1.1 概 述
什么是分离过程？ 纯组分变成混合物，是熵增自发过程，反之， 混合物变成纯净物则需作功。
混合物 （气、液、固） 分 离 过 程
产品1 产品2 产品n
能量分离剂 ESA 物质分离剂 MSA
借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级 （Fractionalization）、浓缩（Concentration）、富集 （Enrichment）、纯化（Purification）、精制（Refining） 与隔离（Isolation）等的过程称为分离过程。
1）双组分中的相对挥发度
已知A、B两组分挥发度为：
A pA / xA B pB / xB
由Dalton分压定律可知：pA+pB=p，而pA=yAp，pB=yBp，
所以：
AB
A B
yA / yB xA / xB
2）液液萃取的选择性系数
已知A、B两组分在两相中的分配系数为：
kA yA / xA
kB yB / xB
煤的利用：
焦炭 煤气 煤焦油
炼油、石油化工：
石油炼制工业通过炼油过程把原油加工为汽油、 喷气燃料、煤油、汽油、燃料油、润滑油、石 蜡油、石油沥青、石焦油和各种石油化工原料 等；
石油化学工业以上述原料生产种类极多、范围 极广的各种化学品，例如塑料、合成纤维、合 成橡胶、合成洗涤剂、溶剂、涂料、农药、染 料等；
原料 气体
分离剂 压力梯度和膜
产品 气体
热扩散 气体或液体 温度梯度
气体或液体
分离原理
多孔膜中扩散的速 率差异
热扩散速率差异
电渗析 电泳
反渗透 超过滤
液体 液体 液体 液体
电场和膜 电场
压力梯度和膜 压力梯度和膜
液体 液体 液体+液体 液体+液体
膜对不同离子的选择 性渗透
胶质在电场下的迁 移速率差异
二、分离过程的分类
（一）分离过程的分类 级数： 单级、多级
相态： 固—固、固—液、固—气、气—液、 液—液、气—气
有无传质发生： 机械分离、传质分离
处理两相以上的混合物 如过滤、沉降、离心分离等。
处理均相混合物
（二）传质分离过程的分类
按物理化学原理的不同，传质分离可分为：
平衡分离过程： 如精馏、吸收、萃取、结晶、吸附等。 借助分离剂使均相混合物变成两相系统，再利 用混合物中各组分在处于相平衡的两相中的不 等同分配而实现分离。
铀是在工业中第一个使用溶剂萃取法提取和纯 化的金属元素；
用溶剂萃取法从铜矿浸取液中提取铜，是二十 世纪七十年代，在湿法冶炼中取得的一项重要 成就；
湿法提取过程也用于磷和硼等无机矿产的生产 过程。
其他：
食品、乳品和饮料工业 材料工业 生化工业 环境保护
1.2 分离因子
（1）分离因子的定义
医药工业：
分离技术在保证药物生产及其质量中起着关键 作用；
抗生素等发酵类医药产品的生产中，大量应用 着过滤、萃取、吸附、膜分离、离子交换、结 晶、干燥等分离技术；
在天然药物（如中药等）生产现代化过程中， 超临界萃取、膜分离、先进的过滤、结晶、干 燥等分离技术有用武之地。
冶金工业
湿法冶炼中矿物浸取和萃取分离过程——溶剂 萃取法：
通过简化实验和计算机寻优，得到模型中 的相关参数
进行中间试验检验结果的可靠性。
可由数学模型方法的结果直接设计出大设 备，不存在放大效应问题。
如蒸馏和吸收等传质分离操作
（1）平衡关系以及必要的热力学和传递物 性的测定；
（2）板效率，传质单元数或传质系数的测 定
分离过程开发应达到的目的： 合适的分离方法和流程 优化的工艺操作条件 分离设备的合理选型与几何尺寸的确定
冷或热 固体吸附剂
热 溶剂 固体树脂
产品 液体+蒸汽 液体+蒸汽 液体+气体 液体+液体 液体+固体 固体+液体或气体 固体+蒸汽 固体+液体 液体+固体
分离原理 蒸汽压不同 蒸汽压不同 溶解度不同 溶解度不同
过饱和 吸附力不同 湿组分蒸发 溶解度不同
离子的可交换性
2）速率控制分离过程
过程名称 气体扩散
（2）中试：确定设备尺寸放大后的
影响
（3）工业规模
2.逐级经验放大的特点： （1）着眼于外部的联系 （2）着眼于综合研究 （3）决策步骤是人为的，不是科学论
证的结果
（4）放大过程是外推的
二.数学模型方法 物理模型的建立
数学模型的建立，确定初始条件和边界条 件
数学模型分析解或数值解
溶质溶解度与溶剂 在膜中的扩散速率 分子大小差异
分离过程的作用
化工产品生产 煤的利用 石油的利用 生化领域 冶金工业
典型的化工生产装置包括： 反应器；原料、中间产物和产品的分离设备； 泵、换热器；
原料 预处理 反应 分离 粗产品 精制 产品
分离工程
三废处理
分离贯穿化工过程，占有十分重要的地位。 分离过程的费用占总投资的50～90％。
炼油和石油化工过程紧密结合，各种分离操作 是其生产过程必不可少的组成部分。
蒸馏是炼油和石油工业中最主要的分离 操作过程之一。常压蒸馏和减压蒸馏按 照沸程不同进行石油产品分离；
除此以外，萃取用于溶剂脱蜡，润滑油 精制，溶剂脱沥青ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ芳烃抽提等；吸附 用于分子筛脱蜡、C8芳烃分离、烯烃和 烷烃的分离等。
速率分离过程： 如微滤、超滤、反渗透、电渗析等。 在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电 位差等）的作用下，利用各组分扩散速率的差 异实现分离。
1）平衡分离过程
过程名称 原 料
蒸发
液体
蒸馏
液体
吸收
气体
萃取
液体
结晶
液体
吸附 气体或液体
干燥
湿物料
浸取
固体
离子交换 液体
分离剂 热 热
不挥发性液体 不互溶液体
则其选择性系数为：
AB
kA kB
yA / yB xA / xB
过程开发与方法
化工技术开发 开发基础研究 过程研究 工程研究
概念形成到课题选定、技术与经济论证和 放大技术。
一.逐级经验放大法：
1.步骤：（1）小试：确定操作条件和设备 形式，以及可望达到的技术经济指标。
依据：产品质量、产量和成本，不考虑过 程机理。
假设要将i、j两组分构成的混合物分离成1、2两种产品，
两种产品中两组分的含量分别用xi1、xj1、xi2、xj2表示。比
较这两个组分在两种产品中的含量关系，就可以判定这两 个组分在两种产品中的分离程度：
ij
xi1 / x j1 xi2 / x j2
s ij
1
s ij
1
s ij
1
（2）分离因子的意义