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化工分离过程-1ppt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

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

化工原理第三版(讲课用)PPT课件

化工原理第三版(讲课用)PPT课件

七、教学安排 1. 理论课 108学时+课程设计2周+实验 2. 理论课安排 3. 考核
八、 参考书
1. 王志魁.化工原理(第三版). 北京：化学工出版 社,2005
2. 陈敏恒.化工原理(上下册). 北京：化学工出版 社,2000
3. 何潮洪，窦梅，朱明乔，等.化工原理习题精解 (上册).北京：科学技术出版社,2003
2. 欧拉法 描述空间各点的状态及其与时间的关系 例如:速度的描述
ux＝fx(x，y，z，t)
uy＝fy(x，y，z，t) uz＝fz(x，y，z，t)
四、定态与稳定
1. 定态 指全部过程参数均不随时间而变 定态流动：流场中各点的流动参数只随位置变化而 与时间无关。 非定态流动：流场中各点的流动参数随位置与(或) 时间而变化。
二、流体质点与连续性假设 1. 质点的含义 质点：由大量分子构成的集团(微团)，是保持流 体宏观力学性的最小流体单元，从尺寸说是微观上充 分大，宏观上充分小的分子团。 微观上充分大 分子团的尺度>>分子的平均自由程 对分子运动作统计平均，以得到表征宏观现象的物理量
宏观上充分小 分子团的尺度<<所研究问题的特征尺寸 物理量都可看成是均匀分布的常量
三 、本课程研究方法
1 .实验研究方法(经验法)
2. 数学模型法(半经验半理论方法)
合理 分析 简化 过程 机理
数学
物理 描述 数学
模型
模型
求解
含模型参 数的结果
实验
求得模 型参数
四 、联系单元操作的两条主线 传递过程 研究工程问题的方法论
五、 化工过程计算的理论基础
化工过程计算的类型：设计型计算和操作型计算

化工分离过程

化工分离过程

•y••i•′,•j
•xi,j •x••′i•,•j
•j
上的位置无关，令板上 的液层高度为Z， 液体在板上流动路程的长度为L，假定 液相组成在垂直方向上与Z无关，在水
•，•yi,j+1
•J
平方向上是L 的函数。当汽相通过板上 液层高度为dZ的微元时，组分i 的传质
•图5-2 点效率模型 量为：
PPT文档演模板
HETP指的是填料的理论板当量高度，即多少 米高的填料相当于一块理论板。
在工程设计计算中，填料层的理论高度计算就 依赖于HETP：
由于HETP受很多因素的影响，因此在计算或 选择使用HETP时要慎重考虑。
PPT文档演模板
化工分离过程
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
（3）使用HETP的注意要点
PPT文档演模板
化工分离过程
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
•流型和混合效应
塔板上任意一点的液体都可能存在三个方 向的混合：
▪①沿液体流动方向的混合，称为轴向混合； ▪②垂直于塔板液面、沿汽流方向的混合，通
常假定此方向的混合为完全混合； ▪③在塔板平面上与液流方向垂直的混合，称
为横向混合。
① 液相的塔顶分布和再分布：分布是否均匀直接影响填 料的润湿，从而影响传质效果使HETP增大。因此，在选 择HETP时应同时选择与之配套的液体分布形式。
② 气相进入填料层的初始分布：气体分布不均会导致填 料层中流动不均匀而出现传质情况不好。通常小径塔不需 要气体分布器，但大塔则必须要有。在选择HETP时要留 有适当的余地。
5.1.2 气液传质设备的效率及其影响因素
•默弗里板效率与点效率的主要区别
1、默弗里板效率中的是离开塔板的液体平均组成的平衡 气相组成，而点效率中的为塔板上某点的液相组成平衡的 气相组成； 2、点效率中的是离开塔板上某点的液体组成气相组成， 而默弗里板效率中的为离开液层的气相组成；

化工分离工程01[1]

化工分离工程01[1]

