第七章 分离方法选择
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7传质与分离过程概论
（2）场分离 场分离是指在外场（电场、磁场等）作用下， 利用各组分扩散速度的差异，而实现混合物分离 的单元操作过程。
电 泳
场分离
热扩散 高梯度磁场分离
三、传质分离方法
钕铁硼永磁场
磁化精馏实验装置
三、传质分离方法
3.分离方法的选择 分离方法选择的考虑因素
被分离物系的相态 被分离物系的特性 产品的质量要求 经济程度
一、分子扩散现象与费克定律
相界面
气相（A＋B）
液相 S
JA
主体 Ny A u m
流动 Ny B
NA NB 0
N A J A NyA
N B J B NyB 0
JB
Ny
B
JB
二、气体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散 设由 A 、 B 两组分组成的二元混合物中，组 分 A 、 B 进行反方向扩散，若二者扩散的通量相 等，则称为等分子反方向扩散。 蒸馏操作 气相
二、相际传质过程与分离
均相物系的分离方法 均相物系 某种过程 两相物系
根据不同 组分在各 相中物性 的差异， 使某组分 从一相向 另一相转 移：相际 传质过程
实现均相物系的分离 相际传质过程
均相物系分离
二、相际传质过程与分离
示例：空气和氨分离 空气
水
吸 收 塔
空气＋氨 氨水
三、传质分离方法
1.平衡分离过程 （1）气液传质过程 气液传质过程是指物 质在气、液两相间的转移， 它主要包括气体的吸收 （或脱吸）、气体的增湿 （或减湿）等单元操作过 程。 吸收 （脱吸）
N=NA+NB=NA
dcA dcA cA N A DAB yA N A DAB NA dz dz c总
电 泳
场分离
热扩散 高梯度磁场分离
三、传质分离方法
钕铁硼永磁场
磁化精馏实验装置
三、传质分离方法
3.分离方法的选择 分离方法选择的考虑因素
被分离物系的相态 被分离物系的特性 产品的质量要求 经济程度
一、分子扩散现象与费克定律
相界面
气相（A＋B）
液相 S
JA
主体 Ny A u m
流动 Ny B
NA NB 0
N A J A NyA
N B J B NyB 0
JB
Ny
B
JB
二、气体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散 设由 A 、 B 两组分组成的二元混合物中，组 分 A 、 B 进行反方向扩散，若二者扩散的通量相 等，则称为等分子反方向扩散。 蒸馏操作 气相
二、相际传质过程与分离
均相物系的分离方法 均相物系 某种过程 两相物系
根据不同 组分在各 相中物性 的差异， 使某组分 从一相向 另一相转 移：相际 传质过程
实现均相物系的分离 相际传质过程
均相物系分离
二、相际传质过程与分离
示例：空气和氨分离 空气
水
吸 收 塔
空气＋氨 氨水
三、传质分离方法
1.平衡分离过程 （1）气液传质过程 气液传质过程是指物 质在气、液两相间的转移， 它主要包括气体的吸收 （或脱吸）、气体的增湿 （或减湿）等单元操作过 程。 吸收 （脱吸）
N=NA+NB=NA
dcA dcA cA N A DAB yA N A DAB NA dz dz c总
化工分离工程第7章 吸附
FLGC
活性氧化铝和分子筛的脱水性能比较
活性氧化铝:在水蒸气分压高的范围内吸附容量较高 沸石分子筛：在低水蒸气分压下吸附容量较高 因此，若要求水蒸气的脱除程度高，应选用？ 若吸附容量更为重要，则应选用？ 也可混用，先用氧化铝脱除大部分水，之后用分子筛进 行深度干燥。
FLGC
其他吸附剂
反应性吸附剂：能与气相或液相混合物中多组分进行化学 反应而使之去除。适用于去除微量组分（反应不可逆，不 能现场再生；吸附负荷高时，吸附剂更换过于频繁，不经 济）。 生物吸着剂：利用微生物将吸附的有机物氧化分解成二氧 化碳和水等，如工业废水的生化处理
FLGC
分子筛
分子筛亦称沸石，是一种晶态的金属水合铝硅酸盐晶体。
化学通式：Mex/n[(AlO2)x(SiO2)y]mH2O，其中Me阳离子，n 为原子价数，m为结晶水分子数 每一种分子筛由高度规则的笼和孔组成，它具有高度选择 性吸附性能，是由于其结构形成许多与外部相通的均一微 孔。
