化工分离工程技术培训教材.pptx
化工分离工程
教材：面向21世纪课程教材：
刘家祺.分离过程.北京:化学工业出版社, 2002
主要参考书:
陈洪钫,刘家祺.化工分离过程.北京:化学 工业出版社, 1995
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化工分离工程`
❖ 第一章 绪论 ❖ 第二章 单级平衡过程 ❖ 第三章 多组分多级分离过程分析与简捷计算 ❖ 第四章 多组分多级分离的严格计算 ❖ 第五章 分离设备的处理能力和效率 ❖ 第六章 分离过程的节能 ❖ 第七章 膜分离技术 ❖ 第八章 其他分离技术和分离过程的选择
化工分离工程 课件ห้องสมุดไป่ตู้
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化工分离工程
本课程的任务和内容
■地位：专业课 ■前期课程：
物理化学、化工原理、化工热力学 ■重点： 1.基本概念的理解
2.讨论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
学生应掌握：
◆分离过程的基本理论 ◆简捷和严格计算方法 ◆强化、改进操作途径 ◆对新分离技术有一定了解
《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
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
《化工分离工程》PPT课件-第3讲分离过程
NV = C + 2
如果系统与环境有能量交换， 如果系统与环境有能量交换，则独立变量应该加上描述 能量交换的变量数， 一股热交换，又有一股功交换， 能量交换的变量数，如有 一股热交换，又有一股功交换， 则应该再加上两个设计变量， 则应该再加上两个设计变量，即：
1
确定装置变量郭氏原则
按每一股单相物流有（ 按每一股单相物流有（C+2）个变量， ）个变量， 计算进料物流所确定的固定设计变量。 计算进料物流所确定的固定设计变量。 确定装置中具有的不同压力的数目。 确定装置中具有的不同压力的数目。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 将串级单元数，分配器数， 将串级单元数，分配器数，侧线采出单 元数以及传热单元的数目相加为装置的 可调设计变量数。 可调设计变量数。
简单吸收塔的设计变量
N
设计变量 可以规定为: 可以规定为 固定设计变 量: 两股进 2C+4 料 每级压力 N 可调设计变 量 理论级数 1
该装置由N个绝热操作的简单平衡级构 该装置由 个绝热操作的简单平衡级构 因此有: 成,因此有 e 因此有
i
VN=D
LN+1=S
= 2c + 5
Nr = 1
N N-1 N-2 N-3
N V = C + 2 + 能量交换增加的变量数
独立变量之间约束关系
独立变量之间的约束关系包括： 独立变量之间的约束关系包括： 1 物料平衡关系（对C组分体系有 个） 组分体系有C个 组分体系有 2 能量平衡关系（对一个体系只有一个） 对一个体系只有一个） 3 相平衡关系（对C组分 相体系有 （ π+1）个） 组分π相体系有C（ 组分 ） 4 化学平衡关系（分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 5 内在关系 （指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等） 指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等）
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参考书：
刘家祺 主编.分离过程.化学工业出版社,2002.
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.
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
第1章 绪论
基本要求： 1)了解分离操作在化工生产中的重要性; 2)熟悉分离过程的分类; 3)掌握分离因子的概念及意义; 4)了解分离方法的选择;
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
• 湿法提取过程也用于磷和硼等无机矿产的生产 过程。
• 其他：
• 食品、乳品和饮料工业 • 材料工业 • 生化工业 • 环境保护
• 分离过程的重要性
• 原料净化 • 产品提纯 • 有效组分回收 • 污染物处理
典型的化工生产装置包括： 反应器；原料、中间产物和产品的分离设备； 泵、换热器；
原料 预处理 反应 分离 粗产品 精制 产品
1.1 概 述
什么是分离过程？ 纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之， 混合物变成纯净物则需作功。
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。
• 除此以外，萃取用于溶剂脱蜡，润滑油精制，溶剂脱沥青和芳烃抽提等； 吸附用于分子筛脱蜡、C8芳烃分离、烯烃和烷烃的分离等。
： • 医药工业
• 分离技术在保证药物生产及其质量中起着关键 作用；
• 抗生素等发酵类医药产品的生产中，大量应用 着过滤、萃取、吸附、膜分离、离子交换、结 晶、干燥等分离技术；
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。
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
液体 液体 液体+液体 液体+液体
膜对不同离子的选择 性渗透
胶质在电场下的迁 移速率差异
溶质溶解度与溶剂 在膜中的扩散速率 分子大小差异
1.2 分离因子
（1）分离因子的定义
假设要将i、j两组分构成的混合物分离成1、2两种产品，
1）平衡分离过程
过程名称 原 料
蒸发
液体
蒸馏
液体
吸收
气体
萃取
液体
结晶
液体
吸附 气体或液体
干燥
湿物料
浸取
固体
离子交换 液体
分离剂 热 热
不挥发性液体 不互溶液体
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
• 石油化学工业以上述原料生产种类极多、范围 极广的各种化学品，例如塑料、合成纤维、合 成橡胶、合成洗涤剂、溶剂、涂料、农药、染 料等；
• 炼油和石油化工过程紧密结合，各种分离操作 是其生产过程必不可少的组成部分。
• 蒸馏是炼油和石油工业中最主要的分离操作过程之一。常压蒸馏和减压蒸 馏按照沸程不同进行石油产品分离；
通过本课程的学习，要求我们
1）正确理解化工分离工程的有关基本概念和理论；
2）理解各概念之间的联系和应用；
3）掌握化工分离工程的基本计算方法；
4）能够理论联系实际，灵活分析和解决实际化工生产
和设计中的有关问题；
先修课程：
物理化学、化工热力学、化工原理
同时进行的课程：
化工工艺学、化工过程分析与模拟
教材：
WHY
WHY SEPARATE?
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；
• 在天然药物（如中药等）生产现代化过程中， 超临界萃取、膜分离、先进的过滤、结晶、干 燥等分离技术有用武之地。
• 冶金工业
• 湿ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ冶炼中矿物浸取和萃取分离过程——溶剂 萃取法：
• 铀是在工业中第一个使用溶剂萃取法提取和纯 化的金属元素；
• 用溶剂萃取法从铜矿浸取液中提取铜，是二十 世纪七十年代，在湿法冶炼中取得的一项重要 成就；
（二）传质分离过程的分类
按物理化学原理的不同，传质分离可分为：
平衡分离过程： 如精馏、吸收、萃取、结晶、吸附等。 借助分离剂使均相混合物变成两相系统，再利 用混合物中各组分在处于相平衡的两相中的不 等同分配而实现分离。
速率分离过程： 如微滤、超滤、反渗透、电渗析等。 在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电 位差等）的作用下，利用各组分扩散速率的差 异实现分离。
分离工程
三废处理
分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位。 分离过程的费用占总投资的50～90％。
二、分离过程的分类
（一）分离过程的分类
级数： 单级、多级
相态： 固—固、固—液、固—气、气—液、 液—液、气—气
有无传质发生： 机械分离、传质分离
处理两相以上的混合物 如过滤、沉降、离心分离等。
处理均相混合物