精选课件
11
结论：
分离有时是自发过程、混合有时也不能自发进行； 总自由能决定体系是趋向分离、还是趋向混合，即：
G总＝势能项＋熵项＝µi＋RT lnai 均相体系中只存在浓度差 自发混合。 非均相体系中除浓度差外，还存在各种相互作用（势能 ） 各组分趋向于分配在低势能相。（自由能降低）
精选课件
12
1.1分离过程在工业生产中的地位和 作用
精选课件
10
Ti4+留在水相
Ti4+的亲水作用势能驱使Ti4+留在水相； Ti4+的浓度差产生的化学势驱使Ti4+均匀分布在整个空间； Ti4+的亲水作用势能远大于浓度差化学势，所以，Ti4+留在水相
Fe3+进入乙醚相
Fe3+的浓度差产生的化学势驱使Fe3+均匀分布在整个空间； [(C2H5)2OH]+[FeCl4]的亲溶剂（疏水）势能驱使Fe3+进入乙醚相 ； 亲溶剂势能远大于浓度差化学势，所以，Fe3+进入乙醚相
精选课件
8
实例3：Fe3+和Ti4+的混合实验（一）
混合均匀
Fe3+ 6mol/L HCl
Ti4+ 6mol/L HCl
抽掉隔板
Fe3+ Ti4+ 6mol/L HCl
Fe3+ Ti4+ 6mol/L HCl
抽调隔板后Fe3+和Ti4+将自发混合均匀，这是因为： 体系中除浓度（活度）差外不存在其他势场。 浓度差对化学势的贡献属熵的贡献， 熵增势能驱使Fe3+和Ti4+在整个体系范围内从有序向无序变化。
萃取：5、6

化工分离过程课件陈洪钫,刘家祺编第四章多组分多级分离严格计算

化工分离过程课件陈洪钫,刘家祺编第四章多组分多级分离严格计算

MESH方程全塔的个 数：N（2C+3）！
二、变量分析
G1、UN
总变N 量 V：数
3 股进料 Q、Gj、U j
串级
NVN[（ 3C+2） +3]-2+1N（ 3C+9） -1
设计变N量 i N数 x+N ： a
N x：
Na：串级单元数 1
进料 N（C + 2） 侧采单元数（ 2 N-1）
压力 N
N-1级：AN-1xi,N-2 +BN-1xi,N-1+CN-1xi,N DN-1
N级：ANxi,N-1+BNxi,N DN
BA12
C1 B2
C2


xi,1 xi,2


D1 D2




Aj Bj Cj


xi, j
萃取精馏：被萃取组分在塔釜回收率高， 从釜计算。
共沸精馏：共沸物在塔顶能准确估计， 从顶开始
习题：
P148 2题
返回
第三节 三对角矩阵法
将MESH方程分成三组：
1.修正M方程 用三对角线矩阵求 表解 示 xi， ，j
2.S方程 求解 Tj；yi，j
3. H方程 求解V（ j Lj）
适用于：
操作型计算
Newton-Raphson法：松弛法；等…
返回
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：
V1 L0 DxLK,D FL
ziF V
L
N -1
N

