第一章
绪论
1.1分离过程的概念
分离过程是将混合物分成组成相互不相同的两种或几种产品的操作。
一个典型的化工生产装置通常是由一个反应器（有时多于一个）和具有提纯原料、中间产物和产品的多个分离设备以及机、泵、换热器等构成。
分离过程中，进料为混合物，产品为不同组分或相的物流。分离（与混合相反）是一个熵减的过程，不能自发完成，必须在分离剂作用下才能完成。
分离剂是分离过程的辅助物质或推动力。分离剂包括能量分离剂和质量分离剂。
能量分离剂：机械能(重力、离心力、压力等)、光能、电能、磁能、热量、冷量等；
质量分离剂：溶剂、吸收液、吸附剂、交换树脂、表面活性剂、酸、碱、化学反应物、过滤介质、助滤剂、膜、微生物等。
不管采用哪种形式的分离剂，都是在利用某种形式的能量，都会增加过程的费用，即操作费用。
分离装置的主要部分是分离场或分离介质。
混合物的分离是在其内因和外因的作用下发生的。
内因是混合物分离的内在推动力，即混合物内组分或相在物理、化学、生物等方面的性质差异；外因是相应形式(物理、化学、生物)分离剂的加入。 1.2分离过程的分类
分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。
机械分离过程分离对象是由两相以上所组成的混合物，如过滤、沉降、离心分离、旋流分离、浮选等。 传质分离过程用于各种均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生。按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程又分为平衡分离过程和速率分离过程两类。
传质分离是以物质的扩散传递为主的分离过程，而机械分离是不以扩散传递为主的分离过程。传质分离涉及物质从进料流向产品流的扩散传递，而机械分离则主要是完成相的分离。 1.3分离过程在化工生产中的作用
分离过程一方面为化学反应提供合格的原料，消除对化学反应不利的杂质，提高产品收率；另一方面通过对反应产物的分离提纯，获得合格的产品，并使未反应的原料得以循环利用。
分离操作在化工生产中占有十分重要的地位，在提高生产过程的经济效益和产品质量中起举足轻重的作用。分离过程在环境保护和合理利用资源方面也起着特别重要的作用。煤炼焦、石油炼制等。 1.4分离过程的功能
①提取；②澄清，是对连续相为液体的混合物分离而言的；③增浓，是对分散相而言的，分散相可以是固体也可以是液体；④脱水或脱液，可以是固液混合物，也可以是液液混合物的分离；⑤干燥，固液混合物或液液混合物的进一步分离；⑥洗涤，是对固体分散相而言的；⑦净化或精制，是将气体、液体或固体中残存的杂质降到允许的程度；⑧分级，是对固体物料按粒度分离而言的。
1.4分离工程
《分离工程》这门课主要的研究对象是分离技术和分离过程。分离技术是一类单元操作，分为机械分离过程和传质分离过程两大类。
分离工程是一门交叉学科，它从系统工程的角度出发，根据混合物的特性和分离要求，选择和组合分离单元操作，形成一个技术上可靠、经济上可行的分离过程。
为设计高效的分离过程，必须首先对混合物的分离特性和各种分离技术有一个透彻、全面的了解，然后运用工程原理，进行分离技术的选择与优化组合。
第二章 混合物的种类及特性分析
混合物分为均相混合物与非均相混合物两大类。物质互相溶解后形成的混合物称为均相混合物。均相混合物由溶质和溶剂组成。由互不相溶的物质组成的或物质以不同的形态或相形成的混合物称为非均相混合物。
混合物的性质包括混合物内相或组分的性质及混合体系的总体性质，如下表所示。
非均相混合物的性质
（1）颗粒的形状
