分离工程思考题

5/5分离工程思考题第二章蒸馏与分馏技术

①用相图说明具有最高或最低共沸点的双组分混合物蒸馏和分馏时，混合物的馏出物成分及温度怎么变化？

答：具有固定的沸点和固定组成的双组分混合物，其沸腾时气相和液相的组成完全相同，无法分馏分离。这一沸点叫共沸点；其组成叫共沸物。

当某混合物中的组分能形成共沸时，有两种情况。

Ⅰ有最高共沸点时，在被分馏物组成未达到恒温组成前，可能将多余的组分馏出一部分，使体系内组成逐渐向共沸组成接近。当瓶内物料组成已达到共沸物的组成后，温度即会上升，共沸物开始馏出，直到瓶内物料蒸完为止

Ⅱ若物料是双组分具有最低共沸点的体系，则情况有所不同。先蒸出共沸物，当其中一种组分被蒸完后，温度会上升到多余组分的沸点，即多余组分被蒸出直至蒸完。

例如：

?乙醇沸点为78.3℃，

?水的沸点为100℃。

?水和乙醇可以形成共沸物，共沸点在78.1℃。

共沸物的组成为乙醇95.6%，水4.4%。

?当乙醇和水的混合物在分馏时，先馏出的液体组成总是共沸物的组成，即乙醇95.6%，水4.4%。

直到乙醇或水两个组分之一被蒸完后，才蒸出另一个纯组分。所以含水的乙醇是无法用分馏来制备无水乙醇的。

②减压蒸馏中通导毛细管起什么作用？可否用沸石代替？有什么替代办法？

1、蒸馏操作和回流操作都应注意哪些问题？

回流装置装配与操作的注意事项

①物料的加入。一般物料及沸石可事先加入到烧瓶中而后再装上冷凝管等，如果物料

均是液态，也可在装好冷凝管后从冷凝管上端加入液态物料。物料的容积一般约为烧瓶容

积的1/3～1/2，不超过2/3为合适。蒸馏时烧瓶中物料的容积亦然。

②安装气体吸收装置或干燥装置。对于反应过程中产生有毒性气体的应在冷凝管上端

加装气体吸收装置；对于易潮解的物料或产物则应在冷凝器上端连一装有无水氯化钙等干

燥剂的干燥管。

③冷凝装置的操作。为了确保回流效率和实验安全，对用水冷冷凝管时应先通水后加

热及先停止加热后关冷却水，中途不得断水；要通过调节冷却水流量及加热速度来控制回

流速度.以液体蒸汽浸润界面不超过冷凝管有效冷却长度的1/3为宜。

（2）蒸馏装置装配的注意事项

①安装顺序。安装顺序一般由左至右，由下而上。首先从左下侧的热源开始，先放置

好热源(煤气灯或液化气灯、或热浴、或电热套)，根据热源的位置和高低选定蒸馏烧瓶的

位置并固定。根据蒸馏烧瓶支管中心线与冷凝管的中心线成一直线的要求安装并固定冷凝

管使之与蒸馏烧瓶支管紧密相连。进而装上接引管和接受器。最后安装温度计。要使整套

装置安排在一个平面上，满足“横成面、纵成线”的要求。②安装温度计。温度计的安装要求前面已作介绍，其目的是确保蒸馏时水银球能完全被蒸汽包围，从而获得准确的读数。若是磨口仪器，则有专用的温度计套管，在套管内滴入几滴高沸点液体后，把温度计放入即可。⑧安装冷凝管。安装水冷凝管时要使冷凝水从下口进入，上口流出，以保证冷凝管完全被水充满。当蒸馏物沸点高于140℃时，为防止因温差大造成水冷凝管破裂，应采用空气冷凝管。④安装接受器。当馏出物的沸点低、挥发性大时，应将接受器放在水浴中；当馏出物易潮解时，在接受器上应连一装有氯化钙等干燥剂的干燥管；当蒸馏的同时还有有毒气体释出时，则在接受器上应装配毒气吸收装置(图1.8气体吸收装置)。⑤气密性试验。蒸馏装置安装完毕后，除应检查是否符合上述规范外，还应进行整套装置的气密性试验，以防止因装置接缝不严密造成馏出物泄漏、毒气泄漏甚至引起火灾、爆炸等事故。必须经检查确认装置安装正确、安全后方可投入使用。

