化工分离工程 第一章绪论 课件_精品.pptVIP

化 工 分 离 过 程Chemical Separation Processes * 分 离 过 程Separation Processes 课程简介 先修课程： 物理化学、化工热力学、传递过程、化工原理。 同时进行的课程： 化工工艺学、化工过程分析与模拟 教材： 刘家祺 主编.传质分离过程.高等教育出版社,2005年. * 教 材 * J D Seeder, E J Henley. Separation Process Principles. 化学工业出版社，2002年8月。 * 分 离 过 程 第1章 绪论 第2章 传质分离过程的热力学基础 第3章 气液传质分离过程 第4章 液液传质分离过程 第5章 传质分离过程的严格模拟计算 第6章 气固、液固传质分离过程 第7章 分离过程的节能优化与集成 * 分 离 过 程 第1章 绪论 主要内容及要求： 了解分离操作在化工生产中的重要性，分离过程的分类，单元及装置设计变量的确定方法。 * 纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之，混合物变成纯净物则需作功。 借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级（Fractionalization）、浓缩（Concentration）、富集（Enrichment）、纯化（Purification）、精制（Refining）与隔离（Isolation）等的过程称为分离过程。 什么是分离过程？ * Why Separate? WHY WHY * 化工生产过程 反应（Reactive） 萃取物 （Extractive Natural raw material） 配制（Formulation） 分离 分离 分离 * 对分离的需求： ? 工程应用需要纯物质（如半导体材料）； ? 原料提纯； ? 材料加工需要纯物质；  ? 有毒有害物质或非活性物质的去除（如药物）； ? 测试或检测用超纯标准品； ? 混合物组成检测（如DNA检测）； ? ? ? * 分析分离 ? 规模小? 定量分析 制备分离 ? 规模小? 研究用材料 工业分离 ? 规模大? 经济 例: 色谱分离 例: 离心分离 例: 精馏分离 化工厂中分离设备投资约占总投资的50～90％ ！！！ 按分离的规模分类 * 混合物 （气、液、固） 分 离 过 程 产品1 产品2 产品n 能量分离剂 ESA 质量分离剂 MSA 极限程度＝ 热力学 分离速率＝ 动力学 * 一、分离过程在工业生产中的地位和作用 典型的化工生产装置包括： 反应器； 原料、中间产物和产品分离设备； 泵、换热器等。 分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位。 分离装置的费用占总投资的50～90％。 * 二、传质分离过程的分类和特征 （一）分离过程的分类 级数： 相态： 有无传质发生： 单级、多级 固—固、固—液、固—气、气—液、液—液、气—气 机械分离、传质分离 处理两相以上的混合物 如过滤、沉降、离心分离等。 处理均相混合物 * 按物理化学原理的不同，传质分离可分为： （二）传质分离过程的分类 平衡分离过程： 速率分离过程： 借助分离剂使均相或非均相混合物变成两相系统，再利用混合物中各组分在处于相平衡的两相中的不等同分配而实现分离。 在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，利用各组分扩散速率的差异实现分离。 如精馏、吸收、萃取、结晶、吸附等。 如微滤、超滤、反渗透、电渗析等。 * 三、分离过程的集成化 （一）反应过程与分离过程的耦合 （二）分离过程与分离过程的耦合 （三）过程的集成 * （一）反应过程与分离过程的耦合 化学吸收： 通过溶质与溶剂中的活性组分发生反应，提高传质推动力和液相传质系数，从而提高吸收率，降低能耗和设备投资。 化学萃取： 溶质与萃取剂之间发生化学反应。 反应（催化）精馏： 反应与精馏结合，提高分离效率；同时，借助精馏手段，提高反应收率。 * 膜反应器： 在反应的同时，利用膜的优良分离性能，选择性的脱除产物，从而移动化学反应平衡，提高反应的收率、转化率和选择性。 控制释放： 将药物或生物活性物质与膜结构相结合，使其以一定的速度通过扩散等方式释放到环境中，从而达到控制药物浓度，延长药效时间，减少服用量和服用次数。 膜生物传感器： 由酶或微生物与膜及电极转换器组成，具有很高的识别专一性，可用于在线检测。 * （二）分离过程与分离过程的耦合 萃取结晶（加合结晶）： 加入有机溶剂使待结晶的无机盐水溶液中的一部分水被萃取出来，促进无机盐的结晶过程。 吸附蒸馏： 气-液-固三相分离过程，同时利用吸附选择性高、能耗低的优点和蒸馏处理量大、设备较简单、工艺成熟的优点。特别适用于共沸物和沸点相近物系的分离及需要高纯度产品的情