颗粒的形状会影响到颗粒-介质系统的粘度、颗粒的沉降、过滤等分离特性，还会影响到颗粒的分散性等。
（2）颗粒粒度
颗粒的粒度关系到悬浮系统的状态，可以作为选择分离技术的指南。 （3）颗粒密度
颗粒的密度决定颗粒的沉降方向，影响颗粒沉降速度和沉降床层的特性，是非均相混合物分离或设计过程中的一个重要参数。
（4）颗粒的表面特性
颗粒的表面特性影响到液体对固体的润湿性、分散性、固液混合物的粘度以及颗粒的沉降特性。 （5）颗粒的浓度
颗粒浓度是表征悬浮液特性和计算分离设备分离效率的重要参数之一。浓度可表示为个数浓度、体积浓度、质量浓度和摩尔浓度等。颗粒浓度的分析方法主要有：称重法、比重法或密度法、浊度法、光吸收法和数个数法等。
（6）颗粒床层特性
在分离悬浮液的过程中常常会得到在微孔中还充满着液体的固体颗粒床，包括沉降床层和滤渣层。另外，无机膜分离过程中，也有由颗粒组成的床层。
（7）混合物的粘度
粘度是液体的一种流变性质，反应了流体的粘稠程度，表示流体在流动时内磨擦的大小。对于牛顿型液体，粘度为剪切应力与速度梯度的比值。混合物粘度的影响因素有：颗粒浓度、颗粒形状、颗粒粒度、颗粒荷电、温度、颗粒表面特性。混合物粘度的测定方法主要有毛细管法、转筒法及落球法。
第二篇 机械分离过程
由于非均相物系中的连续相和分散相具有不同的物理性质（如密度），故一般可用机械方法将它们分离。要实现这种分离，必须使分散相和连续相之间发生相对运动，因此，非均相物系的分离操作遵循流体力学的基本规律。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。
机械分离过程主要有：凝聚与絮凝、重力沉降、离心分离、旋流分离、浮选、过滤、筛分、压榨、超声、磁、电分离等。 凝聚与絮凝
凝聚是靠电解质（即凝聚剂，通常为含有多价离子的电解质）对固体悬浮颗粒表面上的双电层的消除或压缩，而降低微细颗粒间的排斥能来达到的。
一般来说，凝聚对于胶体粒子或悬浮液中的微细粒子作用明显，所产生的凝聚体粒度小、密实、易碎，但碎后可重复凝聚，即凝聚属于可逆过程。
絮凝是通过高分子聚合物（即絮凝剂－通常为含有极性官能团的聚合物）在分子上吸附多个微粒的架桥作用而使多个微粒形成絮团。
絮凝剂在水溶液中具有伸展性、可挠性。伸展性是指具有一定的伸展长度，可以在颗粒间架桥，将微粒桥联起来，故最有效的絮凝剂为水溶性的高分子量聚合物；可挠性是指絮凝具有一定的强度能经受一定程度的剪功而不破碎。
相对凝聚而言，絮凝产生的聚集物要大的多（有时凝聚的絮团也能被絮凝）。絮凝体的特点是粒度粗、疏松、强度较大，但破碎后一般不成团，即絮凝过程不可逆。
影响絮凝效果的影响因素主要有三方面：絮凝剂的性质、悬浮液的性质、水力条件。 重力沉降
非均相混合物分离可以利用相间的密度差使颗粒在重力作用下发生正常或上浮来进行。这个分离过程统称为重力沉降分离过程。重力沉降可达到边续相的澄清又可达到分散相颗粒的增浓，视被处理物料和工艺要求而异。重力沉降通常作为非均相混合物分离的第一道工序，在沉降槽中进行，设备构造简单、操作容易。重力沉降分离的依据是分散相和连续相之间的密度差，其分离效果与分离相颗粒的大小、形状、浓度、连续相的粘度、凝聚剂和絮凝剂种类及用量、沉降面积以及物料在沉降槽中的停留时间等因素有关。重力沉降设备称为沉降槽、浓缩机、澄清器、隔油池等。分为间歇式和连续式两大类。 离心分离
离心机是一种利用转鼓带动物料高速旋转产生的离心力来强化分离过程的分离设备。是工业上主要的分离设备之一，可用于澄清、增浓、脱水、洗涤或分级。离心机的构造很多，但其基本结构或主要部件为高速旋转的转鼓，转鼓可水平或竖直安装。转鼓有两种，一种无孔，另一种有孔。有孔的为离心过滤，无孔的为离心沉降。 旋流分离
