1、化工分离工程化工分离工程ChemicalSeparationEngneeringChemicalSeparationEngneering课程简介课程简介 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理论和实际问题。常用的分离过程的理论和实际问题。通过本课程的学习，要求我们通过本课程的学习，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；）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；）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；）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）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；和设计中的有关问题；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、化工原理同时进行的
3、课程：同时进行的课程：化工工艺学、化工过程分析与模拟化工工艺学、化工过程分析与模拟 教材：教材：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，2000.2000.参考书参考书：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.陈洪纺陈洪纺 刘家祺刘家祺.化工分离化工分离过程过程.化学工业出版社化学工业出版社,1995.,1995.J D Seeder,E J Henley.Separation Process Principles.化学工业出版化学工业出版社，社，2002.第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 精馏精馏
4、第第3 3章章 吸收吸收第第4 4章章 液液萃取液液萃取第第5 5章章 分离过程的节能分离过程的节能第第6 6章章 其他分离技术和分离方其他分离技术和分离方 法的选择法的选择主要内容主要内容第第1 1章章 绪论绪论1.1 1.1 概述概述1.2 1.2 分离因子分离因子1.3 1.3 过程开发及方法过程开发及方法1.4 1.4 分离方法的选择分离方法的选择第第1 1章章 绪论绪论基本要求：基本要求：1)了解分离操作在化工生产中的重要性了解分离操作在化工生产中的重要性;2)2)熟悉分离过程的分类熟悉分离过程的分类;3)3)掌握分离因子的概念及意义掌握分离因子的概念及意义;4)4)了解分离方法的选
5、择了解分离方法的选择;什么是分离过程什么是分离过程？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，混合物变成纯净物则需作功。混合物变成纯净物则需作功。混合物混合物（气、液、固）（气、液、固）分分 离离 过过 程程产品产品1产品产品2产品产品n能量分离剂能量分离剂 ESA物质分离剂物质分离剂 MSA1.1 1.1 概概 述述WHY SEPARATE?WHYWHY化工生产化工生产反应反应（Reactive）萃取物萃取物（Extractive Natural raw material）配制配制（Formulation）分离分离分离分离分离分离一、分离过程的地位一、分
6、离过程的地位炼油、石油化工：石油炼制工业通过炼油过程把原油加工为汽油、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蜡油、石油沥青、石焦油和各种石油化工原料等；等；石油化学工业以上述原料生产种类极多、范围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、染成橡胶、合成洗涤剂、溶剂、涂料、农药、染料等；料等；炼油和石油化工过程紧密结合，各种分离操作炼油和石油化工过程紧密结合，
7、各种分离操作是其生产过程必不可少的组成部分。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；按照沸程不同进行石油产品分离；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、附用于分子筛脱蜡、C8芳烃分离、烯烃和烷烃的分离等。芳烃分离、烯烃和烷烃的分离等。医药工业工业：分离技术在保证药物生产及其质量中起着关键分离技术在保证药物生产及其质量中起着关键作用；
8、作用；抗生素等发酵类医药产品的生产中，大量应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、结着过滤、萃取、吸附、膜分离、离子交换、结晶、干燥等分离技术；晶、干燥等分离技术；在天然药物（如中药等）生产现代化过程中，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。燥等分离技术有用武之地。冶金工业冶金工业 湿法冶炼中矿物浸取和萃取分离过程湿法冶炼中矿物浸取和萃取分离过程溶剂溶剂萃取法：萃取法：铀是在工业中第一个使用溶剂萃取法提取和纯铀是在工业中第一个使用溶剂萃取法提取和纯
9、化的金属元素；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世纪七十年代，在湿法冶炼中取得的一项重要成就；成就；湿法提取过程也用于磷和硼等无机矿产的生产湿法提取过程也用于磷和硼等无机矿产的生产过程。过程。其他：其他：食品、乳品和饮料工业食品、乳品和饮料工业 材料工业材料工业 生化工业生化工业 环境保护环境保护分离过程的重要性分离过程的重要性 原料净化原料净化 产品提纯产品提纯 有效组分回收有效组分回收 污染物处理污染物处理二、二、分离过程的分类分离过程的分类（一）分离过程的分类（一）分离过程的分类级数级数：
