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化工分离过程 本课程的任务和内容 ■地位：专业基础课 ■前期课程： 物理化学、化工原理、化工热力学 ■重点： 1.基本概念的理解 2.讨论各种分离方法的特征 3.对设计、分析能力的训练 4.提高解决问题能力 第一章 绪 论 1.1分离过程在工业生产中的地位和作用 1.2 传质分离过程的分类和特征 1.3.分离过程的集成化 1.4.化工分离过程的发展前景 学习方法与要求 1.1 分离过程在工业生产中的地位和作用 1.1.1分离过程在化工生产中的重要性 1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地位与作用 什么叫分离过程？ 借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级、浓缩、富集、纯化、精制与隔离等的过程。 例1：乙烯水合生产乙醇 1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地位与作用 清洁工艺：生产工艺和防治污染有机的结合，将污染物减少或消灭在工艺过程中。 ——面向21世纪社会和经济可持续发展的重大课题。 化学工业污染来源： 未回收的原料 未回收的产品 有用和无用的副产 原料中的杂质 工艺的物料省耗 1.2 传质分离过程的分类和特征 1.2.1 平衡分离过程 1.2.2 速率分离过程 平衡分离过程的分离单元操作 速率分离过程特点： ■节能 ■环保优势 ■新的方法 1.3.分离过程的集成化 目的：实现清洁工艺 使物料能量消耗最小； 经济效益、社会效益最大。 1.3.1反应过程与分离过程的耦合 1.3.2分离过程与分离过程的耦合 1.3.3 过程的集成 1.3.1反应过程与分离过程的耦合 目的： 改善不利的热力学和动力学因数，减少设备、操作费用、节约资源和能源。 化学吸收——化学反应与吸收相结合 被溶解的组分与吸收剂中的活性组分发生反应，增加传质推动力。 化学萃取——化学反应与萃取相结合 溶质与萃取剂反应。如：络合反应；水解；聚合 反应（催化）精馏——化学反应与精馏相结合 例：酯化、皂化、酯交换、胺化、水解… 膜反应器——优良分离性能与催化反应相结合 例：利用多孔陶瓷膜催化反应器，进行丁烯脱氢制丁二烯。丙烷脱氢制丙烯。 1.3.2分离过程与分离过程的耦合 复合分离过程 优点：集原分离过程之所长，避其所短。 适用于: 特殊物系的分离。 ◆萃取结晶（加和结晶） 分离：①挥发度相近的组分。 ②无机盐生产（优点：节能） 溶剂可萃取出部分水。 1.3.3 过程的集成 一、传统分离过程的集成 合理组合传统分离过程，扬长避短，达到高效、低耗和减少污染的目的。 共沸精馏与萃取集成 1.4化工分离过程的发展前景及机遇 1.4.1化工分离过程的发展前景 1.低成本的O2 ，氮气和稀有气体Ar，Ke，Xe的分离方法 2.低成本的H2的分离方法 3.酸性气体脱除 4.CO2、CH4等温室气体的捕集方法 5.有机物/有机物分离 6.稀溶液分离 7.异构体及手性物质分离 8.清洁燃料的生产 9.超纯化合物的制备 10.热敏性化合物的分离 11.海水淡化和水资源循环利用 12.饮用水的制造 13.生物质加工利用 14.同位素分离 15.精馏技术的改进 举例：神舟四号蛋白质空间电泳分离试验 地面上的重力影响使分离过程中出现沉降和对流现象，大大降低了生物材料的分离纯度和产量。科研人员以细胞色素C和牛血蛋白两种蛋白质为材料，在太空中进行连续自由流电泳分离试验，提高电泳技术的制备能力，使之成为未来空间制药的重要途径。 美国20世纪80年代在航天飞机上成功地进行了垂体细胞、生长激素等多种细胞和蛋白的分离，证实了其分离物的纯度和制备量均比地面有很大提高。 1.4.2化工分离过程的发展机遇 1.提高分离过程的选择性 2.从稀溶液中浓缩溶质 3.界面现象及其调控 4.提高分离过程的速率和能力 5.开发分离设备的适宜型式 6.提高分离系统的能量效率 7.研制新型高效分离介质 总之，化工分离过程的总趋势为多样化、精细化、洁净化。 微孔过滤（MF）： 推动力：压力差（～100kPa） 传递机理：筛分 膜类型：多孔膜 进料 （液体和气体） 溶剂、水、气体 颗粒、纤维 目的：溶液脱离子，气体脱离子 超滤（UF）： 推动力：压力差（100～1000kPa） 传递机理：筛分 膜类型：非对称性膜 进料