控制释放
将药物或其他生物活性物质以一定形式与膜 结构相结合，使这些活性物质只能以一定速度通 过扩散等方式释放到环境中。
膜生物传感器 由生物催化剂酶或微生物与合成膜及电极转
换装置组成，模仿生物膜对化学物质的识别能力 制成，为酶膜传感器和微生物传感器 。
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1.3.2分离过程与分离过程的耦合
复合分离过程
◆蒸汽渗透 例：发酵液脱水制无水乙醇
水与醇形成二元共沸物，共沸点:78.15℃，
三、膜过程的集成
x=0.894（mol）
优点：取长补短 例：分离悬浮液为高固体含量物料 将超滤、反渗透、渗透蒸馏组合在一起。
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1.4 设计变量
变量: 用于设计分离装置的参数/物理量. 如进料 流率, 浓度, 压力, 温度, 热负荷, 机械功的输入( 或输出)量, 传热面积大小, 以及理论塔板数等.
分离工程
教师：蒋春跃 制作：何寿林
本课程的任务和内容
■地位：专业基础课 ■前期课程：
物理化学、化工原理、化工热力学 ■重点： 1.基本概念、基本原理、基本公式
的理解 2.讨论各种分离方法的特征 3.对设计、分析能力的训练 4.提高解决问题能力
学生应掌握：
◆分离过程的基本理论 ◆简捷和严格计算方法 ◆强化、改进操作途径 ◆对新分离技术有一定了解
优点：集原分离过程之所长，避其所短。 适用于: 特殊物系的分离。 ◆萃取结晶（加和结晶） 分离：①挥发度相近的组分。
②无机盐生产（优点：节能）
溶剂可萃取出部分水。
◆吸附蒸馏
气一液一固三相分离过程
吸附分离优点 ：
分离因子高，产品浓度高，能耗低。
缺点：吸附剂用量大 ，收率低。 ——形成互补
◆电泳分离
不同蛋白质在一定pH值的缓冲溶液中，其溶解度不 同，在电场作用下，这些带电的溶胶离子在介质中的 泳动速度不同，实现不同蛋白质的分离。
● 精选金属的提取
● 食品除水、除毒、病毒分离、同
位数分离
● 三废处理
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1.1.2 分离过程在清洁工艺中的 地位与作用
清洁工艺：生产工艺和防治污染有机的结 合，将污染物减少或消灭在工艺过程中。
——面向21世纪社会和经济可持续发展的 重大课题。
化学工业污染来源：
未回收的原料 未回收的产品 有用和无用的副产品 原料中的杂质 工艺的物料损耗
1.1.1分离过程在化工生产中的重要 性
1.1.2 分离过程在清洁工艺中的地 位与作用
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一般化工生产过程：
煤
石油
化
天然气
工 原
反应
分离
产 品
生物质
料
例1：乙烯水合生产乙醇
乙
烯
循环乙烯
放 空
水
水
放 空水
氢
12
C2H4 H2 0 C2H5OH
345 6 7
乙
醛
水
93% 产品
8 9 10
废水
废水
化学吸收——化学反应与吸收相结合
被溶解的组分与吸收剂中的活性组分发生反应 ，增加传质推动力, 如烟气脱硫。
化学萃取——化学反应与萃取相结合
溶质与萃取剂反应。如：络合反应；水解；聚合
反应（催化）精馏——化学反应与精馏相结合
例：酯化、皂化、酯交换、胺化、水解…
膜反应器——优良分离性能与催化反应相结合
例：利用多孔陶瓷膜催化反应器，进行丁烯脱氢 制丁二烯。丙烷脱氢制丙烯。
子的分级。
浓电解质
产品
＋
－
极
极
阴离子交换膜
进料
阳离子交换膜
推动力：电化学势
传递机理：反离子经离子交换膜的迁移
膜类型：离子交换膜
热扩散：
顶瓶
温度 梯度
底瓶
热线 冷壁
原理：
先建立稳定的温度梯度， 气体中较轻的组分向热线 方向飘逸，再建立稳定的 浓度梯度，热线附近的气 体由于密度较小流向上顶 瓶；冷管壁附近的气体由 于密度较大向下底瓶流动。
废物最小化？
清洁工艺综合考虑：
● 合理的原料选择；
● 反应路径的清洁化；
● 物料分离技术的选择； ● 确定合理的流程和工艺参数。
核心： 化学反应/过程绿色化
●原料绿色化：采用无毒无害原料 采用可再生资源（如生物质）
●产品绿色化：设计安全的化学品 设计可降解的化学品
●过程绿色化：采用原子经济性反应 采用绿色催化剂 采用绿色溶剂 过程强化外场强化 流程集约化 装备微型化
分离装置的设计: 就是要确定上述物理量间相互 联系, 相互制约.
