第四章产物的分离与提纯1

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1、第一节产物分离的原则 在化工生产中，产物的分离方法可分成机械分离和传质分离两大类。一般来讲，非均相混合物的分离主要采用机械分离法；均相混合物的分离采用传质分离法。1机械分离 2传质分离名称名称原料相态原料相态分离媒介分离媒介分离剂分离剂产生产物产生产物相态相态分离原理分离原理工业应用实例工业应用实例闪蒸闪蒸液体液体减压减压气体气体挥发度挥发度(蒸汽压蒸汽压)有较大差别有较大差别由海水淡化生产纯由海水淡化生产纯水水部分冷凝部分冷凝气体气体热量热量液体和气液体和气体体挥发度挥发度(蒸汽压蒸汽压)有较大差别有较大差别由氨中回收氢气和由氨中回收氢气和氮气氮气精馏精馏气、液或气、液或气液混合气液混合物物

2、热量、有热量、有时用机械时用机械功功气体和液气体和液体体挥发度挥发度(蒸汽压蒸汽压)有差别有差别石油裂解气的深冷石油裂解气的深冷分离分离萃取精馏萃取精馏气、液或气、液或气液混合气液混合物物液体溶剂液体溶剂和塔釜加和塔釜加热热气体和液气体和液体体溶剂改变原溶溶剂改变原溶液组分的相对液组分的相对挥发度挥发度以苯酚作溶剂，由以苯酚作溶剂，由沸点相近的非芳烃沸点相近的非芳烃中分离甲苯中分离甲苯吸收蒸出吸收蒸出气体或液气体或液体体液体吸收液体吸收剂加入热剂加入热量量气体和液气体和液体体溶解度不同溶解度不同由催化裂化装嚣主由催化裂化装嚣主蒸馏塔顶产物中回蒸馏塔顶产物中回收乙烷及较轻的烃收乙烷及较轻的烃吸收

3、吸收气体气体液体吸收液体吸收剂剂液体和气液体和气体体溶解度不同溶解度不同用乙醇胺类吸收以用乙醇胺类吸收以除去天然气中的除去天然气中的C02和和H2S蒸出蒸出液体液体气提气提气气气体气体溶解度不同溶解度不同原油蒸馏塔侧线抽出的石原油蒸馏塔侧线抽出的石脑油、煤油和柴油馏分的脑油、煤油和柴油馏分的气提气提带有回流的蒸出(水蒸气蒸馏)气液或气液混合物气提蒸汽和热量气体和液体溶解度不同原油的减压蒸馏(水蒸气为气提剂)再沸蒸出液体热量气体溶解度不同从石脑油馏分中脱除轻组分共沸精馏气、液或气液混合物液体共沸剂和热量气体和液体共沸剂改变原溶液组分的相对挥发度以乙酸丁酯作共沸剂从稀溶液中分离乙酸液一液萃取液体液

4、体萃取剂两种液体不同组分在两液相中的溶解度不同以丙烷作萃取剂从重渣油中脱除沥青液一液萃取(双溶剂)液体两个萃取剂两种液体不同组分在不同萃取剂中的溶解度不同以丙烷、甲酚为双溶剂，从芳烃和环烷烃原料中分离链烷烃干燥液体，更常见是固体气体、热量气体、干燥的固体水分蒸发用热空气脱除聚氯乙烯中的水分蒸蒸发发液液体体热量热量气体和液气体和液体体蒸汽压不同蒸汽压不同由氢氧化钠的水溶液中蒸出水由氢氧化钠的水溶液中蒸出水分分结晶液体冷量或热量固体和母液利用过饱和度由二甲苯混合物中结晶分离对二甲苯名称名称原料相态原料相态分离媒介分离媒介分离剂分离剂产生产物产生产物相态相态分离原理分离原理工业应用实例工业应用实例凝

5、聚凝聚蒸汽蒸汽冷量冷量固体和气固体和气体体选择性地凝聚选择性地凝聚邻苯二甲酸酐的邻苯二甲酸酐的精制精制浸取浸取固体固体液体溶剂液体溶剂液体和固液体和固体体渣渣固体的溶解度固体的溶解度用水浸取矿渣中用水浸取矿渣中的硫酸铜的硫酸铜吸附吸附气体或液气体或液体体固体吸附固体吸附剂剂气体或液气体或液体体吸附作用的差吸附作用的差别别通过分子筛吸附通过分子筛吸附空气中的水分空气中的水分离子交离子交换换液体液体固体树脂固体树脂固体树脂固体树脂和液体和液体质量作用定律质量作用定律水的软化水的软化(2)在相内进行质量传递的分离过程。这类传质分离操作的共同特点是依靠原料中不同组分在某种推动力(如压差、浓度差、电位差

