《新型分离技术》课件—11耦合与集成技术
新型分离与技术
丙烷
正戊烷
96.6
197.0
4.24
3.37
0.217
0.237
65
二氧化碳作为超临界溶剂的优点:
• 临界温度接近室温（适用于热敏性物质）,临界压力 容易达到 • 化学性质稳定，不燃，不爆，无腐蚀 • 无色，无味，无毒 • 防氧化性，抑制微生物活动（适用于食品工业） • 来源广泛，价格便宜，易得到纯度较高的二氧化碳
59
第五部分 超临界流体萃取技术
60
PT相图上的超临界区
3 2：三相点 4：临界点 12：升华曲线 23：熔化曲线 压 力 固相 PC 液相
4
气相
24：汽化曲线
1
2
温 度 TC
物质处于其临界温度和临界压力以上状态时，这种流体称 为超临界流体（Supercritical Fluids, 简称SCF） 61
19
三、分子蒸馏
•分子蒸馏在极高真空下操作，它依据分子 运动平均自由程的差别，使液体在远低于 其沸点的温度下实现分离。
•真空蒸馏一般操作压力在104～1O2Pa之间； 高真空蒸馏的压力范围为102～1Pa •分子蒸馏特别适用于高沸点和热敏性及易 氧化物料的分离。
20
第二部分 结晶
• 结晶是固体物质以晶体状态从蒸气、 溶液或熔融物中析出的过程。 溶液结晶 熔融结晶
28
熔融结晶设备：
29
30
结晶过程有以下特点：
（1）能分离出高纯或超纯的晶体，产品在包装、 运输、储存或使用上都较方便。 （2）许多难分离的混合物系适宜用结晶分离。
（3）结晶能耗低得多，因结晶热一般为蒸发潜热 的1/3～1/10。操作相对安全。一般无有毒废气逸 出，有利于环境保护。
新型分离技术
应物存在于混合物中，则可利用化学反应将其从混合物中分离出来或直接把它去
掉。不是所有的化学反应都可以用于分离为目的的过程，分离过程常用的化学反
应：可逆反应、不可逆反应、分解反应。
1.3 新型分离技术的进展
新型分离技术在近 20 年发展迅速，新型分离技术大致可分为三类：
第一类：对传统分离过程或方法加以变革后的分离技术，如基于萃取的超临界流
原料：即被分离物，可以是单相或者 多相，但至少含有两个组分；
原料
分离装置
产物：即分离产品，通常为两股，也
产物
可为多股；
分离装置：是分离过程得以实现的必要物质装备，可以是某个特定装置，也可指
从原料到产品之间的整个流程。
按分离过程原理，可以分为机械分离、传质分离和反应分离三大类。
1.2.2 机械分离
利用机械力简单地将两相混合物相互分离的过程称为机械分离过程，分离对
基于萃取技术的液膜分离技术，传质比表面积大，且可利用化学反应和载体 促进传质，具有非常高的选择性和传质速率。
色谱萃取技术基于传统的吸附平衡机理，是利用组分在固定相和流动相内的 分配平衡差异进行分离的。吸附色谱的分离原理与吸附分离相似，而分配色谱则 与精馏相似。色谱之所以比吸收及精馏有高得多的分离效率是由于流动相和固定 相之间不断的接触平衡所造成的。装填好的色谱柱可从几百到上千的平衡级，特 别适用于精馏等过程难以分离的体系。
（1）传统分离与膜分离集成技术：膜分离技术与常规的反应或者分离方法 相耦合，组成集成技术。如膜分离分别与蒸馏、吸收、萃取等结合。
①精馏-渗透汽化集成技术：近 10 年来，采用亲水性渗透汽化与常规精馏过 程集成可将醇/水混合物中的水脱除，得到无水醇。
②渗透汽化-萃取集成技术：从有机物水溶液中萃取有机物或污水中除去有机 物，常用亲水和亲有机物渗透汽化膜与萃取结合过程。
新型分离技术及其应用
离心分离技术
利用离心机的高速旋转产生的离 心力场，使不同密度的物质在离 心场中受到不同的离心力，从而 实现各组分的分离。
新型分离技术的原理
膜分离技术
基于分子大小和形状的差异，通过半 透膜实现选择性透过，从而达到物质 分离的目的。
离心分离技术
基于不同密度物质在离心力场中受到 的离心力不同，通过高速旋转产生的 离心力场实现物质分离。
03
新型分离技术的应用
在工业生产中的应用
01
02
03
高效节能
新型分离技术能够提高工 业生产的效率和能源利用 率，降低生产成本。
产品质量提升
通过新型分离技术，可以 更精确地控制产品的质量 和纯度，满足高端市场需 求。
生产自动化
新型分离技术可以与自动 化技术结合，实现生产过 程的自动化和智能化，提 高生产效率。
新型分离技术的意义
提高分离效率
新型分离技术能够显著提高分离效率，缩短分离 时间，降低能耗和成本。
