第一章绪论-1 分离.ppt

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1、分分 离离 过过 程程SEPARATION PROCESS 谢 颖 主楼七层化工所 教学内容 1.1.绪论绪论 2.2.多组分单级分离计算多组分单级分离计算3.3.多组分多级分离计算多组分多级分离计算4.4.气体吸收气体吸收5.5.膜分离基本知识膜分离基本知识 1.绪论绪论 分离过程特征及分类分离过程特征及分类 设计变量设计变量2.多组分单级分离计算多组分单级分离计算 汽液平衡、泡点露点计算、汽液平衡、泡点露点计算、闪蒸计算闪蒸计算3.多组分多级分离计算多组分多级分离计算 简捷法简捷法 严格法严格法4.气体吸收气体吸收课程描述 This course covers the general pr

2、inciples of separation by equilibrium and rate processes.Topics include staged cascades and applications to distillation,absorption,adsorption,and membrane processes.Phase equilibria is also covered.主要任务 分离单元过程 多组分精馏、特殊精馏、吸收过程 基本原理 基础知识 设计计算方法 培养分析实际问题的方法和解决工程问题的能力 本课程是在物理化学、化工热力学、化工原理等课程的基础上对常用的能量分

3、离剂和质量分离剂的平衡分离过程进行深入研究，重点讨论多组分多级分离过程.主要内容包括1、平衡分离过程基本原理及计算；2、分离方法选择；3、分离过程的节能及优化；参考书 1.Separation process principles J.D.Seader 化工出版社 20022.化学工程中的平衡级分离操作 J.D.Seader 化工出版社 19903.化工分离工程 郁浩然 ；中国石化出版社 19924.分离过程及系统模拟刘芙蓉；科学出版社20015.膜工艺组件和装置设计基础王乐夫译；化工出版社 1998第一章 绪论 分离过程(separation processes),主要是对化学工业、煤化工生

4、产及相关工业生产中的分离过程进行研究的一门科学。分离工程是化学工程学科的一个重要分支。从1901年戴维斯(Davis)所著的化学工程师手册问世以来，化学工程有了巨大的发展而分离过程一直是化工过程中的关键角色。现代化工生产中，主要包括两个过程：一是反应过程，它可以生产出新的物质，是化工生产中的核心，二是分离过程，它包括原料的净化、预处理、中间产物的分离及产物的分离和提纯，是得到合格产品的关键1.1 分离操作的重要性 分离过程是将混合物分成组成互不相同的两种或几种产品的操作。(1)原料提纯(2)产物分离提纯，以得到合格产品 (3)装置费用占总投资的5090%To extract metals fr

5、om ores,perfumes from flowers,evaporate sea water to obtain salt,refine rock asphalt,distill liquors.The human body could not function for long if it had no kidney,a membrane that selectively removes water and waste products of metabolism from blood.Separation large-scale separation enrichment disti

6、llation concentration absorption purification extraction refining adsorption isolation membrane separationFig1 Refinery for converting crude oil into a variety of marketable productsCrude oil Asphalt Lubricants Fuel gas Gasoline Jet fuel Diesel fuel 93%wt%ethanolLight endsWastewaterethylenewaterEcly

7、cle ethyleneEthylene hydration ReactorFig 2 Hypothetical process for hydration of ethtylene to ethanolPartial condensation Ethanol column300，6.72 MPa1.2 分离过程的特征原料物流原料物流原料物流原料物流(一股或几股一股或几股一股或几股一股或几股)分离剂分离剂分离剂分离剂(物质或能量物质或能量物质或能量物质或能量)分离装置分离装置分离装置分离装置产品产品产品产品1 1产品产品产品产品2 2(组成不同的物组成不同的物组成不同的物组成不同的物流流流流)

8、分离工程示意图分离剂a分离剂是能量(或冷量或功)，称为能量分离剂,a分离剂是物质，成为质量分离剂。a分离剂还可以是某种强制力（如压力梯度、温度梯度、电场力、磁场力）及特殊膜等。ESA Energy Separating Agent MSA Mass Separating Agent近代分离过程特点a 与过程系统工程相结合。过程系统工程主要包括系统模拟、系统分析、系统综合及系统优化等。a反应分离一体化。a与节能技术相结合。a新型分离方法不断出现。超临界萃取、膜分离、离子交换、大型色谱分离等。1.3 分离过程的分类分离过程 机械分离过程 传质分离过程 平衡分离过程 速率分离过程This cours