FLGC
根据原料配比、组成和制造方法不同可以制成各种孔 径和形状的分子筛。见课本表7-3。 强极性吸附剂，对极性分子如H2O、CO2、H2S等有 很强的亲和力，对氨氮的吸附效果好，而对有机物的 亲和力较弱。 分子筛主要用于气态物的分离和有机溶剂痕量水的去 除。
工业吸附剂可以是球形、圆柱形、片状或粉末状 粒度范围从50μm至1.2cm，比表面积从300至1200m2/g, 颗粒的孔隙度30%—85%, 平均孔径1-20nm 孔径：按纯化学和应用化学国际协会的定义，微孔孔径 小于2nm，中孔为2~50nm，大孔大于50nm
FLGC
1.密度
1）填充密度B（又称体积密度）: 是指单位填充体积的吸 附剂质量。通常将烘干的吸附剂装入量筒中，摇实至体积 不变，此时吸附剂的质量与该吸附剂所占的体积比称为填 充密度。
第七章 色谱分离技术
固定相和流动相、操作条件。
④ 设备简单，操作方便，且不含强烈的操作条件， 因而不容易使物质变性，特别适于不稳定的大分子 有机化合物。
缺点： 处理量小、操作周期长、不能连续操作，因此 主要用于实验室，工业生产上应用较少。
3.色谱法的分类 吸附色谱法
分配色谱法
分离机理
离子交换色谱法 凝胶色谱法
亲和色谱法
（一）基本原理
溶液中某组分的分子在运动中碰到一个固体表 面时，分子会贴在固体表面上，发生吸附作用。
1.发生吸附作用的原理：
固体表面分子（或原子）与固体内部分子（或原子） 所处的状态不同：
固体内部分子（或原子）受临近四周分子的作用力是 对称的，作用力总和为零，即彼此互相抵消，故分子处 于平衡状态。
界面上的分子所受的力不对称，作用力总和不等于零， 合力指向固体内部。
小分子
（二）凝胶过滤介质
基本要求：
不能与原料组分发生除排阻之外的任何其他相 互作用，如电荷作用、化学作用、生物学作用
高物理强度、高化学稳定性 耐高温高压、耐强酸强碱 高化学惰性 内孔径分布范围窄 颗粒大小均一度高
常用的凝胶过滤介质 葡聚糖凝胶 琼脂糖凝胶 聚丙烯酰胺凝胶
1. 葡聚糖凝胶
pH、缓冲液浓度、离子强度
③ 柱操作 柱的大小、长短 ④ 流速的控制 高速度、高效率 ⑤ 清洗 除去不结合的所有物质 ⑥ 洗脱 特异性洗脱（竞争性置换目的物） ⑦ 柱的再非生特异性洗脱（调节pH、离子强度和种类、温度）
（五）亲和色谱法的应用
1.亲和色谱法的特点： 专一、高效、简便、快速
2.应用 ① 分离和纯化各种生物分子 纯化生物大分子，适于从组织或发酵液中分离
色谱法应运而生。
色谱分离是一组相关技术的总称，又叫做色 谱法、层析法，是一种高效而有用的生物分离 技术。
④ 设备简单，操作方便，且不含强烈的操作条件， 因而不容易使物质变性，特别适于不稳定的大分子 有机化合物。
缺点： 处理量小、操作周期长、不能连续操作，因此 主要用于实验室，工业生产上应用较少。
3.色谱法的分类 吸附色谱法
分配色谱法
分离机理
离子交换色谱法 凝胶色谱法
亲和色谱法
（一）基本原理
溶液中某组分的分子在运动中碰到一个固体表 面时，分子会贴在固体表面上，发生吸附作用。
1.发生吸附作用的原理：
固体表面分子（或原子）与固体内部分子（或原子） 所处的状态不同：
固体内部分子（或原子）受临近四周分子的作用力是 对称的，作用力总和为零，即彼此互相抵消，故分子处 于平衡状态。
界面上的分子所受的力不对称，作用力总和不等于零， 合力指向固体内部。
小分子
（二）凝胶过滤介质
基本要求：
不能与原料组分发生除排阻之外的任何其他相 互作用，如电荷作用、化学作用、生物学作用
高物理强度、高化学稳定性 耐高温高压、耐强酸强碱 高化学惰性 内孔径分布范围窄 颗粒大小均一度高
常用的凝胶过滤介质 葡聚糖凝胶 琼脂糖凝胶 聚丙烯酰胺凝胶
1. 葡聚糖凝胶
pH、缓冲液浓度、离子强度
③ 柱操作 柱的大小、长短 ④ 流速的控制 高速度、高效率 ⑤ 清洗 除去不结合的所有物质 ⑥ 洗脱 特异性洗脱（竞争性置换目的物） ⑦ 柱的再非生特异性洗脱（调节pH、离子强度和种类、温度）
（五）亲和色谱法的应用
1.亲和色谱法的特点： 专一、高效、简便、快速
2.应用 ① 分离和纯化各种生物分子 纯化生物大分子，适于从组织或发酵液中分离
色谱法应运而生。
