化工分离工程完整版
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化工分离工程第一章绪论1.1概述1.1.1 分离过程的发展与分类随着世界工业的技术革命与发展,特别是化学工业的发展,人们发现尽管化工产品种类繁多,但生产过程的设备往往都可以认为是由反应器、分离设备和通用的机、泵、换热器等构成。
其中离不开两类关键操作:一是反应器,产生新物质的化学反应过程,其为化工生产的核心;-其中离不开两类关键操作:一是反应器,产生新物质的化学反应过程,其为化工生产的核心;-于是研究化学工业中具有共同性的过程和设备的规律,并将之运用于生产的“化学工程”这一学科应运而生。
分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。
机械分离过程的对象都是两相或两相以上的非均相混合物,只要用简单的机械方法就可将两相分离,而两相间并无物质传递现象发生传质分离过程的特点是相间传质,可以在均相中进行,也可以在非均相中进行。
传统的单元操作中,蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、结晶等单元操作大多在两相中进行。
依据处于热力学平衡的两相组成不相等的原理,以每一级都处于平衡态为手段,把其他影响参数均归纳于效率之中,使其更符合实际。
它的另一种工程处理方法则是把现状和达到平衡之间的浓度梯度或压力梯度作为过程的推动力,而把其他影响参数都归纳于阻力之中,传递速率就成为推动力与阻力的商了。
上述两种工程处理方法所描述的过程,都称作平衡级分离过程。
分离行为在单级中进行时,往往着眼于气相或液相中粒子、离子、分子以及分子微团等在场的作用下迁移速度不同所造成的分离。
热扩散、反渗透、超过滤、电渗析及电泳等分离过程都属此类,称速率控制分离过程,都是很有发展潜力的新分离方法。
综上所述,分离过程得以进行的基础是在“场”的存在下,利用分离组分间物理或化学性质的差异,并采用工程手段使之达到分离。
显然,构思新颖、结构简单、运行可靠、高效节能的分离设备将是分离过程得以实施乃至完成的保证。
1.1.2 分离过程的地位广泛的应用、科技的发展、环境的需要都说明分离过程在国计民生中所占的地位和作用,并展示了分离过程的广阔前景:现代社会离不开分离技术,分离技术发展于现社会。
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。
绪论1、分离:混合物中各组分在物理或化学性质上的差异,通过适当的装置或方法,使各组分分配至不同的空间区域或者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。
特殊精馏1、特殊精馏包括:恒沸精馏、反应精馏、萃取精馏和加盐精馏等。
2、恒沸精馏:在沸点接近或具有恒沸点的溶液中加入新组分,使新组分与混合液中某一个或几个组分形成新的恒(共)沸物,从而使原料液能用普通精馏法进行分离。
3、萃取精馏:将一萃取剂加入到欲分离的混合物中,由于它与各组分的作用不同,而改变了原组分间的相对挥发度,使普通的精馏方法可分离混合液。
加入萃取剂后形成的溶液为非理想溶液,故萃取精馏是多组分非理想溶液的精馏。
4、萃取精馏的工艺流程:由于萃取剂沸点高于原溶液各组分的沸点,故总从塔釜排出。
为了在塔的绝大部分上均能维持较高的萃取剂浓度,萃取剂加入口一定要在原料进口以上,但一般又不能从塔顶引入,因为萃取剂入口以上须有若干塔板,组成萃取剂回收段,以便馏出物从塔顶引出前能将其中萃取剂的浓度降至可忽略程度。
5、恒沸精馏与萃取精馏的比较共同点:加入第三组分形成非理想溶液,改变被分离组分的活度系数,从而增大他们之间的相对挥发度,使得用精馏的方法达到分离的目的。
不同点:(1)恒沸剂的选择,一定要符合能生成恒沸物的条件,其用量也要受所形成的恒沸物组成所控制,因此可供选择作为恒沸剂的溶剂不如萃取精馏中的萃取剂多,且萃取精馏中的萃取剂的用量不像恒沸剂的用量受到条件的控制。
(2)萃取精馏中的萃取剂的沸点比原溶液中各组分的沸点都高,为系统中的最重组分,它将从塔釜流出;而恒沸精馏中的恒沸剂不受此限制,它也可能是系统中最轻的组分。
在恒沸精馏中,很多情况下恒沸剂是从塔顶以恒沸物形式馏出。
(3)由于一般恒沸剂是从塔顶引出,故而能耗比较大;只有当恒沸物中含恒沸组分比较少,使恒沸剂用量少时,恒沸精馏的能耗才可能比萃取精馏小。
(4)恒沸精馏可连续也可间歇操作;而萃取精馏只能用于连续操作,不宜间歇操作;(5)在热敏性组分存在时,因恒沸精馏可在比萃取精馏低的温度下进行,故恒沸精馏比萃取精馏有利。
天津大学化工分离工程完整教案第一章绪论一、学习目的与要求通过本章的学习,能对传质分离过程有一个总体了解。
二、考核知识点与考核目标(一)、化工分离操作在化工生产中的重要性(一般)识记:化工分离操作在化工生产中的重要性分析。
(二)、分离过程的分类和特征(次重点)识记:分离过程的分类和特征,传质分离过程的分类和特征。
§1.1 本课程的内容和任务§1.1.1课程内容、性质与特点该课程是化学工程专业所开设的一门专业基础课之一。
