分离工程课件
生物分离工程PPT课件
的分离纯化。
无论是以浓缩还是以分离为目的操作过程， 目标产物均应以较大的比例回收：
R FPCTP 100% FcCTC
生物分离操作多为间歇过程（分批操作）， 若原料液和产品溶液的体积分别为VC和VP 则回收率为
RVPCTP 100% VcCTC
分离效率的评价
• 浓缩程度 • 分离纯化程度 1. 回收率
上图表示一个连续稳态的分离过程，其中F表示流 速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂 质，C、P和W分别表示原料、产品和废料。
浓缩程度一般用浓缩率(concentration factor)表达， 是一个以浓缩为目的的分离过程的最重要指标。
•机械分离
分离操作
•传质分离。 传质分离的对象主要是均相物系，又分输送分离扩散分离。 输送分离根据溶质在外力作用下产生的移动速度的差异实 现分离，又称速度分离法，其传质推动力主要有压力差、 电位梯度和磁场梯度等，如超滤、反渗透、电渗析、电泳 和磁泳等。扩散分离根据溶质在两相中分配平衡状态的差 异实现分离，又称平衡分离法，传质推动力为偏离平衡态 的浓度差，如蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、吸附和离 子交换等。
• 物理性质 力学性质：重力、离心力、筛分； 热力学性质：状态变化、相平衡； 传质性质：粘度、扩散、热扩散； 电磁性质：电泳、电渗析、磁化。
• 化学性质 化学热力学：化学平衡； 反应动力学：反应速率； 光化学性质：激光激发、离子化。
• 生物学性质 分子识别：生物亲和作用、生物学识别； 输送性质：生物膜输送， 反应、响应、控制：酶反应、免疫系统。
为了得到一定纯度的生物产品， 下游加工过程需要采用多种方法、实行多步 分离操作，整个下游加工过程的总回收率为
生物分离工程ppt课件
Table 3 typical products from fermentation
products Antibiotics Amino acids
Ethanol Organic acids
Enzymes r-DNA protein
in
Concentration g/l 25 100 100 100 20 10
（生物技术的目标就是指利用培养微生物、动物细胞、植 物细胞来生产对人有用的产品。）
By this definition, biotechnology is as old as history, for the earliest known document (4228BC) includes a description of brewing .Bread ; cheese, and yogurt are other early examples of product which depend on biotechnology.
For example: 6steps 90% 53%
Biological products require high quality 生物产品要求高质量：
*purity（纯度） *sanitation（卫生） *biological activity（生物活性）
The recovery plant usually represents a major investment and, consequently the separations cost a substantial fraction of the total cost of the final product.
分离工程(邓修)1 绪论34页PPT
WHY
一、分离过程的地位
化工生产
反应（Reactive）
分离
萃取物 （Extractive Natural raw material）
配制（Formulation）
分离 分离
炼油、石油化工：
石油炼制工业通过炼油过程把原油加工为汽油、 喷气燃料、煤油、汽油、燃料油、润滑油、石 蜡油、石油沥青、石焦油和各种石油化工原料 等；
分离工程(邓修)1 绪论
化工分离工程
Chemical Separation Engneering
主要内容
第1章 绪论 第2章 精馏 第3章 吸收 第4章 液液萃取 第5章 分离过程的节能 第6章 其他分离技术和分离方
法的选择
第1章 绪论
1.1 概述 1.2 分离因子 1.3 过程开发及方法 1.4 分离方法的选择
冷或热 固体吸附剂
热 溶剂 固体树脂
产品 液体+蒸汽 液体+蒸汽 液体+气体 液体+液体 液体+固体 固体+液体或气体 固体+蒸汽 固体+液体 液体+固体
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
液体 液体 液体 液体
电场和膜 电场
压力梯度和膜 压力梯度和膜
分离工程ppt课件共52页PPT
将过程所产生的废物最大限度地回收和
循环使用。
产品
原
料
1
1
1
废
物 2
废
物 2
排除
2
1—单元过程；2—处理
实现分离与再循环系统使废物最小化的方法： ●废物直接再循环
