分离工程绪论

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1.2.2 速率分离过程
(1) 定义
是在某种推动力（浓度差，压力差，温度差，电位差
等）的作用下，有时在选择性透过膜的作用下，利用各
组分扩散速率的差异实现组分的分离。
(2) 特征
这类过程所处理的原料和产品通常属于同一形态，仅有组 成上的差异。
(3) 典型分离单元操作
膜分离-①超滤 ②反渗透 ③渗析 ④电渗析 ⑤气体渗透分离 ⑥液膜分离 热扩散 32
（4） 萃取 精馏
气体和液 体
溶剂改变 原溶液组 分的相对 挥发度
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离甲苯
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1.2.1 平衡分离过程
（8）共沸精馏
名称
简图
原料 相态
分离媒介
产生相态或 MSA的相态
分离原理
工业应用实例
（ 8） 共沸精馏
汽、 液或 汽液 混合 物
液体共沸 剂（MSA） 和热量 （ESA）
平衡分离
均相混合物
速率分离
变成两相系统
原料与产品同一相， 仅组成不同 膜分离，超滤，反渗透， 渗析，电渗析,场分离
蒸发、精馏、吸收、萃取、结晶
本课程仅讨论传质分离过程。
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1.2.1 平衡分离过程
能量媒介( ESA，energy separation agent ) - 热，功； 物质媒介（ MSA, matter separation agent）- 吸收剂，萃取剂。
原料：石脑油
沸程120～230 ℃
加氢重整后得到：轻油 非芳烃
苯 甲苯 二甲苯
高级芳烃 邻二甲苯 沸点℃ 144.411 间二甲苯 139.104
目的产物为 对二甲苯
对二甲苯 138.351
熔点℃
﹣25.173
﹣47.872
13.263
13
1.1.1 分离过程在化工生产中的重要性
石油重整→分离(对二甲苯生产)
①仅输入ESA：蒸发，冷凝、凝华、普通精馏，结晶，干燥，区 域熔炼 。 ②仅输入MSA：吸收, 蒸出, 萃取，吸附，离子交换,气提。 ③同时加入ESA和MSA：萃取精馏，共沸精馏，吸收蒸出，带回 流蒸出（水蒸汽蒸馏）,干燥。

分离方法选择 较大
闪蒸，部分冷凝
相对挥发度
不够大
较小
精馏
萃取
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1.2.1 平衡分离过程
确定合理的流程和工艺参数。
核心： 化学反应
——废物最小化首先考虑催化剂、反应工 艺和设备。
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1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地位和作用

(2)化工分离过程密切相关的有：

①降低原材料和能源的消耗，提高有效利用率、回收 利用率和循环利用率；
②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； ③采用生产工艺装置系统的闭路循环技术； ④处理生产中的副产物和废物，使之减少或消除对环 境的危害； ⑤研究、开发和采用低物耗、低能耗、高效率的“三 废”治理技术。
气体和液体
共沸剂改 变原溶液 组分的相 对挥发度
以醋酸丁酯作 共沸剂从稀溶 液中分离醋酸
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1.2.1 平衡分离过程
（9）液-液萃取
产生相态 或MSA的 相态
名称
简图
原料 相态
分离 媒介
分离原理
工业应用实 例
（ 9） 液-液萃取
液体
液体 萃取 剂
液体
不同组分在 两液相中的 溶解度不同
以丙烷作萃 取剂从重渣 油中脱除沥 青
1.2.2 速率分离过程
(1) 膜分离—利用流体中的各组分对膜的渗透速率有差
别而实现组分分离的操作。

膜的形态—固态或液态 流体状态—液态或气态


推动力—压力差ΔP, 浓度差ΔC或电位差ΔE.
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1.2.2 速率分离过程
(1) 膜分离
① 超滤(ultrafiltration)

—以压力差为推动力，按粒径选择分离溶液中所含的微粒 和大分子的膜分离操作。如饮用水超滤。
通过本课程的学习，要求我们
1.基本概念的理解 2.各种分离方法的特征 3.对设计、分析能力的训练 4.提高解决问题能力
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先修课程：
物理化学、化工热力学、化工原理
教材：
现代分离技术
参考书：
刘家祺 主编.分离过程.化学工业出版社,2012.
陈洪纺 刘家祺.化工分离过程.化学工业出版社, 1995.
J D Seeder, E J Henley. Separation Process Principles. 化学工业出版社， 2002. 邓修，吴俊生.化工分离工程. 科学出版社，2008.
1.2.2 速率分离过程
(1) 膜分离
②反渗透(reverse osmosis)

