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分离集成技术及实训 版权信息
- ISBN:9787030674012
- 条形码:9787030674012 ; 978-7-03-067401-2
- 装帧:一般胶版纸
- 册数:暂无
- 重量:暂无
- 所属分类:>
分离集成技术及实训 内容简介
本书系统总结了科研和工业化生产中常用的分离单元及分离技术的新技术及工艺,每章内容覆盖了分离单元的基本原理、应用方法、工艺及典型的分离装置,在应用案例中详细介绍了分离单元集成技术在碳氢烃深加工、不同种类精细化学品精制及副产物综合利用过程中的应用。
分离集成技术及实训 目录
前言
**部分 分离单元技术
第1章 分离技术现状与发展趋势 3
1.1 分离技术现状 3
1.2 分离技术特点及发展趋势 4
第2章 蒸馏及其新型技术 6
2.1 蒸馏 6
2.1.1 蒸馏基本原理及类型 6
2.1.2 气液平衡及相图 7
2.2 精馏 9
2.2.1 平衡蒸馏和简单蒸馏 9
2.2.2 连续精馏过程计算 10
2.3 集成精馏 15
2.3.1 组合精馏和侧线精馏 15
2.3.2 反应精馏 16
2.3.3 恒沸精馏 17
第3章 萃取精馏及其新型技术 22
3.1 萃取精馏类型 22
3.2 萃取剂的筛选 23
3.2.1 通过组分性质分析筛选萃取剂 23
3.2.2 单级萃取精馏模拟法 24
3.2.3 实验验证 25
3.3 理论计算方程 25
3.3.1 物料守恒方程 26
3.3.2 相平衡方程 26
3.3.3 操作线方程 27
3.4 萃取精馏塔设计计算 28
3.4.1 塔径计算 28
3.4.2 塔高计算 29
3.5 新型萃取精馏技术 33
3.5.1 反应萃取精馏 33
3.5.2 复合萃取精馏技术 34
第4章 吸收 35
4.1 气液组成表示方法及组成之间关系式 35
4.1.1 气液组成表示方法 35
4.1.2 气液组成关系式 35
4.1.3 亨利系数E 与H 之间的关系 36
4.2 分子扩散系数及扩散速率方程式 36
4.2.1 分子扩散系数 36
4.2.2 扩散速率方程式 37
4.2.3 稳定的相对流扩散速率方程式 38
4.3 吸收速率方程式及吸收系数 38
4.3.1 吸收速率方程式 38
4.3.2 各种吸收系数之间的关系 39
4.4 吸收塔的物料衡算及*小液气比 40
4.5 填料吸收塔塔径及填料高度的确定 40
4.5.1 塔径 40
4.5.2 填料层高度 41
4.5.3 吸收塔的等板高度及有效高度 42
第5章 液液萃取过程优化及设计 43
5.1 液液萃取原理 43
5.1.1 单级液液萃取原理图 43
5.1.2 萃取目的及萃取剂选择 43
5.2 液液相平衡及相图 44
5.2.1 液液相平衡方程 44
5.2.2 液液平衡相图 44
5.3 萃取分离过程计算 47
5.3.1 单级萃取及组成计算 47
5.3.2 多级错流萃取及组成计算 49
5.3.3 多级逆流萃取及组成计算 52
5.4 液液萃取装置 55
5.4.1 混合澄清槽 55
5.4.2 重力流动的萃取塔 56
5.4.3 输入机械能量的萃取塔 59
5.5 液液萃取设计计算 62
5.5.1 等级高度法 62
5.5.2 传质方程法 62
第6章 结晶技术 64
6.1 结晶原理及相图 64
6.2 结晶方法 65
6.2.1 直接接触冷却和间壁换热冷却法 65
6.2.2 蒸发结晶法 66
6.2.3 盐析结晶法 67
6.2.4 萃取结晶法 67
6.2.5 反应结晶法 68
6.3 结晶工艺 68
6.3.1 多级结晶 68
6.3.2 塔式结晶 68
6.3.3 降膜结晶装置与工艺 71
6.3.4 Bremband结晶装置与工艺 71
6.3.5 板式结晶器 72
6.3.6 连续滚筒喷淋式结晶器 72
第7章 膜分离技术 74
7.1 膜分离概况 74
7.1.1 膜分离技术发展过程 74
7.1.2 膜的类型 75
