第四章 产物的分离与提纯精选文档.ppt

第四章 产物的分离与提纯本讲稿第一页，共四十一页第一节产物分离的原则在化工生产中，产物的分离方法可分成机械分离和传质分离两大类。一般来讲，非均相混合物的分离主要采用机械分离法；均相混合物的分离采用传质分离法。1机械分离2传质分离本讲稿第二页，共四十一页名称名称原料相原料相态态分离媒介分离媒介分离分离剂剂产产生生产产物物相相态态分离原理分离原理工工业应业应用用实实例例闪闪蒸蒸液体液体减减压压气体气体挥发挥发度度(蒸汽蒸汽压压)有有较较大差大差别别由海水淡化生由海水淡化生产纯产纯水水部分冷凝部分冷凝气体气体热热量量液体和气液体和气体体挥发挥发度度(蒸汽蒸汽压压)有有较较大差大差别别由氨中回收由氨中回收氢氢气和气和氮气氮气精精馏馏气、液或气、液或气液混合气液混合物物热热量、有量、有时时用机械用机械功功气体和液气体和液体体挥发挥发度度(蒸汽蒸汽压压)有差有差别别石油裂解气的深冷石油裂解气的深冷分离分离萃取精萃取精馏馏气、液或气、液或气液混合气液混合物物液体溶液体溶剂剂和塔釜加和塔釜加热热气体和液气体和液体体溶溶剂剂改改变变原溶原溶液液组组分的相分的相对对挥发挥发度度以苯酚作溶以苯酚作溶剂剂，由，由沸点相近的非芳沸点相近的非芳烃烃中分离甲苯中分离甲苯吸收蒸出吸收蒸出气体或液气体或液体体液体吸收液体吸收剂剂加入加入热热量量气体和液气体和液体体溶解度不同溶解度不同由催化裂化装由催化裂化装嚣嚣主主蒸蒸馏馏塔塔顶产顶产物中回物中回收乙收乙烷烷及及较轻较轻的的烃烃吸收吸收气体气体液体吸收液体吸收剂剂液体和气液体和气体体溶解度不同溶解度不同用乙醇胺用乙醇胺类类吸收以吸收以除去天然气中的除去天然气中的C02和和H2S蒸出蒸出液体液体气提气气提气气体气体溶解度不同溶解度不同原油蒸原油蒸馏馏塔塔侧线侧线抽抽出的石出的石脑脑油、煤油油、煤油和柴油和柴油馏馏分的气提分的气提带带有回流的有回流的蒸出蒸出(水蒸气水蒸气蒸蒸馏馏)气液或气气液或气液混合物液混合物气提蒸汽气提蒸汽和和热热量量气体和液气体和液体体溶解度不同溶解度不同原油的减原油的减压压蒸蒸馏馏(水水蒸气蒸气为为气提气提剂剂)再沸蒸出再沸蒸出液体液体热热量量气体气体溶解度不同溶解度不同从石从石脑脑油油馏馏分中脱分中脱除除轻组轻组分分共沸精共沸精馏馏气、液或气、液或气液混合气液混合物物液体共沸液体共沸剂剂和和热热量量气体和液气体和液体体共沸共沸剂剂改改变变原原溶液溶液组组分的相分的相对挥发对挥发度度以乙酸丁以乙酸丁酯酯作共沸作共沸剂剂从稀溶液中分离从稀溶液中分离乙酸乙酸液一液萃取液一液萃取液体液体液体萃取液体萃取剂剂两种液体两种液体不同不同组组分在两分在两液相中的溶解液相中的溶解度不同度不同以丙以丙烷烷作萃取作萃取剂剂从从重渣油中脱除重渣油中脱除沥沥青青液一液萃取液一液萃取(双溶双溶剂剂)液体液体两个萃取两个萃取剂剂两种液体两种液体不同不同组组分在不分在不同萃取同萃取剂剂中的中的溶解度不同溶解度不同以丙以丙烷烷、甲酚、甲酚为为双双溶溶剂剂，从芳，从芳烃烃和和环环烷烃烷烃原料中分离原料中分离链链烷烃烷烃干燥干燥液体，更液体，更常常见见是固体是固体气体、气体、热热量量气体、干气体、干燥的燥的固体固体水分蒸水分蒸发发用用热热空气脱除聚空气脱除聚氯氯乙乙烯烯中的水分中的水分蒸蒸发发液体液体热热量量气体和液气体和液体体蒸汽蒸汽压压不同不同由由氢氢氧化氧化钠钠的水溶的水溶液中蒸出水分液中蒸出水分结结晶晶液体液体冷量或冷量或热热量量固体和母固体和母液液利用利用过饱过饱和度和度由二甲苯混合物中由二甲苯混合物中结结晶分离晶分离对对二甲苯二甲苯本讲稿第三页，共四十一页蒸出蒸出液体液体气提气气提气气体气体溶解度不同溶解度不同原油蒸馏塔侧线抽出的石脑原油蒸馏塔侧线抽出的石脑油、煤油和柴油馏分的气提油、煤油和柴油馏分的气提带有回流的蒸出(水蒸气蒸馏)气