分离技术复习 (2)

F
•
•N
A
• 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
•
S
示意图
另、M点100kg;N点100kg; 加入系统蒸去萃取剂求Q点
C
•
M(c:0.6；a:0.3；) N( a:0.5; s:0.2; )
• • P • N •
Q A
M
• 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
•
S
示意图
例2 某色谱柱长2.1m，测得某组分的调整保留时间为 5min42s，在色谱纸上量得色谱峰的宽度为1.2cm，已 知纸速为2cm· -1，求塔板高度。 min 解：将色谱峰的宽度换算成时间： 1.2cm Y 0.6min 1 2.0cm min 42s t R 5min 5.7min 1 60s min tR 2 5.7 2 N eff 16( ) 16( ) 1444 Y 0.6 L 210cm H 0.145cm 1.45mm N eff 1444
(3)反应分离——通过化学反应将反应物转化成目的cp
几种典型的反应分离技术
分离种类 可逆反应 不可逆反应 分 生物分解 解 反 电化学 应 光化学 原料相 可再生物 一次转化物 生物体 电反应物 光反应物 分离剂 再生剂 催化剂 微生物 电、膜 光 代表性技术 应用实例 离子交换、 水软化 反应萃取 反应吸收、 烟道气中 反应结晶 SO2吸收 生物降解 废水厌氧 生物处理 双极膜水解 湿法精炼 烟道气中CO2生物转化
3、按分离过程原理分类
(1)机械分离——利用机械力将两相混合物分离的过程。 分离时，相间无物质传递。
名称 原料 相态 过滤 液-固 沉降 液-固 几种典型的机械分离过程 分离原理 分离 产物 剂 相态 压力 液+固 粒径＞孔径 重力 液+固 密度差 应用实例
浆状颗粒回收 浑浊液澄清
结晶物分离 离心 液-固 离心 液+固 固液相颗粒尺寸 分离 力 密度差 催化剂颗粒收集 旋风 气-固 惯心 气+固 分离 力 电除 气-固 电场 气+固 微粒的带电性 合成氨原料气除 尘 力 尘
工作交换容量——实际吸附时，A在树脂上的交换量
再生交换容量——树脂再生后的总交换容量。
再生交换容量＝0.5～1.0总交换容量 工作交换容量＝0.3～0.9再生交换容量 交换容量的测定 例： 称取某OH- 型阴离子交换树脂3 .00 g，置于锥 型瓶中，加入0.250 mol / L HCl 100 mL 浸泡一昼夜。 用移液管吸取25.00 mL, 以甲基红为指示剂，用0.100 mol /L NaOH溶液滴定，消耗31.00 mL。计算离子交 换树脂的交换容量。
五、萃取精馏与恒沸精馏的比较
共同点：均需在待分离混合物中加入第三组分，以提 高组分间的相对挥发度。
异同点： (1)恒沸精馏的夹带剂必须与待分离组分的一个或两个 形成恒沸物，因此可供选择的夹带剂很有限；而萃取 剂无此限制； (2)恒沸精馏的夹带剂大都从塔顶蒸出，热能消耗较大； 而萃取剂则从塔底排出，热量消耗较低； (3)萃取剂一般从塔上部不断加入，不适宜间隙操作； 而恒沸精馏的夹带剂可与料液一起从塔底或塔中加入， 可用于大规模的连续生产和实验室的间隙精馏。(4)恒 沸精馏的操作温度通常比萃取精馏更低，更适合热敏 性组分的分离。
对于具有恒沸点的非理想溶液，通过加入一种分 离剂与原溶液其中一个或几个组分形成更低沸点的恒 沸物，从而使原溶液易于采用蒸馏进行分离的方法， 称之为恒沸精馏。第三组分称为恒沸剂或挟带剂。 恒沸剂必须： ①原料液中的一个或几个组分形成更低沸点的二元或 三元恒沸物； ②新恒沸物的沸点比原来的任一组分的沸点和原来恒 沸物的沸点要低； ③新恒沸物从塔顶被分离。
Solvent
碘与水的混 合物用CCl4 萃取。
Í ¡ à Ý È Ï E (S+A)
Extract
Í à à Ý Ó Ï R (C+É Á A) Ù ¿
Raffin程中相互接触的两相均为液相； 2、分离依靠两相间的密度差或外界输入能量而分离； 界面张力以及两相的黏度等物理性质非常重要； 3、与吸收相仿，萃取操作并未有得到纯净的组分， 而是新的混合液，操作工序、分离装置必须联合； 吸收-解吸联合； 萃取-脱溶剂联合 4、可以在任何温度和压力下进行操作； 5、处理能力大，分离效果好，回收率高，可以连续 操作和易于自动化。
解：(1) 设Γ和Γ∞ 分别为平衡吸附量和最大吸 附量，则
bp 1 bp
解答
• 解： • 设Γ和Γ∞ 分别为平衡吸附量和最大吸附量， 则 • b=1×10-4 Pa-1 • 平衡吸附量=0. 0333 m3· -1 kg
总交换容量——单位质量(或体积)的树脂中可以交换 的化学基团数量，也称理论交换容量；
均相区
溶解度曲 线 联结线
两相区
常用的分离单元操作。
选用的溶剂称为萃取剂，以S表示； 原料液中易溶于S的组分，称为溶质，以A表示；
难溶于S的组分称为原溶剂(或稀释剂) 。
