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分離集成技術及實訓 版權信息
- ISBN:9787030674012
- 條形碼:9787030674012 ; 978-7-03-067401-2
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
分離集成技術及實訓 內容簡介
本書系統總結了科研和工業化生產中常用的分離單元及分離技術的新技術及工藝,每章內容覆蓋了分離單元的基本原理、應用方法、工藝及典型的分離裝置,在應用案例中詳細介紹了分離單元集成技術在碳氫烴深加工、不同種類精細化學品精制及副產物綜合利用過程中的應用。
分離集成技術及實訓 目錄
前言
**部分 分離單元技術
第1章 分離技術現狀與發展趨勢 3
1.1 分離技術現狀 3
1.2 分離技術特點及發展趨勢 4
第2章 蒸餾及其新型技術 6
2.1 蒸餾 6
2.1.1 蒸餾基本原理及類型 6
2.1.2 氣液平衡及相圖 7
2.2 精餾 9
2.2.1 平衡蒸餾和簡單蒸餾 9
2.2.2 連續精餾過程計算 10
2.3 集成精餾 15
2.3.1 組合精餾和側線精餾 15
2.3.2 反應精餾 16
2.3.3 恒沸精餾 17
第3章 萃取精餾及其新型技術 22
3.1 萃取精餾類型 22
3.2 萃取劑的篩選 23
3.2.1 通過組分性質分析篩選萃取劑 23
3.2.2 單級萃取精餾模擬法 24
3.2.3 實驗驗證 25
3.3 理論計算方程 25
3.3.1 物料守恒方程 26
3.3.2 相平衡方程 26
3.3.3 操作線方程 27
3.4 萃取精餾塔設計計算 28
3.4.1 塔徑計算 28
3.4.2 塔高計算 29
3.5 新型萃取精餾技術 33
3.5.1 反應萃取精餾 33
3.5.2 復合萃取精餾技術 34
第4章 吸收 35
4.1 氣液組成表示方法及組成之間關系式 35
4.1.1 氣液組成表示方法 35
4.1.2 氣液組成關系式 35
4.1.3 亨利系數E 與H 之間的關系 36
4.2 分子擴散系數及擴散速率方程式 36
4.2.1 分子擴散系數 36
4.2.2 擴散速率方程式 37
4.2.3 穩定的相對流擴散速率方程式 38
4.3 吸收速率方程式及吸收系數 38
4.3.1 吸收速率方程式 38
4.3.2 各種吸收系數之間的關系 39
4.4 吸收塔的物料衡算及*小液氣比 40
4.5 填料吸收塔塔徑及填料高度的確定 40
4.5.1 塔徑 40
4.5.2 填料層高度 41
4.5.3 吸收塔的等板高度及有效高度 42
第5章 液液萃取過程優化及設計 43
5.1 液液萃取原理 43
5.1.1 單級液液萃取原理圖 43
5.1.2 萃取目的及萃取劑選擇 43
5.2 液液相平衡及相圖 44
5.2.1 液液相平衡方程 44
5.2.2 液液平衡相圖 44
5.3 萃取分離過程計算 47
5.3.1 單級萃取及組成計算 47
5.3.2 多級錯流萃取及組成計算 49
5.3.3 多級逆流萃取及組成計算 52
5.4 液液萃取裝置 55
5.4.1 混合澄清槽 55
5.4.2 重力流動的萃取塔 56
5.4.3 輸入機械能量的萃取塔 59
5.5 液液萃取設計計算 62
5.5.1 等級高度法 62
5.5.2 傳質方程法 62
第6章 結晶技術 64
6.1 結晶原理及相圖 64
6.2 結晶方法 65
6.2.1 直接接觸冷卻和間壁換熱冷卻法 65
6.2.2 蒸發結晶法 66
6.2.3 鹽析結晶法 67
6.2.4 萃取結晶法 67
6.2.5 反應結晶法 68
6.3 結晶工藝 68
6.3.1 多級結晶 68
6.3.2 塔式結晶 68
6.3.3 降膜結晶裝置與工藝 71
6.3.4 Bremband結晶裝置與工藝 71
6.3.5 板式結晶器 72
6.3.6 連續滾筒噴淋式結晶器 72
第7章 膜分離技術 74
7.1 膜分離概況 74
7.1.1 膜分離技術發展過程 74
7.1.2 膜的類型 75
