1、分离工程分离工程Separation Engineering高能文 Tel : 15213266891Email：Chongqing university of technology课程课程任务任务 分离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工艺专业的一门专业必修课。本课程的任务是利用相平衡相平衡热力学、动力学的微观机理热力学、动力学的微观机理，传热、传质和动量传递理论传热、传质和动量传递理论来研究化工及其它相关过程中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复杂物质的分离和纯化技术，
2、分析和解决在化工生产、设计和科研中常用的分离过程的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理论和实际问题。讨论分离设备的处理能力和效率，分讨论分离设备的处理能力和效率，分离过程的节能技术和分离流量的选择；简要介绍膜分离、离过程的节能技术和分离流量的选择；简要介绍膜分离、吸附、反应精馏等其它分离技术主分离过程的选择。吸附、反应精馏等其它分离技术主分离过程的选择。理想理想实际实际理想气体理想气体实际气体实际气体理想溶液理想溶液实际溶液实际溶液简单简单复杂复杂二二元精馏元精馏多元精馏多元精馏二二元吸收元吸收多元吸收多元吸收Chongqing university of tec
3、hnology v1、掌握各种常用的分离过程的、掌握各种常用的分离过程的基本理论基本理论、操作特点操作特点、简捷和简捷和严格计算方法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和强化改进操作的途径。对一些新分离技术有一定的了解。定的了解。v2、分离过程的、分离过程的共性共性出发出发，通过通过讨论讨论各种分离过程的各种分离过程的特征特征，培，培养和建立养和建立工程工程和工艺相结合的观点和工艺相结合的观点，以及考虑和处理工程实际以及考虑和处理工程实际问题的问题的能力。能力。v3 、培养培养学生科学的思想方法，注重实际的求实态度。学生科学的思想方法，注重实际的求实态度。课程设置的目标课程设
4、置的目标Chongqing university of technologyv1. 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；用范围；v2. 掌握各种分离过程的基本原理、理论、操作特点，简捷法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和严格计算法及强化改进操作的途径途径v3. 该课程应用性、技能性较强，须认真地做习题，加深对所学该课程应用性、技能性较强，须认真地做习题，加深对所学内容的理解；内容的理解；v4. 会用计算中常用到的手册和图表提高使用图表的能力。会用计算中常用到的手册
5、和图表提高使用图表的能力。学习方法及要求学习方法及要求先修课程：先修课程：物理化学、化工热力学、化工原理物理化学、化工热力学、化工原理教材教材：叶庆叶庆国国 主编主编. .分离分离工程工程. . 化学工业出版社化学工业出版社，2009.2009.参考书参考书：叶庆叶庆国，分离工程学习指导与习题集，化学工业出版社，国，分离工程学习指导与习题集，化学工业出版社，20092009邓修，吴俊生邓修，吴俊生. .化工分离工程化工分离工程. . 科学出版社，科学出版社，20002000. .刘家祺刘家祺 主编主编. .分离过程分离过程. .化学工业出版社化学工业出版社,2002.,2002.J D See
6、der, E J Henley. Separation Process Principles. 化化学工业出版社，学工业出版社，2002.Chongqing university of technologyChongqing university of technology课程内容课程内容 第一章第一章 绪论绪论 4学时学时第二章第二章 多组分分离基础多组分分离基础 12学时学时第三第三章章 精馏精馏 10学时学时第四第四章章 气体吸收和解吸气体吸收和解吸 6学时学时第六第六章章 分离过程及设备的效率与节能分离过程及设备的效率与节能 4学时学时第七章第七章 其他分离方法其他分离方法 4学时学时
7、Chongqing university of technology课程内容的重点课程内容的重点 1）分离系统变量分析、设计变量的确定方法分离系统变量分析、设计变量的确定方法；2）多组分物系泡点和露点温度的计算及等温闪蒸和部分冷凝过多组分物系泡点和露点温度的计算及等温闪蒸和部分冷凝过程的计算；程的计算；3）多组分多级分离过程分析及简捷计算法；多组分多级分离过程分析及简捷计算法；4）影响汽液传质设备处理能力和级效率的因素，强化分离操作影响汽液传质设备处理能力和级效率的因素，强化分离操作的途径；的途径；5）提高精馏热力学效率的途径；提高精馏热力学效率的途径；6）分离顺序和分离过程选择。分离顺序和分
8、离过程选择。 Chongqing university of technology总 课 时： 40（理论）考核方式：闭卷考试总评成绩：（1）平时作业10%考勤10% （2）大论文（10%） （3）闭卷考试（70%） Chongqing university of technology第一章 绪论IntroductionChongqing university of technology1.11.1 分离工程理论的形成和特征分离工程理论的形成和特征1.21.2 分离过程的特征与分类分离过程的特征与分类1.31.3 分离过程的研究内容与研究方法分离过程的研究内容与研究方法本章小结本章小结思考题思