保护环境
新型分离技术通常采用更为环保的方法，减少对 环境的污染和破坏。
促进可持续发展
新型分离技术有助于推动工业和实验室的可持续 发展，满足现代社会对环保和经济效益的需求。
02
新型分离技术概述
新型分离技术的种类
引领工业革命
随着新型分离技术的不断发展和完善，它有望引领新一轮的工业革命， 改变传统工业生产模式，推动全球工业的进步。
THANKS
感谢观看
01
02
吸附分离技术
基于固体吸附剂对不同组分吸附能力 的差异，通过吸附和解吸过程实现物 质分离。
03
萃取分离技术
基于溶质在两种不混溶的液体或气体 之间分配原理的差异，通过萃取和解 萃过程实现物质分离。
新型分离技术
（4）分离仪器设备迅速发展 超声萃取、加压萃取、微波萃取、超临界萃取
（5）分离富集技术旳自动化、在线化
全自动萃取仪、自动固相萃取仪、自动固相微萃取。
（2）分离目旳（科研、生产）
（3）分离量（多种措施处理量不同）
（4）试验条件（了解和熟练掌握多种分离技术， 明确各措施旳应用范围和优缺陷,满足以上条件 基础上选择便宜措施）
实例1 毛花洋地黄粗总甙旳提取分离
提取
沉淀除杂 减压蒸馏
减压蒸馏 萃取除杂
萃取除杂
减压蒸馏 溶解
一般蒸馏 结晶
重结晶 干燥
续实例1
作量和投资占整个过程旳50—80%。
（3）有机化合物旳性能研究和分析
如： 保健品中褪黑激素旳测定； 运动员体液兴奋剂检测；
（4）诸多药物有立体异构，其药理性质不同
①氯霉素（广普抗菌药） D-(-)有杀菌活性 L-(+)无
OH
O2N
OH
NHR
O
R= C CHCl2
②葡萄糖 D-(+)在动物代谢作用
（2）化学分离法：按被分离组分化学性质差别，经 过合适旳化学过程使其分离。如沉淀分离、溶剂萃取、 色谱分离、选择性溶解；
（3）物理化学分离法：按被分离组分旳物理化学性 质差别进行分离。如电泳、膜分离。
按分离过程旳本质分类
（1）平衡分离过程 利用外加能量或分离剂使混合物体系形成两相界面， 经过两相界面旳平衡关系使均相混合物得以分离。 如液-液萃取（到达平衡时旳分配系数不同）；结 晶（固-液平衡）；蒸馏（液-气平衡）
1.4 分离措施旳分类
力学能：机械能、流体动能、位 能、热能
分离技术概论耦合与集成技术ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
软件法
Aspen Plus
HYSIM
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与普通反应器相比，膜反应器特色非常明 显：在反应产物生成的同时不断地将其移 走，使反应转化率不受反应平衡的限制， 提高反应速度；对某些中间反应物为目标 产物的连串反应，及时将目标产物分离， 可提高选择性；可缩短生产工艺路线，实 现降低能耗与资源的合理利用。
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渗透汽化膜反应器
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
渗透汽化膜反应器
(a.PFPMR；b.CSPMR；c.BPMR；d.RFPMR；e.R CSPMR；f. R BPMR)
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概述
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
集成与耦合的特点
将二种或以上的单元操作通过优化 组合来实现常规工艺难以适应的分 离过程具有十分重要的意义，这类 过程被称之为耦合(coupling process)或集成过程(integrated or hybrid process) 。
新型分离科学与技术教学大纲(研究生)
分离科学与技术课程英文名称： Separation Science and Technique课程编号：课程类别：专业基础课适用专业：分析化学、应用化学、环境工程、材料化学等专业分离科学与技术龙活虎（学时范围： 60 学时）一、课程性质本课程是分析化学专业硕士研究生的专业课，也可作为应用化学、环境工程等专业硕士研究生的选修课。
二、课程教学目的通过本课程的学习，使学生了解各种化学组分的分离和预富集方法的基本原理、操作技术及实际应用。
