精馏分离过程的进展.ppt

分离过程的进展 段占庭 2004.6.13 目 录 1.精馏技术的进展 2.萃取分离技术 3.吸附分离技术 4.膜分离技术 5.结晶分离技术 6.精细化工中的分离工程与清洁生产技术 7.石油化工中的分离工程与节能技术 8.结论 概 论 现代化学工程 现代化工： 基础化工：三酸二碱（传统煤化工） 化肥工程:（传统煤化工） 石油化工：合成塑材、合成纤维、合成橡胶 精细化工：制药、农药、燃料、助剂、日化等 生物化工：环境化工、农业化工、资源化工等 现代化工涉及到：人民的衣、食、住、行、健康 以及能源、资源、环境等重大问题。 现代化工发展的特点 1.生产规模大型化 原油常减压蒸馏装置：50万吨/年—500万吨/年—1000万吨/年。 乙烯裂解装置： 5万吨/年—30万吨/年—80万吨/年—120万吨/年。 精馏塔：直径达18米 反应器：几百立方米 2.产品纯度趋向试剂化 产品质量要求愈来愈纯 杂质含量几个PPM 3.生产装置的最佳化 从单个设备设计到单元操作的优化 整个生产过程过程和系统优化。 化学工程是过程工业的技术基础 现代化学工程的重要性日益突出 反应工程——工程放大 分离工程——精密分离 化工系统工程——最优化 化学工程的基础 化工热力学 传递过程原理 化学、化工工艺与化学工程的关系 1.什么叫分离工程 定义：分离工程是一门研究分离过程与设备的技术科学。 分离过程是化工生产的重要组成部分，包括原料的净化，产品的精制提纯，物料的浓缩，混合物的分离等。分离过程有多种，主要包括精馏、吸附、结晶等等。 广义：凡是一个混合物分离成二个以上组成彼此不同产品的生产过程，都属分离过程。 条件：分离过程是混合的反过程，不可能自发进行。 1）分离的基础——推动力 被分离组分具有某种物理或化学性质的差异 2）加入能量——分离剂 必须与外界进行能量与质量交换，外加能量或质量分离剂 3）分离的实施——分离设备 在设备内进行流体流动，传质、传热和反应过程。 分离科学是一门研究被分离组分在空间移动和再分布的宏观和微观变化规律的学科。 分离工程的发展 历史：在“化工刊物” 上记载我国古代酿酒、制糖早已采用蒸馏、结晶等分离技术。发源于我国，发展于欧洲石油化工生产。 （1）手工作坊阶段 小批量，间歇，实验室，经验和工艺。 （2）单元操作阶段 十九世纪中，石油化工发展，精馏、吸附成为化工重要单元，连续化，传质过程，相似理论，准数，半理论半经验。 （3）分离科学阶段 20世纪70年代，对分离技术提出更高要求，原有单元操作应用面越来越广，各种新分离技术不断出现。 分离工程发展趋势 1）高效节能：如膜分离 2）种类越来越多：物理、化学等等 3）单一过程向组合过程发展 4）操作方式不断改进：间歇—连续—周期循环 5）操作条件：向低温高压发展，适应生物等特点 分离技术在国民经济中的重要意义 应用面广：资源、环境中的化工分离过程。 影响深远：是提高工程经济效益的有力途径，称为提高质量、降低物耗、能耗的分离技术。 （1）提高质量 精细化工不精，产品质量与国际标准差一个档次，目前国内粗品多，精品紧缺。 1-氨基蒽醌95%，7万元/吨，98%，9万元/吨 （2）提高收率、降低物耗 煤油，拔出率1%，效益几个亿 溶媒回收，各个药厂，每月上千万元 （3）降低能耗 精馏节能，溶液浓缩等 （4）资源的深加工和综合利用 有害物质的去除，有用物质的提取 植物油脂 天然香料 传质分离过程的理论探讨 目的意义： 原有的单元操作应用面愈来愈广 新分离技术迅速发展 需要系统的探讨传质分离过程的共同原理和规律 定义：J.King 分离过程是将一个混合物分离成两个以上组成彼此不同的产品的生产过程 性质：不可能自行进行，需要以下条件 1）分离的基础 2）分离剂 3）分离设备 传统的传质理论： 单相扩散传质过程：Fick定律，推动力 非平衡热力学的观点： 传质分离过程的进行必然同外界发生能量或质量的交换，因此： 1）系统是一个开放体系，而不是封闭体系 2）体系属于非平衡态，而不是平衡态 分离过程： 组成的变化必然与系统熵的变化有关，而熵的变化可分为两部分 传质分离过程的机理： 传质分离过程的进行必然同外界发生能量或质量的交换，因此： 1）系统是一个开放体系 2）体系属于非平衡态，而不是平衡态 在外加场作用下的平衡 热力学的概念： 任何不可逆过程均可写作广义的热力学流和广义的热力学的乘积之和。 传质分离过程与化学反应过程的相似： 化学反应过程： 结 论 本文对传质分离过程原理进行了初步的理论探讨，认为分离体系的热力学势是广义的传质推动力，系统与外界进行能量或质量交换所引起的熵流是产生传质分离的根本原因，可以较好的解释各种分离过程的机理，为寻找和开发新的分离过