富含目的产物(A)的一相称为萃取相(E)，另一相称 为萃余相(R)。
F(C+A)
Feed C - Carrier
S
设备
界面张力：萃取物系的界面张力较大时，分散相液 滴易聚结，有利于分层，但界面张力过大，则液体不 易分散，难以使两相充分混合，反而使萃取效果降低。 界面张力过小，虽然液体容易分散，但易产生乳化现 象，使两相较难分离，因之，界面张力要适中。 溶剂的粘度：溶剂的粘度低，有利于两相的混合与 分层，也有利于流动与传质，故当萃取剂的粘度较大 时，往往加入其它溶剂以降低其粘度。 其它因素：如具有化学稳定性和热稳定性，对设备 的腐蚀性要小，来源充分，价格较低廉，不易燃易爆 等。
(2)传质分离——通过两相间物质的传递来分离
平衡分离——依据被分离混合物各组分在两相平衡分 配不等的原理来分离的过程。借助于热能、溶剂和吸 附剂等媒介，使均相混合物变成两相，包括气-液传质 过程(蒸馏、吸收等)、液-液传质过程(萃取等)、气-固 传质过程(吸附等)、液-固传质过程(离子交换、浸取、 吸附等)。 速率分离——依据被分离组分在均相中的传递速率差 异来分离的过程。在浓度差、压力差、电位差等的推 动力作用下，利用各组分的扩散速率差异进行分离， 包括膜分离（超滤、反渗透等）、场分离（电泳、热 扩散等）。
1、确定M点
C
M(c:0.6；a:0.3；)
•
•
M
A
• 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
•
S
示意图
3、确定P点
C
•
P
• •M
A
• 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
•
S
示意图
2、确定N点
C
•
F(100kg)，含xa=0.3)；在混合 物中加入萃取剂S(10kg)，则S 达到20Kg;Xs=0.1818
在液体混合物(原料液)中加入一个与其基本 不相混溶的液体作为溶剂，造成第二相， 利用原料液中各组分在两个液相中的溶解 度不同，依靠两相间的密度差分相后，而 使原料液混合物得以分离的单元操作。亦 称溶剂萃取，简称萃取。
联结线可以为无穷多个，各 线均有一定的斜率，并且互 不平行。 在一定温度下，同一物系的 临界混 联结线倾斜方向一般是一致 溶点 的，但也有极少数物系的联 结线倾斜方向是不一致的。
• 加入浸泡液中HCL总量 =0.25×100/1000=0.025 mol • 消耗氢氧化钠=0.1×31/1000=0.0031 mol
• 浸泡后液中剩余HCL量=100/25×消耗氢氧 化钠=0.0124 mol • 交换容量=（加入浸泡液中HCL总量－浸泡 后液中剩余HCL量）/3=0.0043 mol/g
答：塔板高度为1.45mm。
A + M
ka
kd
A
M
A—流体分子； M—固体表面。
bp 推导可得： 1 bp
作图：求得b和Γ∞
bc 公式可改写为 w 1 Kc
｛p/ Γ｝
Γ——在吸附平衡温度T及压力 p下的吸附量； Γ∞——是在吸附平衡温度T，压力 p下吸附剂被盖满一 层时的吸附量。 b——与吸附热有关的常数。
4、吸附技术 5、色谱技术 6、离子交换技术 7、膜分离技术 • 膜分离技术概述；反渗透、纳滤；超滤、 微滤；渗析、电渗析；液膜分离
课堂练习：
C
•
A
•
•
S
在三角形图中表示： 1、一个三元组成M： M(c:0.6；a:0.3；)； 2、设以上三元混合物组成 F(100kg)，含xa=0.3)；在混合物 中加入萃取剂S(10kg)，确定三元 混合物的组成N； 3、题1的混合物中，蒸去组分S后， 剩下二元混合物的组成，在图中 表示P。
• (3)离子缔合反应 常见于金属萃取 中的离子缔合反应主要用于阴离子 萃取。金属离子在水相中形成络合 阴离子，萃取剂则与H+结合成阳 离子，二者形成离子缔合物进人有 机相。 • 除了上述几种化学反应类型外， 在协同萃取体系中还利用了加合反 应。
2、超临界流体的特性 (1)兼有气体及液体双重特性； 密度接近液体； 粘度接近气体；
扩散系数 热导率 (m2/s) (W/m· K) 10-4～10-5 0.02～0.05 10-7～10-8 0.05～0.1 10-8～10-9 ～0.1
3、超临界萃取的原理 超临界流体萃取分离过程的原理是利用超临界 流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度 对超临界流体溶解能力的影响而进行的。 在超临界状态下，超临界流体具有很好的流动 性和渗透性，将超临界流体与待分离的物质接触，使 其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的 成分依次萃取出来。 然后借助减压、升温或吸附的方法使超临界流 体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从 而达到分离提纯的目的，所以在超临界流体萃取过程 是集萃取和分离于一体的分离过程。