現代分離技術

看看現代分離技術整理傳質分離過程分為哪兩個分離過程？平衡分離過程和速率分離過程從不同的角度對分離效率有不同的評價指標①分離方法和角度②產品純度分離速率，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、結晶物質媒介：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揮發(fā)度，而其沸點比物系中其它組分的沸點高的分離過程。2）萃取劑的作用：改變組分的相對揮發(fā)度。加入萃取劑及其中一個組分形成正偏差溶液（非理想溶液），及另外一個組分形成理想溶液（負偏差溶液），來改變相對揮發(fā)度。3）萃取精餾塔中對萃取劑的要求：＞不形成恒沸物＞沸點要高＞改變相對揮發(fā)度＞不能分層選擇性強溶解度大

沸點高，揮發(fā)度小熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好適宜的物性使用安全無毒，對設備不腐蝕，污染小，環(huán)境友好，價格低廉，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，達到回收效果。如果不設回收段會使塔頂物料中含有高濃度的溶劑。去除塔頂產品中可能夾帶的溶劑，對于某些沸點很高的溶劑可不使用萃取精餾塔塔頂產品不合格能否通過加大回流比的方法來使塔頂產品合格？不能，因為加大回流比會使塔頂到塔底溶劑的濃度降低，液相流率增加，將使液相中溶劑濃度xS下降，而使被分離組分間的相對揮發(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：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)設萃取劑S對被分離組分的相對揮發(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：溶劑對被分離組分的相對揮發(fā)度一般很小，當心0時，式(C)可簡化為: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—當心0時S(1-?)LLS€RD€qF5.共沸精餾的定義：加入的新組分及被分離系統中的一個或幾個組分形成最低(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組分形成最低（最高）共沸物，以增大原組分間相對揮發(fā)度的非理想溶液的多元精餾。2）為什么會形成共沸物？處理的真實溶液及理想溶液有偏差且偏差特別大的時候形成共沸物。形成二元共沸物時在恒沸點時，氣液兩相組成相等，恒沸點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理想溶液產生最大正偏差，即g>1,則形成最低共沸物;若溶液的蒸氣壓對理想溶液產生最大負偏差，即Y〈1，則形成最高共沸物。共沸物特點：當壓力不變時,共沸組成（共沸點）一定；在泡點線和露點線交點,汽化組成不變；共沸物體系特殊在共沸點,其它點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,但在共沸點兩側仍有分離作用；對最低共沸物，在共沸點左側，y>x,a>1；在共沸點右側，y〈x,a〈1；同一物系的共沸溫度及組成隨壓力的不同而異，對某些系統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337.7k,丙酮（2）沸點329.4k,溶液具有最低共沸點，的非理想溶液，如用萃取精餾分離時，萃取劑應從酮類選還是從醇類選？請說明原因選醇類。因為醇類沸點較高,相對揮發(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）（1） 萃取精餾的萃取劑，不必要及分離系統中的某組分形成共沸物，而要求它的蒸氣壓遠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變動。（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品和從塔釜排出較少的產品的情況；而恒沸精餾適用于從塔頂蒸出較少的產品和從塔釜排出較多的產品的情況。因為在上述萃取劑情況下萃取組分或共沸組分的加入量相對的較少，能量消耗也隨之較少共同點：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,實現精餾分離。不同點：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,因此對特定體系可供選擇作為恒沸劑的數目遠不如萃取劑多；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（如塔內的恒沸劑濃度等參數不能任意變動）。而萃取精餾的操作參數則可以在較大的范圍變動,比較靈活；萃取精餾的流程及溶劑回收系統較恒沸精餾簡單；恒沸精餾常用于脫出相對含量較少的組分,萃取精餾常用來分離物性相似,且相對含量較大的物系,常用于較大的連續(xù)生產裝置。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,則優(yōu)先考慮用萃取精餾。但是,若有熱敏性組分存在時,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,塔內液相流量遠大于汽相,因而汽液兩相接觸較差,導致塔板效率降低（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)下對物質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，會引起流體的密度大幅度變化，而非揮發(fā)性溶質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)下對物質有特殊增加的溶解度,形成了新的分離工藝。溫度對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，化學吸附：吸附熱大，一般在較高溫下進行，溫度升高，吸附速度增加離子交換樹脂結構高分子骨架：由交聯的高分子聚合物組成：離子交換基團：它連在高分子骨架上，帶有可交換的離子(稱為反離子)的離子型官能團或帶有極性的非離子型官能團；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構中的孔(凝膠孔)和高分子結構之間的孔(毛細孔)。離子交換過程①料液及離子交換劑進行交換反應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、離子交換化學反應方程：P127水洗過程作用除去過量的再生劑。膜分離過程推動力壓力差、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間內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,無機鹽,電解質,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構,溶液PH值遠離等電點結晶的步驟過飽和溶液的形成,晶核的形成,晶體生長推動力：過飽和度控制晶體質量的指標晶體大小、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(等溶劑結晶),部分溶劑蒸發(fā)法(等溫結晶法),真空蒸發(fā)冷卻法（結合冷卻和部分溶劑蒸發(fā)兩種方法）簡述工業(yè)上常用的起晶方法自然起晶法：溶劑蒸發(fā)進入不穩(wěn)定區(qū)形成晶核、當產生一定量的晶種后，加入稀溶液使溶液濃度降至亞穩(wěn)定區(qū)，新的晶種不再產生，溶質在晶種表面生長。刺激起晶法：將溶液蒸發(fā)至亞穩(wěn)定區(qū)后，冷卻，進入不穩(wěn)定區(qū)，形成一定量的晶核，此時溶液的濃度會有所降低，進入并穩(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，使溶質在晶種表面生長。凱爾文公式在結晶中的應用：溶質溶解度及溫度、溶質分散度（晶體大?。┯嘘P。由Kelvin公式，微小的晶核具有較大的溶解度。實質上，在飽和溶液中，晶核是處于一種形成—溶解—再形成的動態(tài)平衡之中，只有達到一定的過飽和度以后，晶核才能夠穩(wěn)定存在。繪制典型結晶的飽和曲線和過飽和曲線在溫度-溶解度關系圖中，SS曲線下方為穩(wěn)定區(qū)，在該區(qū)域任意一點溶液均是穩(wěn)定的；而在SS曲線和TT曲線之間的區(qū)域為亞穩(wěn)定區(qū)，此刻如不采取一定的手段（如加入晶核），溶液可長時間保持穩(wěn)定；加入晶核后，溶質在晶核周圍聚集、排列，溶質濃度降低，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，可以進一步劃分刺激結晶區(qū)和養(yǎng)晶區(qū)綜合：1） 分離技術的分離原理有哪些精餾：沸點差異。萃取精餾：改變相對揮發(fā)度。共沸精餾：形成最低共沸物。超臨界萃?。撼R界流體溶解度不同。吸附