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,它是一门与实际生产联系极其紧密的课程,是学生在具备了物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等技术知识后的一门必修课,它利用这些课程中有关相平衡热力学、动力学机理、传热、传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系的分离和提纯技术。
由理想理想气体实际气体理想溶液实际溶液由简单复杂二元精馏多元精馏单组分吸收多组分吸收§课程设置的目标开设本课程,为了使学生掌握各种常用的分离过程的基本理论、操作特点、简捷和严格计算方法和强化改进操作的途径。
对一些新分离技术有一定的了解。
1、注重基本概念的理解,为分离工程的选择、特性分析和计算奠定基础;2、分离过程的共性出发,讨论各种分离过程的特征;3、强调工程和工艺相结合的观点,注意设计和分析能力的训练,强调理论联系实际,提高解决问题的能力。
§1.1.3与本专业其他课程的关系与该专业课相关的基础课《物理化学》、《传递过程原理》、《化工原理》、《化工热力学》等与本课程有着相当密切的关系,是本课程的技术基础课,同时本课程又是《化工工艺设计与化工过程开发》的基础,它与《化工反应工程》紧密相连,只有这些课学好了才能学好这门课,做好毕业设计。
§学习方法及要求1. 理解重要公式的推导过程及推导假设,掌握公式及公式的使用范围;2. 掌握各种分离过程的基本原理、理论、操作特点,简捷法(FUG)和严格计算法及强化改进操作的途径,对设备的特殊要求;3. 该课程应用性、技能性较强,须认真地做习题,加深对所学内容的理解;4. 会用计算中常用到的手册和图表提高使用图表的能力。
绪论一: 分离工程在工业生产中的地位和作用:1.分离工程定义: 将混合物分成组成互不相同的两种或几种产品的操作2.化工生产装置: 反应器+分离设备+辅助设备( 换热器、泵)3.分离工程重要性:( 1) 纯化原料: 清除对反应或催化剂有害的杂质, 减少副反应、提高收率。
( 2) 纯化产品: 使未反应物质循环。
( 3) 环境治理工程: 去除污染物。
4.分离工程发展现状:5.分离过程在清洁生产中的地位和作用: 废物减少( 分离系统有效分离和再循环) 废物直接再循环+进料提纯+除去分离过程中加入的附加物质+附加分离与再循环系统二: 传质与分离过程的分类和特征:1.过程:( 1) 机械分离: 两相以上的混合物分离( 过滤、沉降、离心分离、旋风分离、静电分离)( 2) 传质分离: 均相混合物分离( 精镏、吸收、结晶、膜分离、场分离、萃取、干燥、浸取、升华)△平衡分离过程: 分离媒介( 热、溶剂、吸附剂) 使均相混合物变为两相体系, 再以混合物中各组分在处于平衡的两相分配关系的差异实现分离。
( 精镏、吸收、结晶、萃取、干燥、浸取、升华)△速率分离过程: 推动力( 浓度差、压力差、温度差、电位差) , 组分选择性透过膜, 各组分扩散速度的差异实现分离( 膜分离、场分离)三: 分离过程的集成化: 新型1.反应过程与分离过程的耦合: 化学吸收、化学萃取、催化精镏、膜反应器2.分离过程与分离过程的耦合: 萃取结晶、吸附蒸馏、电泳萃取3.过程的集成: 传统分离过程的集成( 共沸精镏—萃取、共沸精镏—萃取精镏) 传统分离过程与膜分离的集成( 渗透蒸发—吸附、渗透蒸发—吸收、渗透蒸发—催化精镏)膜过程集成( 微滤—超滤—纳滤—反渗透)第一章蒸馏与精馏§1—1 概述一: 蒸馏定义和特点:1.定义: 混合物中各组分挥发度差异进行分离提纯。
2.特点: 工艺流程短、使用范围广、工艺成熟; 但能耗大( 汽相再冷凝)二: 分类:1.蒸馏方式: 闪蒸、简单蒸馏、精馏、特殊精馏、反应精馏2.操作压力: 加压蒸馏、常压蒸馏、真空蒸馏3.混合物组分: 两组分精馏、多祖分精馏4.操作流程: 间歇蒸馏、连续蒸馏三: 精馏操作流程:精精提图: 连续精馏操作流程图: 间歇精馏操作流程1—精镏塔2—再沸器3—冷凝器1—精镏塔2—再沸器3—全凝器4—观察罩5—贮槽§1—2 简单蒸馏和闪蒸组分挥发度相差较大、分离要求低——预分离一: 工艺流程:图: 简单蒸馏图: 平衡蒸馏( 闪蒸) 1—蒸馏釜2—冷凝器3—接受器1—加热器2—节流阀3—分离器1.简单蒸馏: 一次进料, 馏出液连续出料( 出料浓度逐渐降低) , 釜残液一次排放——压力恒定、温度变化2.平衡蒸馏: 连续进料, 连续出料( 出料浓度恒定) ——压力、温度恒定混合液→加热器→温度>料液泡点( 分离器压力下) →节流阀( 降压) →分离器→料液部分汽化、并在分离器中汽液分离( 相平衡)二: 原理:1.前提条件: 理想物系——液相为理想溶液( 拉乌尔定律) ; 汽相为理想气体( 道尔顿分压定律)2.原理:汽液共饱和蒸汽线过热蒸饱和液体线液相图: 苯—甲苯混合液的t—x—y图图: 苯—甲苯混合液的x—y图图: 简单蒸馏t—x—y图图: 平衡蒸馏t—x—y图( 1) 简单蒸馏: 任何瞬间, 蒸汽与液相处于平衡。