色谱分离是一组相关技术的总称，又叫做色 谱法、层析法，是一种高效而有用的生物分离 技术。
第七章 第二节、微生物代谢与生长
苏氨酸脱氨酶 苏氨酸 α-酮丁酸 异亮氨酸
反馈抑制
其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成
2.分支代谢途径中的反馈抑制：
在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在 一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供 应，微生物发展出多种调节方式。主要有： 同功酶的调节， 顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。
五、微生物的代谢调控
• 微生物代谢过程中的自我调节 • 酶活性的调节 • 酶合成的调节
☆微生物自我调节代谢的方式
1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞
如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合 成迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶 系统。
2.通过酶的定位控制酶与底物的接触 3.控制代谢物流向:
1、有氧呼吸
概念:是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的氧化 过程；是最普遍、最重要的生物氧化方式。 途径：EMP,TCA循环 特点：必须指出，在有氧呼吸作用中，底物的氧化 作用不与氧的还原作用直接偶联，而是底物在氧化 过程中释放的电子先通过电子传递链（由各种电子 传递体，如NAD,FAD,辅酶Q和各种细胞色素组成） 最后才传递到氧。
在工业发酵和科研中通常采取一定的措施缩短延滞期：
①通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短； ②利用对数生长期的细胞作为“种子”；
③尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太 大；
④适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的 影响。
2.对数期
特点：细菌数量呈对数增加；生长速度常数R最大；酶系活跃， 细菌代谢旺盛；群体中的细胞化学组成及形态、生理特征一 致，且细菌的形态、大小、染色性均典型，对外界环境因素 的作用比较敏感。
影响指数期微生物增代时间的因素 菌种；营养成分；营养物的浓度 发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度； 实验室研究细菌生物学性状和做药敏试验选取用对数期细菌 为佳（多数为8~18h培养的培养物）
反馈抑制
其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成
2.分支代谢途径中的反馈抑制：
在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在 一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供 应，微生物发展出多种调节方式。主要有： 同功酶的调节， 顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。
五、微生物的代谢调控
• 微生物代谢过程中的自我调节 • 酶活性的调节 • 酶合成的调节
☆微生物自我调节代谢的方式
1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞
如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合 成迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶 系统。
2.通过酶的定位控制酶与底物的接触 3.控制代谢物流向:
1、有氧呼吸
概念:是以分子氧作为最终电子(或氢)受体的氧化 过程；是最普遍、最重要的生物氧化方式。 途径：EMP,TCA循环 特点：必须指出，在有氧呼吸作用中，底物的氧化 作用不与氧的还原作用直接偶联，而是底物在氧化 过程中释放的电子先通过电子传递链（由各种电子 传递体，如NAD,FAD,辅酶Q和各种细胞色素组成） 最后才传递到氧。
在工业发酵和科研中通常采取一定的措施缩短延滞期：
①通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期缩短； ②利用对数生长期的细胞作为“种子”；
③尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太 大；
④适当扩大接种量等方式缩短迟缓期，克服不良的 影响。
2.对数期
特点：细菌数量呈对数增加；生长速度常数R最大；酶系活跃， 细菌代谢旺盛；群体中的细胞化学组成及形态、生理特征一 致，且细菌的形态、大小、染色性均典型，对外界环境因素 的作用比较敏感。
影响指数期微生物增代时间的因素 菌种；营养成分；营养物的浓度 发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度； 实验室研究细菌生物学性状和做药敏试验选取用对数期细菌 为佳（多数为8~18h培养的培养物）
第七章蛋白质的分离
第七章蛋白质的分离、纯化与表征一、是非题1 一个蛋白质样品，在某一条件下用电泳检查，显示一条带。
因此说明，该样品是纯的（）2 逆流分溶和纸层析，这两个分离氨基酸的方法是基于同一原理（）3 蛋白质的SDS聚丙稀酰胺凝胶电泳和圆盘电泳是两种完全不同的技术（）4 凝胶过滤法可用于测定蛋白质的分子量，分子量小的蛋白质先流出柱，分子量大的后流出柱（）5 蛋白质在小于等电点的PH溶液中，向阳极移动，而在大于等电点的PH溶液中，将向阴极移动（）6 电泳和等电聚焦都是根据蛋白质的电荷不同，即酸碱性质不同的两种分离蛋白质混合物的方法（）二、填空题1 现欲分离某蛋白质溶液中的四个蛋白质成分，它们分子量和等电点列于表内蛋白质成分Mr pIA 12000 10B 62000 4C 28000 7D 9000 5如不考虑次要因素，它们在葡聚糖凝胶G-75柱上分离时，流出的先后次序将是：最先，，其次，最后流出的蛋白质是如选用羧甲基纤维素柱分离上面四种蛋白质，并用盐浓度梯度洗脱，流出的先后次序将是：、、、2 分离蛋白质混合物的各种方法主要根据蛋白质在溶液中的下列性质，，，3 蛋白质时两性电介质，当溶液的PH在其等电点以上时蛋白质分子带电荷，而PH在等电点一下时，带电荷三、选择题1.下列哪种方法可得到蛋白质的“指纹”图谱?A.酸水解，然后凝胶过滤B.彻底碱水解并用离子交换层析测定氨基酸的组成C.用氨肽酶降解并测定被释放的氨基酸的组成D.用胰蛋白酶降解，然后进行纸层析和纸电泳E.用2，4-二硝基氟苯处理蛋白质2.若用电泳分离Gly-Lys、Asp-Val和Ala-His三种二肽，在下列哪个pH条件下电泳最为合适？A.pH2以下B.pH2～4C.pH7～9D.pH10～12E.pH12以上3.进行疏水吸附层析时，以下哪种条件比较合理A.在有机溶剂存在时上柱，低盐溶液洗脱B.在有机溶剂存在时上柱，高盐溶液洗脱C.低盐条件下上柱，高盐溶液洗脱D.高盐溶液上柱，按低盐，水和有机溶剂顺序洗脱。
第七章__传质与分离过程概论
对流传质速率方程为： NA=kL(cAi-cAo） 比较可得：
3、表面更新模型 表面更新模型的要点： ① 该模型同样认为溶质向液相内部的传质为非稳态 分子扩散过程； ②否定表面上的流体单元有相同的暴露时间，而认为 液体表面是由具有不同暴露时间（或称“年龄”）的液面 单元所构成。 为此，丹克沃茨提出了年龄分布的概念，即界面上各 种不同年龄的液面单元都存在，只是年龄越大者，占据的 比例越小； ③不论界面上液面单元暴露时间多长，被置换的概率 是均等的。单位时间内表面被置换的分率称为表面更新率， 用符号S表示。
②随着接触时间的延长，溶质A通过不稳态扩散方式 不断地向流体单元渗透。 ③流体单元在界面处暴露的时间是有限的，经过时间 后θc，旧的流体单元即被新的流体单元所置换而回到液 相主体中去。在流体单元深处，仍保持原来的主体浓度不 变。 ④流体单元不断进行交换，每批流体单元在界面暴露 的时间都是一样的。
