传质分离过程-课件.ppt
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- 传质 分离 过程 课件
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1、化工分离过程化工分离过程Chemical Separation Processesclass hours : 48credits: 3.0中文教材中文教材刘家祺 主编,李韡、吴洪、姜忠义 参编. 化学工业出版社,2005年12月.曾用教材曾用教材20021995TextbookJ.D.Seader, E.J.Henley. Separation Process PrinciplesJ. D. Seader199820062002J. D. Seader20041. Development of new mathematical methods for solving large sets of
2、 nonlinear equations to obtain multiple solutions. 2. Mathematical studies of computer- aided process synthesis and design. References-Books Phillip C. Wankat Separation Process Engineering (2006) J.L.Humphrey, G.E. Keller Separation Process Technology (1997) Kirk-othmer Encyclopedia of Chemical Tec
3、hnology. 4th ed, New York, Wiley. Cary Judson King Separation processes (1980) Ernest J. Henley, J. D. Seader Equilibrium-stage separation operations in chemical engineering (1981)References-JournalsAIChE Journal, ACSChemical Engineering Science, Elsevier ScienceIndustrial & Engineering Chemistry Re
4、search, ACSChemical EngineeringTechnology, WileySeparation and Purification Technology,Elsevier ScienceReferences-JournalsJournal of membrane Science,Elsevier ScienceFundamentals of various separation processes and the tools necessary for selecting the most suitable separation sequence for a require
5、d task. Equilibrium-based processes such as distillation, extraction, absorption and stripping, adsorption and crystallization as well as rate-governed processes such as membrane separation.Discussion of comparative energy requirements, economics, advantage and disadvantages of proposed separation t
6、asks. Course DescriptionCourse objectivevGet an overview on separation processes relevant to the chemical and process industryvLearn some of these separation processes in varying degrees of detail: Principles Applications CalculationsChemical Separation PrinciplesContents Chapter 1 SeparationProcess
7、es Chapter 2 Thermodynamics of Separation Operations Chapter 3 Mass Transfer and Diffusion Chapter 4 Singer Equilibrium Stages and Flash Calculations Chapter 5 Cascades Chapter 6 Absorption and Stripping of Dilute Mixtures Chapter 7 Distillation of Binary Mixtures Chapter 8 Liquid-liquid Extraction
8、with Ternary Systems Chapter 9 Approximate Methods for Multicomponent, Multistage Separations Chapter 10 Equilibrium-based Methods for Multicomponent Absorption, Stripping, Distillation, and Extration Chapter 11 Enhanced pproximate Methods for Multicomponent, Multistage Separations Chapter 12 Rate-b
9、ased Models for Distillation Chapter 13 Batch Distillation Chapter 14 Membrane Separations Chapter 15 Adsorption, Ion Exchange, and ChromatographyContents (contd)传质分离过程传质分离过程第第1 1章章 绪论绪论第第2 2章章 传质分离过程的热力学基础传质分离过程的热力学基础第第3 3章章 气液传质分离过程气液传质分离过程第4章 液液传质分离过程第第5 5章章 传质分离过程的严格模拟计算传质分离过程的严格模拟计算第6章 气固、液固传质分
10、离过程第第7 7章章 分离过程的节能优化与集成分离过程的节能优化与集成教学目标教学目标-Objective 利用已学的利用已学的物理化学、化工原理、物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程化工热力学、传递过程等课程中有等课程中有关相平衡热力学和动力学机理,传关相平衡热力学和动力学机理,传热、传质和动量传递理论来研究化热、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工生产实际中复杂物系的分离和提纯技术。纯技术。 着重基本概论的理解,为分离过着重基本概论的理解,为分离过程的选择、特性分析和计算奠定基程的选择、特性分析和计算奠定基础。从分离过程的础。从分离过程的共性共性出发,讨论出发,讨
11、论各种分离方法的特征。强调将工程各种分离方法的特征。强调将工程和工艺相结合的观点及设计和分析和工艺相结合的观点及设计和分析能力的训练;强调理论联系实际,能力的训练;强调理论联系实际,提高解决问题的能力。提高解决问题的能力。教学要求教学要求-Requirements掌握各种常用分离过程的基掌握各种常用分离过程的基本原理,操作特点,简捷和本原理,操作特点,简捷和严格计算方法,强化改进分严格计算方法,强化改进分离过程操作的途径,并了解离过程操作的途径,并了解一些新型分离技术。一些新型分离技术。 讲授内容讲授内容第第1章章 绪论绪论第第2章章 传质分离过程的热力学基础传质分离过程的热力学基础 两组分平
12、衡计算,已知一相中的浓度,求另一相的浓度。 泡点温度、露点温度、闪蒸计算。第第3章章 气液传质分离过程气液传质分离过程 过程分析:e.g.精馏中温度分布、组成分布、流量分布。 简捷计算(short-cut):确定关键组分、最少理论板、最小回流比、实际板数、实际回流比。 萃取精馏和共沸精馏特殊精馏。 气体吸收:过程分析;吸收的简捷计算。讲授内容讲授内容第第5章章 传质分离过程的严格模拟计算传质分离过程的严格模拟计算 建立通用模型,求解三对角矩阵(泡点法,流率加合法)。第第7章章 分离过程的节能优化与集成分离过程的节能优化与集成 分离过程最小功和热力学效率,精馏的节能技术,分离流程优化和集成第一章