液或气液混合物气提蒸汽和热量气体和液体溶解度不同原油的减压蒸馏(水蒸气为气提剂)再沸蒸出液体热量气体溶解度不同从石脑油馏分中脱除轻组分共沸精馏气、液或气液混合物液体共沸剂和热量气体和液体共沸剂改变原溶液组分的相对挥发度以乙酸丁酯作共沸剂从稀溶液中分离乙酸液一液萃取液体液体萃取剂两种液体不同组分在两液相中的溶解度不同以丙烷作萃取剂从重渣油中脱除沥青液一液萃取(双溶剂)液体两个萃取剂两种液体不同组分在不同萃取剂中的溶解度不同以丙烷、甲酚为双溶剂，从芳烃和环烷烃原料中分离链烷烃干燥液体，更常见是固体气体、热量气体、干燥的固体水分蒸发用热空气脱除聚氯乙烯中的水分蒸发液体热量气体和液体蒸汽压不同由氢氧化钠的水溶液中蒸出水分结晶液体冷量或热量固体和母液利用过饱和度由二甲苯混合物中结晶分离对二甲苯本讲稿第四页，共四十一页蒸蒸发发液液体体热量热量气体和液气体和液体体蒸汽压不同蒸汽压不同由氢氧化钠的水溶液中蒸出水分由氢氧化钠的水溶液中蒸出水分结晶液体冷量或热量固体和母液利用过饱和度由二甲苯混合物中结晶分离对二甲苯本讲稿第五页，共四十一页名称名称原料相原料相态态分离媒介分离媒介分离分离剂剂产产生生产产物物相相态态分离原理分离原理工工业应业应用用实实例例凝聚凝聚蒸汽蒸汽冷量冷量固体和气固体和气体体选择选择性地凝聚性地凝聚邻邻苯二甲酸苯二甲酸酐酐的的精制精制浸取浸取固体固体液体溶液体溶剂剂液体和固液体和固体体渣渣固体的溶解度固体的溶解度用水浸取用水浸取矿矿渣中渣中的硫酸的硫酸铜铜吸附吸附气体或液气体或液体体固体吸附固体吸附剂剂气体或液气体或液体体吸附作用的差吸附作用的差别别通通过过分子分子筛筛吸附吸附空气中的水分空气中的水分离子交离子交换换液体液体固体固体树树脂脂固体固体树树脂脂和液体和液体质质量作用定律量作用定律水的水的软软化化本讲稿第六页，共四十一页(2)在相内进行质量传递的分离过程。这类传质分离操作的共同特点是依靠原料中不同组分在某种推动力(如压差、浓度差、电位差)作用下经过某种介质(如半透膜)时的传质速度差异而实现分离。如膜分离、热扩散和气体扩散。本讲稿第七页，共四十一页单单元元过过程程相相态态分离方法分离方法分离工具分离工具工工业举业举例例加加压扩压扩散散气气态态通通过过离心力建立离心力建立压压力梯度力梯度离心力离心力同位素混合物的分离同位素混合物的分离气体气体扩扩散散气气态态压压力下流力下流经经多孔隔板多孔隔板多孔隔板多孔隔板铀铀同位素分离同位素分离反渗透反渗透液液态态压压力梯度克服渗透力梯度克服渗透压压膜膜水脱水脱盐盐渗透渗透气气态态或液或液态态压压力下流体流力下流体流经经半透膜半透膜膜膜异丙醇脱水异丙醇脱水渗析渗析液液态态穿穿过过膜的膜的扩扩散速度差散速度差膜膜由人造由人造丝丝液体中回收提液体中回收提纯纯苛性苛性钠钠泡沫分泡沫分馏馏液液态态选选取的界面取的界面浓浓度度泡沫界面泡沫界面酶酶和染料分离和染料分离色色谱谱分离分离气气态态或液或液态态在固体表面及内部在固体表面及内部选选取的取的浓浓度度固体固体混合溶混合溶剂剂蒸汽的回收蒸汽的回收区域熔融区域熔融固固态态液体穿液体穿过过金属金属块块移移动动温度梯度温度梯度锗锗的提的提纯纯热扩热扩散散气气态态和液和液态态产产生生浓浓度梯度的温度度梯度的温度温度梯度温度梯度气气态态同位素混合物分离同位素混合物分离电电解解液液态态电场电场电场电场和膜和膜氢氢和和氚氚的分离的分离电电渗析渗析液液态态电场电场加充加充电电膜膜膜和膜和电场电场水脱水脱盐盐本讲稿第八页，共四十一页二、基本原理1气体产物的分离2液体产物的分离3固体产物的分离三、分离流程的设计1明确分离目标一般而言，产品纯度是据产品的使用目的来确定的。而回收率或产品总收率则在很大程度上决定着分离过程的经济性，所以经济性最佳就成为确定回收率的主要依据。