三、课程教学的基本内容本课程的主要内容有：沉淀与共沉淀、蒸馏与挥发、液－液萃取、离子交换、离子色谱、气相色谱、液相色谱、萃取色谱、超临界流体萃取、电化学分离、浮选分离、选择性溶解、膜分离、分离方法的选择。
四、课程教学的基本要求了解的内容：液相色谱、萃取色谱、浮选分离、超临界流体萃取、膜分离。
掌握的内容：沉淀与共沉淀、蒸馏与挥发、溶剂萃取、离子交换与吸附、离子色谱、气相色谱、电化学分离、选择性溶解五、本课程与其它课程的联系与分工学习本课程应具有基础化学知识。
前导课程：四大基础化学。
六、实践性教学内容的安排与要求本课程以介绍各种分离技术的应用实例作为实践性教学内容。
七、课程学时分配总学时：60内容学时1、概论 22、沉淀与共沉淀 43、蒸馏与挥发 24、溶剂萃取 65、离子交换与吸附 66、离子色谱 67、气相色谱 68、液相色谱 69、萃取色谱 410、超临界流体萃取 211、电化学分离 612、浮选分离 213、选择性溶解 214、膜分离 415、分离方法的选择 2八、本课程在课外练习方面的要求讲解每一部分内容后，要求学生阅读相关的文献。
九、本课程在使用现代化教学手段方面的要求使用多媒体教学。
十、其它有关问题说明大纲撰写人：王英滨大纲审阅人：学院负责人：制订日期：2001年12月。
新型分离技术 ppt课件
课件
38
3、加盐精馏
(Salted Distillation)
盐对汽液平衡的影响 溶盐精馏 加盐萃取精馏
课件
39
盐对汽液平衡的影响
课件
40
溶盐精馏
采用溶盐为萃取剂 溶盐无挥发性
从塔顶加入 从塔底排出 应用实例：图1－27 加入CaCl2 制取无水酒精
课件
41
溶盐精馏的优缺点
课件
4
概论：分离技术的作用和地位
分离装置的投资大
一般占炼油厂、石化厂投资的50％～90％
分离过程的能耗高
一般占化工厂总能耗的60％以上
分离技术为产品的质量把关
课件
5
概论：分离过程分类
（一）平衡分离过程
名称 蒸发 精馏 吸收 萃取 吸附 离子交换 萃取精馏
物料 液体 液或汽 气体 液体 气或液 液体 液体
5 结晶 6 离子交换
7、8 吸附
9、10 膜分离
11 层析 12 超临界萃取
13 场致分离 14 亲和分离
课件 15 液膜分离
8
The basis of different separation method
1.Molecular properties(分子特性）
Molecular weight（分子量） Polarizability（极化性） Van der waals volume（范德华体积） Van der waals area（范德华面积） Molecular shape(acentric factor)（分子形状） Dipole moment（偶极距）
课件
9
The basis of different separation method
新型分离技术
新型分离技术1. 简介新型分离技术是指一种通过创新的方法和技术，实现物质或信号的分离和提取的技术。
在科学研究、生产制造、环境监测等领域都有广泛的应用。
本文将介绍几种常见的新型分离技术，包括膜分离技术、离子交换技术和磁性分离技术。
2. 膜分离技术膜分离技术是利用特制的膜材料对物质进行分离和提取的技术。
膜材料通常具有一定的选择性，可以根据物质的大小、形状、电荷等属性进行筛选。
膜分离技术被广泛应用于液体分离、气体分离和固液分离等方面。
膜分离技术的优点在于操作简单、分离效率高、能耗低。
它可以帮助工业生产中的废水处理、饮用水净化和药物分离纯化等领域。
例如，膜分离技术可以将沉淀物与溶液分离，使废水中的污染物得以去除。
3. 离子交换技术离子交换技术是指通过特定的离子交换树脂将溶液中的离子进行选择性吸附和释放的技术。
离子交换树脂通常是由树脂球或柱、具有化学反应活性基团的剂量的填充而成。
根据需要对树脂进行选择，可以实现对特定离子的分离和提取。
离子交换技术主要应用于水处理、化学品生产和药物分离纯化等领域。
例如，在水处理中，离子交换技术可以去除水中的硬度离子，获得更纯净的水质。
在医药行业中，离子交换技术可以用于药物的纯化和分离过程，提高产品的质量。
4. 磁性分离技术磁性分离技术是利用磁性颗粒将目标物质从混合物中分离和提取的技术。
磁性分离技术的基本原理是利用磁性材料在外加磁场作用下具有磁性响应的特性。