7.1.3 膜的特点 75
7.2 常见膜分离装置 76
7.2.1 管式膜组件 76
7.2.2 卷式膜组件 77
7.2.3 中空纤维膜组件 77
7.2.4 板框式膜组件 78
7.3 常用膜分离工艺 79
第二部分 分离技术应用
第8章 碳氢烃深加工与综合利用 83
8.1 混合烷烃深加工系列溶剂油及溶剂 84
8.1.1 生产烷烃溶剂油 84
8.1.2 生产高强度聚乙烯纤维用的溶剂油 88
8.1.3 生产专用化学品正己烷和正庚烷 90
8.1.4 C13~C15正构烷烃生产技术 95
8.2 裂解C9深加工与制备精细化学品 106
8.2.1 合成C9芳烃石油树脂 106
8.2.2 制备芳烃溶剂油和混合二甲苯 108
8.2.3 裂解C9芳烃制备精细化学品 109
8.3 重整C9芳烃深加工与综合利用 120
8.3.1 重整C9芳烃预处理脱非芳烃 122
8.3.2 偏三甲苯的生产现状及提取技术 124
8.3.3 均三甲苯的生产现状及精制技术 127
8.3.4 甲乙苯应用现状及深加工技术 134
8.4 从C10芳烃中提取高附加值精细化学品 137
8.4.1 C10芳烃的开发现状 137
8.4.2 C10芳烃分离深加工技术 138
第9章 精细化学品的分离与精制技术 141
9.1 二元体系的分离及精制技术 141
9.1.1 萃取精馏技术在二元溶液分离中的应用 141
9.1.2 共沸精馏集成技术在二元共沸溶液分离中的应用 148
9.1.3 液液萃取在糠醛和水分离、浓缩过程中的应用 152
9.1.4 多级逆流液液萃取在二乙氧基甲烷和乙醇分离中的应用 164
9.2 有机物-醇-水三元体系的分离及精制技术 166
9.2.1 异丙醇、叔丁醇和水三元体系的分离方法和工艺 166
9.2.2 乙酸甲酯-甲醇-水体系的分离方法 176
9.2.3 乙酸乙酯-乙醇-水体系的分离技术 179
9.2.4 甲缩醛-甲醇-水体系的分离技术 188
9.2.5 乙醛酯-乙醇-水体系的分离技术 192
9.3 其他有机物-醇-水三元体系的分离技术 196
9.3.1 酮-醇-水混合液的分离技术 196
9.3.2 卤代烃-乙醇-水三元混合液的分离技术 200
9.3.3 芳烃-乙醇-水三元体系的单侧线萃取共沸精馏分离技术 202
9.3.4 醚-醇-水的萃取精馏和共沸分离技术 204
9.3.5 杂环化合物-醇-水的分离技术 207
9.4 四元及多元混合溶液的分离技术 211
9.4.1 从丙酮-二氯甲烷-甲醇-水混合液中提取丙酮的分离技术 211
9.4.2 四氢呋喃-乙醇-甲苯-水混合液的分离技术 212
9.4.3 甲醇-水-苯胺-甲基苯胺-二甲基苯胺-三甲基苯胺混合液的分离技术 215
9.4.4 丙酮-乙酸-双乙烯酮-醋酐-多聚酮混合液的分离技术 218
9.4.5 苯-氯化苯-二氯苯-多氯苯混合液的分离及副产物综合利用 221
9.4.6 混合硝基氯化苯分离技术 229
第三部分 分离单元实训
第10章 连续萃取精馏过程优化与检测 239
10.1 技术指标及实验装置 239
10.1.1 萃取精馏塔 239
10.1.2 溶剂再生塔 239
10.1.3 装置结构 239
10.2 操作方法、过程及故障处理 241
10.2.1 塔的安装 241
10.2.2 装置检查 242
10.2.3 实验操作 242
10.2.4 故障处理 243
第11章 连续液液萃取及过程分析 244
11.1 液液萃取目的、内容及原理 244
11.1.1 目的及内容 244
11.1.2 实验原理 244
11.2 装置、操作及分析 244
11.2.1 装置及技术参数 244
11.2.2 实验过程及分析 246
11.3 注意事项 248
11.4 结果与数据处理 248
第12章 连续结晶及过程分析 252
12.1 结晶的目的 252
12.2 结晶装置及条件 252
12.2.1 结晶装置 252
12.2.2 分析方法 253
12.3 操作过程及故障处理 254
12.3.1 实验过程 254