按照溶质渗透模型，溶质 A在流体单元内进行的是一 维不稳态扩散过程，可导出组分A的传质通量为：
JA-组分A的扩散质量通量（即单位时间内，组分A通 过与扩散方向相垂直的单位面积的质量），kg/(m2·s)； DAB-组分A在组分B中的扩散系数，m2/s； dcA-组分A扩散方向的质量浓度梯度，(kg/m3)/m。
该式表示在总质量浓度不变的情况下，由于组分A （B）的质量浓度梯度所引起的分子传质通量，负号表明 扩散方向与梯度方向相反，即分子扩散朝着浓度降低的方 向进行。 费克第一定律仅适用于描述由于分子传质所引起的传 质通量，但一般在进行分子传质的同时，各组分的分子微 团常处于运动状态，故存在组分的运动速度。为了更全面 地描述分子扩散，必须考虑各组分之间的相对运动速度以 及该情况下的扩散通量等问题。
上述扩散过程将一直进行到整个容器中A、B两种物质 的浓度完全均匀为止，此时，通过任一截面物质A、B的净 的扩散通量为零，但扩散仍在进行，只是左、右两方向物 质的扩散通量相等，系统处于扩散的动态平衡中。 J=JA+JB=0 （7-18）
第七章_蛋白质分分离纯化和表征09
（三）根据电荷不同的纯化方法
电泳 :在外电场的作用下，带电颗粒向着与其电性相反的 电极移动，这种现象称为电泳。 原则上按电泳的原理来分，可分为： 自由界面电泳 区带电泳 滤纸电泳和薄膜电泳（醋酸纤维素薄膜、聚酰胺薄膜） 粉末电泳（淀粉、纤维素粉、硅胶粉，粉末与适当溶剂调 和，铺板） 细丝电泳，如尼龙丝和其它人造丝电泳，这是一类微量电 泳 凝胶电泳，最常用的支持介质是聚丙烯酰胺凝胶和琼脂糖 凝胶
几种蛋白质等电点
二、蛋白质的分子大小与分子量的测定
蛋白质的分子量的范围:
6×103～1×106 Da
测定蛋白质相对分子量的原理和方法
（一）根据化学组成测定最低相对分子量 用化学分析方法测出蛋白质中某一微量元素的 含量。并假设蛋白质分子中含有一个被测元素的原 子，则可由此计算出蛋白质的最低分子量。 例：肌红蛋白和血红蛋白含铁量均为0.335%, 计算二者的相对分子质量。
溶剂的密度(g/cm3)
（四）凝胶过滤法测定Mr
凝胶过滤（层析）可按照蛋白质分子量大小进行分离 的技术，同时可以测定蛋白质分子量。 蛋白质通过凝胶柱的速度即洗脱体积与其分子量有关: 先测得几种标准蛋白质的 Ve （Ve为洗脱体积） ，并 以其分子量对数对Ve作图得 一直线，再测出待测样品的 Ve，查标准曲线即可确定分 子量，并以其分子量对数对 Ve作图得一直线，再测出待 测样品的Ve，查标准曲线即 可确定分子量。
① 盐析法（salting out） ： 中性盐（NH4SO4，NaSO4，NaCl等）→ 蛋白质脱去水 化层。 优点：不引起蛋白质变性。
盐溶（salting in）：稀盐溶液中蛋白质溶解度增 加的现象。
② 有机溶剂沉淀法： 极性有机溶剂（甲醇，乙醇，丙酮）→脱去水化层以及 降低介电常数 而增加带电质点间的相互作用。 条件：低温操作，缩短时间。
第七章 气体分离膜及液膜
10
气体分离膜
（2）制备气体分离膜的主要材料 根据不同的分离对象，气体分离膜采用不同的材
料制备。 1）H2的分离
美国Monsanto公司1979年首创Prism中空纤维 复合气体分离膜，主要用于氢气的分离。其材料主 要有醋酸纤维素、聚砜、聚酰亚胺等。其中聚酰亚 胺是近年来新开发的高效氢气分离膜材料。它是由 二联苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具有 抗化学腐蚀、耐高温和机械性能高等优点。
高分子膜在其Tg（玻璃化温度）以上时，存在链 段运动，自由体积增大。因此，对大部分气体来说， 在高分子膜的Tg前后，D和S的变化将出现明显的转折。
3
气体分离膜
在实际应用中，通常不是通过加大两 侧的压力差（Δp）来提高q值，而是采用增 加表面积A、增加膜的渗透系数和减小膜的 厚度的方法来提高q值。
4
14
气体分离膜
2. 气体分离膜的应用领域 气体分离膜是当前各国均极为重视开发的产品，
