2022年《化工工艺学》教案第四章产物的分离和提纯.docx

名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀教案第四章产物的分别和提纯产物是指从反应器中出来的物料； 大多数反应产物都是混合物, 它包括未反应掉的原料和反应生成物； 气相反应器和气固相反应器的产物主要是气体产物和夹带的催化剂粉尘； 液相反应器的产物主要是液体产物与液固混合物；产物、液体产物和液固混合物；气液相和气液固三相反应器的产物就有气体产物的分别和提纯是化工生产中的重要环节,它不仅可以由产物中分别出所需要的产 品,并进一步提纯至肯定产品的规格,仍可以使未反应的物料得以循环利用；因此,产物的 分别和提纯操作对保证产品质量和生产过程的经济效益起着重要作用；一、分别方法概述第一节产物分别的原就 在化工生产中, 产物的分别方法可分成机械分别和传质分别两大类； 一般来讲, 非均相 混合物的分别主要采纳机械分别法；均相混合物的分别采纳传质分别法；1．机械分别 机械分别法用于分别非均相混合物； 非均相混合物分为气态非均一系和液相非均一系两 大类； 在工业生产中,用于分别气态非均一系混合物的分别方法有重力沉降、惯性除尘、 旋 风分别、静电分别、湿法洗涤和纤维过滤等；用于液相非均一系的分别方法,依据其原理,大致可分为两类；第一类方法取决于分散相和连续相之间的密度差,属于这一类的有浮选法、重力沉降法和离心沉降法； 其次类分别方法对两相密度差没有要求,而以具有过滤介质为前提,利用过滤介质对分散相物制裁的截留作用而实现分别操作；属于这类的方法有滤饼过滤、深层过 滤、筛滤、滤芯式过滤等；2．传质分别 传质分别方法主要用于各种均相混合物的分别,其特点是在分别过程中有质量传递现象；工业上常用的传质分别过程又分为两大类,相内进行质量传递的分别过程； 〔1〕平稳分别过程；即在相间进行质量传递的平稳分别过程和在多数传质分别操作是通过相平稳时原料中各组分在两相中的不同安排来实现的, 这类分离操作通称为平稳分别过程,例如蒸馏、 吸取和萃取操作；为了实现平稳分别过程,将混合物分别成匀称的单一相溶液 〔气体、液体或固体 〕,需要在混合物中添加分别剂来产生或移出一相；分别剂有能量分别剂 〔EsA〕 和质量分别剂 〔MsA〕 两类；精馏等操作应用 EsA ,吸取和萃取操作采纳 MSA ；而在萃取精馏和恒沸精馏操作中两种分别剂都要应用；由下述表 4—1 列出了属于平稳分别过程的连续分别单元操作；表4 — 1 平 衡 分 离 过 程产生产分别原理工业应用实例 第 1 页,共 39 页 名称原料相态分别媒介分别剂物相态挥发度 〔蒸汽压 〕有由海水淡化生产纯闪蒸液体减压气体部分冷凝气体热量液体和气体较大差别水挥发度 〔蒸汽压 〕有由氨中回收氢气和细心整理归纳 精选学习资料 较大差别氮气 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精馏气、液或气液热量、有时用名师精编优秀教案石油裂解气的深冷气体和液体挥发度 〔蒸汽压 〕有萃取精馏混合物机械功气体和液体差别分别气、液或气液液体溶剂和溶剂转变原溶液组以苯酚作溶剂,由混合物塔釜加热分的相对挥发度沸点相近的非芳烃中分别甲苯吸取蒸出气体或液体液体吸取剂气体和液体溶解度不同由催化裂扮装嚣主蒸馏塔顶产物中回收加入热量乙烷及较轻的烃用乙醇胺类吸取以吸取气体液体吸取剂液体和气体溶解度不同除去自然气中的c02 和 H2S原油蒸馏塔侧线抽蒸出液体气提气气体溶解度不同出的石脑油、煤油和柴油馏分的气提带有回流气液或气液气提蒸汽和气体和液体溶解度不同原油的减压蒸馏的蒸出 〔水蒸混合物热量〔水蒸气为气提剂 〕气蒸馏 〕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、液或气液液体共沸剂气体和液体共沸剂转变原溶液以乙酸丁酯作共沸混合物和热量组分的相对挥发度剂从稀溶液中分别乙酸液一液萃液体液体萃取剂两种液体不同组分在两液相以丙烷作萃取剂从取两个萃取剂两种液体中的溶解度不同重渣油中脱除沥青液一液萃不同组分在不同萃以丙烷、甲酚为双取 〔双溶剂 〕 液体取剂中的溶解度不同溶剂,从芳烃和环烷烃原料中分别链烷烃干燥液体,更常见气体、热量气体、干燥的水分蒸发用热空气脱除聚氯蒸发是固体热量固体蒸汽压不同乙烯中的水分液体气体和液体由氢氧化钠的水溶液中蒸出水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别对二甲苯细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 39 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀教案续 