旋流分离技术包括旋流分离器及其与之配套的技术与设备，如供料系统－动力源(泵或风机)、流程系统、检测和控制系统等。旋流分离技术的关键是旋流分离器，简称旋流器。
根据使用介质的不同(气体或液体)，旋流分离可分为干法与湿法两大类。前者为旋风分离，后者为旋液分离，相应地有旋风分离器(cyclone)和旋液分离器(hydrocyclone)。旋流器与离心机都是利用离心沉降的工作原理，所不同之处是产生物料高速旋转的方法。离心机是由转鼓的高速旋转带动，而旋流器是由切线方向进料引起的。 影响旋流器分离性能的因素有：物料性质、操作条件及结构参数三方面。
浮选
浮选是从液体中分离固体或液态颗粒的单元操作，被分离颗粒密度与液体介质密度相近。在工艺上是利用高度分散的微气泡吸附悬浮颗粒，使其成为视密度小于液体介质的复合体而上浮到悬浮液表面，实现两相分离的目的。浮选是一种约定成俗的称呼，它实际上更科学的名称是鼓泡与泡沫分离（鼓动泡吸附分离。
实现浮选分离技术的两个基本条件是：必须向悬浮液中提供足够数量的微气泡，气泡直径必须适当；固体或液体颗粒必须具有疏水性质或使其具有疏水性质，从而附着于气泡表面。浮选工艺的关键是必须生成微气泡以吸附悬浮固体颗粒或液体颗粒。产生气泡的方法有
电解、分散空气和溶解空气再释放以及生物化学法等。
过滤
过滤是分离非均相混合物的常用方法。它的应用十分广泛，从日常生活、资源、能源的开发利用，到环境保护、防止公害等方面都离不开过滤分离技术。一般所说的过滤就是利用多孔介质构成的障碍场从流体中分离固体颗粒的过程。
在推动力的作用下，迫使含有固体颗粒的流体通过多孔介质，而固体颗粒则被截留在介质上，从而达到流体与固体分离的目的。 筛分
筛分或分级是利用筛分机械（或筛子）把粒度范围较大的进料分成粒度范围较小的单元操作。不同尺寸的各种粒状、片状或团状的固体颗粒的混合物通过筛子分成若干粒级，每个粒级中所包含的颗粒均在规定颗粒的最大和最小尺寸范围内，即借助孔径不同的两种筛孔可限定一个粒级范围，其中较小孔径的筛子把这一粒级的所有颗粒全部截留住，而较大孔径的筛子则使所有颗粒全部通过。
压榨 压榨操作的加工对象是不易流动的固液混合物，如从植物的种籽或果仁中榨取油脂，从苹果、柑桔、蕃茄等水果中榨取果汁等，而以甘蔗为原料生产食糖，用压榨法提取甘蔗汁则是一种历史悠久而又比较成熟的方法。由于油分、果汁、蔗汁均含在细胞中，所以，一般在压榨之前，物料需经过预处理，以预先破坏细胞结构，便于压榨机加料和提高压榨产量。
在压榨过程中，物料被压缩，体积明显地缩小，因此，压榨的过程实质是压缩过程。压榨操作的对象是固液混合物，加压则使液体分离释出，释出的液体透过物料的内部的空隙而流动，并流向自由的边缘或表面，从这个意义上来说，压榨又可视为一种特殊形式的滤饼过过滤，被压榨的固体物料常称为榨饼。压榨的速率和得率与所用的压力及温度有关，但更主要的还是取决于物料的预处理。压榨操作要考虑获得最大的产量和最低的榨饼或残液量，还要考虑固液分离的效率。根据压榨机加压方式的不同，可将其分为三种形式：平压平式、螺旋式和圆压圆式。 超声分离、磁电分离
第三篇
传质分离过程
1相平衡
掌握泡露点温度与压力的计算方法（列线图法）
2多组分多级分离过程分析与计算
掌握多组分精馏与吸收过程中，温度与浓度分布情况。掌握萃取过程原理。 掌握装置设计变量的计算方法。掌握多组分精馏过程简捷计算法（FUG法）。 3传质设备的处理能力与效率
掌握影响传质设备的处理能力与效率的因素及其影响规律 4掌握吸附、结晶分离的基本原理
