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分离工程第六章
三、应用及特点
应用
分离纯化
用于分离的相对分子质量范围：几 百到106。
用于蛋白质、多肽、脂质、抗生素、 糖类、核酸及病毒等生物物质的分 离纯化。
还可用于医药产业中无热原水的制 备及低分子生物制剂中抗原性杂质 的除去。
脱盐
生物分离中主要用于生物大分子溶 液的脱盐及除去小分子物质。
还用于溶解目标产物的缓冲液的交 换。
吸附作用力 选择性
所需活化能 吸附层
达到平衡所需时间
物理吸附 分子间引力
较差 低
单层或多层 快
化学吸附 化学键合力
较高 高
单层 慢
有机高分子吸附剂：多孔性聚乙烯、多孔 性聚酯等树脂具有大网络细孔结构，用于 抗生素，维生素B12分离浓缩。
还有多孔性纤维素，琼脂糖凝胶，葡聚 糖凝胶，聚丙烯酰胺凝胶，羟基磷灰石 (层析、电泳)。
TSK凝胶，利用亲水性高分子合成制备， 机械强度较高，经化学修饰后也常用于 IEC和AC；
Superdex凝胶，将葡聚糖共价交联到高 度交联的琼脂糖珠体上制备的刚性凝胶， 分离精度高，用于高效液相层析；
Superose凝胶，琼脂糖经二次交联制备 的刚性凝胶，常用于高效IEC和AC。
凝胶特性参数
小
小
小
易
粉末活性炭
锦纶活性炭
大孔网状吸附剂
特点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择 性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、 再生容易。 但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素 的影响。
大孔网状吸附树脂的种类
非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，交联 剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。 中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而 成，交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂 肪族吸附剂。 极性吸附剂：丙烯酰胺或亚砜经聚合而成， 通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。
生物分离工程ppt课件
（分离过程精细，成本高）
Table 3 typical products from fermentation
products Antibiotics Amino acids
Ethanol Organic acids
Enzymes r-DNA protein
in
Concentration g/l 25 100 100 100 20 10
（生物技术的目标就是指利用培养微生物、动物细胞、植 物细胞来生产对人有用的产品。）
By this definition, biotechnology is as old as history, for the earliest known document (4228BC) includes a description of brewing .Bread ; cheese, and yogurt are other early examples of product which depend on biotechnology.
For example: 6steps 90% 53%
Biological products require high quality 生物产品要求高质量：
*purity（纯度） *sanitation（卫生） *biological activity（生物活性）
The recovery plant usually represents a major investment and, consequently the separations cost a substantial fraction of the total cost of the final product.
Table 3 typical products from fermentation
products Antibiotics Amino acids
Ethanol Organic acids
Enzymes r-DNA protein
in
Concentration g/l 25 100 100 100 20 10
（生物技术的目标就是指利用培养微生物、动物细胞、植 物细胞来生产对人有用的产品。）
By this definition, biotechnology is as old as history, for the earliest known document (4228BC) includes a description of brewing .Bread ; cheese, and yogurt are other early examples of product which depend on biotechnology.
For example: 6steps 90% 53%
Biological products require high quality 生物产品要求高质量：
*purity（纯度） *sanitation（卫生） *biological activity（生物活性）
The recovery plant usually represents a major investment and, consequently the separations cost a substantial fraction of the total cost of the final product.