已有不少产品用于工业化生产。如美国Du Pont公司 用聚酯类中空纤维制成的H2气体分离膜，对组成为 70％H2，30％CH4，C2H6，C3H8的混合气体进行分 离，可获得含90％H2的分离效果。
15
气体分离膜
第七章 气体分离膜与液膜
1. 气体分离膜的分离机理 气体分离膜有两种类型：非多孔均质膜和多孔
膜。它们的分离机理各不相同。 （1）非多孔均质膜的溶解扩散机理
该理论认为，气体选择性透过非多孔均质膜分 四步进行：气体与膜接触，分子溶解在膜中，溶解 的分子由于浓度梯度进行活性扩散，分子在膜的另 一侧逸出。
1
气体分离膜
（2）多孔膜的透过扩散机理 用多孔膜分离混合气体，是借助于各种气体流
过膜中细孔时产生的速度差来进行的。 流体的流动用努森（Knudsen）系数Kn表示时，
气体分离膜
（2）制备气体分离膜的主要材料 根据不同的分离对象，气体分离膜采用不同的材
料制备。 1）H2的分离
美国Monsanto公司1979年首创Prism中空纤维 复合气体分离膜，主要用于氢气的分离。其材料主 要有醋酸纤维素、聚砜、聚酰亚胺等。其中聚酰亚 胺是近年来新开发的高效氢气分离膜材料。它是由 二联苯四羧酸二酐和芳香族二胺聚合而成的，具有 抗化学腐蚀、耐高温和机械性能高等优点。
高分子膜在其Tg（玻璃化温度）以上时，存在链 段运动，自由体积增大。因此，对大部分气体来说， 在高分子膜的Tg前后，D和S的变化将出现明显的转折。
3
气体分离膜
在实际应用中，通常不是通过加大两 侧的压力差（Δp）来提高q值，而是采用增 加表面积A、增加膜的渗透系数和减小膜的 厚度的方法来提高q值。
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气体分离膜
2. 气体分离膜的应用领域 气体分离膜是当前各国均极为重视开发的产品，
已有不少产品用于工业化生产。如美国Du Pont公司 用聚酯类中空纤维制成的H2气体分离膜，对组成为 70％H2，30％CH4，C2H6，C3H8的混合气体进行分 离，可获得含90％H2的分离效果。
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气体分离膜
第七章 气体分离膜与液膜
1. 气体分离膜的分离机理 气体分离膜有两种类型：非多孔均质膜和多孔
膜。它们的分离机理各不相同。 （1）非多孔均质膜的溶解扩散机理
该理论认为，气体选择性透过非多孔均质膜分 四步进行：气体与膜接触，分子溶解在膜中，溶解 的分子由于浓度梯度进行活性扩散，分子在膜的另 一侧逸出。
1
气体分离膜
（2）多孔膜的透过扩散机理 用多孔膜分离混合气体，是借助于各种气体流
过膜中细孔时产生的速度差来进行的。 流体的流动用努森（Knudsen）系数Kn表示时，
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1、可行性 2、分离过程类别的选择 3、产品价格 4、产品热敏性 5、物性与分子性质 6、经济因素 7、安全和环保 8、经验
材料科学与技术学院化学工程系
北京林业大学分离过程课件
主要分离过程在单生产线操作时的最大生产能力
分离方法 最大生产能力
精馏 萃取 结晶 吸附 反渗透 气体渗透 超滤 离子交换 电渗析 电泳 色层分离 凝胶过滤
刮膜式分子蒸馏装置简图
材料科学与技术学院化学工程系
北京林业大学分离过程课件
7.2 分离方法的选择程序
确定分离目的 待分离混合物中各组分的物理、 化学、生物学方面的性质参数列表 是否可利用 自然的能量
No Yes
重力、太阳能、 Yes 微生物等进行 分离分离
END
是否为超高 纯度的分离
No
规模
小 Yes
反胶束萃取 液膜分离 层析分离（分配） 双水相萃取
材料科学与技术学院化学工程系
北京林业大学分离过程课件
速率分离法 气体扩散 渗透汽化 电渗析 反渗透 超滤 微滤 热扩散 电泳 分子蒸馏
材料科学与技术学院化学工程系
北京林业大学分离过程课件
分子蒸馏
（Molecular Distillation）
原理：依靠不同物质分子运动平均自由程的差别
2、如果组分间的选择性在分离过程中基本不
变则应首先分离浓度高的那分；
4、在进行萃取或萃取蒸馏（或共沸精馏）操作时，
紧接着就应在下一步工序使萃取剂和溶质分开；
材料科学与技术学院化学工程系
