化工分离工程4课件
化工分离工程(PPT32页).pptx
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10、阅读一切 好 书 如 同 和过 去 最 杰 出 的人 谈 话 。 16 : 49 :1 1 16 : 49 : 11 1 6: 4 93 /1 3 /2 0 21 4:49:11 PM
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11、越是没有 本 领 的 就 越加 自 命 不 凡 。2 1 .3 .1 3 16 : 49 : 11 1 6: 4 9Ma r- 21 1 3- Mar - 21
分离原理 蒸汽压不同 蒸汽压不同 溶解度不同 溶解度不同
过饱和 吸附力不同 湿组分蒸发 溶解度不同
离子的可交换性
2）速率控制分离过程
过程名称 气体扩散
原料 气体
分离剂 压力梯度和膜
产品 气体
热扩散 气体或液体 湿度梯度
气体或液体
分离原理
多孔膜中扩散的速 率差异
热扩散速率差异
电渗析 电泳
反渗透 超过滤由以：D来自lton分压定律 A可B 知BA：pyxAAA+//pxyBBB=p，而pA=yAp，pB=yBp，所
2）液液萃取的选择性系数 已知Ak、A B两yA组/ x分A 在两相kB中的yB分/ x配B 系数为：
则其选择性系数为：
AB
kA kB
yA / yB xA / xB
1.3 过程开发及方法
化工分离工程
Chemical Separation Engneering
课程简介
化工分离工程是化学工程学科的重要组成部分，是化 学工程与工艺专业的一门专业必修课。本课程的任务 是利用相平衡热力学、动力学的微观机理，传热、传 质和动量传递理论来研究化工及其它相关过程中复杂 物质的分离和纯化技术，分析和解决在化工生产、设 计和科研中常用的分离过程的理论和实际问题。
《化工分离工程》PPT课件大学课件
化工分离工程第一讲绪论主要内容化学工业与化工过程分离过程在化工生产中作用分离过程的分类及特征本课程的教学目的及要求化工分离技术发展简述化工分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的。
现代化学工业开始于18世纪。
当时，纯碱、硫酸等无机化学工业成为现代化学工业的开端。
19世纪以煤为基础原料的有机化工发展起来。
开始涉及分离问题，如苯、甲苯、酚等化学品提纯应用了吸收、蒸馏、过滤、干燥等分离操作。
19世纪末，20世纪初石油炼制的发展促进了化工分离技术的成熟与完善。
进入20世纪70年代以后，化工分离技术更加高级化，应用也更加广泛。
同时，化工分离技术与其它科学技术相互交叉渗透产生一些更新的边缘分离技术，如生物分离技术、膜分离技术、环境化学分离技术、纳米分离技术、超临界流体萃取技术等等。
化学工业对原料〔如石油，煤等〕原料进行化学或物理加工加工，改变物质的结构或组成，或合成新物质获得各种有用产品的制造工业．化工过程Industry Chemical Processes Chemical process is is achemical engineering units inwhich raw materials are changedor separated into usefullproducts 化学反应过程化工生产核心化工过程原料的预处理物理处理过程（单元操作）产品的加工分离过程（Separation Processes The separationprocess is a chemicalengineering units toSeparate chemicalmixtures into theirconstituents 分离过程（Separation Processes 两种或多种物质的混合过程是一个自发过程，而将混合物分离须采用分离手段并消耗一定的能量或分离剂，分离技术系指利用物理，化学或物理化学等基本原理与方法将某种混合物分离成两个或多个组成彼此不同的产物的一种单元过程．混合物产品1 分离过程产品2 （气、液、固）产品n 能量分离剂ESA 物质分离剂MSA 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。
《化工分离工程》PPT课件-第4讲分离过程