例：废水
●进料提纯
例：氧化反应采用纯氧
●除去分离过程中加入的附加物质
例：共沸剂、萃取剂
●附加分离与再循环系统
例：分离废物中的有效物，循环使用
●加氢重整后得到：轻油 非芳烃 苯 甲苯 二甲苯 高级芳烃
目的产物为 对二甲苯
● 特点：
邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯
沸点℃ 熔点72
138.351 13.263
● 涉及到分离过程：精馏：4、7、8 萃取：5、6 结晶：10
目的产 物
总 结：
●降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、 回收利用率、循环利用率；
●开发和采用新技术、新工艺、改善生产操作条 件，以控制和消除污染；
●采用生产装置的闭路循环技术；
●处理生产中的副产物和废物，使之减少和消除 对环境的危害；
●研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的 “三废”治理技术。
闭路循环系统：
ESA）
改变原溶 液的相对 挥发度
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离芳烃 ；以醋酸丁 酯作共沸剂 从稀溶液中 分离醋酸。
返回
1.2.2 速率分离过程
膜分离 场分离
速率分离:
利用溶液中不同组分在某 种推动力（浓度差、压力差、 温度差、电位差等）作用下， 经过某种介质（半透膜）时 的传质速率（透过率、迁移 率、扩速率）差异而实现分 离。
吸
相态 介： 理： 用：
化工分离工程概述PPT公开课(55页)
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 （气、液、固） 分 离 过 程
产品1 产品2 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。
石油炼制过程基本流程
石油化工过程框图
CO+H2 甲烷
裂解汽油
石油炼制
石脑油
乙烯裂解炉
轻柴油
烯乙
丁二烯抽提
Cl2
食盐
烯丙
氯碱装置
H2 CO+H2 空气 空气分离
甲醇合成 芳烃抽提 低压聚乙烯 氯乙烯
C4馏分 环氧氯丙烷
苯酚丙酮 丁辛醇 合成氨 烧碱
苯
对二甲苯
邻二甲苯 HD聚乙烯 乙二醇
苯乙烯
聚氯乙烯
Created or added phase: vapor and liquid 为化学反应过程提供符合要求的原料，清除对反应和催化剂有害的杂质，减少副反应的发生，提高产品的收率。 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。 Created or added phase: vapor Separating agent: stripping vapor (MSA) and heat transfer (ESA) 分离过程在清洁工艺中的地位和作用
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
分离工程课件
1.现拟以i-C 4H 10馏分作吸收剂，从裂解气中回收99%乙烯，原料气处理量为100kmol/h ，塔操作压力为4.052Mpa ，塔的平均温度按-14℃计，求：①为完成此吸收任务所需最小液气比。
②操作液气比取为最小液气比1.5倍，试求为完成吸收任务所需理论板数。
③各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成。
④塔顶应加入的吸收剂量。
解：选乙烯为关键组分，查得在4.052Mpa 和-14℃下各组分的相平衡常数。
a.最小液气比的计算在最小液气比下∞=N ，99.0关关==ηA ，()7128..072.099.0关关min=⨯=⋅=∴K G Lηb.理论板数的计算 操作液气比()0692.17128.05.15.1min=⨯==G LGL关键组分的吸收因子为485.172.00692.1关关===GK L A 理论板数868.81485.1lg 199.0485.199.0lg1lg 1lg=---=---=A A N ηη c.各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成由i i GK L A =和111--=++N i iN i i A A A η以及()i N i i g g ,1,11+-=η；∑=i g G ,11；1,1,1G g y ii =进行计算结果见表。
塔内气体的平均流率为：h kmol G /056.6921115.38100=+=塔内液体的平均流率为：944.302)8885.61(000+=++=L L L L由0692.1=GL ，得h kmol L /89.420=当在1.013Mpa 压力下，以相对分子质量为220的物质为吸收剂，吸收剂温度为30℃，而塔中液相平均温度为35℃。
试计算异丁烷（i-C 4H 10）回收率为0.90时所需理论塔板数以及各组分的回收率。