13、第一章 绪绪 论论第一章第一章 绪绪 论论Chapter 1 Introduction1.1 传质分离过程的分类传质分离过程的分类 Classes of Separation Operation1.2 分离过程的研究和技术开发分离过程的研究和技术开发 Study on Separation Process and Development 主要内容及要求:主要内容及要求: 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,分离过程的分类。分离过程的分类。 了解化工分离过程的研发现状和发展了解化工分离过程的研发现状和发展趋势。趋势。What is Separation?Basic
14、 Description of OperationsOperations are classified as key operations and auxiliary operations Key Operation: involves reaction or separationsExamples: distillation, leaching, reactor Auxiliary Operation: involves no change in chemical compositionExamples: pumps, heaters, compressorsWhat is Separati
15、on?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。Mixing is inherent in nature: The increase in entropy associated with the randomness of a mixture lowers the Gibbs free energy.To “unmix” a solution we must overcome the entropic driving force to mix.What is Separation?借助一定的分离剂,实现混
16、合物中的组分分级借助一定的分离剂,实现混合物中的组分分级(Fractionalization)、浓缩)、浓缩(Concentration)、富集()、富集(Enrichment)、)、纯化(纯化(Purification)、精制()、精制(Refining)与)与隔离(隔离(Isolation)等的过程称为分离过程。)等的过程称为分离过程。Why Separate?In Human BodySeparation processes: Our life depends on theseKidney: the perfect ultrafilter静脉静脉动脉动脉肾小球肾小球输尿管输尿管Separ
17、ation of oxygen from air and of CO2 from blood in the lungsSelective removal of water and waste products of metabolism from blood in the kidneysSelective absorption of nutrients in the intestines. In IndustryWhy Separate? 工程应用需要纯物质(如半导体材料);工程应用需要纯物质(如半导体材料);Need for pure material in engineering appl
18、ication (semiconductors) 原料提纯;原料提纯; Preparation of raw materials into their components 材料加工需要纯物质;材料加工需要纯物质;Need for pure material for materials processing 有毒有害物质或非活性物质的去除(如药物);有毒有害物质或非活性物质的去除(如药物);Need to remove toxins or inactive components from solution (drugs) 测试或检测用超纯标准品;测试或检测用超纯标准品; Need for ul
19、trapure samples for testing 混合物组成检测(如混合物组成检测(如DNA检测);检测);Need for analysis of the components of the mixture (DNA testing) Separation ProcessThe separation process may be defined as those operations which transform a mixture of substances into two or more products which differ from one another in com
20、position.Analytical Separations small scale quantitative analysisPreparative Separations small scale materials for R&DIndustrial Separations large scale economicalExample:ChromatographyExample:CentrifugationExample:DistillationDistillation ColumnExample: Refinery of crude oilRefinery for converting
21、crude oil into a variety of marketable products.Example: Production of p-xylene16. 1orthopara02. 1metaparaDistillationCrystallizationExample: Production of p-xyleneThere are four different classes of separation process involved in the production1. Vapor-Liquid Separation (Hydrogen recovery); 2. Dist
22、illation (Debutanizer,Regenerator,Splitter, Recover; 3. Extraction; 4. Crystallization先修课程先修课程物理化学、化工热力学、物理化学、化工热力学、化工原理、传递过程化工原理、传递过程化工原理(化工原理(unit operations),涉及热),涉及热力学(物理化学)、三传力学(物理化学)、三传两组分精馏两组分精馏多组分非理想物系如何分离?多组分非理想物系如何分离?单元操作与分离过程单元操作与分离过程Unit Operation vs. Separation Process单元操作单元操作 尽管人们在尽管人们
23、在1893年对单元操作就有所认年对单元操作就有所认识,但真正的提出是在识,但真正的提出是在1915年。年。 Arthur D Little(1863-1935)在给)在给MIT校校长的信中写到:长的信中写到: 任何化学过程,不管规模大小,都可以任何化学过程,不管规模大小,都可以认为是由一系列可以被称为认为是由一系列可以被称为“单元操作单元操作”的过程组成的。的过程组成的。 Arthur D Little coined the term “unit operations” in 1915 to distinguish chemical engineering from all other pro
24、fessions and also to give chemical engineering programs a common focus, and headed up AIChEs Committee on Chem. Eng. Education which emphasized the unit operation concept along with accreditation to standardize courses in chemical engineering programs. 分离过程分离过程“分离过程分离过程”形成一个独立领域的两形成一个独立领域的两个重大事件是:个重
25、大事件是:1984年年Norman Lee组组织召开的分离技术工程基础会议和织召开的分离技术工程基础会议和1987年美国国家研究院的研究报告提年美国国家研究院的研究报告提出:出:“分离和纯化:迫切需要和现实分离和纯化:迫切需要和现实机会机会”,对分离过程的定义、分类、,对分离过程的定义、分类、研究目标和任务等进行了更为明确的研究目标和任务等进行了更为明确的描述。描述。 1991年,美国化学工程师协会(年,美国化学工程师协会(AIChE)把国家项目委员会(把国家项目委员会(National Program Committee)中的第二组由)中的第二组由“单元操作组单元操作组”更名为更名为“分离组
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