北京林业大学分离过程课件
7.4 分离方法选择的一般原则
5、应避免使用第二分离剂来除去 或回收分离媒介； 6、过程的经济性； （1）单位产品价值高，市场寿命短的产品 （2）大吨位产品，生产厂家多，市场竞争激励 7、分离过程类型； 8、分离生产规模。
材料科学与技术学院化学工程系
北京林业大学分离过程课件
机械分离法
过滤 沉降 离心分离（液固） 旋风分离（气固） 静电沉降 网眼除沫 磁法分离
材料科学与技术学院化学工程系
北京林业大学分离过程课件
平衡分离法 吸收 气提 蒸发 蒸馏 泡沫分离 干燥 吸附< 升华 凝聚
结晶 固体浸出
离子交换
液液萃取
超临界萃取<
北京林业大学分离过程课件
3、多组分分离计算中气液平衡基本关系包括哪些， 列出各自的方程。 气液平衡基本关系包括相平衡关系、汽相浓度归一化 方程和液相浓度归一化方程。关系分别如下： 相平衡关系：
yi K i xi
y
i 1 i
汽相浓度归一化方程： C
1(i 1,2,C )
液相浓度归一化方程：
x
i 1
C
i
1(i 1,2,C )
材料科学与技术学院化学工程系
北京林业大学分离过程课件 4、论述多组分分离过程的特点 （1）混合物的热物性数据：为了进行相关单元及整个装 置的物料衡算及热量衡算，必须要有被分离混合物及各个 组分的热物性数据。在多数情况下，纯物质的热物性数据 可以查到，但混合物无现成数据，需要通过纯组分物性数 据进行计算。 （2）实际体系的相平衡常数：对于理想气体、理想溶液 体系的相平衡常数很容易计算，而实际体系相平衡常数的 计算需要用活度系数、逸度系数对理想体系进行修正。 （3）集态的变化：多组分混合物分离时往往伴随着集态 的变化，及出现新的相，需要确定新相的参数包括温度、 压力、气体或液体的流量及组成等。 （4）计算机作为运算工具：由于多组分混合物分离过程 的计算往往需要反复试差、迭代，或需要联立求解非线性 方程组，计算工作量大，需借助计算机程序辅助进行。 材料科学与技术学院化学工程系
实现物质的分离。
特点：操作温度低、蒸馏压强低、受热时间短、
分离程度及产品收率高。 应用：用于对高沸点及热敏性物质进行提纯和浓缩。
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蒸发面和冷凝面的间距小于或等于被分离物料 的蒸汽分子的平均自由程。 材料科学与技术学院化学工程系
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北京林业大学分离过程课件 6、简述多组分精馏中清晰分割的含义 清晰分割是指轻组分全部从塔顶排出，重组分全部从塔底 排出，关键组分为相邻组分。 7、阐述多组分吸收逐板法计算基本步骤 1）确定初值； 2）计算vn； 3）按ln=Anvn求出ln； 4）用热量衡算确定新的温度分布； 5）以新的温度分布重复计算，直到气液流率分布和温度 分布都稳定为止。
北京林业大学分离过程课件 5、论述化工分离方法选择的一般性原则 答：（1）应先试选简单的或比较简单的分离方法；（2）如 果组分间的选择性在分离过程中基本不变则应首先分离浓度 高的那个组分；（3）若可以使用蒸馏法，就应先行分离挥发 度最大的组分；（4）在进行萃取或萃取蒸馏（或共沸精馏） 操作时，紧接着就应在下一步工序使萃取剂和溶质分开；（5） 应避免使用第二分离剂来除去或回收分离媒介；（6）应考虑 过程的经济性，对于单位产品价值高、市场寿命短的产品， 应选择成熟的分离方法；对于大吨位、生产厂家多、市场竞 争激励的产品，应通过对多种方案的开发和评价，选择经济 上接近最优的方法。
近于无限制 近于无限制（某些类型的塔，最大塔径为1.83m） 10~70×106kg/a 近于无限制 每一膜组件产水量0.45 ×106kg/a 每一膜组件渗透气体量0.9 ×106kg/a 每一膜组件 0.45 ×106kg/a 450 ×106kgH2O/a 0.45 ×106kgH2O/a 1000kg/a（以脱载体为基准） 0.24 ×106kg气/a， 0.09×106kg液/a 100kg/a（以脱载体为基准）
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7.5 设计的可靠性