y i = K i xi
C
i = 1,2,..., C
C
（2）摩尔分率加和方程： 2个 摩尔分率加和方程：
∑x
i =1
i
= 1 .0
∑y
i =1
i
= 1.0
2C＋ 2C＋2 C个
（3）汽液平衡常数关联式： 汽液平衡常数关联式：
Ki = f (T , P, x, y)
i = 1,2,...,C
变量数： 变量数：
泡点和露点计算在设计计算中应用
精馏塔各级温度确定
泡点和露点计算在设计计算中应用
精馏塔操作压力的选择
① 塔顶蒸汽的冷凝温度和釜液的 沸腾温度 ② 对组分相对挥发度的影响 ③塔的造价和操作费用 ④对传质效率的影响
计算出发点： 计算出发点：
单级汽液平衡系统， 单级汽液平衡系统，汽液相具有相同的温度T和压力p， 组分的液相组成与汽相组成成平衡关系。 组分的液相组成与汽相组成成平衡关系。 （1）相平衡方程： 相平衡方程： 计 算 方 程： C个
( new )
yi
yi(old ) = (old ) ∑ yi
（3）判断收敛的准则或者是温度的调节方案直接 ） 关系到收敛速度和稳定性。 关系到收敛速度和稳定性。
二、泡点压力的计算
仍然依据的是泡点方程： 仍然依据的是泡点方程：
f ( p ) = ∑ K i xi − 1 = 0
i =1 C
当汽相为理想气体，液相为理想溶液时： 当汽相为理想气体，液相为理想溶液时：
f (T ) = ∑ K i xi − 1 = 0
i =1 C
泡点温度计算
泡点压力计算
一、泡点温度的计算
1. Ki与组成无关： 与组成无关： 泡点方程： 泡点方程： 假定T 假定
化工分离工程教学PPT--04
过程传质分离过程的严格模拟计算主要内容及要求：学习并掌握多组分多级分离过程的平衡级理论模型的建立及求解。
重点：泡点法（BP法）、流率加和法（SR 法）。
第五章传质分离过程的严格模拟计算5.1 平衡级的理论模型5.2 三对角矩阵法5.3 同时校正法5.4 多组分分离非平衡模型3☐多组分精馏过程简捷计算☐多组分吸收过程简捷计算1lg )1lg(---=A A N ϕϕ⏹⏹特殊精馏，多组分吸收，多组分萃取等过程也stream flow rates, stream compositions, and heatprocedures maywhen multicomponent physical properties stage efficiencies are not reasonably严格计算的原则：在给定的条件下，对每块塔板同时进行物料衡算，热量衡算及相平衡和归一化计算。
Aspen Plus，HYSIM，ProII等。
5.1 平衡级的理论模型U j W jF j L j V j L j-1V j+1Q j z i,j ,H F,j ,T F,j ,p F,jy i,j+1,H j+1,T j+1,p j+1x i,j ,h j ,T j ,p jx i,j-1,h j-1,T j-1,p j-1y i,j ,H j ,T j ,p j 第j级平衡级General equilibrium stageASSUME THAT:(1) PHASE EQUILIBRIUM IS ACHIEVED AT EACH STAGE各级上达到相平衡(2) NO CHEMICAL REACTIONS OCCUR无化学反应(3) ENTRAINMENT OF LIQUID DROPS IN VAPOR AND OCCLUSION OF VAPOR BUBBLES IN LIQUID ARE NEGLIGIBLE忽略雾沫夹带假定各级上达到相平衡且无化学反应。
化工分离工程PPT课件
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
一、膜种类
二
天然膜 生物膜
、
天然物质改性膜 人工膜 无机膜 金属膜
设 备
非金属膜 有机膜 均质膜
微孔膜
管卷板 式式框
式
非对称性膜
复合膜
离子交换膜
➢ 膜性能：
1.分离透过性
a. 透过通量
单位时间通过单位膜面积的物理量。
b. 分离效率 用截留率表示： （R）
截留率：表示膜对溶质的截留能力，可用
操作中：
阳膜中带负电荷的基团“R SO3 ” 吸引溶液中带正电荷的离子，排斥带负电荷 的离子；
阴膜中带正电荷的基团“R N (CH3 )3 ” 吸引带负电荷的离子，排斥带正电荷的 离子
