化工分离工程之其它分离技术简介PPT课件

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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
•
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 ppt课件

GiM, j L j1 xi, j1 V j1 yi, j1 F j zi, j ( L j U j ) xi, j
(V j G j ) yi, j 0
(i 1,2,, c) （(46-11）)
2.相平衡关系式GiE,（j 每一级有C个方程） — — E方程
xi,D Wxi,W
xi,W
n-C4 1500 0.366
0
0
n-C5 2475 0.605 25 0.004
n-C8 120 0.029 5880 0.996
合计 4095 1.000 5905 1.000
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21
2. 相平衡计算
露点计算：
xi

yi, j Ki, j
1
有：(Kl, j
(i 1,2,, c) （(46-88）)
MESH方程全塔的个数：N（2C+3）！
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5
二、变量分析
总变量数NV：
3 股进料 Q、Gj、U j
G1、UN
串级
NV N[（3 C 2） 3] 2 1 N（3C 9） 1 设计变量数：N i N x Na
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13
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
j板
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进料板
14
进料位置的近似确定法：
R — —用精馏段操作线方程计算结果
S — —用提馏段操作线方程计算结果
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)：
(
yl, j yh, j
ABCD

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

第9章其他分离技术1优秀课件

能量或分离剂
原料（一个或数个）
分离装置
两个以上的产品（浓度不同）
4
分离方法的选择
由混合物组分间的性质差、产品规模、产品纯度和回收率、环保、经济性等条件决定。
例如对空气的分离：大规模生产用深冷蒸馏法；中等规模可用膜分离法；小规模可用吸附法。
5
9.2 超临界流体萃取(Supercritical fluid extraction）
9.2.1 基本概念
一、超临界流体
超过临界温度（Tc ）和临界压力（pc）状态的流体。二、临界温度
临界温度：气体物质可能被液化的最高温度。与临界温度对应的液化压力叫“临界压力”。
三、超临界流体萃取（SFE或SCFE）以超过临界点的低温、高压、高密度气体作为溶剂，
从液体或固体中萃取所需组分，然后采用等压变温或等温变压等方法，将溶质与溶剂分离的单元操作。
600~1600 20~300 (0.2~2) 10-5
9
二、超临界流体的特点
若气体温度超过Tc，则无论压力多高，也不会液化当对比温度Tr(T/Tc)=0.9~1.2时，气体有很大的可压缩性当对比压力pr(p/pc)=1.0~3时，增加压强可使气体密度很快增大到接近普通液体的密度，且密度随温度与压强的变化而连续变化具有很高的溶解能力和快速达到传质平衡的能力物性参数在临界点附近的变化非常敏感，微小的压强和温度变化都会引起密度的很大变化(则溶解度变化很大) 被萃取物质的化学性质和超临界流体的性质越接近，溶解度就越大
表9-2 超临界流体与气体、液体物性比较
物性
密度/kgm-3 黏度/10-5Pas 扩散系数/10-4m2 s-1
气体
(常温、常压)

《化工分离工程》PPT课件

进料
溶质、盐溶剂、水
推动力：压力差（1000～10000kPa）传递机理：优先吸附毛细管流动溶解、扩散模型膜类型：非对称性膜或复合膜
整理ppt
37
渗析（D）：
目的：大分子溶质溶液脱小分子，小分子溶质溶液脱大分子。
进料
扩散液
净化液接受液
推动力：浓度差
传递机理：筛分、微孔膜内的受阻扩散
透过物：小分子溶质或较小的溶质
萃取：5、6
结晶：10
整理ppt
目的产物
18
总结：
● 原料的净化与粗分
● 反应产物的提纯
● 药物的精制和提纯
● 精选金属的提取
● 食品除水、除毒、病毒分离、同位数分离
● 三废处理
整理ppt
返回 19
1.1.2 分离过程在清洁工艺中的
地位与作用
清洁工艺：生产工艺和防治污染有机的结合，将污染物减少或消灭在工艺过程中。
挥发度（蒸汽压）有较大差
由催化裂化装置主蒸塔顶产物中回
出
热量（
别
收乙烷及较
L
ESA）
轻的烃。
萃
取
MSA
或共
L或V
沸
精
馏
原料
相态 L：
汽、液或汽液 L 混合物
液体溶剂（ MSA）或塔釜加热（
ESA）
液体共沸剂（MSA）或塔釜加热（
ESA）
改变原溶液的相对挥发度
整理ppt
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。
整理ppt
9
实例3：Fe3+和Ti4+的分离实验（二）