7.1.3 膜的特點 75
7.2 常見膜分離裝置 76
7.2.1 管式膜組件 76
7.2.2 卷式膜組件 77
7.2.3 中空纖維膜組件 77
7.2.4 板框式膜組件 78
7.3 常用膜分離工藝 79
第二部分 分離技術應用
第8章 碳氫烴深加工與綜合利用 83
8.1 混合烷烴深加工系列溶劑油及溶劑 84
8.1.1 生產烷烴溶劑油 84
8.1.2 生產高強度聚乙烯纖維用的溶劑油 88
8.1.3 生產專用化學品正己烷和正庚烷 90
8.1.4 C13~C15正構烷烴生產技術 95
8.2 裂解C9深加工與制備精細化學品 106
8.2.1 合成C9芳烴石油樹脂 106
8.2.2 制備芳烴溶劑油和混合二甲苯 108
8.2.3 裂解C9芳烴制備精細化學品 109
8.3 重整C9芳烴深加工與綜合利用 120
8.3.1 重整C9芳烴預處理脫非芳烴 122
8.3.2 偏三甲苯的生產現狀及提取技術 124
8.3.3 均三甲苯的生產現狀及精制技術 127
8.3.4 甲乙苯應用現狀及深加工技術 134
8.4 從C10芳烴中提取高附加值精細化學品 137
8.4.1 C10芳烴的開發現狀 137
8.4.2 C10芳烴分離深加工技術 138
第9章 精細化學品的分離與精制技術 141
9.1 二元體系的分離及精制技術 141
9.1.1 萃取精餾技術在二元溶液分離中的應用 141
9.1.2 共沸精餾集成技術在二元共沸溶液分離中的應用 148
9.1.3 液液萃取在糠醛和水分離、濃縮過程中的應用 152
9.1.4 多級逆流液液萃取在二乙氧基甲烷和乙醇分離中的應用 164
9.2 有機物-醇-水三元體系的分離及精制技術 166
9.2.1 異丙醇、叔丁醇和水三元體系的分離方法和工藝 166
9.2.2 乙酸甲酯-甲醇-水體系的分離方法 176
9.2.3 乙酸乙酯-乙醇-水體系的分離技術 179
9.2.4 甲縮醛-甲醇-水體系的分離技術 188
9.2.5 乙醛酯-乙醇-水體系的分離技術 192
9.3 其他有機物-醇-水三元體系的分離技術 196
9.3.1 酮-醇-水混合液的分離技術 196
9.3.2 鹵代烴-乙醇-水三元混合液的分離技術 200
9.3.3 芳烴-乙醇-水三元體系的單側線萃取共沸精餾分離技術 202
9.3.4 醚-醇-水的萃取精餾和共沸分離技術 204
9.3.5 雜環化合物-醇-水的分離技術 207
9.4 四元及多元混合溶液的分離技術 211
9.4.1 從丙酮-二氯甲烷-甲醇-水混合液中提取丙酮的分離技術 211
9.4.2 四氫呋喃-乙醇-甲苯-水混合液的分離技術 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離技術 215
9.4.4 丙酮-乙酸-雙乙烯酮-醋酐-多聚酮混合液的分離技術 218
9.4.5 苯-氯化苯-二氯苯-多氯苯混合液的分離及副產物綜合利用 221
9.4.6 混合硝基氯化苯分離技術 229
第三部分 分離單元實訓
第10章 連續萃取精餾過程優化與檢測 239
10.1 技術指標及實驗裝置 239
10.1.1 萃取精餾塔 239
10.1.2 溶劑再生塔 239
10.1.3 裝置結構 239
10.2 操作方法、過程及故障處理 241
10.2.1 塔的安裝 241
10.2.2 裝置檢查 242
10.2.3 實驗操作 242
10.2.4 故障處理 243
第11章 連續液液萃取及過程分析 244
11.1 液液萃取目的、內容及原理 244
11.1.1 目的及內容 244
11.1.2 實驗原理 244
11.2 裝置、操作及分析 244
11.2.1 裝置及技術參數 244
11.2.2 實驗過程及分析 246
11.3 注意事項 248
11.4 結果與數據處理 248
第12章 連續結晶及過程分析 252
12.1 結晶的目的 252
12.2 結晶裝置及條件 252
12.2.1 結晶裝置 252
12.2.2 分析方法 253
12.3 操作過程及故障處理 254
12.3.1 實驗過程 254
