化工分离工程-ppt课件.ppt
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1、1ppt课件本课程的任务和内容本课程的任务和内容地位:专业基础课地位:专业基础课前期课程:前期课程:物理化学、化工原理、化工热力学物理化学、化工原理、化工热力学重点:重点:1.基本概念的理解基本概念的理解 2.讨论各种分离方法的特征讨论各种分离方法的特征 3.对设计、分析能力的训练对设计、分析能力的训练 4.提高解决问题能力提高解决问题能力2ppt课件学生应掌握:学生应掌握:分离过程的基本理论分离过程的基本理论 简捷和严格计算方法简捷和严格计算方法 强化、改进操作途径强化、改进操作途径 对新分离技术有一定了解对新分离技术有一定了解3ppt课件教材:面向2121世纪世纪课程教材:刘家祺.分离过程
2、.北京:化学工业出版社,2002主要参考书:陈洪钫,刘家祺.化工分离过程.北京:化学工业出版社,1995。吴俊生,邓修 等编著,分离工程,华东化工学院出版社,1992。郁浩然 主编,化工分离工程,中国石油出版社,1992。4ppt课件返回返回5ppt课件第一章第一章 绪绪 论论u实例实例1:糖的溶解与结晶:糖的溶解与结晶u糖溶于水糖溶于水u形成均匀溶液形成均匀溶液混合过程混合过程u过程是自发的过程是自发的熵增加熵增加u从水中取出糖从水中取出糖u 对体系做功(如蒸馏法)对体系做功(如蒸馏法)分离过程分离过程u 过程不能自发进行过程不能自发进行熵减少熵减少 6ppt课件有关分离过程本质的一些描述有
3、关分离过程本质的一些描述(是否准确或全面?)(是否准确或全面?)u分离不能自发进行(熵减少过程)分离不能自发进行(熵减少过程)u分离在热力学上受阻(对抗热力学第二定律)分离在热力学上受阻(对抗热力学第二定律)u分离是逆着大自然的分离是逆着大自然的u热力学是逆着物质纯化的热力学是逆着物质纯化的 指出一切涉及热现象的宏观过程是不可逆的。它阐明了在这些过程中能量转换或传递的方向、条件和限度。相应的态函数是熵,熵的变化指明了热力学过程进行的方向,熵的大小反映了系统所处状态的稳定性。7ppt课件实例实例2:己烷与水混合的实验:己烷与水混合的实验u不能自发混合不能自发混合u剧烈搅拌或振荡剧烈搅拌或振荡混合
4、混合u放置(停止放置(停止搅拌或振荡搅拌或振荡)自发分离自发分离 体系中除浓度差(熵效应)外,还有:体系中除浓度差(熵效应)外,还有:u水分子间的亲水相互作用势能水分子间的亲水相互作用势能对抗混合对抗混合u水分子和己烷分子间的疏水相互作用势能水分子和己烷分子间的疏水相互作用势能对抗混合对抗混合u水和己烷的密度差(重力势能)水和己烷的密度差(重力势能)对抗混合对抗混合8ppt课件u实例实例3:Fe3+和和Ti4+的混合实验(一)的混合实验(一)混合均匀混合均匀 Fe3+Ti4+Fe3+Fe3+抽掉隔板抽掉隔板 Ti4+Ti4+6mol/L HCl 6mol/L HCl 6mol/L HCl 6m
5、ol/L HCl抽调隔板后抽调隔板后Fe3+和和Ti4+将自发混合均匀,这是因为:将自发混合均匀,这是因为:u体系中除浓度(活度)差外不存在其他势场。体系中除浓度(活度)差外不存在其他势场。u浓度差对化学势的贡献属熵的贡献,浓度差对化学势的贡献属熵的贡献,u熵增势能驱使熵增势能驱使Fe3+和和Ti4+在整个体系范围内从有序向无序变化。在整个体系范围内从有序向无序变化。9ppt课件u实例实例3:Fe3+和和Ti4+的分离实验(二)的分离实验(二)Fe3+、Ti4+乙醚,乙醚,Fe3+抽掉隔板抽掉隔板 6mol/L HCl 乙醚乙醚 6mol/L HCl,Ti4+结果:结果:乙醚和水为互不相溶的两
6、相。乙醚和水为互不相溶的两相。Fe3+与乙醚生成离子缔合物:与乙醚生成离子缔合物:C2H5O C2H5 H+(C2H5)2OH+Fe3+4 Cl FeCl4 (C2H5)2OH+FeCl4 (C2H5)2OH+FeCl4 10ppt课件Ti4+留在水相留在水相uTi4+的亲水作用势能驱使的亲水作用势能驱使Ti4+留在水相;留在水相;uTi4+的浓度差产生的化学势驱使的浓度差产生的化学势驱使Ti4+均匀分布在整个空间;均匀分布在整个空间;uTi4+的亲水作用势能远大于浓度差化学势,所以,的亲水作用势能远大于浓度差化学势,所以,Ti4+留在水相留在水相Fe3+进入乙醚相进入乙醚相u Fe3+的浓度
7、差产生的化学势驱使的浓度差产生的化学势驱使Fe3+均匀分布在整个空间;均匀分布在整个空间;u(C2H5)2OH+FeCl4 的亲溶剂(疏水)势能驱使的亲溶剂(疏水)势能驱使Fe3+进入乙醚相;进入乙醚相;u 亲溶剂势能远大于浓度差化学势,所以,亲溶剂势能远大于浓度差化学势,所以,Fe3+进入乙醚相进入乙醚相11ppt课件结论:结论:u分离有时是自发过程、混合有时也不能自发进行;分离有时是自发过程、混合有时也不能自发进行;u总自由能决定体系是趋向分离、还是趋向混合,即:总自由能决定体系是趋向分离、还是趋向混合,即:G总总势能项熵项势能项熵项iRT lnaiu均相体系均相体系中只存在浓度差中只存在
