《分离科学与技术》PPT课件.ppt

第一章 绪 论,一、分离科学及研究内容 二、分离科学的重要性 三、分离过程的本质 四、分离方法的分类 五、分离方法的评价 六、分离技术的进展,Copyright 2012 Dalian Polytechnic University Song Jianguo,分离科学与技术,1.1 分离科学及研究内容,分离的概念,分离的形式,利用理化性质的差异，将某种（或某类）物质从复杂的混合物中分离出来，使之以相对纯的形式存在。,纯化：,组分离：得到性质相近的一族物质,单一分离：得到纯物质,相关概念,富集：增加目标组分浓度，缩小混合物体积,浓缩：,单一分离,组分离,除去杂质,除去溶剂，所有溶质浓度都提高,分离科学：研究从混合物中利用纯化、浓缩或富集某种（或某 类）物质的规律及应用。,2分离的目的、特点与内容,1.1 分离科学及研究内容,分析样品前处理,确认目标物质的结构,除去有害物质,分离过程共有规律,分离方法、设备及应用,得到单一（或某类）物质,目的,内容,特点：种类多、目的不同、规模差异大、技术多样,1.2 分离科学的重要性,略,1.3 分离过程的本质,混合：熵（S）增加的过程,有时可自发进行,判断过程能否自发进行的依据：,分离：熵（S）减少的过程,有时不能自发进行,总自由能（G）,总自由能（G）降低的过程可自发进行,熵,1.4 分离方法的分类,过滤,机械 分离,沉降,离心（旋风）分离,静电除尘,蒸发,蒸馏,吸收,电泳,膜分离,离子交换,生物降解,反应萃取（吸收、结晶）,溶剂萃取,色谱分离,分离剂,1.4 分离方法的分类,按被分离物 质的性质分,沉降,离心（旋风）分离,静电除尘,沉淀,离子交换,蒸馏,膜分离,溶剂萃取,色谱分离,物理 分离,电泳,1.4 分离方法的分类,溶剂萃取,按分离过程的本质,沉降,离心（旋风）分离,静电除尘,速度差 分离,液体蒸馏,物理吸收,电泳,反应分离,膜分离,离子交换,生物降解,反应萃取（吸收）,利用两相界面上的平衡,非均相系,利用化学反应,中和沉淀,平衡 分离,过滤,电渗析,均相系,利用特殊梯度场,1.5 分离方法的评价,1. 回收率（R）,被分离物实际回收量与理论回收总量之比,实际回收量,理论回收量,通常：,常量组分（浓度1%）：,痕量组分（浓度0.0001%）：,R 99%,R 90%,回收因子：,微量组分（0.0001% 浓度 1%）：,R 95%,精馏：塔顶回收率,吸收：回收率,1.5 分离方法的评价,2. 分离因子（S）,表征两种物质被分离的程度,RA：目标组分回收率,RB：共存组分回收率,共存组分：组成混合物的组分之一,两组分混合液精馏：相对挥发度,1.5 分离方法的评价,液液萃取：选择性系数,3. 富集倍数,目标组分回收率与基体组分回收率之比,基体组分：混合物中除去目标组分之外的所有组分,选择性系数,分配系数k,分离因子可以用摩尔分数、质量分数、摩尔流率、质量流率表示。,例：100mL溶液中的溶质被富集到1mL溶液中，富集倍数为100,1.6 分离技术的进展,1. 变革传统分离方法（过程）形成的,超临界萃取,双水相萃取,液膜分离（萃取）,膜分离（超滤，反渗透，气体渗透）,2. 基于材料科学发展而形成的分离技术,3. 膜与传统分离方法相结合形成的,膜吸收,膜萃取,膜蒸馏,膜式燃料电池,色谱分离（吸附）,分子蒸馏,第一章作业,请指出纯净水生产过程主要采用了哪几种分离方法？ 并说明这些分离方法分别依据被分离物质的哪些性质？ 其中哪些属于速度差分离法？,请列举一个日常生活中你认为尚未很好解决的分离问题， 如果这个分离问题得以解决，人们的日常生活质量将会明显 改善。,分离过程依据练习,实 例 分离方法 依据 除去澄清石灰水中的碳酸钙 精馏 溶解度随温度变化的差异 用CCl4提取溴水中溴单质 过滤 在溶剂中溶解度的差异 分离醋酸与乙醇混合液 分液 挥发度的差异 分离汽油和水 结晶 互不相溶 井盐（海盐）精制 萃取 物质在水中溶解度的不同,纯化实例,太空的庆祝酒会,航天员们喝的什么？,国际空间站ECLSS 废水循环利用系统,“昨日咖啡”,自己的“尿液”,耗资大约2.5亿美元，,水好贵！每升水11000美元,关于熵,熵表达的是什么？,1850年，德国物理学家鲁道夫克劳修斯 任何一种能量在空间中分布的均匀程度 能量分布得越均匀，熵就越大。,熵增原理,绝热系统的熵永不减少 在不可逆绝热过程中单调增大,熵判据,隔离系统中，判断一过程能否自发进行的依据,隔离系统中，实际发生的过程都是熵增加的过程,关于自由能,吉布斯自由能（G）,在热力学过程中，系统减少的内能中可以转化为对外作功的部分，它衡量系统可对外输出的“有用能量”,等温等压,G 0，过程自发；,G 0，过程不自发（逆过程自发）,G = 0，达到平衡态,系统做有用功的能力度量， 也就是系统过程自发性的度量。,G =HTS,约西亚威拉德吉布斯 (Josiah Willard Gibbs ),课堂练习1,衡量分离过程的难易程度用 表示 ；,分离剂可以是 或 ；有时也可以两种并用；,分离因子,物质,能量,分离剂过程的特征是（ ）；,A 熵增过程； B 熵不变过程； C 熵减少过程； D 自发过程,C,下列哪个不是机械分离过程？（ ）；,A 重力沉降； B 过滤； C 离心分离； D 吸收,D,当分离因子为（ ）时表示组分A及B没有被分离；,A. S 1； B. S = 1； C. S 0,B,课堂练习1,分离过程的特点是 、 、 和 ；,合成橡胶生产中，在反应液中产生一种蜡状副产