分离工程第七章共40页
分离工程_朱家文_第七章超临界萃取
分离工程
超临界萃取
7.3物质在超临界流体中的溶解度计算
假设物质溶解经历如下过程： （1）溶质分子A由其主流扩散到二相界面； （2）分子A穿过界面进入溶剂相；
（3）分子A在界面上或和溶剂相内与溶剂分子B发生缔合作用
A(s) nB (s) AB n(s)........1.)(. A(E) A(s)...............2.)..(
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分离工程
超临界萃取
Soave-Redlich-Kwong方程
P RT a (T ) V b V (V b)
b 0.08664
RT c Pc
; a(T
)
a
(Tc
)
(T
);
a (Tc ) 0.42748
R
2
T
2 c
;
Pc
(T ) [1 (0.480 10574 0.176 2 )(1 (T /T c) 0.5 )] 2
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分离工程
超临界萃取
为此，后人在此基础上进行了改进，其中的 Soave, Redlich and Kwong 和 Peng and Robinson 的改进较为成功。
S-R-K 方程建立于 1974 年，能对高压流体进 行 P-V-T 的关系有效计算，精度大大改进，但在 汽—液平衡计算尚存在不足。
计算式：
RT a
P
V b V2
a
8a
Vc 3b, Pc 27b2 , Tc 27Rb
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分离工程
超临界萃取
Van der Waals 假设物质为球形分子，且在一定的分子 距离内有吸力和斥力。方程中参数 b 为斥力，参数 a 为吸 引力。
分离工程第八章共67页文档
聚丙烯酰胺凝胶电泳中的分子筛效应
在使用凝胶介质的电泳中，由于电泳介质具有高 粘度和高的摩擦阻力，因此不仅可以防止对流， 而且可以把扩散减到最小。
凝胶中的大分子分离取决于它的电荷、尺寸和形 状
凝胶的这种用于分离不同尺寸分子的特性是由于 它的尺寸筛分能力（Size sieving capacity），这种 现象被称为分子筛效应（molecular sieving effect）
聚丙烯酰胺含量 适用的分子量范围
7. 5%凝胶
10kD~1000kD
3.5%凝胶
1000kD~5000kD
琼脂糖或琼脂糖
与聚丙烯酰胺混合物 >5000kD
孔径从小到大。
垂直电泳槽及灌胶模具
电泳的一般过程
聚丙酰胺电泳
凝胶电泳与凝胶过滤的区别
在凝胶电泳中，样品混合物中各分子的 运动速度是小分子大于大分子物质，这 种凝胶过滤中的情况恰好相反，这是因 为在凝胶电泳中，系统里没有空隙体积， 只有充满整体凝胶的网状骨架，因此在 其内部大分子物质不及小分子物质容易 移动。
离子强度不宜过高，此时电导率低，产热少，电 泳速度快；但也不可过低，必须具有一定的缓冲 能力，过低的离子强度容易导致蛋白质絮凝。
一般选择缓冲液的离子强度为0.01~0.1 mol/L之间
凝胶浓度的选择
由于PAGE电泳分离不仅取决于蛋白质的电荷密度， 而且取决于分子的大小、形状。因此，与凝胶的分 子筛效应（即凝胶的孔径与电泳的分辨率、电泳速 度）密切相关。
根据支持物物理性质的不同可分为4类：
滤纸电泳和薄膜电泳，粉末电泳，细丝 电泳，凝胶电泳。
多孔介质称为载体，应用最普通的是以 滤纸或凝胶为载体故称为纸电泳法或凝 胶电泳法。
《分离工程》知识点笔记
《分离工程》知识点笔记第一章：分离工程概论1.1 分离过程的重要性在化学工业中，分离技术扮演着至关重要的角色。
从原油提炼到制药生产，从食品加工到废水处理，几乎所有的化工过程中都离不开有效的分离操作。
通过这些操作，可以将原料中的有用成分与不需要的杂质分开，或是根据产品的不同规格要求进行提纯。
因此，掌握先进的分离技术对于提高产品质量、降低能耗以及减少环境污染具有重要意义。
1.2 常见的分离技术简介分离方法依据其物理或化学性质的不同而异，主要包括但不限于以下几种：•蒸馏：利用组分沸点差异实现液体混合物的分离。
•吸收：一种或多种气体被溶解于液体溶剂中以达到净化目的。
•萃取：借助另一种液体（萃取剂）选择性地提取原溶液中的某一成分。
•吸附：固体表面吸引并保持流体分子的能力，广泛应用于空气净化及水处理领域。
•结晶：通过控制温度等条件使溶液中的溶质形成晶体沉淀出来。
•膜分离：依靠半透膜的选择透过性对物料进行浓缩和净化。
•干燥：去除物料中水分或其他挥发性物质的过程。