操作液气比为最小液气比的1.07倍，求塔顶尾气的数量和组成。
解：选异丁烷为关键组分，查得在1.013Mpa 和35℃下各组分的相平衡常数。
《分离工程第二章》课件
通过分离工程中的技术手段，将污水中的悬浮物、油、重金属等污 染物进行分离和去除。
大气治理
通过分离工程中的技术手段，将大气中的颗粒物、有害气体等进行 分离和去除。
固废处理
在固废处理中，分离工程用于将固体废物中的不同组分进行分离和回 收。
食品工业领域
食品加工
在食品加工中，分离工程用于分离食品中的不同组分，如牛奶中 的奶油和脱脂品添加剂， 如味精、食用香精等。
食品安全检测
通过分离工程中的技术手段，对食品中的有害物质进行检测和分离 。
其他领域
制药工业
在制药工业中，分离工程用于分离和 纯化各种药物成分。
新能源领域
在新能源领域中，分离工程用于太阳 能电池板制造中的硅片切割和海水淡 化技术中的盐分去除。
脱水
将石油中的水分进行分离，以减少对设备和管道的腐蚀。
化工领域
化学反应
01
通过分离工程中的技术手段，实现化学反应的高效分离和产物
纯化。
精细化工
02
在精细化工中，分离工程用于分离高纯度的化学品，如染料、
农药、医药等。
合成气分离
03
将合成气中的不同组分进行分离，如一氧化碳、氢气、甲烷等
。
环境工程领域
环境工程
与环境工程学科的交叉融合，实现环保与分离工程的有机 结合。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
分离工程的特点
分离工程具有多样性、复杂性、 高效率和高精度等特点，能够实 现混合物中各组分的有效分离、 纯化和精制。
分离工程的重要性
分离工程在工业生产中的应用
分离工程广泛应用于化工、制药、食品、环保等领域，是实现物质分离纯化的 关键技术之一。
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1.
现拟以i-C 4H 10馏分作吸收剂，从裂解气中回收99%乙烯，原料气处理量为100kmol/h ，塔操作压力为4.052Mpa ，塔的平均温度按-14℃计，求：
①为完成此吸收任务所需最小液气比。
②操作液气比取为最小液气比1.5倍，试求为完成吸收任务所需理论板数。
③各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成。
④塔顶应加入的吸收剂量。
解：选乙烯为关键组分，查得在4.052Mpa 和-14℃下各组分的相平衡常数。
a.最小液气比的计算
在最小液气比下∞=N ，99.0关关==ηA ，
()
7128..072.099.0关关min
=⨯=⋅=∴K G L
η
b.理论板数的计算 操作液气比()
0692.17128.05.15.1min
=⨯==G L
G
L
关键组分的吸收因子为485.172
.00692
.1关关===
GK L A 理论板数868.81485
.1lg 199.0485.199.0lg
1lg 1lg
=---=---=
A A N ηη c.各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成
由i i GK L A =和111
--=++N i i
N i i A A A η
以及()i N i i g g ,1,11+-=η；∑=i g G ,11；1
,1,1G g y i
i =
进行计算结果见表。
塔内气体的平均流率为：h kmol G /056.692
1115
.38100=+=
塔内液体的平均流率为：944
.302)
8885.61(000+=++=
L L L L
由0692.1=G
L ，得h kmol L /89.420=
当在1.013Mpa 压力下，以相对分子质量为220的物质为吸收剂，吸收剂温度为30℃，而塔中液相平均温度为35℃。
试计算异丁烷（i-C 4H 10）回收率为0.90时所需理论塔板数以及各组分的回收率。
操作液气比为最小液气比的1.07倍，求塔顶尾气的数量和组成。
解：选异丁烷为关键组分，查得在1.013Mpa 和35℃下各组分的相平衡常数。
a.最小液气比的计算
在最小液气比下∞=N ，9.0关关==ηA ，
()
531.09.059.0关关min
=⨯=⋅=∴K G L
η
b.理论板数的计算 操作液气比()
568.0531.007.15.1min
=⨯==G L
G
L
关键组分的吸收因子为963.059
.0568.0关关===
GK L A
理论板数255.111963
.0lg 19.0963.09.0lg 1lg 1lg
关关关
关=---=---=
A A N ηη
c.各个组分的回收率和塔顶尾气的数量和组成
由i i GK L A =和111
--=++N i i
N i i A A A η
以及()i N i i g g ,1,11+-=η；∑=
i g G ,11；1
,1,1G g y i
i =
进行计算结果见表。
塔内气体的平均流率为：h kmol G /09.912