这种现象称：反粒子迁移
即：与膜所带电荷相反的离子穿过膜的现象 称反粒子迁移。
+++++++++++
1
Na
新型分离技术
第一节 膜分离技术 第二节 吸附分离 第三节 反应精馏
第一节 膜分离技术
➢ 膜的作用：
选择渗透
➢ 适用：
1.热敏性物质 ——可常温操作
2.特殊溶液 ——可用于大分子、无机盐、蛋
白质溶液等
第一节 膜分离技术
7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5
分离用膜和膜分离设备 反渗透 超滤与微滤 电渗析 其它膜分离
J — 时间时的渗透通量 kg / m 2 h m — 率减系数（小数）
2. 物化稳定性
强度、耐温、耐压性等
二、分离设备 （1）板框式膜具
↑↑
（2）卷式膜具 由四层组成
生化分离工程第4讲 膜分离技术
Pont
业、造纸工业等
Enka/AKZO，Gambro，Asahi Chemical
血液渗析、工业 废液等
Amicon Corp.，Koch Eng.Inc.， 制药工业、乳品
Nittl Denko
工业等
Permea/Air Prod.，Ube Ind.， Hoechst/Celanese
医疗、燃烧过程 等
膜分离优点和缺点
➢ 在常温下进行 ➢ 有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质，如抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩
➢ 无相态变化 保持原有的风味，能耗极低，其费用约为蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3-1/8
➢ 无化学变化 典型的物理分离过程，不用化学试剂和添加剂，产品不受二次污染
➢ 选择性好 可在分子级内进行物质分离，具有普遍滤材无法取代的卓越性能
10. 亲和膜分离技术概念及特点 • 11 . 电渗析的工作原理 • 12.膜的污染与处理？
膜科学的发展史
年代
科学家
主要内容
1748 1827
Abbe Nollet Dutrochet
水能自发地穿过猪膀胱进入酒精溶液，发生 渗透现象
名词渗透作用（Osmosis）的引入
1831
J.V.Mitchell 气体透过橡胶膜的研究
硝酸纤维膜的出现。
初次成功使用了人工肾 合成膜的研究，发明了电渗析，微孔过滤和血液透析等 分离工程 相转化法制出了非对称反渗透膜 发明了液膜 制出了界面反应聚合复合膜
膜工业的发展史
分离过程 年代
目前主要厂商
应用
微滤 电渗析 反渗透
渗析 超滤 气体分离 渗透汽化
1925 1960 1965 1965 1970 1980 1990
化工分离工程培训课件
化工分离工程培训课件1. 引言化工分离工程是化工过程中的一个重要环节，它涉及到原料分离、产品纯化和废物处理等多个方面。
本课程旨在帮助学员全面了解化工分离工程的基本原理、常用设备和工艺流程，并通过案例分析和操作实践提升其实际应用能力。
本课程分为以下几个部分：•原理概述•分离设备•工艺流程•案例分析•操作实践2. 原理概述分离工程是将混合物中的组分分开的过程。
在化工分离工程中，我们常用的分离原理包括以下几种：蒸馏是将液体混合物中具有不同沸点的组分分离的方法。
通过加热混合物，使其中沸点较低的组分蒸发，然后冷凝回收。
蒸馏可以分为常压蒸馏、减压蒸馏、精馏等多种方式。
2.2. 结晶结晶是通过溶解度的差异将溶液中的溶质分离出来的方法。
通过控制温度和溶剂浓度，使溶质在溶液中逐渐减少，形成晶体沉淀。
萃取是利用两个不相溶的溶剂将混合物中的组分分离的方法。
通过选择适当的溶剂对混合物进行萃取，将目标组分从混合物中转移到溶剂中，然后再将目标组分从溶剂中分离出来。
2.4. 吸附吸附是通过吸附剂吸附混合物中的组分分离的方法。
吸附剂可以是固体或液体，固体吸附剂常用活性炭、沸石等，液体吸附剂常用有机溶剂。
通过调节吸附剂的性质和操作条件，实现对目标组分的选择性吸附。
2.5. 膜分离膜分离是利用半透膜将混合物中的组分分离的方法。
半透膜具有选择性通透某些组分而阻挡其他组分的特性。
根据分离机制的不同，膜分离可以分为微滤、超滤、纳滤、反渗透等多种方式。
3. 分离设备在化工分离工程中，我们常用的分离设备包括以下几种：蒸馏塔是进行蒸馏操作的主要设备。