9、考题主要内容主要内容了解了解掌握掌握了解了解Chongqing university of technology一、 分离工程理论的形成与完善分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的。分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的。从实验室到产业1.1 1.1 分离工程理论的形成和特征分离工程理论的形成和特征Formation and feature of separation process theory Chongqing university of technologyChongqing university of technology分离单元操作概念分离单元操作概念分离工程理论形
10、成分离工程理论形成分离工程应用领域推广分离工程应用领域推广分离工程分离工程20世纪初20世纪中叶20世纪后期科技科技的发展使分离技术更趋成熟和完善的发展使分离技术更趋成熟和完善1.1 1.1 分离工程理论的形成和特征分离工程理论的形成和特征Formation and feature of separation process theory Chongqing university of technology化化学学工工程程学学科科的的两两个个基基本本问问题题过程的平衡过程的平衡,限度限度过程的速度过程的速度反应过程反应过程传递过程传递过程化工热力学研究的问题化工热力学研究的问题化学动力学化学动
11、力学和反应工程和反应工程研究的问题研究的问题单元操作和单元操作和传递过程研传递过程研究的问题究的问题化学动力学研化学动力学研究化学反应的究化学反应的动力学规律动力学规律化学反应工程化学反应工程研究实现过程研究实现过程的设备的设备传递过程研究传递过程研究过程的速率与过程的速率与传递机理传递机理单元操作侧重单元操作侧重过程的设备与过程的设备与工程问题工程问题分离工程研究应用质量传递原理实现组分分离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的基本原理及工程化问题Chongqing university of technology二、二、 工业生产中的分离过程1.1 1.1 分离工
12、程理论的形成和特征分离工程理论的形成和特征Formation and feature of separation process theory Chongqing university of technology加氢重整后得到：轻油轻油 非芳烃非芳烃 苯苯 甲苯甲苯 二甲苯二甲苯 高级芳烃高级芳烃目的产物 目的产物为对目的产物为对二甲苯二甲苯邻二甲苯邻二甲苯间二甲苯间二甲苯对二甲苯对二甲苯沸点沸点144.411139.104138.351熔点熔点25.17347.87213.263 原料：石脑油石脑油 沸程沸程120230K 特点： 涉及到分离过程： 精馏：脱丁烷塔、甲苯塔、二甲苯回收塔 萃取
13、：萃取塔、再生塔 结晶：结晶器Chongqing university of technologyChongqing university of technology三、三、 分离技术的特性(1) (1) 分离技术的重要性分离技术的重要性 原料净化原料净化 中间产物分离中间产物分离 产品提纯产品提纯 污染物处理污染物处理分离贯穿化工过程，占有十分重要的分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位地位 Chongqing university of technology三、三、 分离技术的特性(2) (2) 分离技术的多样性分离技术的多样性由于由于化工分离技术的应用领域十分广泛，决定了分离技化工分离技术
14、的应用领域十分广泛，决定了分离技术的多样性术的多样性。按机理划分按机理划分，大致可分成，大致可分成5类类，它们的特点，它们的特点和设计方法有所不同和设计方法有所不同： 生成生成新相新相以进行分离以进行分离(如蒸馏、结晶如蒸馏、结晶)； 加入加入新新相进行分离相进行分离(如萃取、吸收如萃取、吸收)； 用隔离物进行分离用隔离物进行分离(如如膜膜分离分离)； 用固体试剂进行分离用固体试剂进行分离(如吸附如吸附、离子交换、离子交换)； 用外力场和梯度进行分离用外力场和梯度进行分离(如离心萃取分离和电泳等如离心萃取分离和电泳等) 。 Chongqing university of technology三
15、、三、 分离技术的特性(3) (3) 分离技术的复杂性分离技术的复杂性n 缺乏基础物性数据n 缺乏大型塔器的可靠设计方法n 化工分离技术新的挑战n 能源,原料和环境保护Chongqing university of technology1.2 1.2 分离过程的特征与分类分离过程的特征与分类Classification and features of separation process一一、分离过程的特征分离过程的特征纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之，分离过程分离过程是一个熵减小的是一个熵减小的过程，不能自发进行，需外界对系统做过程，不能自发进行，
