(tài)平衡。如原子能廢水中微量同位素物質(zhì)，很多工業(yè)廢氣中的硫化氫、二氧化硫、氧化氮等都需妥善處理。近年來，由于能源緊張，石油提價，對分離過程的能耗要求越來越苛刻，隨之對設(shè)備性能要求也越來越高。分離技術(shù)的應(yīng)用越來越得到人們的高度重視。5/8/20249化工分離新技術(shù)

需要說明的是，分離技術(shù)不僅僅應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)。生產(chǎn)實踐證明，將地球上各種各樣的混合物進行分離和提純是促進科技發(fā)展、提高和改善生活水平的一種重要途徑。由于發(fā)明了冶煉術(shù)，把金屬從礦石中分離出來，使人類從石器時代進入了銅器時代，開始向文明社會進步；放射性鈾的同位素分離成功，迎來了原子能時代；將水和空氣中微量雜質(zhì)除去的分離技術(shù)，大幅提高了超大規(guī)模集成電器元件的成品合格率，使它得以商品化生產(chǎn)，同時集成度也大幅提高；深冷分離技術(shù)可從混合氣體中分離出純氧、純氮和純氫，獲得了接近絕對零度的低溫，為科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)提供了極為廣闊的發(fā)展基礎(chǔ)，為火箭提供了具有極大推動力的高能燃料；從水中去除鹽和有素物質(zhì)的蒸餾、吸附、萃取、膜分離等分離技術(shù)，使人們能從取之不盡的大海中提取淡水，從工、農(nóng)業(yè)污水中回收干凈水和其它有用的東西。當(dāng)代工業(yè)的三大支柱是材料、能源和信息，這三大產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都離不開新的分離技術(shù)。人類生活水平的進一步提高也有賴于新的分離技術(shù)。在21世紀(jì)，分離技術(shù)必將日新月異，再創(chuàng)輝煌。5/8/202410化工分離新技術(shù)1.3分離過程在清潔工藝中的地位和作用

清潔工藝也稱少廢無廢技術(shù)，它是面向21世紀(jì)社會和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大課題，也是當(dāng)今世界科學(xué)進步的主要內(nèi)容之一。清潔工藝就是將生產(chǎn)工藝和防治污染有機地結(jié)合起來，將污染物減少或消滅在工藝過程中，從根本上解決工業(yè)污染問題。開發(fā)和采用清潔工藝，既符合“預(yù)防優(yōu)于治理”的方針，同時又降低了原材料和能源的消耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，是保護生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展的最佳途徑。因此清潔工藝是一種節(jié)能、低耗、高效、安全、無污染的工藝技術(shù)。就化學(xué)工業(yè)而言，清潔工藝的本質(zhì)是合理利用資源，減少甚至消除廢料的產(chǎn)生。化學(xué)工業(yè)是工業(yè)污染的大戶，化工生產(chǎn)所造成的污染來源于：1、未回收的原料；2、未回收的產(chǎn)品；3、有用和無用的副產(chǎn)品；4、原料中的雜質(zhì)；5、工藝的物料損耗。5/8/202411化工分離新技術(shù)與化工分離過程密切相關(guān)的化工清潔工藝包括有：1、降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、回收利用率和循環(huán)利用率；2、開發(fā)和采用新技術(shù)、新工藝，改善生產(chǎn)操作條件，以控制和消除污染；3、采用生產(chǎn)工藝裝置的閉路循環(huán)技術(shù)；4、處理生產(chǎn)中的副產(chǎn)物和廢物，使之減少或消除對環(huán)境的危害；5、研究、開發(fā)和采用低物耗、低能耗、高效率的“三廢”治理技術(shù)。

因此，清潔工藝的開發(fā)和應(yīng)用離不開傳統(tǒng)分離技術(shù)的改進，新分離技術(shù)的研究、開發(fā)和工業(yè)應(yīng)用，以及分離過程之間、反應(yīng)和分離過程之間的集成化。5/8/202412化工分離新技術(shù)閉路循環(huán)系統(tǒng)是清潔工藝的重要方面，其核心是將過程所產(chǎn)生的廢物最大限度地回收和循環(huán)使用，減少生產(chǎn)過程中排出廢物的數(shù)量。5/8/202413化工分離新技術(shù)

