現(xiàn)代分離技術(shù)

看看現(xiàn)代分離技術(shù)整理傳質(zhì)分離過程分為哪兩個(gè)分離過程？平衡分離過程和速率分離過程從不同的角度對(duì)分離效率有不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)①分離方法和角度②產(chǎn)品純度分離速率，分辨率，濃縮比，純化程度，回收率。寫出5種使用能量媒介和5種使用物質(zhì)媒介的分離操作。能量媒介：精餾、萃取精餾、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精餾、結(jié)晶物質(zhì)媒介：萃取、浸提、吸收、吸附、液液萃取萃取精餾的定義。1）定義：加入的新組分不和原物系中的組分形成恒沸物，只改變組分間的相對(duì)揮發(fā)度，而其沸點(diǎn)比物系中其它組分的沸點(diǎn)高的分離過程。2）萃取劑的作用：改變組分的相對(duì)揮發(fā)度。加入萃取劑及其中一個(gè)組分形成正偏差溶液（非理想溶液），及另外一個(gè)組分形成理想溶液（負(fù)偏差溶液），來改變相對(duì)揮發(fā)度。3）萃取精餾塔中對(duì)萃取劑的要求：＞不形成恒沸物＞沸點(diǎn)要高＞改變相對(duì)揮發(fā)度＞不能分層選擇性強(qiáng)溶解度大

沸點(diǎn)高，揮發(fā)度小熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好適宜的物性使用安全無毒，對(duì)設(shè)備不腐蝕，污染小，環(huán)境友好，價(jià)格低廉，來源豐富萃取精餾塔中回收段的作用：使溶劑不在塔頂出現(xiàn)，達(dá)到回收效果。如果不設(shè)回收段會(huì)使塔頂物料中含有高濃度的溶劑。去除塔頂產(chǎn)品中可能夾帶的溶劑，對(duì)于某些沸點(diǎn)很高的溶劑可不使用萃取精餾塔塔頂產(chǎn)品不合格能否通過加大回流比的方法來使塔頂產(chǎn)品合格？不能，因?yàn)榧哟蠡亓鞅葧?huì)使塔頂?shù)剿兹軇┑臐舛冉档停合嗔髀试黾?，將使液相中溶劑濃度xS下降，而使被分離組分間的相對(duì)揮發(fā)度(al2)S減小，分離效果變差。精餾段萃取劑濃度的公式推導(dǎo)：萃取劑的揮發(fā)度比所處理物料的揮發(fā)度低得多，用量較大，故在塔板上x二x基本維持一固定的濃度值，“恒定濃度”即"€1假定：a恒摩爾流；bxsD二0精餾段總物料衡算：€$=L+D萃取劑物料衡算:Vys€S=Lxs€DxLx—SySySA)L+D—SA)設(shè)萃取劑S對(duì)被分離組分的相對(duì)揮發(fā)度為xx€x1xxxs…1€…—21sx2sxssA=BLx-S A=BLx-S ?-xL€SD-S=(?-1)xs€1s(C)S(1-?)L-(iDL31一xSTOC\o"1-5"\h\zx€x Ex——1 2 = i—X€…XE…X1s1 2s2 isi(B)提餾段萃取劑濃度的公式推導(dǎo)：溶劑對(duì)被分離組分的相對(duì)揮發(fā)度一般很小，當(dāng)心0時(shí)，式(C)可簡(jiǎn)化為:SSSx， ,—= s(1-卩)LLS€RDTOC\o"1-5"\h\z_ Sx= 7 <類似地，提餾段溶劑濃度：S(1-?)L+|衛(wèi)鑒_SS S—當(dāng)心0時(shí)S(1-?)LLS€RD€qF5.共沸精餾的定義：加入的新組分及被分離系統(tǒng)中的一個(gè)或幾個(gè)組分形成最低(最高)共沸物從塔頂（釜）采出。加入的新組分稱為共沸劑。共沸精餾是在原溶液中添加共沸劑S使其及溶液中至少一個(gè)組分形成最低（最高）共沸物，以增大原組分間相對(duì)揮發(fā)度的非理想溶液的多元精餾。2）為什么會(huì)形成共沸物？處理的真實(shí)溶液及理想溶液有偏差且偏差特別大的時(shí)候形成共沸物。形成二元共沸物時(shí)在恒沸點(diǎn)時(shí)，氣液兩相組成相等，恒沸點(diǎn)之前和之后組成相反。共沸物又分為最高共沸物及最低共沸物兩種若溶液的蒸氣壓對(duì)理想溶液產(chǎn)生最大正偏差，即g>1,則形成最低共沸物;若溶液的蒸氣壓對(duì)理想溶液產(chǎn)生最大負(fù)偏差，即Y〈1，則形成最高共沸物。