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1、分离工程Separation Engineering,高能文 Tel : 15213266891Email：,课程任务,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。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、吸附、反应精馏等其它分离技术主分离过程的选择。,理想,实际,理想气体,实际气体,理想溶液,实际溶液,简单,复杂,二元精馏,多元精馏
2、,二元吸收,多元吸收,1、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。2、分离过程的共性出发，通过讨论各种分离过程的特征，培养和建立工程和工艺相结合的观点，以及考虑和处理工程实际问题的能力。3 、培养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,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
3、使用图表的能力。,学习方法及要求,先修课程：物理化学、化工热力学、化工原理教材：叶庆国 主编.分离工程. 化学工业出版社，2009.参考书：叶庆国，分离工程学习指导与习题集，化学工业出版社，2009邓修，吴俊生.化工分离工程. 科学出版社，2000.刘家祺 主编.分离过程.化学工业出版社,2002.J D Seeder, E J Henley. Separation Process Principles. 化学工业出版社，2002.,课程内容,第一章 绪论 4学时,第二章 多组分分离基础 12学时,第三章 精馏 10学时,第四章 气体吸收和解吸 6学时,第六章 分离过程及设备的效率与节能 4学
4、时,第七章 其他分离方法 4学时,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；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程的计算；3）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，强化分离操作的途径；5）提高精馏热力学效率的途径；6）分离顺序和分离过程选择。,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%）,第一章 绪论,Introduction,1.1 分离工程理论的形成和特征,1.2 分离过程的特征与分类,1.3 分离过程的研究内容与研究方法,
5、本章小结,思考题,主要内容,了解,掌握,了解,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。,从实验室到产业,1.1 分离工程理论的形成和特征Formation and feature of separation process theory,分离单元操作概念,分离工程理论形成,分离工程应用领域推广,分离工程,20世纪初,20世纪中叶,20世纪后期,科技的发展使分离技术更趋成熟和完善,1.1 分离工程理论的形成和特征Formation and feature of separation process theory,化学工程学科的两个基本问题,过程的平衡,限度
6、,过程的速度,反应过程,传递过程,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,二、 工业生产中的分离过程,1.1 分离工程理论的形成和特征Formation and feature of separation process theory,加氢重整后得到：轻油 非芳烃 苯 甲苯 二甲苯 高级芳烃,目的产物,目的产物为对二甲苯, 原料：石脑油 沸程120230
7、K, 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：萃取塔、再生塔 结晶：结晶器,三、 分离技术的特性,(1) 分离技术的重要性,原料净化中间产物分离产品提纯污染物处理,原料 预处理 反应 分离 粗产品 精制 产品 分离工程 三废处理,分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位,三、 分离技术的特性,(2) 分离技术的多样性,由于化工分离技术的应用领域十分广泛，决定了分离技术的多样性。按机理划分，大致可分成5类，它们的特点和设计方法有所不同： 生成新相以进行分离(如蒸馏、结晶)； 加入新相进行分离(如萃取、吸收)； 用隔离物进行分离(如膜分离)； 用固体试剂进行分离(如吸附
8、、离子交换)； 用外力场和梯度进行分离(如离心萃取分离和电泳等) 。,三、 分离技术的特性,(3) 分离技术的复杂性,缺乏基础物性数据 缺乏大型塔器的可靠设计方法 化工分离技术新的挑战 能源,原料和环境保护,1.2 分离过程的特征与分类Classification and features of separation process,一、分离过程的特征,纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之，分离过程是一个熵减小的过程，不能自发进行，需外界对系统做功。,分 离 过 程,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。,分离剂：能量分离剂 ESA 、物
9、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。,二、分离因子,(2)固有分离因子,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 特点：被分离物为均相 包含： 平衡分离过程；速率控制分离,三、分离过程分类,按照分离过程有无物质传递现象发生,按物理化学原理的不同分为：,平衡分离过程：,速率分离过程：,如精馏、吸收、萃取、结晶、
10、吸附等。,如微滤、超滤、反渗透、电渗析等。,传质分离,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,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。,微孔过滤（MF）：,推动力：压力差（100kPa）传递机理：筛分膜类型：多孔膜,目的：溶液脱离子，气体脱离子,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,目的：溶液脱大分子，大分子溶液脱小分子，大分子分级。,反渗透（RO）：,推动力：压力差（100010000kPa）传递机理：优先
11、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,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。,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,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。,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
12、动。,速率分离过程特点：,节能 环保优势 新的方法,分离速率 动力学,1.3 分离过程的研究内容与研究方法 Research contents and methods of separation process,化工分离技术发展的若干特点1）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。2）新型分离过程开发： 如膜分离、反胶团萃取、超临界萃取等。3）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。,总趋势： 多样化、精细化、洁净化（环境友好）,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；分离设备的合理选型；分离设备几何尺寸的确定。,1.3.2 开发方法,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。,逐级经验放大法数学模型法,
