现代分离技术

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1.传质分离过程分为哪两个分离过程？

平衡分离过程和速率分离过程

2.从不同的角度对分离效率有不同的评价指标

①分离方法和角度②产品纯度

分离速率，分辨率，浓缩比，纯化程度，回收率。

3.写出5种使用能量媒介和5种使用物质媒介的分离操作。

能量媒介：精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏、结晶

物质媒介：萃取、浸提、吸收、吸附、液液萃取

4.萃取精馏的定义。

1）定义：加入的新组分不和原物系中的组分形成恒沸物，只改变组分间的相对挥发度，而其沸点比物系中其它组分的沸点高的分离过程。

2）萃取剂的作用：改变组分的相对挥发度。加入萃取剂与其中一个组分形成正偏差溶液（非理想溶液），与另外一个组分形成理想溶液（负偏差溶液），来改变相对挥发度。

3）萃取精馏塔中对萃取剂的要求：

不形成恒沸物

沸点要高

改变相对挥发度

不能分层

选择性强

溶解度大

沸点高，挥发度小

热稳定性和化学稳定性好

适宜的物性

使用安全无毒，对设备不腐蚀，污染小，环境友好，价格低廉，来源丰富

5）萃取精馏塔中回收段的作用：

使溶剂不在塔顶出现，达到回收效果。

如果不设回收段会使塔顶物料中含有高浓度的溶剂。

去除塔顶产品中可能夹带的溶剂，对于某些沸点很高的溶剂可不使用

6）萃取精馏塔塔顶产品不合格能否通过加大回流比的方法来使塔顶产品合格？ 不能，因为加大回流比会使塔顶到塔底溶剂的浓度降低，液相流率增加, 将使液相中溶剂浓度xS 下降, 而使被分离组分间的相对挥发度 (a12)S 减小,分离效果变差。

7）精馏段萃取剂浓度的公式推导：

萃取剂的挥发度比所处理物料的挥发度低得多,用量较大,故在塔板上基本维持一固定的浓度值,“恒定浓度”即 假定：a 恒摩尔流；b 精馏段总物料衡算：

萃取剂物料衡算： （A ）

设萃取剂S 对被分离组分的相对挥发度为

(B)

A=B （C ）

8) 提馏段萃取剂浓度的公式推导：

溶剂对被分离组分的相对挥发度一般很小,当β≈0 时,式(C)可简化为:

类似地，提馏段溶剂浓度：

1

,,+=n s n s x x 0

=sD x D L S V +=+sD

s s Dx Lx S Vy +=+S D L S Lx y S S -+-=β

s s s s s s s s s y y y y x x x x x x y y y x x y y 21212121111++=++=--=βs s s s s x x x x x x x 2211211αα++=221121x x x x s s αα++=i is i x x α∑∑=1)1(,11+-=∴--=s s s s

s s s x x y x x y y βββ 1)1(+-?=-+-s s s x x S D L S Lx ββRD S S L S L S x S +=≈-≈)1(β???? ??-'+-=S S x W L S

x 1)1(ββ )1()1(S S x D L S x ---=ββ

当β≈0 时

qF RD S S L S L S x S ++=≈-≈)1(β

5. 1）共沸精馏的定义：

加入的新组分与被分离系统中的一个或几个组分形成最低(最高)共沸物从塔顶(釜)采出。加入的新组分称为共沸剂。

共沸精馏是在原溶液中添加共沸剂S 使其与溶液中至少一个组分形成最低（最高）共沸物，以增大原组分间相对挥发度的非理想溶液的多元精馏。

2）为什么会形成共沸物？

处理的真实溶液与理想溶液有偏差且偏差特别大的时候形成共沸物。形成二元共沸物时在恒沸点时，气液两相组成相等，恒沸点之前和之后组成相反。 共沸物又分为最高共沸物与最低共沸物两种