12.3.2 故障处理 254
12.4 结果与数据处理 255
12.5 实验讨论 255
第13章 反应精馏实验 256
13.1 目的与内容 256
13.2 原理及装置 256
13.2.1 实验原理 256
13.2.2 实验装置 257
13.3 实验操作 257
13.4 分析和讨论 258
第14章 活性炭吸附脱色 259
14.1 原理及装置 259
14.1.1 实验原理 259
14.1.2 实验装置 260
14.2 操作过程及注意事项 260
14.2.1 实验操作 260
14.2.2 注意事项 261
14.3 结果与分析 261
14.3.1 实验数据 261
14.3.2 分析处理 261
第15章 超滤膜分离实验 262
15.1 内容及原理 262
15.2 装置及操作 262
15.3 结果与讨论 263
第16章 絮凝/混凝 264
16.1 目的及原理 264
16.2 装置及操作 265
16.2.1 *佳投药量实验步骤 265
16.2.2 实验确定*佳pH 266
16.2.3 注意事项 266
16.3 结果与分析 267
16.3.1 实验数据 267
16.3.2 数据处理 267
参考文献 268
分离集成技术及实训 节选
**部分 分离单元技术 第1章 分离技术现状与发展趋势 1.1 分离技术现状 石油化学工业是国民经济发展的重要组成部分,它直接影响农业、国防、轻工业及其他行业的发展。化学工业分为无机化学工业和有机化学工业。20世纪70年代我国引进13套30万t/年合成氨装置,带动了整个无机化学工业和农业的发展,80年代引进4套1000万t/年炼油装置,通过对生产工艺和装备进行不断消化和吸收,有机化学工业规模、生产方式、品种及质量实现历史性的跨越,产品遍及医药、生物、农药、染料、材料、环境及军事技术领域。 有机化学工业主要涉及基础原料、基础有机化工等7个领域。基础有机化工,包含一氧化碳、氢、甲烷、乙炔、烯烃和芳烃等加工制造及醇、酸、醚和酯类精细化学品等;“三药”工业,包含试剂、药剂、黏合剂、涂料、有机杀虫剂、香料及染料中间体等;材料工业,包含塑料、合成橡胶、人造纤维、合成纤维及成膜材料等;燃料工业,包含天然气、石油、煤、木材及泥炭的化学加工工业等;发酵工业,包含糖、油脂、蛋白质、饮料及生物化学产品等;轻工业,包含造纸、制革及橡胶加工等;冶金工业,如焦油炼制等。 尽管上述产品属于不同的领域,具有不同的生产方式,但产品加工环节均具有共性的过程及装置。从原料到产品都需要经过若干个阶段,除有不同的化学反应过程外,其余步骤皆可归纳为若干个基本的物理过程,如流体的输送与压缩、沉降、过滤、传热、蒸发、结晶、干燥、蒸馏、吸收、萃取、冷冻等,此外,还有原料供应、环保工程、公用工程及产品的储存与输送等方面的共性单元,将这些基本单元操作串联就可构成一个完整的工业制造过程。 近年来,分离技术在资源深加工、产品质量提升及副产物和废弃物循环利用领域中越来越受到重视,在传统分离单元的基础上,需进一步开发和应用分离新技术及装置。按照分离介质,分离基本单元可分为图1-1所示类型[1]。在炼油、精细化学品、医药、生化及环保应用领域中,对于固液相、混合液相及混合气体多组成分离等问题,采取常规分离单元技术是行之有效的。在全面发展煤、石油、天然气及生物质资源深加工与综合利用领域,无论是汽化、液化及热解技术,还是在制造高端精细化学品、提升产品质量、副产物资源化利用及减排方面,分离技术都是关键,尤其特种分离是解决难题的关键。在石化产品产业链生产中,已形成连续管式裂解、精馏、重整、萃取抽提及结晶加工工艺,石油化工等行业的加工体系已基本形成,但生产方式和装备需要由间歇式向连续化方向转变,产品的质量及副产品的综合利用还有待进一步提高,如石油炼制中产生大量的90号、120号、200号溶剂油及裂解和重整中形成的重芳油深加工技术有待开发,只有实现系列溶剂油中小沸点差、共沸及同分异构体的物质分离,才能实现资源的*大化利用。