吸附过程是指固体颗粒有选择性地将流体相中一定组分累积和凝聚在其内外表面上的过程。该过程中的固相颗粒称为吸附剂，被吸附或浓缩在颗粒表面上的物质叫吸附质。利用固体颗粒的吸附作用对流动相进行分离的过程叫吸附分离，已成为完整、独立的单元操作，得到广泛的应用。固体表面上的原子或分子的力场也是不均衡的，有自发降低表面能的倾向。固体表面难以收缩，所以只能靠降低界面张力的方法来降低表面能，所以能产生吸附作用。吸附是固体表面质点与流体分子相互作用的一种结果，按作用力可分为物理吸附（范德华力，流体相分子在固体表面的凝聚，过程可逆）和化学吸附（发生在固体表面的化学反应，化学键，过程不可逆）。常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、活性炭、硅藻土及分子筛等。
从均相中析出晶体物质的过程称为结晶。例如由蒸汽变为固体颗粒，液体熔化物的凝固及液体溶液中析出晶体等。本章重点讨论后者。结晶是传质分离过程之一，也是获得纯净物的主要方法之一。在工业中，结晶过程通常从溶液（特别是水溶液中结晶），把结晶作为获得固体纯净物的一种分离手段，结晶的物质是溶质。
溶质从溶液中结晶出来，要经历两个步骤。首先是要产生称为晶核的微观晶粒作为结晶的核心，其次是晶核长大成为宏观晶粒。这两个阶段的推动力都是浓度差，即溶液的过饱和度。产生晶核的过程称为成核过程，晶核长大的过程称为成长过程。过饱和度是结晶过程重要的参数，它的大小直接影响着晶核形成和晶体生长过程的快慢，而这两个过程又影响着结晶产品的粒度及粒度分布。
在溶液中结晶出来的晶体和余留下来的溶液所构成的混合物称为晶糊或晶浆；去除晶粒后余下的溶液称为母液。工业生产过程中，产生晶核的方法有三种。自然起晶法、刺激起晶法、种子起晶法。结晶方法与设备密切相关，分为冷却法、蒸发结晶、绝热蒸发结晶法、萃取结晶、盐析结晶、反应结晶等。重点为前三者。
5掌握膜分离过程的基本原理及其主要应用
第四篇
分离过程的分析与设计
1分离过程的节能
能源是指可以直接或通过转换，为人类生产与生活提供能量和动力的物质资源。化学工业的特点之一就是，煤、石油、天然气等，既是化学工业的能源又是化学工业的原料。化学工业成为工业部门中的第一用能大户。
节能就是应用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法，来合理有效地利用能源。
能耗水平是由自然条件、经济体制、经济因素、管理水平、政策倾向、社会因素、技术水平及人的观念等有关。将这些因素归纳为结构节能、管理节能和技术节能。
结构节能：产业、产品、企业、地区结构等。管理节能：宏观调控和企业经营管理。技术节能：工艺节能（分离工程、反应工程）、流程节能、化工单元操作设备节能（泵、压缩机、换热设备、蒸发设备、塔设备、分离设备等）及系统节能（从宏观系统合理用能的角度出发，所进行的节能工作）。 分离最小功表示了分离过程能耗的下限，与组成、压力及温度等因素有关。可逆时最小。最小分离功的大小标志着物质分离的难易程度。评价不同方案时，最小功具有重要的意义。
掌握书上所述精馏过程节能方法。 节能的基本经验法则：
（1）分离同样量的物质，机械分离过程需要的能量比传质分离过程要小得多，所可将机械分离过程作为预处理。（2）优先使浓度低的组分发生相变；（3）优先选择分离因子高的方案；（4）优先选用能量分离剂；（5）优先选用相变潜热较低的分离剂；（6）平衡分离过程能耗小于速率分离过程；（7）避免过度分离；（8）适当多地采用多级或组合分离； （9）避免组分或温度不同的物流相混；（10）避免或缩短不稳定操作；（11）加热或冷却时温度不要太高或太低；（12）温度尽量不要远离开常温；（13）分清热源与冷源的品位，合理使用；（14）避免排出大量过冷或热的物流，再循环利用；（15）注重换热器的开发；（16）如设备压力降为主要能耗时，在设备上改进，以降低设备能耗。
