分離工程

SeparationEngineering高能文Telmail：nengwengao@課程任務(wù)

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)是利用相平衡熱力學(xué)、動力學(xué)的微觀機理，傳熱、傳質(zhì)和動量傳遞理論來研究化工及其它相關(guān)過程中復(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)計和科研中常用的分離過程的理論和實際問題。討論分離設(shè)備的處理能力和效率，分離過程的節(jié)能技術(shù)和分離流量的選擇；簡要介紹膜分離、吸附、反應(yīng)精餾等其它分離技術(shù)主分離過程的選擇。理想實際理想氣體實際氣體理想溶液實際溶液簡單復(fù)雜二元精餾多元精餾二元吸收多元吸收

1、掌握各種常用的分離過程的基本理論、操作特點、簡捷和嚴格計算方法和強化改進操作的途徑。對一些新分離技術(shù)有一定的了解。2、分離過程的共性出發(fā)，通過討論各種分離過程的特征，培養(yǎng)和建立工程和工藝相結(jié)合的觀點，以及考慮和處理工程實際問題的能力。3、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思想方法，注重實際的求實態(tài)度。課程設(shè)置的目標先修課程：物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工原理教材：葉慶國主編.分離工程.化學(xué)工業(yè)出版社，2009.參考書：葉慶國，分離工程學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題集，化學(xué)工業(yè)出版社，2009鄧修，吳俊生.化工分離工程.科學(xué)出版社，2000.劉家祺主編.分離過程.化學(xué)工業(yè)出版社,2002.JDSeeder,EJHenley.SeparationProcessPrinciples.化學(xué)工業(yè)出版社，2002.課程內(nèi)容

第一章緒論4學(xué)時第二章多組分分離基礎(chǔ)12學(xué)時第三章精餾10學(xué)時第四章氣體吸收和解吸6學(xué)時第六章分離過程及設(shè)備的效率與節(jié)能4學(xué)時第七章其他分離方法4學(xué)時課程內(nèi)容的重點1）分離系統(tǒng)變量分析、設(shè)計變量的確定方法；2）多組分物系泡點和露點溫度的計算及等溫閃蒸和部分冷凝過程的計算；3）多組分多級分離過程分析及簡捷計算法；4）影響汽液傳質(zhì)設(shè)備處理能力和級效率的因素，強化分離操作的途徑；5）提高精餾熱力學(xué)效率的途徑；6）分離順序和分離過程選擇。第一章緒論Introduction一、分離工程理論的形成與完善分離技術(shù)是隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展而逐漸形成和發(fā)展的。從實驗室到產(chǎn)業(yè)1.1分離工程理論的形成和特征Formationandfeatureofseparationprocesstheory分離單元操作概念分離工程理論形成分離工程應(yīng)用領(lǐng)域推廣分離工程20世紀初20世紀中葉20世紀后期科技的發(fā)展使分離技術(shù)更趨成熟和完善1.1分離工程理論的形成和特征Formationandfeatureofseparationprocesstheory化學(xué)工程學(xué)科的兩個基本問題過程的平衡,限度過程的速度反應(yīng)過程傳遞過程化工熱力學(xué)研究的問題化學(xué)動力學(xué)和反應(yīng)工程研究的問題單元操作和傳遞過程研究的問題化學(xué)動力學(xué)研究化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)規(guī)律化學(xué)反應(yīng)工程研究實現(xiàn)過程的設(shè)備傳遞過程研究過程的速率與傳遞機理單元操作側(cè)重過程的設(shè)備與工程問題分離工程研究應(yīng)用質(zhì)量傳遞原理實現(xiàn)組分分離的基本原理及工程化問題二、工業(yè)生產(chǎn)中的分離過程1.1分離工程理論的形成和特征Formationandfeatureofseparationprocesstheory●加氫重整后得到：輕油非芳烴苯甲苯二甲苯高級芳烴目的產(chǎn)物目的產(chǎn)物為對二甲苯鄰二甲苯間二甲苯對二甲苯沸點℃144.411139.104138.351熔點℃﹣25.173﹣47.87213.263●

原料：石腦油沸程120～230K●特點：●涉及到分離過程：精餾：脫丁烷塔、甲苯塔、二甲苯回收塔

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結(jié)晶：結(jié)晶器三、分離技術(shù)的特性(2)分離技術(shù)的多樣性

