现代分离技术

绪论

1、传质分离过程可分为：①平衡分离过程：均相混合，变成两相系统（仅输入ESA，仅输入MSA,同时加入ESA和MSA）具体包括：精馏，蒸发，吸收，萃取，结晶等过程

②速率分离过程：原料与产品同一相，仅组成不同。具体包括膜分离，超滤，反渗透等过程

2、分离方法，装置的评价指标：速率，分辨率，容量率等

分离产品的评价指标：浓缩比，回收比等

3、使用能量5种媒介：萃取，共沸，MSA,ESA

共沸精馏

1、什么叫共沸精馏：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。形成的共沸物从塔顶（塔釜）采出，塔釜（塔顶）引出较纯产品，最后将共沸剂与组分分离。

2、为什么会形成共沸物：真实溶液与理想溶液形成偏差导致了共沸物的生成。

3、二元共沸物在衡沸点的以及衡沸点的前后组成上有什么特点：衡沸点：气液两相组成相同，衡沸点前后，组成相反。

4、共沸精馏中在A、B中加入共沸剂S会出现什么情况？用三角形相图表示

5、甲醇，丙酮混合物，萃取剂应该从酮类还是醇类中选取：

选醇类，因为醇类沸点较高，相对挥发度区别大，而且污染小。

6、变压精馏相图，流程图，

二元均相恒沸精馏过程相图，流程图

7、萃取精馏和共沸精馏的区别？

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。

萃取精馏

1、什么叫萃取精馏：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，从精馏塔的塔釜引出，所加入的新组分称为萃取剂

2、在萃取精馏的过程中萃取剂的作用：改变组分的相对挥发度。假如萃取剂与其中一个组分形成正偏差溶液（非理想溶液），与另外一个溶液形成理想溶液（负偏差），来改变相对挥发度。

3、萃取精馏中，萃取剂的要求：

①、溶剂有良好的选择性

②、对待分离组分是一种良好的溶剂

③、溶剂要有较高的沸点，与待分离组分不至于形成共沸物

④、无论是在萃取精馏过程中还是回收过程中，溶剂应该是热稳定性的，且无腐蚀性。与组分不发生化学反应，从生产安全角度考虑应该是比较安全的 ⑤、从经济角度看，萃取剂应该是价格低廉，而且容易获得的。

4、萃取精馏中 ，回收塔的作用：

①、使溶剂不在塔顶出现，达到回收的效果

②、如果不设回收塔会使塔顶物料中含有较高浓度的溶剂。

5萃取精馏塔塔顶产品不合格，能否用加大回流比的方法来促使产品合格？

不能因为加大回流比会使塔顶达到塔釜溶剂的浓度降低，液相流率增加，将使溶剂浓度Xs 下降，而使被分离组分之间的相对挥发度a12减小，分离效果变差。

6、精馏段和提馏段萃取剂浓度公式推导

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 = 0

A 为设萃取剂S 对被分离组分的相对挥发度

B

A=B 0=sD x D L S V +=+sD s s Dx Lx S Vy +=+S

D L S Lx y S S

-+-=βs 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 21212

121111++=++=--=βs

s

s s s x x x x x x x 2

211211

αα++=

2

2112

1x 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 ββs

s x D

L S x --

-=

∴1)1(ββ

式(3-133)表示了xS 、S 、b 、L 的关系

溶剂对被分离组分的相对挥发度一般很小,当β≈0 时,式(3-133)可简化为:

类似地，提馏段溶剂浓度：

其中W ’不包括s 的塔底产品流率

超临界萃取

1、什么是超临界萃取：

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。超临界流体可从混合物中有选择地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

吸附分离

1、温度对液体吸附过程的影响：物理吸附：放热过程，低温有利于吸附；化学吸附：温度升高，吸附速率增加

离子交换

1、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 离子交换活性基团，它连在高分子骨架上，带有可交换离子（又称反离子）的离子型官

能团或带有极性的非离子官能团 ③ 可交换离子

2、离子交换包括那三个过程： 内扩散，外扩散，离子交换

3、离子交换有哪几个环节： 当β≈0 时：

qF

RD S S

L S L S

x S ++=

≈-≈)1(βRD

S S

L S L S x S +=≈-≈

)1(β⎪

⎪⎭⎫

⎝⎛-'+-=

S S x W L S

x 1)1(ββ