若溶液的蒸气压对理想溶液产生最大正偏差，即g >1，则形成最低共沸物；

若溶液的蒸气压对理想溶液产生最大负偏差，即γ<1，则形成最高共沸物。

共沸物特点：

当压力不变时,共沸组成(共沸点)一定；

在泡点线和露点线交点,汽化组成不变；

共沸物体系特殊在共沸点,其它点都是非理想溶液的相平衡, 用普通精馏的方法不能通过共沸点, 但在共沸点两侧仍有分离作用；

对最低共沸物, 在共沸点左侧, y >x , a >1; 在共沸点右侧，y

3）共沸精馏中，A 、B 组分中加入S ，S 加入过多或者过少用三角形相图表示：

4）甲醇（1），沸点337.7k ，丙酮（2）沸点329.4k ，溶液具有最低共沸点，的非理想溶液，如用萃取精馏分离时，萃取剂应从酮类选还是从醇类选？请说明

原因

选醇类。因为醇类沸点较高，相对挥发度区别大，而且污染小，环境友好。5）变压精馏的相图，流程图 PPT上甲乙酮的分离

二元非均相恒沸精馏的流程：

分析流程图（二元非均相共沸精馏流程）P64 4-13 14 15

6）萃取精馏与共沸精馏的比较（异同点）

（1）萃取精馏的萃取剂，不必要与分离系统中的某组分形成共沸物，而要求它的蒸气压远小于分离混合物的蒸气压，因此萃取剂的选用范围比较大。

（2）萃取精馏的操作条件与恒沸精馏相比，可以在较大的范围内变动。

（3）萃取精馏因萃取剂不从塔顶蒸出，因此，蒸气的消耗比恒沸精馏为少。

（4）萃取精馏适用于从塔顶蒸出较多的产品和从塔釜排出较少的产品的情况；而恒沸精馏适用于从塔顶蒸出较少的产品和从塔釜排出较多的产品的情况。因为在上述萃取剂情况下萃取组分或共沸组分的加入量相对的较少，能量消耗也随之较少

共同点：基本原理相同,都是通过加入适量的MAS,改变组分之间的相互作用,增大组分的挥发度差异,实现精馏分离。

不同点：

①恒沸剂的选择一定要符合能生成恒沸物的条件, 其用量也是受所形成的恒沸物组成所控制的, 而萃取精馏所用溶剂无此限制, 因此对特定体系可供选择作为恒沸剂的数目远不如萃取剂多；

②恒沸精馏中恒沸剂以汽态离塔, 消耗的潜热较多, 萃取精馏中萃取剂基本不变化, 因此恒沸精馏的消耗的能量一般比萃取精馏大;

③在同样压力下, 恒沸精馏的操作温度通常比萃取精馏低, 故恒沸精馏更适用于分离热敏性物料；

④恒沸精馏可连续操作, 也可间歇操作, 萃取精馏一般只能连续操作。

⑤恒沸精馏因受恒沸组成的限制, 操作条件比较苛刻(如塔内的恒沸剂浓度等参数不能任意变动)。而萃取精馏的操作参数则可以在较大的范围变动, 比较灵活；

⑥萃取精馏的流程及溶剂回收系统较恒沸精馏简单；

⑦恒沸精馏常用于脱出相对含量较少的组分,萃取精馏常用来分离物性相似, 且相对含量较大的物系, 常用于较大的连续生产装置。

由上述比较可见, 若原溶液的分离, 恒沸精馏和萃取精馏都可采用时, 则优先考虑用萃取精馏。但是, 若有热敏性组分存在时, 由于恒沸精馏的温度比萃取精馏的低, 因此恒沸精馏比较有利。此外, 萃取精馏加入的萃取剂量

