现代化工分离过程.ppt

现代化工分离过程 教学目的 本课程是学生利用已学物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等课程中有关相平衡热力学、动力学、分子及其聚状态的微观机理、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。 通过本课程的学习，要求学生掌握有关膜分离、溶剂萃取、离子交换及其它分离技术的基本概念、原理及过程。 目录 第1章 绪 论 第2章 固膜分离技术 第3章液膜分离技术 第4章泡沫分离技术 第5章溶剂萃取分离技术 第6章 离子交换分技术 第7章 色谱分离技术 第8章 其他分离技术 主要参考书 第一章 绪论 “分离”对于不同工业领域涉及到不同的过程和功能。在化学工业、石油炼制和材料加工工业等化工类型工业领域，分离过程可以定义为藉助于物理、化学或电学推动力实现从混合物中选择性地分离某些成分的过程。分离过程在化工类型工业领域中可谓无所不在。 1.1 传质分离过程的分类 分离过程可分为机械分离和传质分离两大类: 机械分离过程的分离对象是由两相以上所组成的混合物，其目的只是简单地将各相加以分离，例如，过滤、沉降、离心分离、旋风分离和静电除尘等。 传质分离过程用于各种均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生。 传质分离过程分类 工业上常用的传质分离过程按物理化学原理可分为平衡分离过程和速率分离过程。 一、平衡分离过程 定义：借助分离媒介(如热能、溶剂或吸附剂)，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离。 分离媒介：能量媒介(ESA)或物质媒介(MSA)，有时两种同时应用。ESA 是指传入或传出系统的热，还有输入或输出的功。MSA 可以只与混合物中的一个或几个组分部分互溶，常是某一相中浓度最高的组分。 举例：闪蒸和部分冷凝、普通精馏、萃取精馏、共沸精馏、吸收、解吸(含带回流的解吸和再沸解吸)、结晶、凝聚、浸取、吸附、离子交换、泡沫分离、区域熔炼等。 二、速率分离过程 定义：在某种推动力(浓度差、压力差、温度差、电位差等)的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异实现组分的分离。 举例：微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗析、电渗析、渗透汽化、蒸汽渗透、渗透蒸馏等。 第2章 固膜分离技术 2.1概述 膜分离概念 用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。 用天然或合成的、具有选择透过性的薄膜，以化学位差或电位差为推动力，对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯或富集的过程。” 通常膜的原料侧称膜上游，透过侧称膜下游。 分离溶质时一般叫渗析；分离溶剂时一般叫渗透。 根据推动力的不同，膜分离有下列几种： ?浓度差：扩散渗析（分离离子、小分子） ?电位差：电渗析（分离离子） ?压力差：反渗透(RO, reverse osmosis) 纳滤(NF,nanofiltration) 超滤(UF,ultrafiltration) 微滤(MF,microfiltration) 影响膜渗透能力的因素： 渗透组分分子的大小、形状、化学性质 膜的物理化学性质 渗透组分与膜的相互作用关系 膜分离过程示意 对膜材料的要求 具有良好的成膜性能和物化稳定性，耐酸、碱、微生物侵蚀和耐氧化等。 1.2膜分离技术的主要优点及适用范围 膜分离过程共同的特点 （1）多数膜分离过程无相变发生，能耗通常较低； （2）一般无需从外界加入其他物质，从而节约资源和保护环境； （3）可以实现分离与浓缩、分离与反应同时进行，大大提高了过程效率； （4）通常在温和条件下进行，因而特别适用于热敏性物质的分离、分级浓缩与富集； （5）适用广泛；（有机物或无机物的分离、特殊溶液体系如共沸物的分离） （6）膜的性能可以灵活调节； （7）膜组件简单，可实现连续操作，易与其他分离过程或反应过程耦合，易自控和维修，易于放大。 膜分离技术的重要性 特别适应下列混合物分离 (1) 分散得很细的固体，特别是与液体密度相近，胶状的可压缩的固体微粒； (2) 低分子量的不挥发的有机物、药物与溶解的盐类； (3) 对温度、酸碱度等物理化学条件特别敏感的生物物质 （4）由理化性质相近的化合物构成的混合物； （5）由结构或位置异构体构成的混合物。 膜分离过程的主要缺点是: 浓差极化和膜污染、膜寿命短、放大因子呈线性。 膜分离过程的主要缺点是: 浓差极化和膜污染、膜寿命短、放大因子呈线性。 在下述场合膜分离具有明显的技术优势: 由理化性质相近的化合物构成的混合物； 由结构或位置异构体构成的混合物； 含有热敏组分的混合