如果工藝中的分離系統(tǒng)能夠有效地進行分離和再循環(huán)，那么該工藝產(chǎn)生的廢物就最少。實現(xiàn)分離與再循環(huán)系統(tǒng)使廢物最小化的方法有以下幾種：1、廢物直接再循環(huán)；2、進料提純；3、除去分離過程中加入的附加物質(zhì)；4、附加分離與再循環(huán)系統(tǒng)；清潔工藝除應(yīng)避免在工藝過程中生成污染物，即從源頭減少三廢之外，生成廢物的分離、再循環(huán)利用和廢物的后處理也是極其重要的，而這后一部分任務(wù)在多是由化工分離操作承擔(dān)和完成的。5/8/202414化工分離新技術(shù)1.4傳質(zhì)分離過程的分類和特征分離過程分為機械分離和傳質(zhì)分離兩大類。

機械分離過程的分離對象是由兩相以上所組成的混合物，其目的只是簡單地將各相加以分離。例如：過濾、沉降、離心分離、旋風(fēng)分離和靜電除塵等。

傳質(zhì)分離過程用于各種均相混合物的分離，基特點是有質(zhì)量傳遞現(xiàn)象發(fā)生，按所依據(jù)的物理化學(xué)原理不同，可分為兩大類：平衡分離和速率分離。5/8/202415化工分離新技術(shù)（一）平衡分離過程

平衡分離過程系借助分離媒介（如熱能、溶劑、吸附劑等）使均相混合物系統(tǒng)變?yōu)閮上嘞到y(tǒng)，再以混合物中各組分在處于相平衡的兩相中不等同的分配為依據(jù)而實現(xiàn)分離。分離媒介可以是能量媒介（ESA）或物質(zhì)媒介（MSA），有時也可以兩種同時應(yīng)用。根據(jù)兩相狀態(tài)不同,平衡分離過程可分為如下幾類。氣液傳質(zhì)過程:如吸收、氣體的增濕和減濕。汽液傳質(zhì)過程:如液體的蒸餾和精餾。液液傳質(zhì)過程:如萃取。液固傳質(zhì)過程:如結(jié)晶、浸取、吸附、離子交換、色層分離、參數(shù)泵分離等。氣固傳質(zhì)過程:如固體干燥、吸附等。

5/8/202416化工分離新技術(shù)5/8/202417化工分離新技術(shù)（二）速率分離過程

速率分離過程是指借助某種推動力，如濃度差、壓力差、溫度差、電位差等的作用，某些情況下在選擇性透過膜的配合下，利用各組分擴散速度的差異而實現(xiàn)混合物的分離操作。這類過程的特點是所處理的物料和產(chǎn)品通常屬于同一相態(tài)，僅有組成的差別。速率分離可分為膜分離和場分離兩大類。1、膜分離膜分離是利用液體中各組分對膜的滲透速率的差別而實現(xiàn)組分分離的單元操作。膜可以是固態(tài)或液態(tài)，所處理的流體可以是氣體或液體，過程的推動力可以是壓力差、濃度差或電位差。5/8/202418化工分離新技術(shù)5/8/202419化工分離新技術(shù)5/8/202420化工分離新技術(shù)樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。2024/5/82024/5/8Wednesday,May8,2024人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。2024/5/82024/5/82024/5/85/8/20249:06:06AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。2024/5/82024/5/82024/5/8May-2408-May-24加強交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。2024/5/82024/5/82024/5/8Wednesday,May8,2024安全在于心細，事故出在麻痹。2024/5/82024/5/82024/5/82024/5/85/8/2024踏實肯干，努力奮斗。2024年5月8日2024/5/82024/5/82024/5/8追求至善憑技術(shù)開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。08五月20242024/5/82024/5/82024/5/8嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。五月242024/5/82024/5/82024/5/85/8/2024作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就