从天然气开发到材料的合成已形成较为完整的体系,但裂解及分离过程所产生馏分的加工过程还有待改进,产品质量有待进一步提高,需要引进和采用新的分离和精制技术,实现现有资源的*大化利用,如合成气的利用、二烯烃的提取及碳五的开发均需要先进的分离技术和装备。随着经济的快速发展,煤炭、石油及天然气供应明显不足,加强生物质的利用已成为化工、生化、医药、能源及环境行业急需解决的问题,20世纪80年代进行了一些生物质加工利用,包括生物质成型燃料、畜禽养殖场沼气发电、生物质气化(炭化)发电及深加工成清洁产品,实现了一些生物、医药及化工产品的生产,但生产规模、综合利用及清洁化生产未能达到一定水准,按照现有状况,生产的方法、工艺及设备还有待改进,需要大胆采用先进的分离技术,推进绿色化生产工艺及多功能环保型设备的产业化。 图1-1 化工分离基本单元类型 1.2 分离技术特点及发展趋势 近40多年来,石油化学工业结构发生了根本性变化,一是实施绿色化生产,调整产品生产的原料路线,由煤炭资源逐渐转向以天然气和石油为原料,显著降低了生产成本;二是生产规模化和产品系列化,形成由资源向基础原料、基础有机化工原料、精细化工、医药和农药中间体、新材料及特种功能材料等系列产品方向发展;三是注重绿色化生产工艺,在连续化反应和分离技术、多功能集成装置、副产品与废弃物回收利用及“三废”综合处置方面取得进展,但与发达国家相比,产品的生产方法、过程的转化率或收率、产品质量、副产物综合利用及废弃物的处置还存在明显差距。对于这些问题的解决,先进的分离技术尤为重要,连续化的分离单元及其集成技术具有提高产品质量、副产品资源化及废弃物综合利用等功能。 与国外跨国公司相比,国内企业在精细化学品生产过程中主要存在严重“三废”问题,究其原因有5点:一是工艺或方法落后,过程转化率或收率偏低,与生产过程“零”排放相距较远;二是产品质量有待进一步提升;三是装置运行方式及结构陈旧,停留在20世纪80~90年代,缺乏创新性;四是副产物或废弃物深加工与循环利用力度不够,副产物及废弃物占比较大,严重浪费资源,造成环境污染;五是高能耗,在传统石化生产中,分离能耗占总能耗的70%左右,导致生产成本高,缺乏市场竞争力。为了解决和改变以上问题,需要在4个方面进行强化:一是调整原材料路线,采用绿色环保型原料;二是过程简单化,选用新方法和新工艺对传统过程进行优化改造,提高过程的转化率或收率,关键是反应和分离的技术研发和应用;三是设计创新性微型化装置,对生产关键设备的结构进行优化设计,提高过程转化率或收率,降低生产过程中副产物的量,实现生产环节接近零排放;四是采用预处理与深度处理融合,实现副产物中有机物的回收和循环利用,*终实现过程零排放。 第2章 蒸馏及其新型技术 2.1 蒸馏 蒸馏是分离均相液体的常用方法,利用液体中组分之间挥发性的差异实现分离,达到目标产品的精制、稀溶液中有效成分回收及废液净化的目的。蒸馏是石油化工、医药、染料及环境等领域中广泛使用的分离单元。 2.1.1 蒸馏基本原理及类型 混合液体中不同组分之间的挥发性用挥发度或相对挥发度来表示。设定气液平衡时,i组分在气相中分压和组成分别为pi和yi、液相组成为xi,对于1、2两组分混合液,挥发度表示为式(2-1)和式(2-2),相对挥发度表示为式(2-3)。 (2-1) (2-2) (2-3) 当α12>1时,说明组分1相对于组分2挥发性大,组分1称为易挥发组分,组分2称为难挥发组分。当加热混合液时,组分1易汽化,经冷凝变为含组分1较高的轻组分,采用该方式多次操作,实现组分1和组分2的分离,达到提高组分1纯度的目的,该过程称为蒸馏过程。 根据分离混合液的组分性质和难易程度,可采用不同蒸馏方式进行分离,目前采用的方法[2-4]如表2-1所示。按照操作原理,可分为简单蒸馏、平衡蒸馏及连续精馏;按照生产过程,可分为间歇精馏过程和连续精馏过程;按照操作压力,可分为常压精馏、减压精馏及加压精馏;按照待分离组分,可分为双组分分离精馏和多组分分离精馏;按照组分的沸点和共沸等性质,可分为普通精馏、共沸精馏及萃取精馏。 表2-1 蒸馏操作方式
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