化工原理课件非均相物系分离

化工原理课件非均相物系分离

吸附热
物理吸附过程中放出的热量较小，接近于相应 气体的液化热。
可逆性
物理吸附在一定条件下是可逆的，即被吸附的物质在一定条件下可以解吸。
化学吸附
吸附热
化学吸附过程中放出的热量较大，接近于化 学反应热。
吸附力
化学吸附涉及电子的转移或共有，形成化学 键。
不可逆性
化学吸附通常是不可逆的，需要特定的条件 才能解吸。
06
其他分离方法
电泳分离
电泳分离原理
利用物质在电场作用下的电泳行为差异进行分离。
电泳设备
主要包括电泳槽、电极、电源和检测系统等。
电泳分离应用
广泛应用于生物大分子如蛋白质、核酸的分离纯化，也可用于小 分子和离子的分离。
膜分离技术
膜分离原理
利用膜的选择透过性，使混合物中的不同组分在 膜两侧产生浓度差，从而实现分离。
05
吸附分离
吸附分离原理
吸附作用
利用吸附剂对混合物中各组分的选择性吸附作用，使 混合物得以分离。
吸附平衡
在一定温度和压力下，混合物中的各组分在吸附剂上 的吸附量达到平衡。
吸附等温线
描述在一定温度下，吸附量与混合物组成之间的关系 曲线。
物理吸附
吸附力
物理吸附主要依靠分子间作用力（范德华力） 进行吸附。
化工原理课件非均相物系分离
汇报人：XX
目录
• 非均相物系概述 • 沉降分离 • 过滤分离 • 萃取分离 • 吸附分离 • 其他分离方法
01
非均相物系概述
定义与分类
定义
非均相物系是指物系内部存在两种或 两种以上不同相态的物质，且这些物 质之间具有明显的界面。
分类
根据相态的不同，非均相物系可分为 液-固、气-固、气-液等类型。

《化工传质与分离过程》第一章 传质过程基础

《化工传质与分离过程》第一章 传质过程基础
B B
相界面
第一章 传质过程基础
1.1 质量传递概论与传质微分方程 1.1.1 质量传递概论 1.1.2 传质微分方程
一、传质微分方程的推导
1.质量守恒定律表达式 （x, y, z）
dy
采用欧拉方法推导
流体 微元 边长 dx、 dy、dz 体积 dxdydz 质量 dxdydz
y
dx
dz
z
微分质量衡算
展开可得
u x u y u z A( ) x y z
D A D
A A A A ux uy uz x y z
j Ax j Ay j Az rA 0 x y z
一、传质微分方程的推导
即
u x u y u z D A j Ax j Ay j Az A( ) rA 0 x y z D x y z
主体 流动 通量
1 Au A[ ( Au A Bu B )] a A (n A nB )
组分B的主体流动质量通量
B u a B (n A n B )
三、传质的速度与通量
组分A的主体流动摩尔通量
1 c Aum c A[ (c Au A cBuB )] x A ( N A N B ) C
三、传质的速度与通量
由
c Au A D AB
JA
dc A c Au m dz dc A dz
c A (u A u m ) D AB
故
dcA N A DAB xA ( N A N B ) dz
三、传质的速度与通量
d A n A D AB a A (n A n B ) dz dcA N A DAB xA ( N A N B ) dz

《化工分离工程》PPT课件-第1讲绪论

《化工分离工程》PPT课件-第1讲绪论

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。
第六页，共53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）
1、废物直接再循环；
2、进料提纯；
3、除去分离过程中加入的附加物质； 4、附加分离与再循环系统；
清洁工艺除应避免在工艺过程中生成污染物，即从源头减少三废之外，生成废 物的分离、再循环利用和废物的后处理也是极其重要的，而这后一部分任务在多是 由化工分离操作承担和完成的。
第二十四页，共53页。
(1)化工分離技術的多樣性
混合物产品1产品2产品n能量分离剂esa物质分离剂msa基础理论体系专业基础理论及专业专业基础理论体系专业课程体系无机化学有机化学生物化学分析化学物理化学高等数学工程数学物理学等化学动力学及热力学化工原理化工传递过程化学反应工程化工热力学化工分离工程化工系统工程过程的平衡限度过程的速度反应过程物理过程化工热力学研究的问题化学动力学和反应工程研究的问题单元操作和传递过程研究的问题化学动力学研究化学反应的动力学规律化学反应工程研究实现过程的设备传递过程研究过程的速率与传递机理单元操作侧重过程的设备与工程问题分离工程研究应用质量传递原理实现组分分离的基本原理及工程化问题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