反渗透以压力差为动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离 操作。 用途：海水淡化，苦咸水淡化，乳品，果汁浓缩，生化 制品制备。
reverse osmosis apparatus permeate
feed solution

retentate
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1.2.2 速率分离过程
1.膜分离
③渗析(dialysis)

以浓度差为推动力的膜分离操作，利用膜对溶质的选择
透过性，实现不同性质溶质的分离。

用途：人工肾，废酸回收，溶液脱酸，碱液精制。
血液 渗析 废液
净化 血液
渗析液
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1.2.2 速率分离过程
(1) 膜分离
④电渗析(electrodinlysis)
(4) 投资比例
对大型的石油化工生产过程，分离装置的费用占总投
资的50-90%。
10
1.1.1 分离过程在化工生产中的重要性
(5) 化工生产流程特点

① 分离过程，占比例大，化工产品——主体（除反应
外）。

② 分离方法：部分冷凝、冷却、闪蒸、吸收、精馏、
萃取精馏、恒沸精馏、结晶。

③工程与工艺结合
catalyst , 6.5MPa, 3000 C C2 H 4 H 2 O C2 H 5OH x 5%
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1.1.1 分离过程在化工生产中的重要性
图1-2，石油重整→分离(对二甲苯生产)
重整 石脑油 分离 轻烃 烷烃 芳烃 分离 苯 甲苯 混合二甲苯 重芳烃 分离 对二甲苯 邻二甲苯 间二甲苯 异构化 分离
汽、 液或 汽液 混合 物
热量 （ES A）； 有时 用机 械功
气体和液 体
挥发度（蒸 汽压）有差 别
石油裂解气 的深冷分离
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1.2.1 平衡分离过程
（4）萃取精馏
名称
简图
原料 相态 汽、 液或 汽液 混合 物
分离 媒介
液体溶 剂 （MS A）和 塔釜加 热
产生相态或 MSA的相态
分离原理
工业应用实 例
利用各组分扩散速 度的差异实现组分 的分离
原料
（均相混合物）
分离装置
产品
原料与产品同一相， 仅组成不同
膜分离（超滤，反渗透，渗析，电渗析，气体渗透，液膜分离），热扩散
利用各组分对膜的渗透速率的差别实现分离。 推动力—压力差或浓度差或电位差。
推动力：温度差。分子量较小 的分子向热端漂移-建立起浓 度梯度，实现组分的分离。
(1) 定义
分离过程是将混合物分成组成互不相同的两种或几种产
品的操作。

应用：广泛用于化工、石油、医药、轻工(食品)、生化、 原子能、冶金、矿山、环保，资源利用等领域。 应用例子：煤焦油的综合利用；石油的炼制；食品的脱 水保存；矿石的浮选,如:选矿flotation ；同位素的提取和

重水的制备；生物产品制造；高纯材料的制备；除去有
现代分离技术
第一章 绪论
1
2
课程简介
现代分离技术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。
提供符合质量要求的原料 （清除对反应或催化剂有害的杂质，减少副反 应，提高收率）；
提纯产品以得到合格品，并使 反应物循环使用；
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1.1.1 分离过程在化工生产中的重要性
(3) 分离过程作用


① 脱除杂质——减少副反应，提高收率;
② 分离产品； ③ 环保，利用资源。
★重要作用---提高效益，保证产品质量。
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闭路循环系统：
将过程所产生的废物最大限度地回收和循环 使用。
原 料
产品 1 废 物 1 废 物 排除 1
2
2
2 1—单元过程；2—处理
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1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地位和作用
(3) 分离与再循环系统使废物最小化的方法

(1)废物直接再循环 废水再循环，能代替部分新鲜水使
用。
毒有害的成分, 废气，废水，废渣的处理 。
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1.1.1 分离过程在化工生产中的重要性
(2) 地位
在某些化工生产装置中，分离操作作为生产工艺流程 的主体 。 一个典型的化工生产装置包括：反应器；原料、中 间产物、产品的分离设备；机，泵，换热器等。
原料 ①原料纯化
反应
中间产物 ③ 环保
产品 ②产品分离
共14台设备中： 反应器2台，压缩机2台，换热器2台，分离设备8台。
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1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地位和作用
(1) 清洁工艺定义

清洁工艺——少废物或无废物的生产技术工艺。