9、e covers the general principles of separation by equilibrium and rate processes.a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的不等同分配为依据而实现分离。ESA MSA a速率控制过程：通过某种介质，在压力、温度、组成、电势或其他梯度所造成的强制力的推动下，依靠传递速率的差别而操作，叫速率控制过程。0.00010.0010.010.1110100um离心超速离心相对密度吸收/萃取溶解性结晶温度精馏相对挥发度离子交换电渗析离子电荷凝胶色谱法渗析溶解性超滤微滤纤维过滤

10、反渗透气体扩散分子大小n 平衡分离过程的单元操作以酚为溶剂从非芳香烃化合物中分离甲苯液体溶剂+热量改变挥发度液体+蒸汽液体和(或)蒸汽萃取精馏天然气油中除去异丁烷及相对分子量低的烃类；轻烃回收热量挥发度液体+蒸汽液体和(或)蒸汽精馏高压氨气相中回收H2及N2冷量挥发度液体+蒸汽蒸汽部分冷凝闪蒸法淡化海水减压(能量)挥发度液体+蒸汽液体闪蒸汽化实例分离剂及原理产品进料形式单元操作L LV VL LV VV VL LVLVLL LL LVLVLL LL LMSAMSA真空下用水蒸气做气提剂的残油(拔顶油)蒸馏气提蒸气+热量溶解度液体和(或)蒸汽回流式气提 原油蒸馏塔气提侧取馏出物石脑油、煤油、汽油

11、，除去轻馏分解吸(气提)蒸气溶解度液体+气体(蒸汽)液体解吸用乙醇胺水溶液吸收燃烧气中的CO2液体吸收剂溶解度液体+气体气体吸收催化裂化厂的主分馏塔塔顶馏出物中除去乙烷及相对分子量低的烃类物液体吸收剂+热量溶解度液体+蒸汽液体和(或)蒸汽吸收蒸出实例分离剂产品进料形式单元操作V/LV/LL/VL/VL LMSAMSAVLVLMSAMSAL LV VMSAMSAL LV VV VMSAMSAV VL LL LMSAMSA用丙烷和甲苯基酸为溶剂从芳香烃及环烷烃中萃取链烷烃两种液体溶剂溶解度两种液体液体液液萃取(双溶剂)用丙烷为溶剂从残油(拔顶油)中脱沥青不互溶液体溶解度两种液体液体液液萃取用乙酸丁

12、酯为夹带剂并与水形成恒沸物，从水-乙酸混合液中分离乙酸液体夹带剂+热量改变挥发度液体+气体气、液或气液混合物恒沸蒸馏石脑油馏分中出去轻馏分热量溶解度蒸汽+液体液体气提蒸出实例分离剂产品进料形式单元操作L LL LV VMSAMSAMSAMSAL LL L V/LV/LL LL LMSAMSAL L MSAMSA1 1L L L L MSAMSA2 2L L从含有N2,O2,CO2及有机化合物的气相中回收临苯二酸酐冷量选择性凝聚液体+固体蒸汽凝华 间、对二甲苯溶液中结晶得到对二甲苯热量或冷量过饱和度液体+固体液体结晶从尿素水溶液中蒸发水分热量蒸汽压不同液体+蒸汽液体蒸发在旋转式干燥器中，用热空气

13、干燥聚氯乙烯除去水分。气体和(或)热量水分蒸发干固体+湿气固体干燥(固体)实例分离剂产品进料形式单元操作V VV VL LV VL LMSAMSAV VL LS SV V(V)(V)S SS(L)S(L)L LS S清除废水中的洗涤剂,矿石浮选表面活性剂+鼓泡气泡在气液界面吸附两种液体液体泡末分离水的软化固体树脂质量作用定律液体离子交换用分子筛吸附剂干燥空气固体吸附剂吸附力强弱流体+固体气体或液体吸附矿泥浆液的沥取回收硫酸铜液体溶剂固体溶解度液体+固体固体沥取(浸取)实例分离剂产品进料形式单元操作V/LV/LV/LV/LS SL LS SMSAMSAL LL L液体+固体L LL L2 2L L1 1V V1.4 分离过程在工业中的应用 石油化工及煤化工气体净化与分离医药及食品加工农业其他 1.5 分离过程的研究特点多组分混合物的热物性数据实际体系的相平衡常数集态的变化多组分混合物分离常伴随集态的变化，即出现新的相，计算时需确定新相的参数。需用电子计算机作为运算工具多组分混合物分离过程的计算需反复试差、迭代或联立求解线形或非线性方程组，计算量大。