•沉降与过滤：基于颗粒大小差异来分离悬浮体系的方法。
1.3 分离过程的选择标准选择合适的分离方法时需考虑多个因素，包括但不限于：•经济成本：设备投资费用、运行维护开支及能源消耗水平。
•环境影响：是否会产生有害废弃物？如何妥善处置？•效率高低：目标产物回收率、纯度指标能否满足需求？•安全性考量：操作过程中是否存在安全隐患？应急措施是否到位？此外，还需结合具体应用场景综合分析，比如对于热敏性材料，则应避免采用高温加热方式；当面对易燃易爆物质时，则要特别注意防火防爆设计。
第二章：相平衡基础2.1 相律及其应用相律是描述系统处于平衡状态时各相之间关系的基本法则之一，由吉布斯提出。
其数学表达式为：F = C - P + 2，其中F表示自由度数，C代表独立组分数目，P指相数。
该定律揭示了给定条件下能够独立改变变量的数量上限，有助于指导实验设计与数据分析工作。
例如，在一个二元液液系统里，若已知总压强恒定不变，则只需调整温度即可观察两相间组成变化情况。
《分离工程第七章》PPT课件
• 1、什么是亲和反胶团萃取？ • 2、什么是亲和沉淀？
思考题
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本章内容到此结束
谢谢大家
54
感谢下 载
55
感谢下 载
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称亲和作用。
• 通过亲和作用发生的结合称特异性结
合（specific binding）或亲和结合
（affinity binding）。
2
• 亲和纯化技术
• 定义：利用生物分子间的这种特异性结 合作用的原理进行生物物质分离纯化的 技术。
• 应用：通常与其他分离纯化技术相结合 ，如亲和层析技术、亲和膜分离技术等 。
化合物，再与氨基偶联 • 甲苯磺酰氯法：双功能试剂法 二乙烯砜
22
环氧化法
Activation
OH + CH2 CH
O
C Cl H2
表氯醇
O C CH CH2 H2 O
+
P
NH2
O C NH P H2
23
配基偶联方法
• 载体经活化后，就可以进行与配基的偶联反应。具体方法如下： • 碳二亚胺缩合法(脱水) • 酸酐法 • 叠氮化法 • 重氮化法
•思考题：简述亲合错流过滤技术分离 蛋白质的操作过程？
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第五节
其他亲和纯化技 术
一、亲和双水相分配
• 原理：利用偶联亲和配基的PEG为成相聚合物进行目标产物的双水相萃取，可在亲和配 基的亲和结合作用下促进目标产物在PEG相的分配，提高目标产物的分配系数和选择性 。
• 操作：包括亲和分配（进料）、杂蛋白反萃取（清洗）和目标产物反萃取（洗脱）等 步骤。
作用、配位键、弱共价键等。
• 生物亲和作用是一种复杂的生物现象
，这也是亲和作用特异性高的主要原
生化分离工程电子版课本1-59
⽣化分离⼯程电⼦版课本1-591 绪论1．1 ⽣物技术与⽣物分离⽣物技术(biotechnology)即有机体的操作和应⽤有机体⽣产有⽤物质、改善⼈类⽣存环境的技术。
1953年，Watson和Crick提出了脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构模型．阐明了DNA是⽣物遗传信息(基因)的携带者，开辟了现代分⼦⽣物学的新纪元，为⽣物技术及其产业的发展开辟了⼴阔的空间。
20世纪70年代，重组DNA(recombinant DNA，rDNA)技术[1]和蛔／蝗融合技术[：]相继建⽴，现代⽣物技术步⼊了崭新的发展时期。
1980年前后，世界主要发达国家先后实施⽣物技术发展计划，⽣物技术迎来了⽇新⽉异的⾼速发展阶段。
进⼊21世纪，⼈类基因组研究取得巨⼤成就，各染⾊体测序⼯作逐步完成[1]迎来了⽣物技术的后基因组时代，蛋⽩质组学L5]、药物基因组学、⽣物信息学和系统⽣物学研究蓬勃兴起．为⽣物技术的发展注⼈了巨⼤的⽣机和活⼒。
⽣物技术的主要⽬标是⽣物物质的⾼效⽣产，⽽分离纯化是⽣物产品⼯程(bioproduct engineering)的重要环节。
因此，⽣物分离(bloseparation)是⽣物技术的重要组成部分[61。
在⽣物技术领域，⼀般将⽣物产品的⽣产过程称为⽣物加⼯过程(bioprocess)，包括优良⽣物物种的选育、基因⼯程、细胞⼯程、⽣物反应过程(酶反应、微⽣物发酵、动植物细胞培养等)及⽬标产物的分离纯化过程，后者⼜称下游加⼯过程(downstream processing)。