过程系统节能（夹点技术）
把整个工厂系统集成起来看作一个有要结合的整体来看待，达到最优化设计。在过程系统节能过程中，夹点技术是最实用与成功的方法。
温-焓图与复合曲线
物流的热特性可以用温-焓图很好地表示。以温度为纵轴、以焓为横轴。热物流（被冷却）线的走向是从高温向低温，冷物流（被加热）的线的走向是从低温到高温。物流的热量用横坐标两点之间的距离表示，因此物流线左右平移，并不影响其物流的温位和热量。
在过程工业的生产系统中，通常总是有若干冷物流需要被加热，而又有另外若干热物流需要被冷却。对于多股热物流，可合并为一根热复合曲线；对于多股冷流，可合并为一要冷复合曲线。
夹点的形成
当有多股热流和多股冷流进行热交换时，可将所有的热流合并成一要热复合曲线，将所有的冷流合并成一根冷复合曲线，然后将两者一起表示在温-焓图上。
夹点是冷热复合温焓线中传热温差最小的地方，此处热通量为零。夹点的出现将整个换热网络分成了两个部分：夹点之上和夹点之下。夹点之上是热端，只有换热和加热公用工程，没有任何热量流出；夹点之下是冷端，只有换热和冷却公用工程，没有任何热量流入；在夹点处，热流量为零。
因此，为达到最小加热和冷却公用工程量，夹点方法的设计原则是： ①夹点之上不应设置任何公用工程冷却器；②夹点之下不应设置任何公用工程加热器； ③不应有跨跃夹点的传热。此外，夹点是制约整个系统通量性能的“瓶颈”，它的存在限制了进一步回收能量的可能。如果有可能通过调整工艺改变夹点处物流的热特性，例如使夹点处热物流温度升高或使夹点处冷物流温度降低，就有可能将复合曲线进一步左移，从而增加回收的热量。
2分离过程的分析与设计
分离工程是根据混合物的特性和分离要求，选择和组合分离单元操作，形成一个技术上可靠、经济上可行的分离过程。
分离过程的不完全性
分离过程的不完全性，指的是分离过程是在分离不同的相或组分时，往往不能达到完全的分离。分离不完全性对于不同的分离过程程度各异，产生的原因也各不相同。主要原因有：相平衡条件的制约；传递速率控制；短路、泄露、夹带等引起；流动性要求决定；颗粒迁移运动的随机性的表现；物质的持液性等。分离过程内在推动力－特性差异也是导致分离不完全的主要原因，随着分离过程的进行，推动力减小。分离不完全性只能抑制，但不能消除，有时也不需消除，只需满足分离要求。
分离过程的设计
分离方法选择与设计要考虑的因素主要有混合物的特性、分离要求、分离能力、分离费用、产品的价值与规模、分离剂的选用、对产品和环境的损害或污染等。
分离过程选择的一般规则及步骤 （可参考书上相关内容）
分离过程的选择过程：先了解混合物的特性、明确分离要求及分离过程的特性等，分析所选分离方法能否满足分离要求。然后分析分离所需的能量，最好利用自然能量。接着评估规模程度。要求纯度高，可优先选用反应分离、多级分离。如纯度要求不高，可根据处理量大小来选择，规模大首先考虑利用热能。可利用热能且分离因子大于1.05，利用蒸馏；热能无法利用时，只能选择速率分离过程。
优先选用简单的分离方法；先易后难；如果组分间的选择性在分离过程中保持不变，应尽早分离出混合物中含量高的组分；尽早分离混合物中可能导致副反应或特别有害的物质；先考虑机械分离方法，其次考虑传质分离，尽量少用化学法；尽量避免出现固相物流，因其耗能；尽量避免使用质量分离剂；选择分离过程既要技术上可靠，又要经济上可行。
对工艺过程、工艺设备上各因素予以考虑，对流体输送配套装置进行配置，保证工艺完整性。