10、相态相态：有无传质发生有无传质发生：单级、多级单级、多级固固固、固固、固液、固液、固气、气气、气液、液、液液液、气液、气气气机械分离、传质分离机械分离、传质分离处理两相以上的混合物处理两相以上的混合物如过滤、沉降、离心分离等。如过滤、沉降、离心分离等。处理均相混合物处理均相混合物按物理化学原理的不同，传质分离可分为：按物理化学原理的不同，传质分离可分为：（二）（二）传质分离过程的分类传质分离过程的分类平衡分离过程：平衡分离过程：速率分离过程速率分离过程：借助分离剂使均相混合物变成两相系统，再利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用混合物中各组分在处于
11、相平衡的两相中的不等同分配而实现分离。等同分配而实现分离。在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电在某种推动力（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位差等）的作用下，利用各组分扩散速率的差异实现分离。异实现分离。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。1 1）平衡分离过程）平衡分离过程2 2）速率控制分离过程）速率控制分离过程1.2 分离因子（1）分离因子的定义）分离因子的定义 假设要将假设要将i、j两组分构成的混合物分离成两组分构成的混合物分离成1、2两种产品，两种产品，
12、两种产品中两组分的含量分别用两种产品中两组分的含量分别用xi1、xj1、xi2、xj2表示。比较表示。比较这两个组分在两种产品中的含量关系，就可以判定这两个这两个组分在两种产品中的含量关系，就可以判定这两个组分在两种产品中的分离程度：组分在两种产品中的分离程度：2211/jijiijxxxx 分离因子与分离因子与1的偏离程度表示组分之间分离的难易程度。的偏离程度表示组分之间分离的难易程度。当当ij1时，两组分在两产品中的含量相同，无法实现分时，两组分在两产品中的含量相同，无法实现分离；离；当当ij接近接近1时，两组分在两产品中的含量相近，难以实现时，两组分在两产品中的含量相近，难以实现分离；分
13、离；当当ij远离远离1时，两组分在两产品中的含量差别大，容易实时，两组分在两产品中的含量差别大，容易实现分离。现分离。精馏中，分离因子又称为精馏中，分离因子又称为相对挥发度相对挥发度，它相对于汽液平，它相对于汽液平衡常数而言，对温度和压力的变化不敏感，可近似看作衡常数而言，对温度和压力的变化不敏感，可近似看作常数，使计算简化。常数，使计算简化。（2 2）分离因子的意义）分离因子的意义 1）双组分中的相对挥发度）双组分中的相对挥发度 已知已知A、B两组分挥发度为：两组分挥发度为：由由Dalton分压定律可知：分压定律可知：pA+pB=p，而，而pA=yAp，pB=yBp，所，所以：以：2）液液萃
14、取的选择性系数）液液萃取的选择性系数 已知已知A、B两组分在两相中的分配系数为：两组分在两相中的分配系数为：则其选择性系数为：则其选择性系数为：AAAxp/BBBxp/BABABAABxxyy/BABABAABxxyykk/AAAxyk/BBBxyk/1.3 过程开发及方法（1）化工技术开发）化工技术开发 1）开发基础研究）开发基础研究 针对项目的应用性基础研究和工艺特征研究，以实验室研针对项目的应用性基础研究和工艺特征研究，以实验室研 究为主。究为主。2）过程研究）过程研究 进行工艺、产品、设备等的工程放大试验，包括模型试进行工艺、产品、设备等的工程放大试验，包括模型试 验、微型中试、中试及
15、工业试验等的全部或部分过程。验、微型中试、中试及工业试验等的全部或部分过程。3）工程研究）工程研究 包括技术经济评价、概念设计、数学模型、放大技术及基包括技术经济评价、概念设计、数学模型、放大技术及基 础设计等。础设计等。（2）放大技术的常用方法）放大技术的常用方法 过程放大的方法有逐级经验放大法、数学模型法、工程过程放大的方法有逐级经验放大法、数学模型法、工程理论法和参照法四种，常用的是前两种。理论法和参照法四种，常用的是前两种。1）逐级经验放大法）逐级经验放大法 以小试以小试扩大试验扩大试验中试中试工业化试验的程序，通过逐工业化试验的程序，通过逐级试验获取参数来达到目的。稳妥，但耗费大。级
16、试验获取参数来达到目的。稳妥，但耗费大。2）数学模型法）数学模型法 根据过程的内在规律，建立准确描述过程的数学模型，根据过程的内在规律，建立准确描述过程的数学模型，通过合理的简化后，利用计算机求解得到相关的参数。通过合理的简化后，利用计算机求解得到相关的参数。（3）分离过程开发应达到的目的）分离过程开发应达到的目的 1）合适的分离方法和流程）合适的分离方法和流程 通常通过小试研究来实现分离方法的选择和分离流程的通常通过小试研究来实现分离方法的选择和分离流程的 确定。确定。2）优化的工艺操作条件）优化的工艺操作条件 通常是在小试数据的基础上，通过中试对工艺参数进行通常是在小试数据的基础上，通过中
17、试对工艺参数进行 优化。优化。3）合理的设备选型）合理的设备选型 通过中试确定工业化过程的设备形式和几何尺寸。通过中试确定工业化过程的设备形式和几何尺寸。1.4 分离方法的选择分离的可行性分离的可行性 是否能分离是否能分离物料的物理化学性质物料的物理化学性质 是否好分离是否好分离生产的处理规模生产的处理规模 是否分离快是否分离快投资及运行的经济性投资及运行的经济性 是否成本低是否成本低安全与环保安全与环保 是否环保是否环保发展趋势发展趋势1 1）传统分离技术改造：）传统分离技术改造：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。2 2）新型分离过程开发：）新型分离过程开发：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。3 3）分离与反应耦合以及分离过程之间的耦合：）分离与反应耦合以及分离过程之间的耦合：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。第1章 完