共沸物特點(diǎn)：當(dāng)壓力不變時(shí),共沸組成（共沸點(diǎn)）一定；在泡點(diǎn)線和露點(diǎn)線交點(diǎn),汽化組成不變；共沸物體系特殊在共沸點(diǎn),其它點(diǎn)都是非理想溶液的相平衡,用普通精餾的方法不能通過共沸點(diǎn),但在共沸點(diǎn)兩側(cè)仍有分離作用；對(duì)最低共沸物，在共沸點(diǎn)左側(cè)，y>x,a>1；在共沸點(diǎn)右側(cè)，y〈x,a〈1；同一物系的共沸溫度及組成隨壓力的不同而異，對(duì)某些系統(tǒng)可采用變壓精餾的方法分離

3）共沸精餾中，A、B組分中加入S,S加入過多或者過少用三角形相圖表示：4）甲醇（1），沸點(diǎn)337.7k,丙酮（2）沸點(diǎn)329.4k,溶液具有最低共沸點(diǎn)，的非理想溶液，如用萃取精餾分離時(shí)，萃取劑應(yīng)從酮類選還是從醇類選？請(qǐng)說明原因選醇類。因?yàn)榇碱惙悬c(diǎn)較高,相對(duì)揮發(fā)度區(qū)別大,而且污染小,環(huán)境友好。5）變壓精餾的相圖，流程圖 PPT上甲乙酮的分離二元非均相恒沸精餾的流程：分析流程圖（二元非均相共沸精餾流程）P644-1314156）萃取精餾及共沸精餾的比較（異同點(diǎn)）（1） 萃取精餾的萃取劑，不必要及分離系統(tǒng)中的某組分形成共沸物，而要求它的蒸氣壓遠(yuǎn)小于分離混合物的蒸氣壓，因此萃取劑的選用范圍比較大。（2） 萃取精餾的操作條件及恒沸精餾相比，可以在較大的范圍內(nèi)變動(dòng)。（3） 萃取精餾因萃取劑不從塔頂蒸出，因此，蒸氣的消耗比恒沸精餾為少。（4） 萃取精餾適用于從塔頂蒸出較多的產(chǎn)品和從塔釜排出較少的產(chǎn)品的情況；而恒沸精餾適用于從塔頂蒸出較少的產(chǎn)品和從塔釜排出較多的產(chǎn)品的情況。因?yàn)樵谏鲜鲚腿┣闆r下萃取組分或共沸組分的加入量相對(duì)的較少，能量消耗也隨之較少共同點(diǎn)：基本原理相同，都是通過加入適量的MAS，改變組分之間的相互作用,增大組分的揮發(fā)度差異,實(shí)現(xiàn)精餾分離。不同點(diǎn)：恒沸劑的選擇一定要符合能生成恒沸物的條件,其用量也是受所形成的恒沸物組成所控制的,而萃取精餾所用溶劑無此限制,因此對(duì)特定體系可供選擇作為恒沸劑的數(shù)目遠(yuǎn)不如萃取劑多；恒沸精餾中恒沸劑以汽態(tài)離塔,消耗的潛熱較多,萃取精餾中萃取劑基本不變化,因此恒沸精餾的消耗的能量一般比萃取精餾大;在同樣壓力下,恒沸精餾的操作溫度通常比萃取精餾低,故恒沸精餾更適用于分離熱敏性物料；恒沸精餾可連續(xù)操作,也可間歇操作,萃取精餾一般只能連續(xù)操作。恒沸精餾因受恒沸組成的限制,操作條件比較苛刻（如塔內(nèi)的恒沸劑濃度等參數(shù)不能任意變動(dòng)）。而萃取精餾的操作參數(shù)則可以在較大的范圍變動(dòng),比較靈活；萃取精餾的流程及溶劑回收系統(tǒng)較恒沸精餾簡(jiǎn)單；恒沸精餾常用于脫出相對(duì)含量較少的組分,萃取精餾常用來分離物性相似,且相對(duì)含量較大的物系,常用于較大的連續(xù)生產(chǎn)裝置。由上述比較可見,若原溶液的分離,恒沸精餾和萃取精餾都可采用時(shí),則優(yōu)先考慮用萃取精餾。但是,若有熱敏性組分存在時(shí),由于恒沸精餾的溫度比萃取精餾的低,因此恒沸精餾比較有利。此外,萃取精餾加入的萃取劑量大,塔內(nèi)液相流量遠(yuǎn)大于汽相,因而汽液兩相接觸較差,導(dǎo)致塔板效率降低（大約為普通精餾塔的一半）。超臨界萃?。憾x：以超臨界條件下的流體作萃取劑，利用流體在超臨界狀態(tài)下對(duì)物質(zhì)有特殊增加的溶解度,形成了新的分離工藝。分離原理：流體在臨界區(qū)附近，壓力和溫度的微小變化，會(huì)引起流體的密度大幅度變化，而非揮發(fā)性溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度大致上和流體的密度成正比。