化工单元操作任务五膜分离技术(共93张PPT)

(5)其他类聚合物膜具体包括聚偏氟乙烯超滤膜和再生纤维素膜等。聚偏氟乙烯超滤膜可高温消毒、耐一般溶剂、耐游离氯等。
• (6)复合超滤膜分别用不同材料制成致密层和多孔支撑层，从而使两者达到最优化。
• (7)无机膜通常具有非常好的化学稳定性，热稳定性和机械稳定性，但使用有限。
• 5 超滤分离系统
• 降低供给水的混浊度悬浮物和交替物质的去除可溶性有机物的去除微生物(细菌、藻类等)去除调整进水水质(供水温度、pH)。
• 2.超滤系统工艺流程
• 超滤系统工艺流程设计有多种多样，按运行方式分为循环式、连续式和部分循环连续式。按组件组合排列形式分为一级一段、一级多段和多级等。
（1）间歇操作闭式回路间歇操作
• 1 超滤的基本概念和分离范围
• 超滤是一种在静压差为推动力的作用下，原料液中大于膜孔的大粒子溶质被膜截留，小于膜孔的小溶质粒子通过通过滤膜，从而实现分离的过程，其分离机理一般认为是机械筛分原理
• 超滤主要用于料液澄清、溶质的截留浓缩及溶质之间的分离。其分离范围为相对分子质量500～1×106的大分子物质和胶体物质，相对应粒子的直径为0.005～ 0.1µm。操作压力一般为0.1～0.5MPa。
• 4 超滤膜与膜材料
• (1)醋酸纤维素这是研究最早的超滤膜，是利用纤维素及其衍生物分子线性不容易弯曲的特点，来制备反渗透和超滤膜。具有亲水性好、通量大、工艺简单、成本低、无毒、操作范围窄、适用的pH范围窄(3～6)、容易被生物将解等特点。
• (2)聚砜类超滤膜具有化学稳定性优异、适用的pH范围宽(1～13)、耐热性好、耐酸碱性好、抗氧化性和抗氯性能好等特点。适于制作超滤膜、微滤膜和复合膜的多孔支撑膜。

