分离科学与技术概述.docx

1、分离科学与技术概述分离科学与技术Separation Science and Technology清华大学化工系主要内容分离科学与技术的作用1日常生活中的分离技术2生命体中的分离现象3分离工程现代文明的支柱之一分离科学与技术的基础1 基本原理和关键参数2 若干主要分离技术和设备分离科学与技术前沿方向个人体会什么是分离?为什么要分离?如何实现分离?.“分类精灵”想开来,.H H HHC C C C H HH H C C C C我国古书物原、世本有“黄帝时,诸侯有凤沙氏,始以海水煮乳煎成盐”。明代的天工开物和清代的图书集成有“煮酒”、“糖霜”(冰糖的制作记载 酒盐糖分离科学与技术早已存在于人类生产

2、生活中,与日常生 活紧密联系。水净化芳香物、油料、色素 气体净化生命体中的分离现象生命体需要的最基本的物质:氧气和水 分离过程是保持生命活力的关键过程。超纯水、超纯溶剂,99.99%, 99.9999%核燃料铀-235,钚-239等提取,要求从含量小于1%的原料中提取铀或钚,提取率达到99.9%, 去污率为106 -108。彩电显像管的原料之一就是纯度为99.999%的钇。能源保障原油常压炉减压炉常压塔减压塔汽油回流煤油轻柴油重柴油接抽空系统减压一线减压二线减压三线减压渣油经济资源+战略资源:水电渗析机械过滤微、超滤精密过滤阴阳离子混合柱紫外灯阴离子交换阳离子交换原水超纯水杂质含量:Fe1pp

3、b, Na0.5ppb, Cu0.5ppb,Ca1ppb, Mg0.1ppb, Zn0.5ppb生命健康保障:药物分离细胞破碎加热,絮凝等细胞分离成品加工高度纯化初步纯化细胞碎片分离发酵液生命健康保障:药物分离硫酸调pH加热,絮凝等过滤机去除菌丝体缓冲液反萃取乙酯萃取缓冲液反萃取丁酯萃取青霉素发酵液结晶,干燥青霉素盐生命健康保障:医疗器械B loodPurified B loodWaterWaterDialysisHollow Fiber血液血液毒素大分子微胶囊胰岛素微胶囊化学工程学科诞生以来,分离工程就是化学工程学科的两大核心之一。分离过程的投资占化工企业投资总额的50-90%。 分离工程-

4、现代文明的支柱之一主要内容分离科学与技术的作用1日常生活中的分离技术2生命体中的分离现象3分离工程现代文明的支柱之一分离科学与技术的基础1 基本原理和关键参数2 若干主要分离技术和设备分离科学与技术前沿方向个人体会分离过程定义利用物理或化学方法在某种设备内通过能量和物质的迁移来实现将一混合物转化成互不相同的二种或两种以上混合物或纯物质的过程。分离设备+分离剂原料控制条件产品分离过程的要素:处理对象、产品要求、分离方法与设备分离过程的对象:多相多组份体系分离过程的目标:经济、可行、环境友好地得到高品质产品或去除杂质组分宇宙的熵趋于极大-克劳修斯将盐置于水中,盐就溶解并趋向于形成一种组成完全均匀的

5、溶液。没有什么简单的方法能使水和盐再度分离。热力学第二定律指出,一切自发过程均使宇宙的熵或混乱度增加。因此要分离某种混合物成为不同组成的产品,对该混合物供给相当的热力学功。 如果A和B两种物质混合物的自由焓小于两种纯物质的自由焓之和,则会自发混合。实现完全分离所需要消耗的最小能量W应大于或至少等于混合自由焓。minW minG m= H m-TS m实际上分离过程的能量是最小能量的许多倍!(1力学能:机械能、流体动能、位能;(2热能;(3电能;(4化学能:浓度差、化学结合能;(5光能;(6核能。热力学性质反应速度性质生物学方面的性质反应平衡常数,化学吸附平衡常数,离解常数,电离电位反应速度常数

6、生物学亲和力,生物学吸附平衡,生物学反应速度常数物理性质化学性质力学性质热力学性质电、磁性质输送性质密度,摩擦系数,表面张力,尺寸(几何结构,质量熔点,沸点,临界点,蒸气压,溶解度,分配系数,吸附平衡电导率,介电常数,迁移率,电荷,淌度,磁化率扩散系数,分子运动速度主要特征:尺寸形状荷电性质极性溶解度挥发性迁移速率涉及的主要基础知识:物质和能量守恒定律化工热力学:相平衡、溶液理论传递过程原理化学反应动力学传质分离方法机械分离方法分离方法速率控制分离过程平衡控制分离过程分离规模分析型分离技术制备型分离技术工业型分离技术分离模式间歇连续半连续精馏(蒸馏萃取(液液萃取、固液浸取吸收吸附色谱分离膜分离

7、过滤亲核分离干燥蒸发沉淀结晶电泳离心分离单位时间单位面积的分离设备所能通过的物质总量两种待分离组分在两种产品中的分率比值之比,即2211/j i j i ij x x x x =通量(处理量:回收率:是指所得到产品的量与原料中该物质总量的比值。分离因子:问题:如何选择一个合适的分离过程呢?1技术可行的2经济可行的分离体系的性质分离方法的选择产品要求特殊性质(如热敏性,放射性等经济性安全性环境因素经验因素.主要内容分离科学与技术的作用1日常生活中的分离技术2生命体中的分离现象3分离工程现代文明的支柱之一分离科学与技术的基础1 基本原理和关键参数2 若干主要分离技术和设备分离科学与技术前沿方向个人

8、体会温室气体捕集分离装备与技术有机气体、有机水溶液、金属离子回收生物大分子、手性药物、同分异构体分离技术可再生资源的前处理和高效分离技术 分离过程的选择性不高分离过程的能源及环境效益仍不能满足要求跨学科交叉领域中新问题的发现和研究仍待加强对于新材料及新对象的认识还较肤浅缺乏对于相界面传递的微观机理的认识前沿方向例一：微化工系统 Effective Effective mixing mixing Effective Effective mass mass and and heat heat transfer transfer High High selectivity selectivity I

9、nherent Inherent safety safety Numbering-up Numbering-up method method Enable Enable control control 前沿方向例一：微化工系统 前沿方向例一：微化工系统 100m wide 100m high The measured channel continue phase flow560m wide 500m high 100m wide 100m high dispersed phase flow continue phase flow 100m wide 100m high 前沿方向例二：分离功能材

10、料 新材料：自组装自组织材料、仿生材料、膜、吸附 剂、树脂、微胶囊、传感材料、光电材料、灵敏材 料、生物相容材料，环境材料、纳米及粉体材料、 复合材料等 前沿方向例二：分离功能材料 红外光源 信号接收 筛板 m m 60 A/D板 塔体 65 取样口 双探头光纤 照相法 红外光纤探针在线测量技术 前沿方向例二：分离功能材料 前沿方向例二：分离功能材料 新 型 微 胶 囊 制 备 技 术 单分散中空溶剂微球 几点体会 分离学科成为化学工程核心之一是历史的必然； 工程学科要与重大需求相结合，要特别注重解决本地区的 问题，这就是前沿问题； 要善于学习，注重借鉴其他学科的最新进展，化学、化工、 生物、材料等学科的交叉将为化工学工程学科的发展提供 基础； 绿色、安全、高效和可控是化工学科的目标。 谢 谢！