6、)作用下经过某种介质(如半透膜)时的传质速度差异而实现分离。如膜分离、热扩散和气体扩散。单元过程单元过程相态相态分离方法分离方法分离工具分离工具工业举例工业举例加压扩散加压扩散气态气态通过离心力建立压力梯度通过离心力建立压力梯度离心力离心力同位素混合物的分离同位素混合物的分离气体扩散气体扩散气态气态压力下流经多孔隔板压力下流经多孔隔板多孔隔板多孔隔板铀同位素分离铀同位素分离反渗透反渗透液态液态压力梯度克服渗透压压力梯度克服渗透压膜膜水脱盐水脱盐渗透渗透气态或液气态或液态态压力下流体流经半透膜压力下流体流经半透膜膜膜异丙醇脱水异丙醇脱水渗析渗析液态液态穿过膜的扩散速度差穿过膜的扩散速度差膜膜由人

7、造丝液体中回收提由人造丝液体中回收提纯苛性钠纯苛性钠泡沫分馏泡沫分馏液态液态选取的界面浓度选取的界面浓度泡沫界面泡沫界面酶和染料分离酶和染料分离色谱分离色谱分离气态或液气态或液态态在固体表面及内部选取的在固体表面及内部选取的浓度浓度固体固体混合溶剂蒸汽的回收混合溶剂蒸汽的回收区域熔融区域熔融固态固态液体穿过金属块移动液体穿过金属块移动温度梯度温度梯度锗的提纯锗的提纯热扩散热扩散气态和液气态和液态态产生浓度梯度的温度产生浓度梯度的温度温度梯度温度梯度气态同位素混合物分离气态同位素混合物分离电解电解液态液态电场电场电场和膜电场和膜氢和氚的分离氢和氚的分离 二、基本原理 1气体产物的分离 2液体产物

8、的分离 3固体产物的分离 三、分离流程的设计 1明确分离目标 一般而言，产品纯度是据产品的使用目的来确定的。而回收率或产品总收率则在很大程度上决定着分离过程的经济性，所以经济性最佳就成为确定回收率的主要依据。2确定可行的分离方法 3设计分离流程时的经验规则和注意事项(1)反应产物有固体物的，不论它们是目的产物还是废弃物，一般要率先分离出来，免使管道设备堵塞，流程不顺。(2)反应产物中对目的产物尤其有害的物质必须首先除去，甚至不惜能量的利用合理与否，这是工艺的要求。通常产品的收得率在经济上是最重的砝码，因为最终的产品利润最大。不能因为考虑能量的“合理”，而牺牲了产品的收率。(3)反应产物中对后工

9、艺有害的物质，首先分离。比如精馏过程，从能量上考虑应当由挥发度从低到高逐级取出，但有时高沸点物质会聚合，会凝絮甚或较黑较脏，也要先把它分出。然后再降温从低沸物到高沸物地分离。这第一步似乎浪费能量但对流程和工艺有利。(4)产物中，尽量优先把未反应原料分出来，循环使用，如果原料宝贵更应如此。(5)把最难分离的组分或要求特高的产物应从分离系统中先取出粗产物，再设计精制分离方案。不要希望过早地拿出来，更不主张一次分离就得到高纯产物。(6)尽量选用简单的分离方法，能用机械分离的先用机械法。一般是机械法-物理法-物理化学法-化学法的顺序，无论从操作和能量上都有可能。(7)一般情况下或者先取出最少的组分，或

10、者先取出最多的组分。(8)一般情况下分离的流程先易后难，容易除去的先除去，容易拿到的先拿到。(9)尽量把多种杂质一次性除去，再研究从杂质中回收有用副产物。(10)能用精馏的地方尽量采用简单精馏，除非有充分理由，不主张率先考虑萃取精馏、夏应精馏、共沸精馏等。精馏过程仍是先易后难，最难分离的组分最后精馏。(11)尽量利用热源，节省能量。(12)尽量采用先进技术和先进设备。第二节分离和精制技术 分离技术作一个鸟瞰 一、气固分离和除尘 1机械力分离法(1)重力沉降法 (2)惯性沉降法(3)离心沉降法 2过滤分离法 二、液体分离 1液相非均一系分离 2.液液萃取 三、液体分离和精馏 1概述 2精馏 3精

11、馏塔 四、蒸发和结晶 五、干燥第三节分离新技术和生化分离第三节分离新技术和生化分离 一、离子交换一、离子交换 1概述概述 2对离子交换剂的一般要求对离子交换剂的一般要求 3离子交换树脂离子交换树脂 4离子交换过程的工业应用离子交换过程的工业应用 二、膜分离二、膜分离 1概述概述 2分离用膜分离用膜 3膜分离设备膜分离设备 4各种膜分离过程简介各种膜分离过程简介 三、色谱分离三、色谱分离 1概述概述 2应用应用 四、超临界流体萃取和其它萃取分离四、超临界流体萃取和其它萃取分离 1超临界流体萃取超临界流体萃取物性溶剂临界温度临界压力MPa临界密度(gCM3)乙烯二氧化碳乙烷丙烯丙烷氨正戊烷甲苯9231032291896613241973195037384.88462424113337402180468020302330217023502370292表49常用超临界溶剂的临界值 五、电泳分离 六、生化分离 七、其它分离方法 1鼓泡与泡沫分离 2溶液结晶分离 3升华分离 4凝胶萃取 裂解气的分离