2、蒸馏与回流时，加入沸石的目的是什么？

答：加入沸石的作用是起助沸作用，防止暴沸，因为沸石表面均有微孔，内有空气，所以可起助沸作用。不能将沸石加至将近沸腾的液体中，那样溶液猛烈暴沸，液体易冲出瓶口，若是易燃液体，还会引起火灾，要等加热的液体冷却下来再加沸石。

3、如果在开始加热后发现未加入沸石应该怎么办？

答：不能在液体沸腾时，加入止爆剂，也不能将沸石加至将近沸腾的溶液中，那样溶液会猛烈爆沸，溶液易冲出瓶口，若是易燃液体，还会引起火灾。因此，如果开始加热后发现没有加入沸石，一定要立刻停止加热，等到沸腾的液体自然冷却下来再加入沸石重新开始加热。

第三章萃取分离与逆流分配

1、萃取与双水相萃取的原理有什么异同？为什么双水相萃取不会引起生物物质失活？

（1）萃取原理：利用物质在互不相溶的两相中溶解度或分配系数的不同达到提取、分离及纯化的。即:萃取是通过溶质在两相的溶解竞争而实现的。

（2）双水相萃取原理:

1.绝大多数天然的或合成的亲水性聚合物的水溶液在与第二种亲水性聚合物混合并达到一定浓度时，就会产生两相，两种高聚物分别溶于互不相溶的两相中。即:高聚物/高聚物双水相体系

2.某些聚合物溶液与这一些无机盐溶液相混时，在一定的浓度范围内也会形成两相。即:高聚物/无机盐双水相体系

3.这两种双水相体系中,各相的含水量都很大。一些生物活性物质，特别象酶、蛋白质和核酸这样的生物大分子在两相中有不同的分配，从而可用双水相萃取来实现它们的提取和分离。

双水相萃取与水有机相萃取的原理相似，都是依据物质在两相间的选择性分配，但萃取体系的性质不同。当物质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等)的存在和环境的影响，使其在上、下相中的浓度不同。对于某一物质，只要选择合适的双水相体系，控制一定的条件，就可以得到合适的分配系数，从而达到分离纯化之目的。物质在双水相体系中分配系数K可用下式表示：

K=C上/C下

其中K为分配系数，C上和C下分别为被分离物质在上、下相的浓度。

因为含水量较高为70%--90%，在接近生理环境的体系中进行萃取，不会引起生物活性物质失活或变性；

2、索氏提取器的工作原理。

索氏提取器是利用溶剂的回流和虹吸原理,对固体混合物中所需成分进行连续提取.当提取筒中回流下的溶剂的液面超过索氏提取器的虹吸管时,提取筒中的溶剂流回圆底烧瓶内,即发生虹吸.随温度升高,再次回流开始,每次虹吸前,固体物质都能被纯的热溶剂所萃取,溶剂反复利用,缩短了提取时间,所以萃取效率较高。

3、超临界流体萃取中流体指什么？二氧化碳萃取的优点？

答：超临界流体萃取中流体指处于临界温度和压力以上的流体。在这种条件下，流体即使处于很高的压力下，也不会凝缩为液体。

超临界流体的密度与液体相近；黏度与普通气体相近；自扩散系数也远大于一般液体。与一般液体溶剂相比，在超临界流体中，可更快地进行传质，在短时间内达到分配平衡，从而高效地进行分离。尤其是对固体物质中的某些成分进行提取时，由于溶剂的扩散系数大，黏度小，渗透性能好，所以可以简化固体粉碎的预处理过程。