《化工分离工程》PPT课件-第4讲分离过程
y i = K i xi
C
i = 1,2,..., C
C
（2）摩尔分率加和方程： 2个 摩尔分率加和方程：
∑x
i =1
i
= 1 .0
∑y
i =1
i
= 1.0
2C＋ 2C＋2 C个
（3）汽液平衡常数关联式： 汽液平衡常数关联式：
Ki = f (T , P, x, y)
i = 1,2,...,C
变量数： 变量数：
泡点和露点计算在设计计算中应用
精馏塔各级温度确定
泡点和露点计算在设计计算中应用
精馏塔操作压力的选择
① 塔顶蒸汽的冷凝温度和釜液的 沸腾温度 ② 对组分相对挥发度的影响 ③塔的造价和操作费用 ④对传质效率的影响
计算出发点： 计算出发点：
单级汽液平衡系统， 单级汽液平衡系统，汽液相具有相同的温度T和压力p， 组分的液相组成与汽相组成成平衡关系。 组分的液相组成与汽相组成成平衡关系。 （1）相平衡方程： 相平衡方程： 计 算 方 程： C个
( new )
yi
yi(old ) = (old ) ∑ yi
（3）判断收敛的准则或者是温度的调节方案直接 ） 关系到收敛速度和稳定性。 关系到收敛速度和稳定性。
二、泡点压力的计算
仍然依据的是泡点方程： 仍然依据的是泡点方程：
f ( p ) = ∑ K i xi − 1 = 0
i =1 C
当汽相为理想气体，液相为理想溶液时： 当汽相为理想气体，液相为理想溶液时：
f (T ) = ∑ K i xi − 1 = 0
i =1 C
泡点温度计算
泡点压力计算
一、泡点温度的计算
1. Ki与组成无关： 与组成无关： 泡点方程： 泡点方程： 假定T 假定
分离工程课件
1.现拟以i-C 4H 10馏分作吸收剂，从裂解气中回收99%乙烯，原料气处理量为100kmol/h ，塔操作压力为4.052Mpa ，塔的平均温度按-14℃计，求：①为完成此吸收任务所需最小液气比。
②操作液气比取为最小液气比1.5倍，试求为完成吸收任务所需理论板数。
③各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成。
④塔顶应加入的吸收剂量。
解：选乙烯为关键组分，查得在4.052Mpa 和-14℃下各组分的相平衡常数。
a.最小液气比的计算在最小液气比下∞=N ，99.0关关==ηA ，()7128..072.099.0关关min=⨯=⋅=∴K G Lηb.理论板数的计算 操作液气比()0692.17128.05.15.1min=⨯==G LGL关键组分的吸收因子为485.172.00692.1关关===GK L A 理论板数868.81485.1lg 199.0485.199.0lg1lg 1lg=---=---=A A N ηη c.各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成由i i GK L A =和111--=++N i iN i i A A A η以及()i N i i g g ,1,11+-=η；∑=i g G ,11；1,1,1G g y ii =进行计算结果见表。
塔内气体的平均流率为：h kmol G /056.6921115.38100=+=塔内液体的平均流率为：944.302)8885.61(000+=++=L L L L由0692.1=GL ，得h kmol L /89.420=当在1.013Mpa 压力下，以相对分子质量为220的物质为吸收剂，吸收剂温度为30℃，而塔中液相平均温度为35℃。
试计算异丁烷（i-C 4H 10）回收率为0.90时所需理论塔板数以及各组分的回收率。
操作液气比为最小液气比的1.07倍，求塔顶尾气的数量和组成。
解：选异丁烷为关键组分，查得在1.013Mpa 和35℃下各组分的相平衡常数。
分离工程第6章分离过程及设备的效率与节能精品PPT课件
L H m
OL k Aa L
kG，kL为气相、液相总传质系数；A为塔横截 面积；a为填料的有效表面积
14
5）等板高度（HETP）
一块理论板表示由一段填料上升的蒸气与自该段填 料下降的液体互成平衡，等板高度为相当于一个理 论板的分离程度所需的填料层高度
ZNT HETP
等板高度越小，说明填料层的传质效率高，则完 成一定分离任务所需的填料层的总高度可降低。 HETP与填料的类型和尺寸、物性、操作条件、 设备尺寸等因素有关
实际板（级）
板上液相浓度径向分布，液 体入口处浓度高，进入的汽 相各点浓度不相同
达到平衡要无限长时间 影响因素：平衡关系、塔板