2确定可行的分离方法3设计分离流程时的经验规则和注意事项本讲稿第九页，共四十一页(1)反应产物有固体物的，不论它们是目的产物还是废弃物，一般要率先分离出来，免使管道设备堵塞，流程不顺。(2)反应产物中对目的产物尤其有害的物质必须首先除去，甚至不惜能量的利用合理与否，这是工艺的要求。通常产品的收得率在经济上是最重的砝码，因为最终的产品利润最大。不能因为考虑能量的“合理”，而牺牲了产品的收率。(3)反应产物中对后工艺有害的物质，首先分离。比如精馏过程，从能量上考虑应当由挥发度从低到高逐级取出，但有时高沸点物质会聚合，会凝絮甚或较黑较脏，也要先把它分出。然后再降温从低沸物到高沸物地分离。这第一步似乎浪费能量但对流程和工艺有利。(4)产物中，尽量优先把未反应原料分出来，循环使用，如果原料宝贵更应如此。(5)把最难分离的组分或要求特高的产物应从分离系统中先取出粗产物，再设计精制分离方案。不要希望过早地拿出来，更不主张一次分离就得到高纯产物。本讲稿第十页，共四十一页(6)尽量选用简单的分离方法，能用机械分离的先用机械法。一般是机械法-物理法-物理化学法-化学法的顺序，无论从操作和能量上都有可能。(7)一般情况下或者先取出最少的组分，或者先取出最多的组分。(8)一般情况下分离的流程先易后难，容易除去的先除去，容易拿到的先拿到。(9)尽量把多种杂质一次性除去，再研究从杂质中回收有用副产物。(10)能用精馏的地方尽量采用简单精馏，除非有充分理由，不主张率先考虑萃取精馏、夏应精馏、共沸精馏等。精馏过程仍是先易后难，最难分离的组分最后精馏。(11)尽量利用热源，节省能量。(12)尽量采用先进技术和先进设备。本讲稿第十一页，共四十一页第二节分离和精制技术分离技术作一个鸟瞰 一、气固分离和除尘1机械力分离法(1)重力沉降法 (2)惯性沉降法(3)离心沉降法 2过滤分离法二、液体分离1液相非均一系分离2.液液萃取三、液体分离和精馏1概述2精馏3精馏塔四、蒸发和结晶五、干燥本讲稿第十二页，共四十一页本讲稿第十三页，共四十一页本讲稿第十四页，共四十一页本讲稿第十五页，共四十一页本讲稿第十六页，共四十一页本讲稿第十七页，共四十一页本讲稿第十八页，共四十一页本讲稿第十九页，共四十一页本讲稿第二十页，共四十一页本讲稿第二十一页，共四十一页本讲稿第二十二页，共四十一页本讲稿第二十三页，共四十一页本讲稿第二十四页，共四十一页本讲稿第二十五页，共四十一页本讲稿第二十六页，共四十一页本讲稿第二十七页，共四十一页本讲稿第二十八页，共四十一页本讲稿第二十九页，共四十一页本讲稿第三十页，共四十一页本讲稿第三十一页，共四十一页本讲稿第三十二页，共四十一页本讲稿第三十三页，共四十一页本讲稿第三十四页，共四十一页第三节分离新技术和生化分离第三节分离新技术和生化分离一、离子交换一、离子交换1概述概述2对离子交换剂的一般要求对离子交换剂的一般要求3离子交换树脂离子交换树脂4离子交换过程的工业应用离子交换过程的工业应用二、膜分离二、膜分离1概述概述2分离用膜分离用膜3膜分离设备膜分离设备4各种膜分离过程简介各种膜分离过程简介三、色谱分离三、色谱分离1概述概述2应用应用四、超临界流体萃取和其它萃取分离四、超临界流体萃取和其它萃取分离1超临界流体萃取超临界流体萃取本讲稿第三十五页，共四十一页物性溶剂临界温度临界压力MPa临界密度(gCM3)乙烯二氧化碳乙烷丙烯丙烷氨正戊烷甲苯9231032291896613241973195037384.88462424113337402180468020302330217023502370292表49常用超临界溶剂的临界值本讲稿第三十六页，共四十一页本讲稿第三十七页，共四十一页五、电泳分离六、生化分离七、其它分离方法1鼓泡与泡沫分离2溶液结晶分离3升华分离4凝胶萃取本讲稿第三十八页，共四十一页本讲稿第三十九页，共四十一页本讲稿第四十页，共四十一页裂解气的分离本讲稿第四十一页，共四十一页