高等分离工程相关知识

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1、高等分离工程本课程简要介绍精馅、特殊精憎、萃取、膜分离、结晶等分离技术。1.化工分离工程与高新科技发展1.1面向21世纪的化工分离工程分离装置占总投资50〜90%1.2分离过程的本质和分类A.分离有时是自发进行，混合有时不能自发进行。B.总自由能决定体系是趋向分离，述是趋向混合，即△G总二w+RTInaj二势能项+*商项a.均相体系中只存在浓度差（爛项），自发混合b.非均相体系中除浓度差外，还有各种相互作用势能，各组分趋向分配在低势能相，使自由能降低分类：按有无传质现象，（1）机械分离，特点是基于物理过程，如沉降、过滤；（2）传质分离，特点是基于物理化学过程，如平衡速

2、率过程精憎与吸收、速率控制过程膜分离。按机理分类，（1）靠产生新和的分离，如精憾、结晶；（2）靠加入新相分离，如萃取、吸收；（3）用阻挡物分离，如膜分离；（4）用I古I体介质的分离，如吸附、离子交换;（5）靠势场或梯度的分离，如离心、电泳。1.3混合物分离技术的选择见文献《混合物分离技术的选择》2•精馅2.1精馅技术现代与发展方向2.2精馅过程计算方法的研究简捷法（FUG法）计算步骤：①根据工艺找出一对关键组分；②由清晰分割估算塔顶、塔底产物的量及组成；③根据塔顶、塔底组成计算相应的温度，求出相对挥发度；④Fenska法计算11亦⑤Underwood法计算Rm,并选

3、择适宜的R；⑥确定适宜进料位置⑦根据Rm、R、Nm,用Gilliand图求出N。3.特殊精馅3.1恒沸精馅恒沸精憾是指若在两组分恒沸液中加入第三组分（称为恒沸剂）,该组分能与原料液中的一个或两个组分形成新的恒沸液，从而使原料液能用普通精憎方法分离的精憾操作。恒沸精馆可分离具有最低恒沸点的溶液、具有最高恒沸点的溶液以及挥发度相近的物系。4工业酒赫1-恒沸粘能塔；2-苯回收塔；3-乙酹回收塔;4-全冠答；5-分层若图1-43恒沸精饴流程示意图3.2萃取精勺萃取精憾和恒沸精憾相似，也是向原料液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂）,以改变原有组分间的相对挥发度而得以分离。不同的

4、是，要求萃取剂的沸点较原料液屮各组分的沸点高很多，且不与组分形成恒沸液。萃取精憾常用于分离各组分沸点（挥发度）差别很小的溶液。例如，在常压下苯的沸点为80.VC,环已烷的沸点为80.73°C,若在苯■环已烷溶液屮加入萃取剂糠醛，则溶液的相对挥发度发生显著的变化。溶液中糠醛的摩尔分率00.20.40.50.60.7相对挥发度0.981.381.862.072.362.73-蒸回收塔；4-冷凝器图1-钳苯-环己烷萃取精馅流程示意图3.3溶盐精勺加盐精憎的原理和苹取精憎相似，只是添加剂用不挥发的可溶性盐。对盐在其中溶解度较大的组分，它的分子与盐分子之间的作用力较大，挥发度降

5、低的程度也较大；反Z溶解度较低的组分，挥发度降低的程度也较低。因此，相对挥发度比未加盐时显著增大，从而有利于采用蒸憾的方法予以分离。对一些能够形成恒沸物的溶液，加盐使相对挥发度发牛变化，能够使恒沸物的组成改变或消除恒沸物，从而使分离容易进行。3.4隔板精勺分壁精馅塔实质就是在塔内部增设一个竖立的隔板，将常规精懈塔的内部一分为二，在一个精憾塔内同吋完成传质和传热过程。3.5反应精憾反应精憎就是在进行反应的同时用精憎方法分离出产物的过程反应精憾有以下特点：(1)节省设备投资。反应精憾将反应和分离耦合在一个设备中进行，大大简化了工艺流程，从而节省了设备投资。(2)节省能耗。

6、对于放热反应来讲，放出的热量能够供给于精偲过程，降低了整个系统的加热量；对于吸热反应来讲，反应精憎可以给反应和精憎通过再沸器集中供热,效率高于分别供热，也可降低整个系统的能耗。(3)转化率高，选择性好。反应精镭能够及时移走牛成物，打破反应平衡的限制,提高反应转化率；对于连串反应或有副反应的，通过控制操作温度等参数可抑制副反应的进行，从而提高了目的产物的选择性。(4)易于实现原有工艺的改造。一般来讲，通过增加催化剂段取代塔板或者填料段，或添加催化剂进料口，即可完成普通精憎塔向反应精憎塔的改造。(5)反应精憾还可有效避免共沸物的大量存在给后续分离带来的困难。乙酸甲酯的牛产

7、的反应蒸憎工艺与传统工艺对4：•::反应精请工艺传统工艺1・液体混合物沿加热板流动并被加热3•由于轻、重分子的自由程不同4•轻分子达到冷凝板被冷凝排出；重分子达不到冷凝板沿混合液排出力2•轻、董分子会逸出液面而进入气相V::::::::::1份O4S3.6分子精皐分子蒸憾是一种在高真空下操作的蒸憾方法，这时蒸气分子的平均自由程大于蒸发表面与冷凝表面之间的距离，从而可利用料液中各组分蒸发速率的差界，对液体混合物进行分离。分子蓋瞬理图分子运动自由程（用入表示一个分子相邻两次碰萤之何所走的路程O4•萃取分离分配定律：在一定温度和压力下，如果一种物质溶解在两