《化工工艺学》教案第四章 产物的分离和提纯

第四章产物的分离和提纯

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；气液相和气液固三相反应器的产物则有气体 产物、液体产物和液固混合物。

产物的分离和提纯是化工生产中的重要环节，它不仅可以由产物中分离出所需要的产 品，并进一步提纯至一定产品的规格，还可以使未反应的物料得以循环利用。因此，产物的 分离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、分离方法概述

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

机械分离法用于分离非均相混合物。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，用于分离气态非均一系混合物的分离方法有重力沉降、惯性除尘、旋 风分离、静电分离、湿法洗涤和纤维过滤等。用于液相非均一系的分离方法，按照其原理， 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。第二类分离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离操作。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．传质分离

传质分离方法主要用于各种均相混合物的分离，其特点是在分离过程中有质量传递现 象。工业上常用的传质分离过程又分为两大类，即在相间进行质量传递的平衡分离过程和在 相内进行质量传递的分离过程。

(1)平衡分离过程。

多数传质分离操作是通过相平衡时原料中各组分在两相中的不同分配来实现的，这类分 离操作通称为平衡分离过程，例如蒸馏、吸收和萃取操作。为了实现平衡分离过程，将混合 物分离成均匀的单一相溶液(气体、液体或固体)，需要在混合物中添加分离剂来产生或移出 一相。分离剂有能量分离剂(EsA)和质量分离剂(MsA)两类。精馏等操作应用EsA，吸收和 萃取操作采用MSA；而在萃取精馏和恒沸精馏操作中两种分离剂都要应用。由下述表4—1 列出了属于平衡分离过程的连续分离单元操作。

表4—1平衡分离过程

精馏

气、液或气液 热量、有时用 气体和液体 混合物 机械功

挥发度(蒸汽压)有 差别 溶剂改变原溶液组

石油裂解气的深冷 分离 以苯酚作溶剂，由 沸点相近的非芳烃中 分离甲苯

气、液或气液 液体溶剂和 萃取精馏 混合物 塔釜加热 气体和液体

分的相对挥发度

吸收蒸出

气体或液体

液体吸收剂 加入热量 气体和液体 溶解度不同

由催化裂化装嚣主 蒸馏塔顶产物中回收 乙烷及较轻的烃 用乙醇胺类吸收以

吸收

气体

液体吸收剂

液体和气体

溶解度不同

除去天然气中的 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 的蒸出(水蒸 气蒸馏) 再沸蒸出

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)

液体

热量

气体

溶解度不同

从石脑油馏分中脱 除轻组分

气、液或气液 液体共沸剂 共沸精馏 混合物 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 液一液萃

液体

液体萃取剂

两种液体

不同组分在两液相 中的溶解度不同 不同组分在不同萃

以丙烷作萃取剂从 重渣油中脱除沥青 以丙烷、甲酚为双 烃原料中分离链烷烃

取(双溶剂) 液体

两个萃取剂

两种液体

取剂中的溶解度不同 溶剂，从芳烃和环烷

干燥

液体，更常见 气体、热量 是固体

气体、干燥的 水分蒸发 固体

用热空气脱除聚氯 乙烯中的水分

蒸发

液体

热量

气体和液体

蒸汽压不同

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 结晶分离对二甲苯

(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。

1．气体产物的分离

(1)气体的净制．．即除去气体产物中的固体颗粒和雾滴。按照净制原理不同，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离出来；典

型设备为重力沉降室、惯性除尘器和旋风分离器。

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)从气体产物中分离出要用的物质。

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。气相均一系的分离 方法为冷凝、吸收和吸附。

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。掌握一定的 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。

吸收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。选择不同的 吸收剂和不同的操作条件，可使气体产物中某组分被吸收而进入溶液，从而使气体产物中不 同组分分离。

吸附是某些分子在多孔性固体吸附剂表面上浓集的过程。选择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离。

2．液体产物的分离

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，还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，这些固体颗粒如果是杂质，则必须予以除去。如 果这些固体颗粒是有用的结晶，而这些结晶又不妨碍液体在管道中的流动和液体的其它加 工．则不必对这些液体进行处理，待这些结晶物大量生成后，按照加工固液混合物的方法进 行加工。如果这些有用的结晶颗粒会妨碍液体在管道中的流动或妨碍进行下一步加工，则须 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离。对于要求分离很彻 底，而沉降法又达不到分离要求的少量不溶性液体杂质，可以采取吸附法进行处理。例如产 品的脱色和除臭就是从液体产物中除去少量的 …… 此处隐藏：16162字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……