它通常由塔身、进料塔盘、蒸汽塔盘等组成。
蒸馏塔根据塔盘的结构和排列方式可以分为板式塔、填料塔等多种类型。
3.2. 结晶器结晶器是进行结晶操作的主要设备。
它通常由搅拌器、冷却器、过滤器等组成。
结晶器根据搅拌方式和结晶器的形状可以分为悬浮结晶器、搅拌结晶器等多种类型。
萃取塔是进行萃取操作的主要设备。
它通常由塔身、进料塔盘、萃取塔盘等组成。
化工分离技术 PPT课件
膜是具有选择性分离功能的材料， 利用膜的选择性分离实现料液的 不同组分的分离、纯化、浓缩的 过程称作膜分离。它与传统过滤 的不同在于，膜可以在分子范围 内进行分离，并且这过程是一种 物理过程，不需发生相的变化和 添加助剂。
1.微滤 具体涉及领域主要有：医药工业、 食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、 牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废 水、饮用水、生物技术、生物发酵等。 2.超滤 早期的工业超滤应用于废水 和污水处理。三十多年来，随着超滤技工业、生物制剂、 中药制剂、临床医学、印染废水、食品 工业废水处理、资源回收、环境工程等 众多领域。 （提醒）
• 与传统的制备色谱技术相比, SMB 采 用连续操作手段, 易于实现自动化操 作, 制备效率高, 制备量大, 大型模 拟移动床制备仪器每年制备量可达百 万吨级水平, 同时流动相的消耗量少, 因而在石油、精细化工、食品工业、 制药工业(特别是手性药物) 等诸多领 域发挥很大作用, 应用前景广阔。
模拟移动床技术的发展
国内模拟移动床分离技术的发展和应用
• 1.石化行业
• 国内引进的模拟移动床分离装置大部分采用美国 UOP公司的工艺技术及吸附剂。
• 2.糖醇食品行业
• 糖醇行业上, 模拟移动床分离装置可用于果糖与 葡萄糖分离; 木糖与阿拉伯糖分离; 麦芽糖醇与 多糖醇和山梨醇分离; 甘露醇与山梨醇分离; 甘 露糖与葡萄糖分离; 低聚果糖分离; 大豆低聚糖 与一糖二糖分离等。
膜分离技术
• 定义 • 工艺原理 • 技术特点 • 应用领域 • 发展与展望
膜分离技术是指在分子水平上不 同粒径分子的混合物在通过半透 膜时，实现选择性分离的技术
种类可分为：微滤膜（MF）超滤膜 （UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜 （RO）等
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化工分离工程4
二、进料位置的确定
适宜进料位置： 完成分离任务理论板最少的进料位置
操 作 点 N
NF,OP
进料板
j板
化工分离工程4
进料位置的近似确定法：
R——用精馏段操作计线算方结程果 S——用提馏段操作计线算方结程果
从上向下计算(要求轻、重关键组分汽相浓度比值降低得越快
越好)：(y y h l,,jj)R (y y h l,,jj)S ;(y y h l,,jj 1 1)R (y y h l,,jj 1 1)S
∴ MESH方程有解
化工分离工程4
Ni 的指定方法： 对操作型计算
Nx的指定：
Fj zi,j TFjPFjPj
NN(C1) N N NN(C3)
Na的指定：
Gj Uj Qj N
N1 N1 N 1 3N1
N i N x N a [N (C 3 ) ] [3 N 1 ] N (C 6 ) 1
泡点法（BP法） —— 对窄沸程进料的分离塔； ——改进的Amundson-Pontinen方法
流率加和法（SR法） —— 对宽沸程或溶解度有较大差别的进料， BP法不易收 敛。
对于介于二者之间的情况，方程解离技术可能不收敛， —— Newton-Raphson法： 松弛法；等…
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化工分离工程4
第二节 逐板计算法
讨论：1.恒摩尔流
2.用相对挥发度或相平衡常数表示平衡关系
方法：交替使用操作线、平衡线方程
模型塔：
1 L0 DxLK,D
V
FL
ziF V
N -L1
N
变量规定：Na=5 饱和液体温度 LK的回收率 HK的回收率 回流比
WxHK,W
最适宜进料位置
化工分离工程4
一、逐板计算法
当然是逐板!
喂,你怎么计算?