⽣物分离过程包括⽬标产物的提取(isolation)、浓缩(concentration)、纯化(purification)及成品化(product polishing)等过程．⽣物分离过程特性主要体现在⽣物产物的特殊性、复杂性和对⽣物产品要求的严格性上，其结果导致分离过程成本往往占整个⽣产过程成本的⼤部分[71。
例如，⼤多数⼯业酶(enzyme)的分离过程成本约占⽣产过程的?o％，⽽对纯度要求更⾼的医⽤酶如天冬酰胺酶(asparaginase)，分离过程成本⾼达⽣产过程的85％；基因重组蛋⽩质药物的分离过程成本⼀般占85％⼀90％以上．与此相⽐，⼩分⼦⽣物产物的分离成本较低，如青霉素的分离过程成奉约占50％，⽽⼄醇的分离过程成本仅占“％．因此，在⽣物⼤分⼦药物的⽣产过程中，分离过程的质量往往决定整个⽣物加⼯过程的成败。
分离工程第七章.ppt
择透过性，料液中某些组分透过液膜进入接受液，实现组分的 分离。液膜分离又称液膜萃取。
分离工程
膜分离技术
常用的膜组件(module)
板式膜组件——与平板式压滤机相近。结构和操作方式不同；在膜组件中， 液体处于高速流动的以减轻浓差极化。
管式膜组件——由支撑物与过滤膜组成。有内压式和外压式之分。直径 10mm
超滤
酵母细胞 细菌
微滤
分离工程
膜分离技术
几种典型溶质分子大小和对应的膜
分离工程
膜分离技术
各种膜分离过程的分离机理
膜过程
微滤 超滤 纳滤
相 1* 2 LL
LL
LL
反渗透 电渗析 渗析 渗透蒸发 膜蒸馏 气体分离
液膜 膜接触器
LL LL LL
LG
LL
GG
LL
LL GL LG
推动力
压力差 (0.01-0.2MPa)
分子量
溶质
膜分离过程
原子/ 离子范围
小分子范围
0.001 1.0
大分子范围
0.01 10
微粒子范围
0.1 100
大粒子范围
1.0 1000
10.0 10000
100 200 1000
100,000 500,000
盐溶液 金属离子
糖 微溶质
电渗析 扩散渗析 反渗透 气体分离 渗透蒸发
纳滤
渗析
硅胶颗粒 病毒 蛋白质
2005 年 185 135 105 197 271 256 675 2,344
年增长率，% 8 17 13 8 8 9 13 9.7
2000年，美国膜产品的销售额总计14.62亿US$；世界范围内 100亿US$， 而国内销售额仅占0.5%左右。
分离工程(黄国文)第七章 其它分离方法4-116页精选文档
o 变压吸附。降低压力或抽真空使吸附剂脱吸，利用压力的 变化完成循环操作。
o 变浓度吸附。液体混合物中的某些组分在环境条件下选择 性的吸附，然后用少量强吸附性液体脱吸再生。
例 双塔式变压吸附空气分离制氮的原理
吸附性能
物理吸附
化学吸附
作用力 分子引力（范德华力）
剩余化学键力
选择性 吸附层 吸附热
没有选择性
有选择性
单分子或多分子吸附 层
只能形成单分子吸附层
较小，⋖4.9kJ/mol
较大，相当于化学反应热， 83.7-418.7kJ/mo化能 较慢，需要活化能
放热过程， 低温有利于吸附 可逆，较易解析
除去的污染物
染料
进水中有机物浓度，
温度升高，吸附速度增加 化学键大时，吸附不可逆
工业吸附对吸附剂的要求
(1) 吸附面积大 吸附能力强
(2) 选择性高 一次吸附的分离完全
(3) 机械强度好 抗磨损
(4) 满足一般的工业要求 化学稳定性、热稳定性、对流体的阻力小、价廉易得
常用吸附剂
(1) 活性炭: 非极性吸附剂，具有疏水性，可用于溶剂蒸气 的回收，油品和糖液的脱色，水的净化以及气体的脱臭。 (2) 分子筛: 强极性吸附剂。多用于气体或液体的干燥和精 制，混合物的吸附分离等。
吸附等温线：在恒定温度下，平衡时吸附剂的吸附量 q 与气 (液)相中的吸附质组分分压 p (或吸附质浓度C) 的关系曲线。
q 通常用Kg吸附质/Kg吸附剂表示，简写成 Kg • Kg-1
0.8
吸 0.6 附 量 q 0.4
0.2
C C l4 苯
大学化工分离工程教案第7章习题和解答
⼤学化⼯分离⼯程教案第7章习题和解答7.1.1 最⼩分离功分离的最⼩功表⽰了分离过程耗能的最低限。
最⼩分离功的⼤⼩标志着物质分离的难易程度，实际分离过程能耗应尽量接近最⼩功。
图 7-1 连续稳定分离系统由热⼒学第⼀定律：(7-1)和热⼒学第⼆定律（对于等温可逆过程）：(7-2)得到等温下稳定流动的分离过程所需最⼩功的表达式：（ 7-3 ）即或表⽰为⾃由能的形式：（ 7-4 ）或表⽰为逸度的形式：（ 7-7 ）⼀、分离理想⽓体混合物对于理想⽓体混合物：(7-8)对于由混合物分离成纯组分的情况：（ 7-9 ）在等摩尔进料下，⽆因次最⼩功的最⼤值是 0.6931 。