12.3.2 故障處理 254
12.4 結果與數據處理 255
12.5 實驗討論 255
第13章 反應精餾實驗 256
13.1 目的與內容 256
13.2 原理及裝置 256
13.2.1 實驗原理 256
13.2.2 實驗裝置 257
13.3 實驗操作 257
13.4 分析和討論 258
第14章 活性炭吸附脫色 259
14.1 原理及裝置 259
14.1.1 實驗原理 259
14.1.2 實驗裝置 260
14.2 操作過程及注意事項 260
14.2.1 實驗操作 260
14.2.2 注意事項 261
14.3 結果與分析 261
14.3.1 實驗數據 261
14.3.2 分析處理 261
第15章 超濾膜分離實驗 262
15.1 內容及原理 262
15.2 裝置及操作 262
15.3 結果與討論 263
第16章 絮凝/混凝 264
16.1 目的及原理 264
16.2 裝置及操作 265
16.2.1 *佳投藥量實驗步驟 265
16.2.2 實驗確定*佳pH 266
16.2.3 注意事項 266
16.3 結果與分析 267
16.3.1 實驗數據 267
16.3.2 數據處理 267
參考文獻 268
分離集成技術及實訓 節選
**部分 分離單元技術 第1章 分離技術現狀與發展趨勢 1.1 分離技術現狀 石油化學工業是國民經濟發展的重要組成部分,它直接影響農業、國防、輕工業及其他行業的發展。化學工業分為無機化學工業和有機化學工業。20世紀70年代我國引進13套30萬t/年合成氨裝置,帶動了整個無機化學工業和農業的發展,80年代引進4套1000萬t/年煉油裝置,通過對生產工藝和裝備進行不斷消化和吸收,有機化學工業規模、生產方式、品種及質量實現歷史性的跨越,產品遍及醫藥、生物、農藥、染料、材料、環境及軍事技術領域。 有機化學工業主要涉及基礎原料、基礎有機化工等7個領域。基礎有機化工,包含一氧化碳、氫、甲烷、乙炔、烯烴和芳烴等加工制造及醇、酸、醚和酯類精細化學品等;“三藥”工業,包含試劑、藥劑、黏合劑、涂料、有機殺蟲劑、香料及染料中間體等;材料工業,包含塑料、合成橡膠、人造纖維、合成纖維及成膜材料等;燃料工業,包含天然氣、石油、煤、木材及泥炭的化學加工工業等;發酵工業,包含糖、油脂、蛋白質、飲料及生物化學產品等;輕工業,包含造紙、制革及橡膠加工等;冶金工業,如焦油煉制等。 盡管上述產品屬于不同的領域,具有不同的生產方式,但產品加工環節均具有共性的過程及裝置。從原料到產品都需要經過若干個階段,除有不同的化學反應過程外,其余步驟皆可歸納為若干個基本的物理過程,如流體的輸送與壓縮、沉降、過濾、傳熱、蒸發、結晶、干燥、蒸餾、吸收、萃取、冷凍等,此外,還有原料供應、環保工程、公用工程及產品的儲存與輸送等方面的共性單元,將這些基本單元操作串聯就可構成一個完整的工業制造過程。 近年來,分離技術在資源深加工、產品質量提升及副產物和廢棄物循環利用領域中越來越受到重視,在傳統分離單元的基礎上,需進一步開發和應用分離新技術及裝置。按照分離介質,分離基本單元可分為圖1-1所示類型[1]。在煉油、精細化學品、醫藥、生化及環保應用領域中,對于固液相、混合液相及混合氣體多組成分離等問題,采取常規分離單元技術是行之有效的。在全面發展煤、石油、天然氣及生物質資源深加工與綜合利用領域,無論是汽化、液化及熱解技術,還是在制造高端精細化學品、提升產品質量、副產物資源化利用及減排方面,分離技術都是關鍵,尤其特種分離是解決難題的關鍵。在石化產品產業鏈生產中,已形成連續管式裂解、精餾、重整、萃取抽提及結晶加工工藝,石油化工等行業的加工體系已基本形成,但生產方式和裝備需要由間歇式向連續化方向轉變,產品的質量及副產品的綜合利用還有待進一步提高,如石油煉制中產生大量的90號、120號、200號溶劑油及裂解和重整中形成的重芳油深加工技術有待開發,只有實現系列溶劑油中小沸點差、共沸及同分異構體的物質分離,才能實現資源的*大化利用。從天然氣開發到材料的合成已形成較為完整的體系,但裂解及分離過程所產生餾分的加工過程還有待改進,產品質量有待進一步提高,需要引進和采用新的分離和精制技術,實現現有資源的*大化利用,如合成氣的利用、二烯烴的提取及碳五的開發均需要先進的分離技術和裝備。