(VjG j)yi,j0 (i1,2, ,c) （(4 6 -11）)
2 .相平G 衡 iE ,（ j 关 每 C 个 一 系 方 级 —式 —程 有 E方） 程 G iE ,jyi,jK i,jx i,j0 (i1 ,2 , ,c) （(4 6- 22 ）)
3.摩尔分率加和式GjSY、GjSX(每一级各一个）
ABCD
讨论：若C只有99%的进入塔釜
用来K 计 、 H（ 算 h）的方程：
Ki,jKi,j(Tj,Pj,xi,j,yi,j)(i1,2, ,c) （(4 6-66）) HjHj(Tj,Pj,yi,j) (i1,2, ,c) （(46-7 7)）
hjhj(Tj,Pj,xi,j) (i1,2, ,c) （(46-8 8)）
MESH方程全塔的个 数：N（2C+3）！
化工分离工程4
三、计算起点的确定
二元精馏： xA,D,xB,W指定后，顶、配 釜已 物确 料定 分 计算起点：塔顶或塔釜
多元精馏： xl,D,xh,W指定后，顶、配 釜未 物确 料定 分
计算起点：从物料分配 误差小的一端开始
化工分离工程4
例1.无轻组分（LNK）的精馏
AB
A（LK） B（HK） C D
— — j板为进料板，j + 1板改换操作线方程
从下向上计算(要求轻、重关键组分液相浓度比值增加越快越 好)：
(x x h l,,jj)R (x x h l,,jj)S ;(x x h l,,jj 1 1)R (x x h l,,jj 1 1)S
— — j板为进料板，j + 1板改换操作线方程
化工分离工程4
二、变量分析
总变N 量 V：数
3 股进料 Q、Gj、U j
G 1、UN
串级
NVN[（ 3C2） 3]21N（ 3C9） 1 设计变N量 i N数 xN ： a
N x：
Na：串级单元数 1
进料 N（C 2） 侧采单元数（ 2 N1）
压力 N
传热单元数 N
N（C 3）
3N 1
N i [ N （ C 3 ） ] （ 3 N 1 ） N （ C 6 ） 1 N C N V N i [ N ( 3 C 9 ) 1 ] [ N ( C 6 ) 1 ] N ( 2 C 3 ) — — MESH方程数
C
— S方程
GjSY yi,j 1.00
（(46-33）)
i1
C
GjSX xi,j 1.00
i1
化工分离工程4
（(46-44）)
4.热量G 衡 H j（算 每 1个 一 式 方 级程 — ） — H方程
GH j Lj1hj1Vj1Hj1FjH F,j(LjUj)hj
(VjGj)HjQj0
（(4 6 -55）)
第六章 多组分多级分离的严格计算
• 第一节 平衡级的理论模型 • 第二节 逐板计算法 • 第三节 三对角矩阵法
化工分离工程4
第一节 平衡级 的理论模型
化工分离工程4
考察；逆流接触阶梯布置、连续稳定多级 汽液或液液接触设备（图6—2）。
对于任一级j（图6—1）：
Vj
Lj- 1
yi, j H j T j Pj xi,j- 1 hj- 1 Tj- 1 Pj- 1
化工分离工程4
我把不同类型分离设备设计 中典型变量规定列在表6—1中， 你可以去查哟！
化工分离工程4
三、求解
手算： 对于单股进料、无侧线采出的简单精馏塔，Lewis-Matheson法——设计型计算， 该法涉及的逐级计算与二组分精馏的图解法相似。设计变量的规定见表6-1(b)设 计型，主要计算所需要的级数。 Thiele-Geddes法是另一个经典的逐级、逐个方程计算法 —— 操作型计算，通 常使用于与组成无关的K值和组分的焓值的情况。设计变量的规定见表6-1(b)操 作型。迭代变量为级温度和级间气相流率。 电算： MESH方程的解离法（Amundson-Pontinen方法） ——操作型，它与ThieleGeddes法有相同的迭代变量，尽管该法对手算太麻烦，但很容易用计算机来求 解。
数学模型： 1. 物料衡算
（M）
Fj
Gj
Hale Waihona Puke zi,j HFjTFj PFj
Vj+1
第j级
Lj
2. 相平衡关系
Qj （E）
Uj
3. 摩尔分率加 和式（S）
yi,j+1 Hj+1Tj+1 Pj+1
xi, j hj Tj Pj
4. 热量衡算 （H）
化工分离工程4
一、MESH方程的推导
1.物料G 衡 iM ,（ j 算 每C 一 式 个级 方有 —程 —） M方程 G iM ,jLj1xi,j1Vj1yi,j1Fjzi,j(LjUj)xi,j