《化工分离工程》课件

《化工分离工程》课件

分离过程优化
参数优化
新技术应用
通过调整工艺参数，如温度、压力、 流量等，优化分离过程，提高分离效 率和产品质量。
关注并引入先进的分离技术，如膜分 离、超临界流体萃取等，提高分离过 程的效率和降低能耗。
设备改进
针对现有设备的不足，提出改进措施 ，如改进塔内件、优化换热器等，提 高设备的分离性能和生产能力。
分离设备选型
根据分离流程的需要，选 择适合的分离设备，如蒸 馏塔、萃取塔、过滤器等 。
工艺流程设计
根据原料和产品的性质， 设计合理的工艺流程，确 保分离过程的效率和稳定 性。
能耗和效率分析
能耗分析
分析分离过程中的能耗来源，如热能 、电能等，并提出节能措施。
效率分析
评估分离过程的效率，包括分离效率 和生产效率，并提出提高效率的措施 。
02
蒸馏可以分为简单蒸馏、平衡蒸 馏和连续蒸馏等多种方式，适用 于从石油、天然气、煤等原料中 提取轻质烃、芳烃等。
萃取
萃取是利用不同物质在两种不混溶液体中的溶解度差异，将目标物质从一种溶剂 转移到另一种溶剂中。
萃取广泛应用于化工、制药、食品等领域，如从植物中提取天然色素、从海水中 提取铀等。
吸附
天然气工业
天然气的净化与分离，如天然 气脱硫、脱水等。
食品工业
食品的加工与分离，如果汁的 浓缩与提纯、乳制品的加工与 分离等。
石油工业
石油的分离与提纯，如石油裂 化、液化气分离等。
制药工业
药物的提取与分离，如中药的 提取、化学药物的合成与分离 等。
环保领域
废气、废水的处理与资源化利 用，如烟气脱硫脱硝、污水处 理等。
05
化工分离工程的实际应用案例
石油工业中的分离技术

《化工分离技术》课件

《化工分离技术》课件
在固废处理环节，分离技术用于将固体废物中的有用组 分进行回收或分离，以实现资源的再利用。
其他工业领域的应用
除了上述领域外，分离技术还 广泛应用于食品工业、化学工
业、电子工业等领域。
在食品工业中，分离技术用于 食品的加工、提取和纯化等环 节，如提取咖啡因、茶多酚等
。
在化学工业中，分离技术用于 化学品的生产、分离和纯化等 环节，如合成高分子材料、精 细化学品等。
根据膜的性质和结构的不同，膜分离可以分为微滤、超滤、纳滤、 反渗透等。
膜分离技术的应用
膜分离技术在饮用水处理、工业废水处理、物料浓缩等领域广泛应用 。
其他分离技术
• 其他常见的分离技术包括色谱分离、电泳分离、泡沫分离 等。这些技术各有特点和应用范围，可根据具体需求选择 使用。
03
分离过程与设备
蒸馏过程与设备
制药行业
分离技术用于药物的提取 、纯化和分离，如结晶、 过滤等。
食品工业
分离技术用于食品的加工 和分离，如果汁的过滤和 脱色等。
02
分离原理与技术
蒸馏技术
蒸馏技术原理
蒸馏是一种基于物质沸点差异的分离 技术，通过加热使液体混合物沸腾， 然后将蒸汽冷凝成液体，从而实现组 分的分离。
蒸馏技术分类
蒸馏技术的应用
根据操作方式的不同，萃取可以 分为单级萃取、多级萃取、逆流
萃取等。
萃取技术的应用
萃取技术在化工、制药、环保等 领域广泛应用，可用于分离液体
混合物和固体混合物。
吸附分离技术
吸附分离技术原理
吸附是，使目标组分被吸附 在吸附剂表面，从而实现组分的分离。
蒸馏定义
蒸馏是一种利用混合物中各组分挥发度不同而实现分离的单元操 作。