由于化工分離技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，決定了分離技術(shù)的多樣性。按機理劃分，大致可分成5類，它們的特點和設(shè)計方法有所不同：①生成新相以進行分離(如蒸餾、結(jié)晶)；②加入新相進行分離(如萃取、吸收)；③用隔離物進行分離(如膜分離)；④用固體試劑進行分離(如吸附、離子交換)；⑤用外力場和梯度進行分離(如離心萃取分離和電泳等)。三、分離技術(shù)的特性(3)分離技術(shù)的復(fù)雜性缺乏基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)缺乏大型塔器的可靠設(shè)計方法

化工分離技術(shù)新的挑戰(zhàn)能源,原料和環(huán)境保護分離劑：能量分離劑ESA

、物質(zhì)分離劑MSA

分離劑可以單獨使用，也可以同時使用，如萃取精餾、共沸精餾。能量分離劑

ESA：指傳入或傳出系統(tǒng)的熱及輸入或輸出系統(tǒng)的功。閃蒸、冷凝、精餾等。物質(zhì)分離劑

MSA：指分離過程中所借助的物質(zhì)，如吸收過程的吸收劑、萃取過程的萃取劑及吸附過程的吸附劑。二、分離因子一類：機械分離特點：被分離物為非均相簡單的將混合物分開

如：過濾、沉降…化工原理內(nèi)容二類：傳質(zhì)分離特點：被分離物為均相

包含：平衡分離過程；速率控制分離

三、分離過程分類按照分離過程有無物質(zhì)傳遞現(xiàn)象發(fā)生按物理化學(xué)原理的不同分為：平衡分離過程：速率分離過程：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。傳質(zhì)分離平衡分離過程分離設(shè)備混合物產(chǎn)品分離媒介分離媒介：能量、物質(zhì)、壓力平衡分離過程——借助分離媒介，使均相混合物系統(tǒng)變成兩相系統(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)分配。微孔過濾（MF）：推動力：壓力差（～100kPa）傳遞機理：篩分膜類型：多孔膜

進料（液體和氣體）溶劑、水、氣體顆粒、纖維目的：溶液脫離子，氣體脫離子超濾（UF）：推動力：壓力差（100～1000kPa）傳遞機理：篩分膜類型：非對稱性膜膜孔徑：1－20nm進料溶劑、水膠體大分子目的：溶液脫大分子，大分子溶液脫小分子，大分子分級。反滲透（RO）：推動力：壓力差（1000～10000kPa）傳遞機理：優(yōu)先吸附毛細管流動溶解、擴散模型膜類型：非對稱性膜或復(fù)合膜進料溶劑、水溶質(zhì)、鹽目的：溶劑脫溶質(zhì)，含小分子溶質(zhì)溶液濃縮。應(yīng)用：海水或苦咸水的淡化和生物制品的分離和濃縮。滲析（D）：推動力：濃度差傳遞機理：篩分、微孔膜內(nèi)的受阻擴散透過物：小分子溶質(zhì)或較小的溶質(zhì)截留物：截留﹥0.02um離子、截留液﹥0.005um離子膜類型：非對稱性膜或離子交換膜進料接受液凈化液擴散液目的：大分子溶質(zhì)溶液脫小分子，小分子溶質(zhì)溶液脫大分子。應(yīng)用：人工腎、廢酸回收、溶液脫酸和堿液精制等。熱擴散：原理：

先建立穩(wěn)定的溫度梯度，氣體中較輕的組分向熱線方向飄逸，再建立穩(wěn)定的濃度梯度，熱線附近的氣體由于密度較小流向上頂瓶；冷管壁附近的氣體由于密度較大向下底瓶流動。頂瓶底瓶溫度梯度冷壁熱線速率分離過程特點：

■節(jié)能■環(huán)保優(yōu)勢■新的方法分離速率＝動力學(xué)1.3分離過程的研究內(nèi)容與研究方法

Researchcontentsandmethodsofseparationprocess化工分離技術(shù)發(fā)展的若干特點1）傳統(tǒng)分離技術(shù)改造：如精餾篩板塔改造為效率更高的填料塔。2）新型分離過程開發(fā)：如膜分離、反膠團萃取、超臨界萃取等。3）分離與反應(yīng)耦合以及分離過程之間的耦合：如反應(yīng)精餾、吸附精餾、膜精餾等?？傏厔荩?/p>

多樣化、精細化、潔凈化（環(huán)境友好）

開發(fā)