结构，流动情况、物性
不均匀流动，各点停留时间 有明显差异 雾沫夹带、漏液和液相夹带 汽相现象等
10
⑵级效率的定义
1）全塔效率
达到指定分离效果所需理论级数与实际级数 的比值，对板式塔又称为总板效率。
15
⑶影响级效率的因素
1）点效率与传质间的关系
16
双膜理论
17
⑶影响级效率的因素
1）点效率与传质间的关系
1 1 1 NOG NG NLA 点效率
EOG1eNO G
NG, NL，P189（6-10）
（6-11）式可经验求 18
美国化工学会（AIChE）对泡罩塔和筛 板塔提出了下列经验式：
N G [0 .7 7 4 .5 6h 6 W 2 7 .23 F 1 7.8 0 7 (l L 4 f4 v)/] S ( C )1 /2
8
塔型
板式塔
筛板塔 泡罩塔
筛板 泡罩 方形
浮阀
条形
填料类型
圆形
填料塔
《化工分离工程》PPT课件-第3讲分离过程
描述系统的独立变量数可以由进出系统的物流和系统与 环境进行能量交换的情况确定具体的原则为： 环境进行能量交换的情况确定具体的原则为： 对一单相物流，其独立变量为： 对一单相物流，其独立变量为：
NV = C + 2
如果系统与环境有能量交换， 如果系统与环境有能量交换，则独立变量应该加上描述 能量交换的变量数， 一股热交换，又有一股功交换， 能量交换的变量数，如有 一股热交换，又有一股功交换， 则应该再加上两个设计变量， 则应该再加上两个设计变量，即：
1
确定装置变量郭氏原则
按每一股单相物流有（ 按每一股单相物流有（C+2）个变量， ）个变量， 计算进料物流所确定的固定设计变量。 计算进料物流所确定的固定设计变量。 确定装置中具有的不同压力的数目。 确定装置中具有的不同压力的数目。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 将串级单元数，分配器数， 将串级单元数，分配器数，侧线采出单 元数以及传热单元的数目相加为装置的 可调设计变量数。 可调设计变量数。
简单吸收塔的设计变量
N
设计变量 可以规定为: 可以规定为 固定设计变 量: 两股进 2C+4 料 每级压力 N 可调设计变 量 理论级数 1
该装置由N个绝热操作的简单平衡级构 该装置由 个绝热操作的简单平衡级构 因此有: 成,因此有 e 因此有
i
VN=D
LN+1=S
= 2c + 5
Nr = 1
N N-1 N-2 N-3
N V = C + 2 + 能量交换增加的变量数
独立变量之间约束关系
独立变量之间的约束关系包括： 独立变量之间的约束关系包括： 1 物料平衡关系（对C组分体系有 个） 组分体系有C个 组分体系有 2 能量平衡关系（对一个体系只有一个） 对一个体系只有一个） 3 相平衡关系（对C组分 相体系有 （ π+1）个） 组分π相体系有C（ 组分 ） 4 化学平衡关系（分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 5 内在关系 （指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等） 指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等）
NV = C + 2
如果系统与环境有能量交换， 如果系统与环境有能量交换，则独立变量应该加上描述 能量交换的变量数， 一股热交换，又有一股功交换， 能量交换的变量数，如有 一股热交换，又有一股功交换， 则应该再加上两个设计变量， 则应该再加上两个设计变量，即：
1
确定装置变量郭氏原则
按每一股单相物流有（ 按每一股单相物流有（C+2）个变量， ）个变量， 计算进料物流所确定的固定设计变量。 计算进料物流所确定的固定设计变量。 确定装置中具有的不同压力的数目。 确定装置中具有的不同压力的数目。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 上述之和既为为装置的固定设计变量。 将串级单元数，分配器数， 将串级单元数，分配器数，侧线采出单 元数以及传热单元的数目相加为装置的 可调设计变量数。 可调设计变量数。
简单吸收塔的设计变量
N
设计变量 可以规定为: 可以规定为 固定设计变 量: 两股进 2C+4 料 每级压力 N 可调设计变 量 理论级数 1
该装置由N个绝热操作的简单平衡级构 该装置由 个绝热操作的简单平衡级构 因此有: 成,因此有 e 因此有
i
VN=D
LN+1=S
= 2c + 5