精馏 萃取 结晶 吸附 反渗透、气体膜分离、渗析和电渗析 超滤 离子交换 电泳 色层分离
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7.6 分离过程的独立操作性能
精馏 萃取 结晶 吸附 反渗透 气体膜分离 超滤 离子交换 渗析和反渗析 电泳、色层分离和凝胶过滤
北京林业大学分离过程课件 10、论述超临界萃取分离单元的原理、特点及应用 原理：超临界流体萃取分离是利用超临界流体的溶解能力 与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能 力的影响而进行的。 在超临界状态下，将超临界流体与待 分离的物质接触，使其有选择性的溶解其中的某些组分， 然后通过减压、升温或吸附将其分离析出来。 特点：1）密度类似液体，因而溶剂化能力很强，压力和温 度微小变化可导致其密度显著变化；2）压力和温度的变 化均可改变相变；3）粘度，扩散系数接近于气体，具有 很强传递性能和运动速度；4）SCF的介电常数，极化率 和分子行为与气液两相均有着明显的差别。 应用：。。。。。。 材料科学与技术学院化学工程系
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北京林业大学分离过程课件 8、论述多组分精馏流程方案选择原则及组分分离顺序。 选择原则：节省能量消耗，节省设备投资，满足工艺要求。 多组分精馏分离顺序： 1）易挥发组分先分； 2）难分离组分后分，易分离组分先分； 3）塔顶、釜两产品量尽可能相近； 4）分离要求高的组分最后分； 5）量大的组分应先分； 6）有害组分应先分。
大
各种方式 大 的预处理
除去量
小
是否可利用 热能
No
反应分离 多级分离
END
操作简单 的分离法
END
蒸馏法
END
其他分离 方法
END
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7.3 分离方法选择的一般原则 1、应先试选简单的或比较简单的分离方法；
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1、论述平衡分离过程的含义，平衡分离过程包括哪些单 元操作过程？ 平衡分离过程借助于热能、溶剂和吸附剂等媒介，使均相 混合物变成两相，再将两相分离的过程。平衡分离过程包括 气液传质过程（蒸馏、吸收等）、液液传质过程（萃取等）、 气固传质过程（吸附等）、液固传质过程（离子交换、浸取 等）。 2、论述速率分离过程的含义，速率分离过程包括哪些单 元操作过程？ 速率分离过程在浓度差、压力差、电位差等的推动力作用 下，利用各组分的扩散速率差异进行分离的过程。速率分离 过程包括膜分离（超滤、反渗透等）、场分离（电泳、热扩 散等）。 材料科学与技术学院化学工程系
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第七章 分离方法的选择 7.1 主要分离方法分类 机械分离过程 平衡分离过程 传质分离过程 速率分离过程 能量分离剂的平衡过程：冷凝、蒸发、蒸馏、节流 质量分离剂的平衡过程：吸收、汽提、吸附、离交、萃取 一个以上分离剂的平衡过程：萃取精馏、恒沸精馏 速率控制分离过程：电渗析、膜分离、分子蒸馏 场分离过程：重力场、离心力场、温度场、压力场、电磁场 相平衡分离过程：气液、气固、液固、液液平衡 反应分离过程：反应吸收、化学萃取、离子交换、反应精馏
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北京林业大学分离过程课件 9、论述分子蒸馏单元操作的原理、特点及应用 原理：依靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现物质 的分离。 特点：操作温度低、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度 及产品收率高。 应用：用于对高沸点及热敏性物质进行提纯和浓缩。……
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