二氧化碳萃取的优点：a)临界温度和临界压力低（Tc=31.1℃，Pc=7.38MPa)，操作条件温和，对有效成

b)CO2可看作是与水相似的无毒、廉价的有机溶剂；

c)CO2在使用过程中稳定、无毒、不燃烧、安全、不污染环境，且可避免产品的氧化：

d)CO2的萃取物中不含硝酸盐和有害的重金量，并且无有害溶剂的残留；

e）在超临界CO2萃取时，被萃取的物质通过降低压力，或升高温度即可析出，不必经过反复萃取操作，所以超临界CO2萃取流程简单。

第四章结晶分离及升华技术

1为了让物质从溶液中变成固体析出，有哪些办法？

答：沉淀分离法，盐析法，重结晶，多步结晶，升华。

2重结晶操作时若使用有机溶剂，其装置、溶剂的选择、重结晶操作的要点？

答：溶剂的选择(重结晶的关键)：1）理想的溶剂应符合下列条件：①不与被提纯物质起反应。②样品中被提纯的组分在该溶剂中加热时溶解度大而常温下溶解度小，这两者之差越大越好。③杂质在溶剂中溶解度大，可以留在母液中，不会结晶出来；或者溶解度极小，很难溶于热溶剂中而过滤除去。④溶剂容易挥发，使结晶容易干燥。⑤被重结晶的有机物可以得到好的晶体。（2）溶剂的选择：粗选：经验和“相似相溶”规则。精选：试管实验筛选法。方法如下页。判断标准：只有当溶剂的量在2－3mL内，试样能全溶于沸腾的溶剂中，而在冷却后有较多的结晶析出者，方可作为结晶的候选溶剂。通常要做出几种溶剂试验，相互比较，选出结晶速度适当，产率高者，作为最佳溶剂。

（3）没有合适的单一溶剂，可使用混合溶剂。

混合溶剂筛选方法：选用两种互溶的溶剂，其中一种必须对样品是易溶的，另一种则是难溶或不溶的。将少量的样品溶于易溶的溶剂中，然后向其中逐渐加入已预热的难溶溶剂，至溶液刚好出现混浊为止。再滴加1—2滴易溶溶剂，使混浊消失。冷却，结晶析出，则这种溶剂适用。纪录两种溶剂的体积比。实际操作时，可按上述程序进行，也可按比例配制好后使用。

选择溶剂的条件：

（1）不与被提纯物质起化学反应

（2）在较高温度时能溶解多量的被提纯物质；而在室温或更低温度时，只能溶解很少量的该种物质（3）对杂质的溶解非常大或者非常小（前一种情况是使杂质留在母液中不随被提纯物晶体一同析出；后一种情况是使杂质在热过滤时被滤去）

（4）容易挥发（溶剂的沸点较低），易与结晶分离除去

（5）能给出较好的晶体

（6）无毒或毒性很小，便于操作

（7）价廉易得

（8）适当时候可以选用混合溶剂

装置的选择：布氏漏斗、水循环泵

操作要点：（1）溶剂量的多少，因同时考虑两个因素。容极少则收率高，但可能给热过滤带来麻烦，并可能造成更大的损失；容极多，显然会影响回收率。故两者应综合考虑。一般可比需要量多加20％左右的溶剂（有人认为一般可比需要量多20—100％的溶剂）。

（2）可以在溶剂沸点温度时溶解固体，但必须注意实际操作温度是多少，否则会因实际操作时，被提纯物晶体大量析出。但对某些晶体析出不敏感的被提纯物，可考虑在溶剂沸点时溶解成饱和溶液，故因具体情况决定，不能一概而论。例如，本次实验在100℃时配成饱和溶液，而热过滤操作温度不可能是100℃，可能是80℃？也可能是90℃？那么在考虑加多少溶剂时，应同时考虑热过滤的实际操作温度。

（3）为了避免溶剂挥发及可燃性溶剂着火或有毒溶剂中毒，应在锥形瓶上装置回流冷凝管，添加溶剂可从冷凝管的上端加入。

（4）若溶液中含有色杂质，则应加活性炭脱色，应特别注意活性炭的使用。

3为了溶液中的有机物变成固体析出，有哪些办法？各是什么？

答：方法有：沉淀法及盐析法、重结晶、多步结晶、升华等方法。

分别有：有机溶剂沉淀法：样品为少量的浓溶液，溶剂为A，加入大量与A相溶而与溶质不溶或微溶的有机溶剂B，溶质的溶