8、浓度差 自发混合自发混合。u非均相体系非均相体系中除浓度差外,还存在各种相互作用(势能中除浓度差外,还存在各种相互作用(势能)各组分各组分趋向于分配在低势能相趋向于分配在低势能相。(自由能降低)(自由能降低)12ppt课件u1.1分离过程在工业生产中的地位和分离过程在工业生产中的地位和作用作用u1.2 传质分离过程的分类和特征u1.3.分离过程的集成化分离过程的集成化 学习方法与要求学习方法与要求13ppt课件1.1 分离过程在工业生产中的地位分离过程在工业生产中的地位和作用和作用 1.1.1分离过程在化工生产中的重要分离过程在化工生产中的重要性性 1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地分离过程
9、在清洁工艺中的地位与作用位与作用返回返回14ppt课件煤石油天然气生物质反应化工原料分离产品一般化工生产过程:一般化工生产过程:15ppt课件u例例1:乙烯水合生产乙醇:乙烯水合生产乙醇1-固定床催化反应器;固定床催化反应器;2-分凝器;分凝器;3、5、9-吸收塔;吸收塔;4-闪蒸塔;闪蒸塔;6-粗馏塔;粗馏塔;7-催化加氢反应器;催化加氢反应器;8-脱轻组分塔;脱轻组分塔;10-产品塔产品塔涉及分离过程:涉及分离过程:吸收:吸收:3、5、9;精馏:精馏:6、8、10;闪蒸:闪蒸:4乙乙烯烯93%产品产品废水废水乙乙醚醚OHHCHHC522420 12345678910水循环乙烯循环乙烯水水放
10、放空空放放空空水水氢氢水水废水废水16ppt课件u例例2:二甲苯生产:二甲苯生产1-重整反应器;重整反应器;2、13-汽液分离器;汽液分离器;3-压缩机;压缩机;4-脱丁烷塔;脱丁烷塔;5-萃取塔萃取塔6-再生塔;再生塔;7-甲苯塔;甲苯塔;8-二甲苯回收塔;二甲苯回收塔;9-冷却器;冷却器;10-结晶器;结晶器;11-异构化反应器;异构化反应器;12-熔融塔熔融塔放放空空间二甲苯间二甲苯和邻二甲和邻二甲苯苯石脑油石脑油进料进料混合二甲苯混合二甲苯循环混合二甲苯循环混合二甲苯125678104111391233轻烃类轻烃类非芳烃非芳烃乙二醇乙二醇芳烃芳烃苯和甲苯苯和甲苯对二甲苯对二甲苯重芳烃重
11、芳烃H2H2H217ppt课件加氢重整后得到:加氢重整后得到:轻油轻油 非芳烃非芳烃 苯苯 甲苯甲苯 二甲苯二甲苯 高级芳烃高级芳烃目的产物 目的产物为目的产物为对二甲苯对二甲苯邻二甲苯邻二甲苯间二甲苯间二甲苯对二甲苯对二甲苯沸点沸点144.411139.104138.351熔点熔点25.17347.87213.263 原料:原料:石脑油石脑油 沸程沸程120230K 特点特点:涉及到分离过程:涉及到分离过程:精馏:精馏:4、7、8 萃取:萃取:5、6 结晶:结晶:1018ppt课件总总 结:结:原料的净化与粗分 反应产物的提纯 药物的精制和提纯 精选金属的提取 食品除水、除毒、病毒分离、同位
12、数分离 三废处理返回19ppt课件1.1.2 分离过程在清洁工艺中的分离过程在清洁工艺中的地位与作用地位与作用 清洁工艺:清洁工艺:生产工艺和防治污染有机的结生产工艺和防治污染有机的结合,将污染物减少或消灭在工艺过程中。合,将污染物减少或消灭在工艺过程中。面向面向21世纪社会和经济可持续发展的世纪社会和经济可持续发展的重大课题。重大课题。20ppt课件化学工业污染来源:化学工业污染来源:u未回收的原料未回收的原料u未回收的产品未回收的产品u有用和无用的副产有用和无用的副产u原料中的杂质原料中的杂质u工艺的物料损耗工艺的物料损耗21ppt课件 废物最小化?废物最小化?22ppt课件清洁工艺终合考
13、虑:合理的原料选择;反应路径的清洁化;物料分离技术的选择;确定合理的流程和工艺参数。核心:化学反应 废物最小化首先考虑催化剂、反应工艺和设备。23ppt课件与化工分离过程密切相关的有:与化工分离过程密切相关的有:降低原材料和能源的消耗,提高有效利用率、降低原材料和能源的消耗,提高有效利用率、回收利用率、循环利用率;回收利用率、循环利用率;开发和采用新技术、新工艺、改善生产操作条开发和采用新技术、新工艺、改善生产操作条件,以控制和消除污染;件,以控制和消除污染;采用生产装置的闭路循环技术;采用生产装置的闭路循环技术;处理生产中的副产物和废物,使之减少和消除处理生产中的副产物和废物,使之减少和消除
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