化工生产技术PPt课件01第一章

化工生产技术PPt课件01第一章
载体作为催化剂的支架，是催化剂组成中含量最 多的一种成分；
载体是具有高比表面积的固体物质（多孔物质）； 如硅酸盐类硅藻土、蒙脱石、沸石等天然无机氧 化物；硅胶、活性炭、人造沸石、分子筛等人工 合成的多孔物质，
天津石油职业技术学院
催化剂
载体的主要功能：
提高催化剂的机械强度和热传导性； 减少催化剂的收缩，防止活性组分烧结，从而提
二、化工产品
原料经过化学变化和一系列加工过程所得到的目的 产物。
化工产品中一般都含有原料中的部分原子 一种物质有时是原料，有时又是产品，要根据实际生产 过程的需要具体确定。
天津石油职业技术学院
化工生产过程知识目标
第二节 化工生产原料准备过程
1 中间产品
化工生产过程中作为下一个工序原料的目的产物 中间产品一般不能直接应用，需经过进一步加工才能 变成可直接利用的产品。化工企业所生产的产品，大多属 于中间产品。
（1）中毒及碳沉积
催化剂中毒的一种形式是毒物将催化剂活性物质转变成钝 性的表面化合物，使其活性迅速下降。另一种情况是一些 重金属（Ni、Cu、V、Fe等）化合物沉积在催化剂上，使 选择性下降。有时某些毒物阻塞了孔隙，使反应物不能到 达催化剂的活性表面。 碳沉积指的是一些有机反应物在进行主反应的同时，因深 度裂解而生成碳或由于聚合反应生成聚合物、焦油等物质 覆盖了催化剂表面，使催化剂失去活性。
用催化剂； 催化剂的应用，提高了原料的利用率、扩大
了原料来源和用途； 催化剂在环保、能源开发等方面也具有突出
的作用； 催化剂作用研究已成为现代化学研究领域的
一个重要分支。
天津石油职业技术学院
催化剂
催化剂的作用：
①加快化学反应速度，提高生产能力；②对于复 杂反应，可有选择地加快主反应的速度，抑制副 反应，提高目的产物的收率；③改善操作条件、 降低对设备的要求，改进生产条件；④开发新的 反应过程，扩大原料的利用途径，简化生产工艺 路线，从而提高设备的生产能力和降低产品成本； ⑤消除污染，保护环境。

《化工传质与分离过程》第一章传质过程基础

《化工传质与分离过程》第一章传质过程基础

主体
组分A的主体流动质量通量
流动 通量
Au
A[
1
(
Au
A
BuB
)]
aA
(nA
nB
)
组分B的主体流动质量通量
BuaB (n A nB )
三、传质的速度与通量
组分A的主体流动摩尔通量
cAum
cA[
1 C
(cAuA
cBuB )]
xA(N
A
NB
)
组分B的主体流动摩尔通量
cBum xB (N A NB )
主体 NxA um
流动 NxB
NA NB 0
动现象。
示例：用水吸收空气 中的氨
JB
NA
J
A
Nx
A
NB
J
B
Nx
B
0
J Nx
B
B
第一章 传质过程基础
1.1 质量传递概论与传质微分方程 1.1.1 质量传递概论 1.1.2 传质微分方程
一、传质微分方程的推导
1.质量守恒定律表达式 采用欧拉方法推导
混合物的主体流动速度即为平均速度
u＝ uf （um＝ uf ）
三、传质的速度与通量
组分A的扩散速度
udA = uA－ u udA = uA－ um
组分B的扩散速度
udB = uB－ u udB = uB－ um
质量基准 摩尔基准
质量基准 摩尔基准
三、传质的速度与通量
组分A的扩散质量通量
j A A (u A u)
第一章 传质过程基础
1.1 质量传递概论与传质微分方程 1.1.1 质量传递概论
一、混合物组成的表示方法 二、质量传递的基本方式 三、传质的速度与通量 1. 传质速率与传质通量 2. 传质速度的表示方法