通过控制磁场的强度和方向，可以实现对特定物质的分离和提取。
磁性分离技术在生物医学、生物化学和环境分析等领域具有广泛的应用。
例如，在生物医学研究中，磁性分离技术可以用于分离和提取细胞、蛋白质和核酸等生物标本。
在环境分析中，磁性分离技术可以用于检测水体和土壤中的污染物。
5. 总结新型分离技术的发展使得物质的分离和提取更加高效和精确。
通过膜分离技术、离子交换技术和磁性分离技术，我们可以实现对液体、气体和固体的分离和纯化，满足现代工业和科学研究的需要。
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基与RO、NF、UF、MF等膜分离的 集成过程
• 饮用水处理
Thanks！
常用的无机膜反应器类型
• 1)无活性而有选择性的膜内填充催化剂；2)具有催化活性和选择透过性膜；3)具有 催化活性膜内填充催化剂；4)具有催化活பைடு நூலகம்而无选择性的膜；5) 电解质膜
催化膜反应的典型反应分离系统
渗透汽化膜反应器
渗透汽化膜反应器
• (a.PFPMR；b.CSPMR；c.BPMR；d.RFPMR；e.R CSPMR；f. R BPMR)
精馏-渗透汽化的集成
• 见渗透汽化相关章节
耦合与集成过程的设计与优化
软件法
• Aspen Plus • HYSIM
McCabe-Thele图解法
1. 根据所给的膜面积，进入膜组件的物料流量和组 成等操作参数，根据物料平衡和膜的传递性质计 算出透过物和透余物的流量和组成
2. 当精馏塔所有进、出料被给定之后，可以确定精 馏塔的每个操作段的物料平衡关系，利用 McCabe-Thiele图解法划出各段的操作线；
概述
集成与耦合的特点
• 将二种或以上的单元操作通过优化组合来 实现常规工艺难以适应的分离过程具有十 分重要的意义，这类过程被称之为耦合 (coupling process)或集成过程 (integrated or hybrid process) 。
什么是耦合过程？
• 耦合过程指的是反应与分离两者相结合并 具有相互影响的过程，典型的代表为各类 膜式反应器，将催化剂固定在膜上，使反 应物生成的同时，及时移走抑制反应进行 的部分生成物或副产物，使反应进一步进 行。
第11章 其他分离技术
--耦合与集成技术
主要内容
• 概述 • 反应-分离的耦合与集成过程 1. 催化膜反应器 2. 渗透汽化反应器 3. 膜生物反应器 • 分离-分离的耦合与集成过程 1. 膜与吸收-汽提的集成 2. 精馏-渗透汽化的集成 • 集成过程的设计与优化 • 基与RO、NF、UF、MF等膜分离的集成过程
渗透汽化膜反应器
• 主要用于： 1. 酯化反应； 2. 醚化反应； 3. 生化反应； 4. 其它反应。
膜生物反应器
1
废水
废水
2
3
淤泥
(a) 分置式
净化水
2 3
净化水
淤泥
(b) 一体式
分离-分离集成过程
膜与吸收-汽提的集成
膜与吸收-汽提的集成
• UOP氢气回收示意图
膜与吸收-汽提的集成
• 膜法回收有机蒸汽示意图
3. 根据操作线和汽液平衡线，用迭代法或者 Smoker方程计算精馏塔每个操作段的平衡级数 ，利用操作线斜率和截距以及组分的相对挥发度 分析各操作段理论级数。
集成与耦合过程的应用
基与RO、NF、UF、MF等膜分离的 集成过程
• 井水除硝酸盐
基与RO、NF、UF、MF等膜分离的 集成过程
• MF/UF与蒸发相结合
• 与普通反应器相比，膜反应器特色非常明显：在 反应产物生成的同时不断地将其移走，使反应转 化率不受反应平衡的限制，提高反应速度；对某 些中间反应物为目标产物的连串反应，及时将目 标产物分离，可提高选择性；可缩短生产工艺路 线，实现降低能耗与资源的合理利用。
催化膜反应器
• （a）惰性膜反应－分离的集成 (b) 催化膜反应－分离的 耦合
什么是集成过程？
• 集成过程是指将两个不同的分离单元操作 或反应与某一分离单元操作组合在一起的 过程，在不同的分离单元中完成各自的功 能，二者之间可以发生物料循环。具有代 表性的，如精馏与渗透汽化集成过程浓缩 与提纯发酵酒精，具有节能和提高产品纯 度的优点。
反应-分离的耦合与集成过程
• 典型代表是膜与反应器相偶合的膜反应器，具有 反应分离一体化的功能。此类膜反应器包括催化 膜反应器、渗透汽化膜反应器、膜生物反应器等 三种。