《化工分离工程》PPT课件-第3讲分离过程

描述系统的独立变量数可以由进出系统的物流和系统与环境进行能量交换的情况确定具体的原则为：环境进行能量交换的情况确定具体的原则为：对一单相物流，其独立变量为：对一单相物流，其独立变量为：
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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增大，溶质开始透过，越大，透过溶质越多。
∴孔径为2t时称临界孔径。
2.传质方程通过膜的水渗透通量：
JW A[(P2 P1 ) (p 2 p1 )] Kmol / m2 s
A : 纯水渗透系数 Kmol / m2 s Pa
通过膜的少量溶质渗透通量：
JA
DMA（c
M
1
x
A1
cM 2 xMA2 )
化工分离工程之其它分离技术简介PPT 课件
第七章其它分离技术简介
化工分离工程之其它分离技术简介PPT 课件
教师：马杰
第七章其它分离技术简介
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
M1 — 料液侧表面膜中
M2 — 渗透液侧表面膜中
DMA — 膜中A的有效扩散系数
c — 总摩尔数 x — 摩尔分率 A — 溶质
— 膜厚度
XMAi XAi
XMA2
xA1
传质方向
XA2 xAi xA1
溶质在膜表面附近积累
这种现象为浓差极化
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
浓差极化对过程的不利影响： 1）使 p ,若p不变，传质通量低；
2）使截留率下降 3）XAi高于溶解度时，会出现沉淀，使膜阻力增加。
减轻浓差极化的有效途径：提高传质系数
方法：增加料液流速；增加湍流速度；提高温度；
清洗膜面。
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
（4）料液的浓缩程度浓缩程度高，水回收率高。但：① 有效压差小； ② 污染膜。
（5）膜材料与结构（主要研究方向）
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
四、反渗透过程工艺流程与计算 1. 一级一段连续式
原水储槽
膜组件
产水
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
2闭路循环
原水储槽
膜组件
产水
料液不返回到原料槽，而是返回到膜组件
特点：目标产物浓度的增加比开路循环快，透过通量小于开路循环。
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
（T
,P2
)
（0T
（
,P2 )
（0T
,P1
）
)
渗透方向：水膜盐水 (图a）
2. 由于水的渗透， P2开始升高，若 P2 P1 p 时（T ,P2 ) （0T ,P1 )；水达到动态平衡（图 b）。 p 为水的渗透压。
3. 在溶液端加压，使 P2 增高，P2 P1 p （T ,P2 ) （0T ,P1 )
二
、
设
备
：
管式
卷式
板框式
• 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
小数或百分数表示。
R
原料浓度透过物浓度原料浓度
100%
CF CP (1 CP ) 100%
CF
CF
c. 分离系数：（）
1）是否筛分机理反渗透采用膜孔径：2nm 不通过离子：无机离子直径：0.1—0.3nm 水合离子直径：0.3—0.6nm 小于孔径
所以：不存在筛分机理
2）选择吸附——毛细孔流动模型
界面上的脱盐水
多孔膜
多孔膜
ⅰ）水优先吸附膜表面，形成纯水层厚度
t=1nm ⅱ）无机离子受排斥，不能进入纯水层，价
数越高，斥力越强。 ⅲ）当膜孔径≤2t时，透过的是纯水，孔径
渗透方向：盐水膜水 (图 C）
溶液中水反渗透，使溶液增浓。
对于实际反渗透过程：
溶剂渗透时，少量溶质也渗透，两边都有溶质，溶质与水之间各有渗透压，对于正常操作：
设：p 1、p 2 — 原料侧、通过液侧渗透压
p 0
p2 p1 (p 2 p 1 )
一般：（p2 p1）为2 — 10MPa
二、过程机理与传质方程 1.过程机理（不成熟）
透过物A浓度原料A浓度透过物其它组分浓度原料中其它组分浓度
yA xA 1 yA 1 xA
d. 通量率减系数
膜渗透通量随时间减少
J J0m
— 使用时间
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
中心管
多孔支撑材料
进料液隔网
盐水
淡化水流
膜
（3）管式膜具
透过液
中心分布管
料液浓Leabharlann 液纤维束管返回7.1.2 反渗透
透过：溶剂截留：水中无机离子、胶体物质、大分子溶液应用：海水、苦咸水淡化；废水处理；锅炉用水软化；乳品、果汁浓缩；生产产品、生物制剂的分离、浓缩。
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
返回
7.1.1 分离用膜和膜分离设备
一、膜种类
天然膜生物膜天然物质改性膜
人工膜无机膜金属膜非金属膜
有机膜均质膜微孔膜非对称性膜复合膜离子交换膜
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
五、应用举例
1. 反渗透（RO）技术在果蔬汁浓缩中应用
反渗透超滤
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
反渗透过程通量与下列因数有关：（1）操作压差：△P
p △P ↑ ,使 JW=A（ △P —△ )↑
但有能耗大。∴ 选择适当的 △P (2)操作温度:T
T ↑,使纯水的透过系数A ↑,J ↑ 但受膜耐温所限。
(3)料液流速流速大,传质系数大。但溶质的渗透通量JA大。
化工分离工程之其它分离技术简介(pp t115页 )
一、基本原理盐水溶液：
膜
纯水溶液 P1 P2
a. P1=P2
P1 P2
b. P1<P2
且：P2﹣P1=∏
P1 P2 C. P2﹣P1>∏
讨论：盐水溶液
1.设纯水的化学位：（0T ,P1 ) 溶液中水的化学位：（T ,P2 ) （0T ,P2 ) RT ln a
一般活度a 1，即RT ln a 0