超臨界流體萃取正是利用了這個(gè)特性，以超臨界條件下的流體作萃取劑，利用流體在超臨界狀態(tài)下對(duì)物質(zhì)有特殊增加的溶解度,形成了新的分離工藝。溫度對(duì)液體吸附過程的影響物理吸附：吸附熱較小，放熱過程，低溫有利于吸附，化學(xué)吸附：吸附熱大，一般在較高溫下進(jìn)行，溫度升高，吸附速度增加離子交換樹脂結(jié)構(gòu)高分子骨架：由交聯(lián)的高分子聚合物組成：離子交換基團(tuán)：它連在高分子骨架上，帶有可交換的離子(稱為反離子)的離子型官能團(tuán)或帶有極性的非離子型官能團(tuán)；它是在干態(tài)和濕態(tài)的離子交換樹脂中都存在的高分子結(jié)構(gòu)中的孔(凝膠孔)和高分子結(jié)構(gòu)之間的孔(毛細(xì)孔)。離子交換過程①料液及離子交換劑進(jìn)行交換反應(yīng)②離子交換劑的再生③再生后離子交換劑的清洗環(huán)節(jié)：返洗、再生、淋洗、離子交換化學(xué)反應(yīng)方程：P127水洗過程作用除去過量的再生劑。膜分離過程推動(dòng)力壓力差、濃度差、飽和蒸汽壓差、電位差膜通量的概念及單位指單位時(shí)間內(nèi)通過單位膜面積上的流體量，m3/(m*s),kmol/(m2*s)或L/(m2*h)工藝上常用的膜過濾裝置微濾、超濾、反滲透分析膜過濾滲透組分的來源,說明可行的提高膜通量的方法來源：水分子,無機(jī)鹽,電解質(zhì),小分子方法：增大料液流速,升高料液溫度,選擇合適的膜組件結(jié)構(gòu),溶液PH值遠(yuǎn)離等電點(diǎn)結(jié)晶的步驟過飽和溶液的形成,晶核的形成,晶體生長推動(dòng)力：過飽和度控制晶體質(zhì)量的指標(biāo)晶體大小、形狀和純度列出三種過飽和溶液的形成方式說明原理熱飽和溶液冷卻(等溶劑結(jié)晶),部分溶劑蒸發(fā)法(等溫結(jié)晶法),真空蒸發(fā)冷卻法（結(jié)合冷卻和部分溶劑蒸發(fā)兩種方法）簡(jiǎn)述工業(yè)上常用的起晶方法自然起晶法：溶劑蒸發(fā)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)形成晶核、當(dāng)產(chǎn)生一定量的晶種后，加入稀溶液使溶液濃度降至亞穩(wěn)定區(qū)，新的晶種不再產(chǎn)生，溶質(zhì)在晶種表面生長。刺激起晶法：將溶液蒸發(fā)至亞穩(wěn)定區(qū)后，冷卻，進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，形成一定量的晶核，此時(shí)溶液的濃度會(huì)有所降低，進(jìn)入并穩(wěn)定在亞穩(wěn)定的養(yǎng)晶區(qū)使晶體生長。晶種起晶法：將溶液蒸發(fā)后冷卻至亞穩(wěn)定區(qū)的較低濃度，加入一定量和一定大小的晶種，使溶質(zhì)在晶種表面生長。凱爾文公式在結(jié)晶中的應(yīng)用：溶質(zhì)溶解度及溫度、溶質(zhì)分散度（晶體大?。┯嘘P(guān)。由Kelvin公式，微小的晶核具有較大的溶解度。實(shí)質(zhì)上，在飽和溶液中，晶核是處于一種形成—溶解—再形成的動(dòng)態(tài)平衡之中，只有達(dá)到一定的過飽和度以后，晶核才能夠穩(wěn)定存在。繪制典型結(jié)晶的飽和曲線和過飽和曲線在溫度-溶解度關(guān)系圖中，SS曲線下方為穩(wěn)定區(qū)，在該區(qū)域任意一點(diǎn)溶液均是穩(wěn)定的；而在SS曲線和TT曲線之間的區(qū)域?yàn)閬喎€(wěn)定區(qū)，此刻如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可長時(shí)間保持穩(wěn)定；加入晶核后，溶質(zhì)在晶核周圍聚集、排列，溶質(zhì)濃度降低，并降至SS線；介于飽和溶解度曲線和過飽和溶解度曲線之間的區(qū)域，可以進(jìn)一步劃分刺激結(jié)晶區(qū)和養(yǎng)晶區(qū)綜合：1） 分離技術(shù)的分離原理有哪些精餾：沸點(diǎn)差異。萃取精餾：改變相對(duì)揮發(fā)度。共沸精餾：形成最低共沸物。超臨界萃取：超臨界流體溶解度不同。吸附