大, 塔内液相流量远大于汽相, 因而汽液两相接触较差, 导致塔板效率降低(大约为普通精馏塔的一半)。

6.超临界萃取：

定义：以超临界条件下的流体作萃取剂，利用流体在超临界状态下对物质有特殊增加的溶解度,形成了新的分离工艺。

分离原理：流体在临界区附近，压力和温度的微小变化，会引起流体的密度大幅度变化，而非挥发性溶质在超临界流体中的溶解度大致上和流体的密度成正比。

超临界流体萃取正是利用了这个特性，以超临界条件下的流体作萃取剂，利用流体在超临界状态下对物质有特殊增加的溶解度,形成了新的分离工艺。

7.温度对液体吸附过程的影响

物理吸附：吸附热较小，放热过程，低温有利于吸附，

化学吸附：吸附热大，一般在较高温下进行，温度升高，吸附速度增加

8.离子交换树脂结构

(1)高分子骨架：由交联的高分子聚合物组成：

(2)离子交换基团：它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团；

(3)它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。

离子交换过程

①料液与离子交换剂进行交换反应②离子交换剂的再生③再生后离子交换剂的清洗

环节：返洗、再生、淋洗、离子交换

化学反应方程：P127

水洗过程作用

除去过量的再生剂。

9.膜分离过程推动力

压力差、浓度差、饱和蒸汽压差、电位差

膜通量的概念及单位

指单位时间内通过单位膜面积上的流体量，m3/(m2*s)，kmol/(m2*s)或L/(m2*h) 工艺上常用的膜过滤装置

微滤、超滤、反渗透

分析膜过滤渗透组分的来源，说明可行的提高膜通量的方法

来源：水分子，无机盐，电解质，小分子

方法：增大料液流速，升高料液温度，选择合适的膜组件结构，溶液PH值远离等电点

10.结晶的步骤

过饱和溶液的形成，晶核的形成，晶体生长

推动力：过饱和度

控制晶体质量的指标

晶体大小、形状和纯度

列出三种过饱和溶液的形成方式说明原理

热饱和溶液冷却（等溶剂结晶），部分溶剂蒸发法（等温结晶法），真空蒸发冷却法（结合冷却和部分溶剂蒸发两种方法）

简述工业上常用的起晶方法

自然起晶法：溶剂蒸发进入不稳定区形成晶核、当产生一定量的晶种后，加入稀溶液使溶液浓度降至亚稳定区，新的晶种不再产生，溶质在晶种表面生长。

刺激起晶法：将溶液蒸发至亚稳定区后，冷却，进入不稳定区，形成一定量的晶核，此时溶液的浓度会有所降低，进入并稳定在亚稳定的养晶区使晶体生长。晶种起晶法：将溶液蒸发后冷却至亚稳定区的较低浓度，加入一定量和一定大小的晶种，使溶质在晶种表面生长。

凯尔文公式在结晶中的应用：

溶质溶解度与温度、溶质分散度（晶体大小）有关。由Kelvin公式，微小的晶核具有较大的溶解度。实质上，在饱和溶液中，晶核是处于一种形成—溶解—再形成的动态平衡之中，只有达到一定的过饱和度以后，晶核才能够稳定存在。

绘制典型结晶的饱和曲线和过饱和曲线

在温度-溶解度关系图中，SS曲线下方为稳定区，在该区域任意一点溶液均是稳定的；而在SS曲线和TT曲线之间的区域为亚稳定区，此刻如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可长时间保持稳定；加入晶核后，溶质在晶核周围聚集、排列，溶质浓度降低，并降至SS线；介于饱和溶解度曲线和过饱和溶解度曲线之间的区域，可以进一步划分刺激结晶区和养晶区

11.综合：

1）分离技术的分离原理有哪些

精馏：沸点差异。萃取精馏：改变相对挥发度。共沸精馏：形成最低共沸物。超临界萃取：超临界流体溶解度不同。吸附：降低表面自由能。膜分离：压力差浓度差。结晶：过饱和度。

2）为何在生产过程中出现分产分收的现象

因为分离过程不是一步就可以完成的，分步完成，每一步收率较低，累计收率更低。

3）对于由ABC三个环节组成的分离过程，收率为85%，50%，40%组合，算收率，分离顺序

总收率=0.85*0.5*0.4，收率小的先进行

4）选择一个包含不少于等于三个过程的工业化产品生产过程，画流程图，叙述。芳烃联合生产装置

书本第十章综合实例