16、需外界对系统做功。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、浓缩、富集、纯化、精制与隔离等的过程称为分离过程。Chongqing university of technology分离剂：能量分离剂 ESA 、物质分离剂 MSA 分离剂可以单独使用，也可以同时使用，如萃取精馏、共沸精馏。 能量分离剂 ESA：指传入或传出系统的热及输入或输出系统的功。闪蒸、冷凝、精馏等。 物质分离剂 MSA：指分离过程中所借助的物质，如吸收过程的吸收剂、萃取过程的萃取剂及吸附过程的吸附剂。Chongqing univers
17、ity of technology二二、分离因子分离因子Chongqing university of technology(2)(2)固有分离因子固有分离因子Chongqing university of technology一类：机械分离一类：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：传质分离二类：传质分离 特点：被分离物为均相 包含： 平衡分离过程；速率控制分离 三三、分离过程分离过程分类分类按照分离过程有无物质传递现象发生Chongqing university of technology按物理化学原理的不同分为：按物理化学原理的不同分为：平衡
18、分离过程：平衡分离过程：速率分离过程速率分离过程：如精馏、吸收、萃取、结晶、吸附等。如精馏、吸收、萃取、结晶、吸附等。如微滤、超滤、反渗透、电渗析等。如微滤、超滤、反渗透、电渗析等。传质分离传质分离Chongqing university of technology平衡分离过程平衡分离过程分离设备混合物产品分离媒介分离媒介：能量、物质、压力能量、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。Chongqing university of technologyChongqing university of t
19、echnologyChongqing university of technology微孔过滤（MF）：推动力：压力差（100kPa）传递机理：筛分膜类型：多孔膜 进料（液体和气体）溶剂、水、气体颗粒、纤维目的：溶液脱离子，气体脱离子Chongqing university of technology超滤（UF）：推动力：压力差（1001000kPa）传递机理：筛分膜类型：非对称性膜膜孔径：120nm进料溶剂、水胶体大分子目的：溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大分子分级。Chongqing university of technology反渗透（RO）：推动力：压力差（100010000kP
20、a）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进料溶剂、水溶质、盐目的：溶剂脱溶质，含小分子溶质溶液浓缩。应用：海水或苦咸水的淡化和生物制品的分离和浓缩。Chongqing university of technology渗析（D）：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截留物：截留0.02um离子、截留液0.005um离子膜类型：非对称性膜或离子交换膜进料接受液净化液扩散液目的：大分子溶质溶液脱小分子，小分子溶质溶液脱大分子。 应用：人工肾、废酸回收、溶液脱酸和碱液精制等。Chongqing university of tec
21、hnology热扩散：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。顶瓶底瓶温度梯度冷壁热线Chongqing university of technology速率速率分离过程特点：分离过程特点： 节能节能 环保优势环保优势 新的方法新的方法分离速率分离速率 动力学动力学Chongqing university of technology1.3 1.3 分离过程的研究内容与研究分离过程的研究内容与研究方法方法 Research contents and methods of s
22、eparation processChongqing university of technologyChongqing university of technologyChongqing university of technology 如精馏筛板塔改造为效率更高的填料塔。如精馏筛板塔改造为效率更高的填料塔。 如膜分离、反胶团萃取、超临界萃取等。如膜分离、反胶团萃取、超临界萃取等。 如反应精馏、吸附精馏、膜精馏等。如反应精馏、吸附精馏、膜精馏等。Chongqing university of technology开发方法传质分离操作的开发是研究适宜分离方法的工业化途径的，以期经济合理地实现规
23、定的分离任务。分离过程开发应达到下列目的：适宜分离方法，流程和操作条件的选择；适宜分离方法，流程和操作条件的选择；分离设备的合理选型；分离设备的合理选型；分离设备几何尺寸的确定。分离设备几何尺寸的确定。1.3.2 开发开发方法方法Chongqing university of technology化工新技术开发有三个关键环节：概念形成到课题的选定、技术与经济论证(可行性)和放大技术。其中，放大技术是研究开发的核心。 1.逐级经验放大法2.数学模型法 Chongqing university of technologyChongqing university of technologyChongqing university of technology