设计变量: 由于变量太多, 所以设计者只能规定 上述变量中的若干个变量的数值. 如果设计过 程中给定数值的物理量数目少于设计变量的 数目,设计就不能进行. 反之, 给定数值的物理 量过多, 设计也无法进行.
因此，设计的第一步不是选择变量的具 体数值，而是要知道设计者所需要给定 数值的变量数目。
简单过程：一般按经验给出。如一处进 料的二组分精馏塔：进料流率、进料浓 度、进料状态、塔压、釜液浓度、馏出 液浓度以及回流比。计算：精馏段理论 塔板数，提馏段理论塔板数，以及冷凝 器，再沸器的热负荷等。
复杂过程：Ni=Nv-Nc
式中：Ni为设计变量；Nv为描述系统的独立 变量数；Nc为变量间的约束关系数（即描 述约束关系的独立方程式的数目）。
速率分离过程特点：
■节能 ■环保优势 ■新的方法
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1.3.分离过程的集成化
目的：实现清洁工艺 使物料能量消耗最小； 经济效益、社会效益最大。
1.3.1反应过程与分离过程的耦合 1.3.2分离过程与分离过程的耦合 1.3.3 过程的集成
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1.3.1反应过程与分离过程的耦合
目的：
改善不利的热力学和动力学因数， 减少设备、操作费用、节约资源和能 源。
由催化裂化 装置主蒸塔 顶产物中回
出
热量（
别
收乙烷及较
L
ESA）
轻的烃。
萃
取
MSA
或 共
L或V
沸
精
馏
原料
相态 L：
汽、液 或汽液 L 混合物
液体溶剂（ MSA）或塔 釜加热（
ESA）
液体共沸剂 （MSA）或 塔釜加热（
ESA）
改变原溶 液的相对 挥发度
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离芳烃 ；以醋酸丁 酯作共沸剂 从稀溶液中 分离醋酸。
闭路循环系统：
将过程所产生的废物最大限度地回收和
循环使用。
产品
原
料
1
1
1
废
物 2
废
物 2
排除
2
1—单元过程；2—处理
实现分离与再循环系统使废物最小化的方法： ●废物直接再循环
例：废水
●进料提纯
例：氧化反应采用纯氧
●除去分离过程中加入的附加物质
例：共沸剂、萃取剂
●附加分离与再循环系统
例：分离废物中的有效物，循环使用
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1.3.3 过程的集成
一、传统分离过程的集成
合理组合传统分离过程，扬长避短，达 到高效、低耗和减少污染的目的。
共沸精馏与萃取集成
环己烷 +苯
环己烷+丙 酮共沸物
环己烷 丙酮+水
丙酮
水
丙酮
纯苯
水
优点：无污染
二、传统分离过程与膜分离的集成
将膜技术应用到传统分离过程中
◆渗透蒸发
用来分离挥发性液体混合物，恒沸、近沸点物系。
上述原因促使：
传统分离过程不断改进和发展 例：反应精馏；吸附；… 新分离方法不断出现和实现工业化应用 例：膜分离；热扩散；色层分离；…
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思考： 循环经济、产业链、工业园区等
1.2 传质分离过程的分类和特征
1.2.1 平衡分离过程 1.2.2 速率分离过程
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1.2.1 平衡分离过程
混合物 分离设备
产品
分离媒介
分离媒介：能量、物质、压力 平衡分离过程——借助分离媒介，使均相混合物系统变
成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡 的两相中不等同的分配为依据而实现分配，表征 量分配系数。
平衡分离过程的分离单元操作
原料 分离媒 分离原 工业应
闪
相态： 介： 理： 用：
蒸
减压 挥发度（ 海水淡化生
液体
教材：面向21世纪课程教材：
刘家祺.分离过程.北京:化学工业出版社, 2002
主要参考书:
陈洪钫,刘家祺.化工分离过程.北京:化学 工业出版社, 1995
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第一章 绪 论
1.1分离过程在工业生产中的地位和 作用 1.2 传质分离过程的分类和特征 1.3.分离过程的集成化
学习方法与要求
1.1 分离过程在工业生产中的地位 和作用
=RTC/M
式中C为溶解盐的浓度，g/cm3；M为离子状态的 各种溶质的平均分子量。若从含盐0.035g/cm3的 海水中制取纯水，M=31.5，操作温度298K。问 反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa？
习题-pp23
解： C=0.035g/cm3=0.0351000g/L=35g/L
=RTC/M=8.314[kPaL/(molK)]298[K]
1-固定床催化反应器；2-分凝器；3、5、9-吸收塔；4-闪蒸塔；6-粗馏塔； 7-催化加氢反应器；8-脱轻组分塔；10-产品塔
涉及分离过程：吸收：3、5、9； 精馏：6、8、10；闪蒸：4
例2：二甲苯生产
放
混合二甲苯 循环混合二甲苯
3
H2
空
轻烃类 非芳烃
苯和甲苯 芳烃
H2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ乙二醇
12
45