对于分离产品不是纯组分的情况：过程的最⼩分离功等于原料分离成纯组分的最⼩分离功减去产品分离成纯组分所需的分离功。
[例7-1]⼆、分离低压下的液体混合物（ 7-10 ）对于⼆元液体混合物分离成纯组分液体产品的情况：（ 7-11 ）可见，除温度以外，最⼩功仅决定于进料组成和性质，活度系数⼤于 1 的混合物⽐活度系数⼩于 1 的混合物需较⼩的分离功。
当进料中两组分不互溶时，—W min,T =0 。
[例7-2][例7-3]7.1.2 ⾮等温分离和有效能当分离过程的产品温度和进料温度不同时，不能⽤⾃由能增量计算最⼩功，⽽应根据有效能来计算。
有效能定义：有效能是温度、压⼒和组成的函数。
稳态下的有效能平衡⽅程：（ 7-18 ）等当功：（ 7-19 ）系统的净功（总功）：（ 7-20 ）过程可逆时，可得最⼩分离功：（ 7-21a ）该式表明，稳态过程最⼩分离功等于物流的有效能增量。
7.1.3 热⼒学效率和净功消耗分离过程的热⼒学效率：系统有效能的改变与过程所消耗的净功之⽐。
(7-22)普通精馏操作（图 7-2）过程所消耗的净功：图 7-2 普通精馏塔(7-23)实际分离过程，热⼒学效率必定⼩于 1 。
试求20 ℃、 101.3kPa 条件下，将 lkmol 含苯 44% （摩尔）的苯－甲苯溶液分离成纯组分产品所需的最⼩分离功。
分离工程
Products
operation
Recy cle
The costs of separations equipments occupy 50-90% of the total costs.
CHEMICAL SEPARATION PROCESSES
1.2 Research and Development of Separation Processes
Separation operations
To purify so as to meet required specifications
– raw materials » 提供符合质量要求的原料，清除对反应或催 化剂有害的杂质，减少副反应和提高收率
– intermediates » 及时移出，利于平衡过程向期望的方向移动
CHEMICAL SEPARATION PROCESSES
2.1.1 Vapor-Liquid Equilibrium
fugacity coefficient of pure i under saturated vapor pressure at a certain T
activity coefficient saturated vapor
of species i
pressure of pure i at T
molar volume of pure liquid i at system temperature
Ki
yi xi
i pisis ˆiV P
exp
vmL,i(
P RT
pis
)
(2-30)
partial fugacity coefficient of species i
分离工程课件
问 题
传递过程
单元操作和 传递过程研
过程的速率与 传递机理
究的问题
单元操作侧重
分离工程研究应用质量传递原理实现组分分离
过程的设备与
的基本原理及工程化问题
工程问题
§ 1.1 分离工程理论的形成和特征
Formation and feature of separation process theory
二、 工业生产中的分离过程
长 的 时 间 隧 道，袅
结束
● 原料：石脑油 沸程120～230K
●加氢重整后得到：轻油 非芳烃 苯 甲苯 二甲苯 高级芳烃
目的产物为对 二甲苯
● 特点：
沸点℃ 熔点℃
邻二甲苯
144.411 ﹣25.173
间二甲苯
139.104 ﹣47.872
对二甲苯 138.351 13.263
● 涉及到分离过程： 精馏：脱丁烷塔、甲苯塔、二甲苯回收塔
混合物 （气、液、固） 分 离 过 程
产品1 产品2 产品n
能量分离剂 ESA 物质分离剂 MSA
借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级、浓缩、富 集、纯化、精制与隔离等的过程称为分离过程。
分离剂：能量分离剂 ESA 、物质分离剂 MSA
① 能量分离剂 ESA：指传入或传出系统的热及输入 或输出系统的功。闪蒸、冷凝、精馏等。
三、 分离技术的特性
(3) 分离技术的复杂性
缺乏基础物性数据 缺乏大型塔器的可靠设计方法
化工分离技术新的挑战
能源,原料和环境保护
§ 1.2 分离过程的特征与分类
Classification and features of separation process