《化工分离工程》PPT课件

《化工分离工程》PPT课件
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。
整理ppt
20
反渗透过程通量与下列 △P —△ )↑
但能耗大。应选择适当的 △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。
整理ppt
21
（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）
整理ppt
22
四、反渗透过程工艺流程与计算 1. 一级一段连续式
盐水
淡化水流
膜
整理ppt
10
（3）管式膜具
透过液
中心分布管
料液
浓缩液
纤维束管
整理ppt
11
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。
整理ppt
12
一、基本原理 盐水溶液：
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
x — 摩尔分率 A — 溶质
—膜厚度
整理ppt
18
三、浓差极化
xMAi xAi
xMA2
xA1
xA2 xAixA1
传质方向
溶质在膜表 面附近积累
这种现象为浓差极化
整理ppt
19
浓差极化对过程的不利影响：
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分离工程
教师：何寿林
本课程的任务和内容
■地位：专业基础课 ■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
上述原因促使：
传统分离过程不断改进和发展 例：反应精馏；吸附；… 新分离方法不断出现和实现工业化应用 例：膜分离；热扩散；色层分离；…
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1.2 传质分离过程的分类和特征
一类：机械分离
特点：被分离物为非均相 简单的将混合物分开 如：过滤、沉降…
化工原 理内容
二类：传质分离 包含： 平衡分离过程；速率控制分离 特点：被分离物为均相
优点：集原分离过程之所长，避其所短。 适用于: 特殊物系的分离。 ◆萃取结晶（加和结晶） 分离：①挥发度相近的组分。
②无机盐生产（优点：节能）
溶剂可萃取出部分水。
◆吸附蒸馏
气一液一固三相分离过程
吸附分离优点 ：
分离因子高，产品浓度高，能耗低。
缺点：吸附剂用量大 ，收率低。 ——形成互补
◆电泳分离
不同蛋白质在一定pH值的缓冲溶液中，其溶解度不 同，在电场作用下，这些带电的溶胶离子在介质中的 泳动速度不同，实现不同蛋白质的分离。
微孔过滤（MF）：
目的：溶液脱离子，气体脱离子
进料
颗粒、纤维
（液体和气体）
溶剂、水、 气体
推动力：压力差（～100kPa） 传递机理：筛分 膜类型：多孔膜
超滤（UF）：
目的：溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大 分子分级。
进料
胶体大分子
溶剂、水
推动力：压力差（100～1000kPa） 传递机理：筛分 膜类型：非对称性膜
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1.3.3 过程的集成
一、传统分离过程的集成
合理组合传统分离过程，扬长避短，达 到高效、低耗和减少污染的目的。
共沸精馏与萃取集成
环己烷 +苯
环己烷+丙 酮共沸物
环己烷 丙酮+水
丙酮
水
丙酮
纯苯
水
优点：无污染
二、传统分离过程与膜分离的集成
将膜技术应用到传统分离过程中 ◆渗透蒸发
用来分离挥发性液体混合物，恒沸、近沸点物系。 ◆蒸汽渗透 例：发酵液脱水制无水乙醇
V
吸
相态 介： 理： 用：
收 蒸
L或V
MSA ：
气体或 液体
液体吸收 剂（MSA ）；加入
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）
反渗透（RO）：
目的：溶剂脱溶质，含小分子溶质溶液浓缩。
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
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
净化液 接受液
液
推动力：浓度差
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。
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
1.2 传质分离过程的分 类和特征
1.2.1 平衡分离过程 1.2.2 速率分离过程
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1.2.1 平衡分离过程
混合物 分离设备
产品
分离媒介
分离媒介：能量、物质、压力 平衡分离过程——借助分离媒介，使均相混合物系统变
