现代分离技术.doc

绪论1、传质分离过程可分为：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 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： 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； 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; 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； 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。 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； 萃取精馏的流程及溶剂回收系统较恒沸精馏简单； 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：、溶剂有良好的选择性、对待分离组分是一种良好的溶剂、溶剂要有较高的沸点，与待分离组分不至于形成共沸物、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、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：、使溶剂不在塔顶出现，达到回收的效果、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 ba=b 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b0 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的塔底产品流率当b0 时： 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 高分子骨架，由交联的高分子聚合物组成 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 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：离子交换过程，起脱过程，再生过程4、离子交换过程中间水洗作用：除去过量的再生剂膜分离1、膜分离过程的推动力：压差，浓度差，饱和蒸汽压差，电位差2、膜通量的概念单位：指单位时间内通过单位面积上的流体量，m3/(m2*s),kmol/(m2*s),l/(m2*s)3、工业上常用的膜分离装置有哪几种：微滤，超滤，反渗透4、分析膜过滤阻力来源，说明提高膜通量的方法来源：水分子，无机盐，电解质，小分子方法：增大料液流率，升高料液温度，选择合适的膜组件结构溶液的ph值远偏离等电点结晶1、结晶的步骤：过饱和溶液的形成晶核的形成晶体生长其中，溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过饱和度是结晶的推动力。2、结晶过程的推动力：过饱和度3、控制晶体质量的重要指标：大小，形状和纯度4、列出至少三种过饱和溶液形成的方式热饱和溶液冷却（等溶剂结晶）适用于溶解度随温度升高而增加的体系；同时，溶解度随温度变化的幅度要适中；自然冷却、间壁冷却（冷却剂与溶液隔开）、直接接触冷却（在溶液中通入冷却剂）部分溶剂蒸发法（等温结晶法）适用于溶解度随温度降低变化不大的体系，或随温度升高溶解度降低的体系；加压、减压或常压蒸馏真空蒸发冷却法使溶剂在真空下迅速蒸发，并结合绝热冷却，是结合冷却和部分溶剂蒸发两种方法的一种结晶方法。设备简单、操作稳定化学反应结晶加入反应剂产生新物质，当该新物质的溶解度超过饱和溶解度时，即有晶体析出；其方法的实质是利用化学反应，对待结晶的物质进行修饰，一方面可以调节其溶解特性，同时也可以进行适当的保护；5、写出工业常见起晶方法：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。该方法容易控制、所得晶体形状大小均较理想，是一种常用的工业起晶方法。6、开尔文公式，分析其在结晶操作中的运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。7、绘制典型的过饱和曲线并结合结晶操作过程分析影响溶液过饱和度的因素饱和曲线是固定的不饱和曲线受搅拌、搅拌强度、晶种、晶种大小和多少、冷却速度的快慢等因素的影响结晶与溶解度之间的关系晶体产量取决于溶液与固体之间的溶解析出平衡；固体溶质加入未饱和溶液溶解；固体溶质加入饱和溶液平衡（vs=vd）固体溶质加入过饱和溶液晶体析出其他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