188
.82100=+=
塔内液体的平均流率为：906
.82)
81.17(000+=++=
L L L L
由568.0=G
L
，得h kmol L /833.420=
3. 某原料气组成如下： 组分
CH 4
C 2H 6 C 3H 8 i-C 4H 10 n-C 4H 10 i-C 5H 12 n-C 5H 12 n-C 6H 14 y 0(摩分)0.765
0.045
0.035
0.025
0.045
0.015
0.025
0.045
先拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温度为38℃，压力为1.013Mpa ，如果要求将i-C 4H 10回收90%。
m=0.56试求： ①为完成此吸收任务所需的最小液气比。
②操作液气比为最小液气比的1.1倍时，为完成此吸收任务所需理论板数。
③各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。
④求塔底的吸收液量
解：由题意知，i-C 4H 10为关键组分
由P=1.013Mpa ，t 平=38℃ 查得K 关=0.56 （P-T-K 图）
①在最小液气比下 N=∞，A 关=中关=0.9
关
关）（A K V L ⋅=min =0.56 ⨯0.9=0.504
②.min 1.1）
（V L V
L
==1.1⨯0.504=0.5544 99
.056
.05544
.0===
关关关V K L A
所以 理论板数为
48.9199.0log 9.019.099.0log 1log 1log =---=---=
）
（）（A A N ϕϕ
③它组分吸收率公式 i i VK L
A =，1
11--=++N i N i i A A A ϕ
以CH4为例： i A =
032.04
.175544
.0==i VK L
i φ
=32.01032.099
.0032.0148.9148.9=--++
V1（CH4）=（1-i
φ）VN+1=（1-0.032）⨯76.5=74.05
923.05
.7605
.741
1144==
=
V V y CH CH ）（）（
④塔内气体平均流率：
10
.902190
.80100=+=
v Kmol/h
塔内液体平均流率：L=
905
.9281.19000+=++L L L ）
（
由v l
=0.5544；∴0L
=40.05Kmol/h
4. 用烃油吸收含85%乙烷，10%丙烷和5%正丁烷（摩尔百分率）的气体，采用的油气比为1，该塔处理的气体量为100kmol/h 操作压力为3大气压，实际板数为20块，板效率为25%
计算：a.平均温度为多少，才能回收90%的丁烷； b.各组份的平衡数； c.吸收因子、吸收率； d.尾气的组成。
操作务件下各组分的平衡常数如下： 乙烷： K=0.13333t+5.46667 丙烷: K=0.06667+1.3333
正丁烷:K=0.02857t+0.08571(t 的单位为℃) (1)求平均温度
解得t=26.09℃ (2)各组份的平衡常数
K1=0.13333×26.09=5.46667=8.945 K2=0.06667×26.09+1.13333=2.873 K3=0.02857×26.09+0.08571=0.831 (3)吸收因子、吸收率 以乙烷为例
其他组分的计算结果见表
(4)尾气的组成见表
组分νN+1 吸收因子A 吸收率φ尾气量尾气组成
乙烷85 0.112 0.112 75.48 0.915
丙烷10 0.348 0.347 6.53 0.079
正丁烷5 1.203 0.900 0.50 0.006
Σ82.51 1.000
5.某厂裂解气组成（摩尔%）如下：13.2%氢、37.18%甲烷、30.2乙烯、9.7%
乙烷、8.4% 丙烯、1.32异丁烷、所用的吸收剂中不含所吸收组分。
要求乙烯的回收率达到99%。
该吸收塔处理的气体量为100kmo1/h，操作条件下各组分的相平衡常数如下：
氢甲烷乙烯乙烷丙烷异丁烷
∞ 3.10.720.520.150.058
操作液气化为最小液气比的1.5倍
试求:(1)最小液气化;
(2)所需理论板数;
(3)各组份的吸收因子、吸收率
(4)塔顶尾气的组成及数量；
(5)塔顶应加入的吸收剂量
解：(1)最小液气化
(2)所需理论板数N
(3)各组份的吸收因子、吸收率
吸收因子，以甲烷为例：
吸收率，以甲烷为例：
(4)塔顶尾气的组成及数量（见表）
νN+1 A φνN+1φν1y
1
H 13.2 0 0 0 13.2 34.68
C1037.2 3.449 0.34 12.64 24.56 64.48 C2=30.2 1.485 0.99 29.90 0.030 0.79
C209.7 2.058 0.9982 9.68 0.020 0.05
C3=8.4 7.128 1.000 8.40 0.00 0.00
iC40 1.32 18.48 1.000 1.32 0.00 0.00 ∑61.94 38.06 100.00 (5)塔顶加入的吸附剂的量。