成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡 的两相中不等同的分配为依据而实现分配。
水与醇形成二元共沸物，共沸点:78.15℃， x=0.894（mol）
三、膜过程的集成 优点：取长补短 例：分离悬浮液为高固体含量物料
将超滤、反渗透、渗透蒸馏组合在一起。 返回
膜类型：离子交换膜
热扩散：
顶瓶
温度 梯度
底瓶
热线 冷壁
原理：
先建立稳定的温度梯度， 气体中较轻的组分向热线 方向飘逸，再建立稳定的 浓度梯度，热线附近的气 体由于密度较小流向上顶 瓶；冷管壁附近的气体由 于密度较大向下底瓶流动。
速率分离过程特点：
■节能 ■环保优势 ■新的方法
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1.3.分离过程的集成化
例2：二甲苯生产
放
混合二甲苯 循环混合二甲苯
3
H2
空
轻烃类 非芳烃
苯和甲苯 芳烃
H2
乙二醇
12
45
9
3 H2
678
10 11 13
石脑油 进料
12
重芳烃 对二甲苯
间二甲苯 和邻二甲 苯
1-重整反应器；2、13-汽液分离器；3-压缩机；4-脱丁烷塔；5-萃取塔 6-再生塔；7-甲苯塔；8-二甲苯回收塔；9-冷却器；10-结晶器； 11-异构化反应器；12-熔融塔
与化工分离过程密切相关的有：
●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。
乙
烯
循环乙烯
放 空
水
水
放 空水
氢
12
C 2H 4H 20 C 2H 5OH
345 6 7
乙
醛
水
93% 产品
8 9 10
废水
废水
1-固定床催化反应器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-闪蒸塔；6-粗馏塔； 7-催化加氢反应器；8-脱轻组分塔；10-产品塔
涉及分离过程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10；闪蒸：4
● 原料：石脑油 沸程120～230K
●加氢重整后得到：轻油 非芳烃 苯 甲 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℃
144.411 ﹣25.173
139.104 ﹣47.872
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：
● 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
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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。
——面向21世纪社会和经济可持续发展的 重大课题。
控制释放
将药物或其他生物活性物质以一定形式与膜 结构相结合，使这些活性物质只能以一定速度通 过扩散等方式释放到环境中。
膜生物传感器 由生物催化剂酶或微生物与合成膜及电极转
换装置组成，模仿生物膜对化学物质的识别能力 制成，为酶膜传感器和微生物传感器 。
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1.3.2分离过程与分离过程的耦合
复合分离过程
被溶解的组分与吸收剂中的活性组分发生反应 ，增加传质推动力。
化学萃取——化学反应与萃取相结合
溶质与萃取剂反应。如：络合反应；水解；聚合
反应（催化）精馏——化学反应与精馏相结合
例：酯化、皂化、酯交换、胺化、水解…
膜反应器——优良分离性能与催化反应相结合
例：利用多孔陶瓷膜催化反应器，进行丁烯脱氢 制丁二烯。丙烷脱氢制丙烯。
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
截留物：截留﹥0.02um离子、截留血液﹥0.005um离子 膜类型：非对称性膜或离子交换膜
电渗析（ED）：
目的：溶液脱小离子，小离子溶质的浓缩、小离
子的分级。
浓电解质
产品
＋
－
极
极
阴离子交换膜
进料
阳离子交换膜
推动力：电化学势
传递机理：反离子经离子交换膜的迁移
目的：实现清洁工艺 使物料能量消耗最小； 经济效益、社会效益最大。
1.3.1反应过程与分离过程的耦合 1.3.2分离过程与分离过程的耦合 1.3.3 过程的集成
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1.3.1反应过程与分离过程的耦合
目的：
改善不利的热力学和动力学因数， 减少设备、操作费用、节约资源和能 源。
化学吸收——化学反应与吸收相结合
平衡分离过程的分离单元操作
原料 分离媒 分离原 工业应
闪
相态： 介： 理： 用：
蒸
减压 挥发度（ 海水淡化生
液体
蒸汽压） 产纯水；吸 有较大差 收液的解吸
别
。
原料 分离媒介：
石油裂解气
精
相态： 热量，有时 汽、液 用机械功
的深冷分离 ；苯、甲苯
馏
或汽液 混合物