表名称原料相态分别媒介产生产分别原理工业应用实例分别剂物相态凝结蒸汽冷量固体和气体挑选性地凝结邻苯二甲酸酐的精制浸取固体液体溶剂液体和固体固体的溶解度用水浸取矿渣中的渣硫酸铜吸附气体或液体 固体吸附剂 气体或液体吸附作用的差别通过分子筛吸附空气中的水分固体树脂离子交换 液体固体树脂质量作用定律水的软化和液体〔 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 〕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 ；表 4 — 2 汇 总 如 干 种 在 相 内 进 行 质 量 传 递 的 分 离 过 程 ；单元过程 相态分别方法分别工具 工业举例加压扩散 气态通过离心力建立压力梯度离心力同位素混合物的分别气体扩散 气态压力下流经多孔隔板多孔隔板 铀同位素分别反渗透液态压力梯度克服渗透压膜水脱盐渗透气态或液态 压力下流体流经半透膜膜异丙醇脱水渗析液态穿过膜的扩散速度差膜由人造丝液体中回收提纯苛 性钠泡沫分馏 液态选取的界面浓度泡沫界面 酶和染料分别色谱分别 气态或液态 在固体表面及内部选取的浓度固体混合溶剂蒸汽的回收区域熔融 固态液体穿过金属块移动温度梯度 锗的提纯 温度梯度 气态同位素混合物分别 电场和膜 氢和氚的分别膜和电场 水脱盐热扩散气态和液态 产生浓度梯度的温度电解液态电场电渗析液态电场加充电膜二、基本原理 1．气体产物的分别 〔1〕气体的净制． ．即除去气体产物中的固体颗粒和雾滴；依据净制原理不同,将气体净制方 法分成以下四类：①气体的机械净制利用重力、惯性力和离心力等机械力的作用使微粒从气体中分别出来；典 第 3 页,共 39 页 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -名师精编 优秀教案型设备为重力沉降室、惯性除尘器和旋风分别器；②气体的湿法净制使气体与液体接触,用液体洗去气体中的微粒,从而使气体净化所用设备是各种湿式洗涤器；③气体过滤净制气体通过过滤介质时微粒被截留而使气体净化；典型设备为袋式过 滤器；④气体的电净制使气体通过高压电场,其中的微粒在电场的作用下沉降,从而使气 体净化,所用设备为电除尘器；〔2〕从气体产物中分别出要用的物质；当气体产物仅含有两种或两种以上气体组分时,称为气相均一体系；气相均一系的分别 方法为冷凝、吸取和吸附；冷凝是将压缩气体或饱和蒸汽冷却降温,使气体或蒸汽转变为液体的过程；把握肯定的 温度和压力, 可将气体中的某些组分冷凝成液体而另一些组分仍为气体, 可使气体产物分为 不同的部分；吸取是用适当的液体与气体产物相接触,使气体进入液体变为溶液的过程；挑选不同的吸取剂和不同的操作条件,可使气体产物中某组分被吸取而进入溶液,从而使气体产物中不同组分分别；吸附是某些分子在多孔性固体吸附剂表面上浓集的过程；挑选适当的吸附剂就可以吸附 气体或液体产物中的某些组分而不吸附其余的组分,从而使气体产物得以分别；2．液体产物的分别 液体产物通常含有两种以上的液体组分,往往也会带有少量固体杂质或结晶；液体本身 既有完全互溶的溶液,又有互不溶解的液体混合物,仍有溶质分散在液相主体中的乳液；〔1〕从液体产物中除去固体颗粒；当液体产物中含有的固体颗粒很少时,这些固体颗粒假如是杂质,就必需予以除去；如 果这些固体颗粒是有用的结晶,而这些结晶又不阻碍液体在管道中的流淌和液体的其它加 工．就不必对这些液体进行处理, 待这些结晶物大量生成后, 依据加工固液混合物的方法进 行加工； 假如这些有用的结晶颗粒会阻碍液体在管道中的流淌或阻碍进行下一步加工, 就须 除去这些结晶颗粒；除去液体产物中少量固体颗粒的方法,与液体原料的净制方法相同；〔2〕从不互溶的液体中除去其中一种液体；当液体产物由两种不互溶的液体组成时,一般均用沉降法进行分别；对于要求分别很彻底,而沉降法又达不到分别要求的少量不溶性液体杂质,可以实行吸附法进行处理；例如产品的脱色和除臭就是从液体产物中除去少量的有机物杂质；中除去少量油,或从油中脱除少量的水；〔3〕溶液增浓；另外,也可以用吸附法从水溶液当液体产物为稀溶液,而期望得到较浓的溶液时,用蒸发的方法；即通过加热使溶液在沸腾情形下气化, 使其中部分溶剂由于气化而除去,从而使溶液浓度增大；例如将稀烧碱溶液变为浓溶液就用蒸发的方法；〔4〕将互溶的液体分别成不同组分；假如液体产物是互溶的两种液体或多种液体,如要将它们分成单独的或几组物质,需要用精馏、萃取等方法；对于不同组分在相同温度下具有不同挥发度的溶液,可采纳使溶液蒸发,汽液平稳,再将蒸汽冷凝,使溶液中的组分别的精馏方法；萃取是利用不同物质在溶剂中具有不同溶解度,使液体产物中的不同组分分别的方注〔。