隨著經濟的快速發展,煤炭、石油及天然氣供應明顯不足,加強生物質的利用已成為化工、生化、醫藥、能源及環境行業急需解決的問題,20世紀80年代進行了一些生物質加工利用,包括生物質成型燃料、畜禽養殖場沼氣發電、生物質氣化(炭化)發電及深加工成清潔產品,實現了一些生物、醫藥及化工產品的生產,但生產規模、綜合利用及清潔化生產未能達到一定水準,按照現有狀況,生產的方法、工藝及設備還有待改進,需要大膽采用先進的分離技術,推進綠色化生產工藝及多功能環保型設備的產業化。 圖1-1 化工分離基本單元類型 1.2 分離技術特點及發展趨勢 近40多年來,石油化學工業結構發生了根本性變化,一是實施綠色化生產,調整產品生產的原料路線,由煤炭資源逐漸轉向以天然氣和石油為原料,顯著降低了生產成本;二是生產規模化和產品系列化,形成由資源向基礎原料、基礎有機化工原料、精細化工、醫藥和農藥中間體、新材料及特種功能材料等系列產品方向發展;三是注重綠色化生產工藝,在連續化反應和分離技術、多功能集成裝置、副產品與廢棄物回收利用及“三廢”綜合處置方面取得進展,但與發達國家相比,產品的生產方法、過程的轉化率或收率、產品質量、副產物綜合利用及廢棄物的處置還存在明顯差距。對于這些問題的解決,先進的分離技術尤為重要,連續化的分離單元及其集成技術具有提高產品質量、副產品資源化及廢棄物綜合利用等功能。 與國外跨國公司相比,國內企業在精細化學品生產過程中主要存在嚴重“三廢”問題,究其原因有5點:一是工藝或方法落后,過程轉化率或收率偏低,與生產過程“零”排放相距較遠;二是產品質量有待進一步提升;三是裝置運行方式及結構陳舊,停留在20世紀80~90年代,缺乏創新性;四是副產物或廢棄物深加工與循環利用力度不夠,副產物及廢棄物占比較大,嚴重浪費資源,造成環境污染;五是高能耗,在傳統石化生產中,分離能耗占總能耗的70%左右,導致生產成本高,缺乏市場競爭力。為了解決和改變以上問題,需要在4個方面進行強化:一是調整原材料路線,采用綠色環保型原料;二是過程簡單化,選用新方法和新工藝對傳統過程進行優化改造,提高過程的轉化率或收率,關鍵是反應和分離的技術研發和應用;三是設計創新性微型化裝置,對生產關鍵設備的結構進行優化設計,提高過程轉化率或收率,降低生產過程中副產物的量,實現生產環節接近零排放;四是采用預處理與深度處理融合,實現副產物中有機物的回收和循環利用,*終實現過程零排放。 第2章 蒸餾及其新型技術 2.1 蒸餾 蒸餾是分離均相液體的常用方法,利用液體中組分之間揮發性的差異實現分離,達到目標產品的精制、稀溶液中有效成分回收及廢液凈化的目的。蒸餾是石油化工、醫藥、染料及環境等領域中廣泛使用的分離單元。 2.1.1 蒸餾基本原理及類型 混合液體中不同組分之間的揮發性用揮發度或相對揮發度來表示。設定氣液平衡時,i組分在氣相中分壓和組成分別為pi和yi、液相組成為xi,對于1、2兩組分混合液,揮發度表示為式(2-1)和式(2-2),相對揮發度表示為式(2-3)。 (2-1) (2-2) (2-3) 當α12>1時,說明組分1相對于組分2揮發性大,組分1稱為易揮發組分,組分2稱為難揮發組分。當加熱混合液時,組分1易汽化,經冷凝變為含組分1較高的輕組分,采用該方式多次操作,實現組分1和組分2的分離,達到提高組分1純度的目的,該過程稱為蒸餾過程。 根據分離混合液的組分性質和難易程度,可采用不同蒸餾方式進行分離,目前采用的方法[2-4]如表2-1所示。按照操作原理,可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾及連續精餾;按照生產過程,可分為間歇精餾過程和連續精餾過程;按照操作壓力,可分為常壓精餾、減壓精餾及加壓精餾;按照待分離組分,可分為雙組分分離精餾和多組分分離精餾;按照組分的沸點和共沸等性質,可分為普通精餾、共沸精餾及萃取精餾。 表2-1 蒸餾操作方式
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