分离科学与技术概述文档格式.docx

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我国古书《物原》、《世本》有“黄帝时,诸侯有凤沙氏,始以海水煮乳煎成盐”。

明代的《天工开物》和清代的《图书集成》有“煮酒”、“糖霜”（冰糖的制作记载

<

天工开物>

>

酒盐

糖

分离科学与技术早已存在于人类生产生活中,与日常生

活紧密联系。

水净化

芳香物、油料、色素

气体净化

生命体中的分离现象

生命体需要的最基本的物质:

氧气和水

分离过程是保持生命活力的关键过程。

•超纯水、超纯溶剂,99.99%,99.9999%

•核燃料铀-235,钚-239等提取,要求从含量小于1%的原料中提取铀或钚,提取率达到99.9%,去污率为106-108。

•彩电显像管的原料之一就是纯度为99.999%的钇。

能源保障

原油

常压炉减压炉常

压

塔

减压塔汽油

回流

煤油轻柴油重柴油接抽空系统减压一线减压二线减压三线减压渣油

经济资源+战略资源:

水

电渗析

机械过滤微、超滤

精密过滤

阴阳离子混合柱

紫外灯

阴离子交换

阳离子交换

原水

超纯水

杂质含量:

Fe<

1ppb,Na<

0.5ppb,Cu<

0.5ppb,

Ca<

1ppb,Mg<

0.1ppb,Zn<

0.5ppb

生命健康保障:

药物分离

细胞破碎

加热,絮凝等

细胞分离成品加工

高度纯化

初步纯化

细胞碎片分离

发酵液

硫酸调pH

过滤机去除菌丝体

缓冲液反萃取

乙酯萃取

丁酯萃取

青霉素发酵液

结晶,干燥

青霉素盐

医疗器械

Blood

PurifiedBlood

Water

Dialysis

HollowFiber

血液

毒素

大分子微胶囊

胰岛素微胶囊

化学工程学科诞生以来,分离工程就是化学工程学科的两大核心之一。

分离过程的投资占化工企业投资总额的50-90%。

分离工程-现代文明的支柱之一

分离过程定义

利用物理或化学方法在某种设备内通过能量和物质的迁移

来实现将一混合物转化成互不相同的二种或两种以上混合

物或纯物质的过程。

分离设备+分离剂原料控制条件

产品

分离过程的要素:

处理对象、产品要求、分离方法与设备

分离过程的对象:

多相多组份体系

分离过程的目标:

经济、可行、环境友好地得到高品质产

品或去除杂质组分

宇宙的熵趋于极大

-克劳修斯

将盐置于水中,盐就溶解并趋向于形成一种组成完全均匀的溶液。

没有什么简单的方法能使水和盐再度分离。

热力学第二定律指出,一切自发过程均使宇宙的熵或混乱度增加。

因此要

分离某种混合物成为不同组成的产品,对该混合物供给相当的热力学功。

如果A和B两种物质混合物的自由焓小于两种纯物质

的自由焓之和,则会自发混合。

实现完全分离所需

要消耗的最小能量W

应大于或至少等于混合自由焓。

min

Wmin≥ΔGm=ΔHm-TΔSm

实际上分离过程的能量是最小能量的许多倍!

（1力学能:

机械能、流体动能、位能;

（2热能;

（3电能;

（4化学能:

浓度差、化学结合能;

（5光能;

（6核能。

热力学性质反应速度性质生物学方面的性质

反应平衡常数,化学吸附平衡常数,离解常数,电离电位反应速度常数

生物学亲和力,生物学吸附平衡,生物学反应速度常数物理性质

化学性质

力学性质热力学性质电、磁性质输送性质密度,摩擦系数,表面张力,尺寸（几何结构,质量熔点,沸点,临界点,蒸气压,溶解度,分配系数,吸附平衡电导率,介电常数,迁移率,电荷,淌度,磁化率扩散系数,分子运动速度

主要特征:

•尺寸•形状•荷电性质•极性•溶解度•挥发性•迁移速率涉及的主要基础知识:

•物质和能量守恒定律

•化工热力学:

相平衡、溶液理论•传递过程原理

•化学反应动力学

传质分离方法

机械分离方法

分离方法

速率控制分离过程平衡控制分离过程

分离规模•分析型分离技术•制备型分离技术•工业型分离技术

分离模式•间歇

•连续

•半连续

•精馏（蒸馏

•萃取（液液萃取、固液浸取•吸收

•吸附

•色谱分离

•膜分离

•过滤

•亲核分离

•干燥

•蒸发

•沉淀

•结晶

•电泳

•离心分离

单位时间单位面积的分离设备所能通过的物质总量

两种待分离组分在两种产品中的分率比值之比,即

2

21

1//jijiijxxxx=α通量（处理量:

回收率:

是指所得到产品的量与原料中该物质总量的比值。

分离因子:

问题:

如何选择一个合适的分离过程呢?

1技术可行的

2经济可行的•分离体系的性质

•分离方法的选择

•产品要求

•特殊性质（如热敏性,放射性等•经济性

•安全性

•环境因素

•经验因素

•…...

温室气体捕集分离装备与技术

有机气体、有机水溶液、金属离子回收

生物大分子、手性药物、同分异构体分离技术¾

可再生资源的前处理和高效分离技术

•分离过程的选择性不高

•分离过程的能源及环境效益仍不能满足要求•跨学科交叉领域中新问题的发现和研究仍待加强•对于新材料及新对象的认识还较肤浅

•缺乏对于相界面传递的微观机理的认识

前沿方向例一：

微化工系统EffectiveEffectivemixingmixingEffectiveEffectivemassmassandandheatheattransfertransferHighHighselectivityselectivityInherentInherentsafetysafetyNumbering-upNumbering-upmethodmethodEnableEnablecontrolcontrol

微化工系统

微化工系统100μmwide×

100μmhighThemeasuredchannelcontinuephaseflow560μmwide×

500μmhigh100μmwide×

100μmhighdispersedphaseflowcontinuephaseflow100μmwide×

100μmhigh

前沿方向例二：

分离功能材料新材料：

自组装自组织材料、仿生材料、膜、吸附剂、树脂、微胶囊、传感材料、光电材料、灵敏材料、生物相容材料，环境材料、纳米及粉体材料、复合材料等

分离功能材料红外光源信号接收筛板mm\60A/D板塔体\65取样口双探头光纤照相法红外光纤探针在线测量技术

分离功能材料

分离功能材料新型微胶囊制备技术单分散中空溶剂微球

几点体会•分离学科成为化学工程核心之一是历史的必然；

•工程学科要与重大需求相结合，要特别注重解决本地区的问题，这就是前沿问题；

•要善于学习，注重借鉴其他学科的最新进展，化学、化工、生物、材料等学科的交叉将为化工学工程学科的发展提供基础；

•绿色、安全、高效和可控是化工学科的目标。

谢谢！