Nr = 1
N N-1 N-2 N-3
N V = C + 2 + 能量交换增加的变量数
独立变量之间约束关系
独立变量之间的约束关系包括： 独立变量之间的约束关系包括： 1 物料平衡关系（对C组分体系有 个） 组分体系有C个 组分体系有 2 能量平衡关系（对一个体系只有一个） 对一个体系只有一个） 3 相平衡关系（对C组分 相体系有 （ π+1）个） 组分π相体系有C（ 组分 ） 4 化学平衡关系（分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 分离过程只考虑无化学反应的体系，不考虑该约束条件） 5 内在关系 （指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等） 指约定的关系，如物流之间温度，压力降之间的关系等）
分离工程实验PPT课件：膜分离过程
要减少浓差极化，通常采用错流操作。
六、影响过滤速度的各种因素
在超滤中，为减少浓差极化,通常采用错流操作。
错流操作中影响过滤通量因素：
1、膜两侧平均压力差，
2、影响传质系数Km，和凝胶层浓度CG的一些因 素(如：沿着膜面的流速，料液粘度、温度、溶质的扩散 系数和料液浓度等)。
（一）、压力的影响
通道两端压力差： p p1 p2
(二）、浓差极化——凝胶层模型
当溶剂透过膜，而 溶质留在膜上，因而使 膜表面浓度增大，并高 于主体中浓度，这种浓 度差导致溶质自膜面反 扩散至主体中，这种现 象称为浓差极化。
在反渗透中，膜面上溶质浓度大，渗透压高，致使 有效压力差降低，通量减小。
在超滤和微滤中，处理的是高分子或胶体溶液，浓 度高时会在膜面上形成凝胶层，增大了阻力而使通量降 低。
4、纤维素骨架易受细菌侵袭，因而难以贮存。
聚砜膜
构造如图，其中含有亚联苯砜结构。由于相邻苯 环间共厄电子的引力，聚砜－SO2基团相当稳定。
聚砜膜的制造成功，是超滤技术的一个突破。
聚砜膜优点：
(1)、温度范围广 通常使用温度可达75℃，甚至可高到 125℃，这对于需加热灭菌的场合很有利。
(2)、pH范围广 聚砜可连续在pH 1－13的范围应用，这对 清洗过程很有利。
酯酝、纤维素－3—醋酸酯) 乙酸丁酸纤维 再生纤维素 硝酸纤维素
(2)、人造物质
聚酰胺(芳香族聚酰胺、共聚多酰胺、聚酰胺酰肼)
聚苯并咪唑、聚砜，聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚 脲、聚呋喃、聚四氟乙烯、聚二氟乙烯、聚醚、聚酰亚胺、 聚苯醚等。
(3)、特殊材料 电解质复合物、多孔玻璃、ZrO2／聚丙烯酸、
如R＝1，则Cp＝0，表示溶质全部被截留；如R＝0，则 Cp＝CB， 表示溶质能自由透过膜，
六、影响过滤速度的各种因素
在超滤中，为减少浓差极化,通常采用错流操作。
错流操作中影响过滤通量因素：
1、膜两侧平均压力差，
2、影响传质系数Km，和凝胶层浓度CG的一些因 素(如：沿着膜面的流速，料液粘度、温度、溶质的扩散 系数和料液浓度等)。
（一）、压力的影响
通道两端压力差： p p1 p2
(二）、浓差极化——凝胶层模型
当溶剂透过膜，而 溶质留在膜上，因而使 膜表面浓度增大，并高 于主体中浓度，这种浓 度差导致溶质自膜面反 扩散至主体中，这种现 象称为浓差极化。
在反渗透中，膜面上溶质浓度大，渗透压高，致使 有效压力差降低，通量减小。
在超滤和微滤中，处理的是高分子或胶体溶液，浓 度高时会在膜面上形成凝胶层，增大了阻力而使通量降 低。
4、纤维素骨架易受细菌侵袭，因而难以贮存。
聚砜膜
构造如图，其中含有亚联苯砜结构。由于相邻苯 环间共厄电子的引力，聚砜－SO2基团相当稳定。
聚砜膜的制造成功，是超滤技术的一个突破。
聚砜膜优点：
(1)、温度范围广 通常使用温度可达75℃，甚至可高到 125℃，这对于需加热灭菌的场合很有利。
(2)、pH范围广 聚砜可连续在pH 1－13的范围应用，这对 清洗过程很有利。
酯酝、纤维素－3—醋酸酯) 乙酸丁酸纤维 再生纤维素 硝酸纤维素
(2)、人造物质
聚酰胺(芳香族聚酰胺、共聚多酰胺、聚酰胺酰肼)
聚苯并咪唑、聚砜，聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚 脲、聚呋喃、聚四氟乙烯、聚二氟乙烯、聚醚、聚酰亚胺、 聚苯醚等。
(3)、特殊材料 电解质复合物、多孔玻璃、ZrO2／聚丙烯酸、
如R＝1，则Cp＝0，表示溶质全部被截留；如R＝0，则 Cp＝CB， 表示溶质能自由透过膜，