第一章分离科学基础ppt课件
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● 对流、随机流等（寄生流）：非生产型、破坏性 ● 混流（搅动）：对分离的性质并不产生影响 ●（外加）定向流：流动相、载气等
许多分离过程中是以流体方式进行的。流动本身 并不能导致分离，但它可使分离效率提高许多倍， 或者说利用流来实现分离。但无益的流，如寄生流 等，也可能对分离起破坏作用。
例：淘析，引入上升流，小颗粒的沉降速度小 于上升流速而被带走。
对各组分所特有 的性质差别产生 作用
分离之所以能够进行，是由于混合物中 待分离的组分之间，在物理、化学、生物 学等方面的性质，至少有一个存在着的差 异。 物理性质
力学性质：密度、摩擦因数、表面张力、尺寸、质量 热力学性质：熔点、沸点、临界点、蒸气压、溶解度
、分配系数、吸附平衡
电、磁性质：电导率、介电常数、迁移率、 电荷、淌度 输运性质：扩散系数 化学性质 热力学性质：反应平衡常数、化学吸附平衡 常数、离解常数 反应速度性质：反应速度常数 生物学性质 生物学亲和力、生物学吸附平衡，生物学反 应速度常数
分离的图解定义
完全分离
强制分离
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋…） → （Ａ）＋（Ｂ）＋ （Ｃ）… 部分分离
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋…）→（Ａ）＋（Ｂ＋Ｃ ＋ …） （Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋…）→（Ａ，Ｂ）＋（Ｂ， Ａ）…
组分：A, B。。。 空间： （） 丰度：A “主成分”
分离过程要克服混合和稀释两个自发过 程，在热力学上是受阻的，因此分离必须付 出代价，分离过程必须做功（耗能）。
四、重要的分离术语
1. 相
分离过程涉及的物态有：气态、液态、固态、 超临界流体状态。 欲分离的物质以一定的方式在两相间分配， 然后用物理方法将它们分开，从而达到分离。 有的分离过程中，根据相的相对位置或运 动状态，它们被分成固定相和流动相。
2.流
流描述所有流体的位移。分离可以在静 止（非流）体系和流体系进行。
M种化合物
分离
。。。。。。
化合物1 化合物2 化合物3 化合物4
化合物M
分离对象：物质组分
空间：容器、位置
纯度：100%是“理想状态”；无论5个9，6个9还是有
杂质
“假设”的含义：
☆ 绝对的（完全）分离是不可能的
air
分离
“液化空气”气化
N2
O2
H2
Ar
H2O
。。。。。。
纯度99.999%：0.001%杂质（包含分析仪器的检测灵敏度限制）
三、分离的重要性
• 1 与人类文明发展密切相关。
反渗透的工艺流程
工业用电渗析(8-10吨/时)
多级闪蒸的基本原理
低温多效蒸馏原理
多效蒸馏装置
• 2与科技发展进步密切相关。
• 蔗糖梯度密度离心提取纯化病毒
• 3 对于提高经济效益，建立节约型社会， 发展环境友好型工业等有重要意义。
2倍乙醇
浓缩液
2倍乙醇
PEP-I
PEP- II
沥 青 铀 矿
钒 钾 铀 矿
No Image
§ 1.2 分离科学概述
一、分离科学研究的对象和内容
分离科学是研究被分离组分在分离空间内移动和再分布的宏观 和微观变化规律的科学。
•
• • • •
•
•
具体研究内容为： a.各种分离现象的内在的本质的必然的联系。 b.如何将现代最先进的技术与材料应用于分离技术。 c.选择现代科学技术和生产中对分离要求最为紧迫的对象进行 研究。 d.将各种分离方法联用，选择最为有利的分离条件。寻找新的 分离原理及方法。
•
商陆又名夜呼（《本经》）、 野萝卜，为商陆科多年生草本，多 生于疏林下、林缘、路旁、山沟等 湿润地方，我国大部分地区有分布。 《本草纲目》中记载有“其性下行， 专于行水，与大戟、甘遂盖异性而 同功”。而其性味苦、寒，有毒， 《唐· 本草》记载：“商陆有赤、白 二种，白者入药用，赤者甚有毒， 但贴肿外用。若服之，伤人，乃至 痢血不已而死也。”证实了古人早 已认识到商陆的毒性。早期的研究 中发现，其中含有商陆碱、多量硝 酸钾、皂甙、糖蛋白、脂溶性成分 （棕榈酸、十四酯等）等，具有调 节免疫、抗肿瘤、调节内分泌、镇 咳、祛痰、平喘、抗菌消炎、利尿 等药理作用。随着植物多糖研究的 深入，发现商陆中所含有的多糖成 分是增强免疫、抗肿瘤和保护造血 功能的活性成分。
二、现代分离科学的特点
1.现代技术手段的广泛采用。
2.分离对象集中在生物工程、生物技术及 新材料领域产品。 3.提出了新的分离原理，发展了大量新的 分离技术。 4.对分离技术做到了观念的更新。
三 、可被分离利用的物质性质
能量或分离介质
原料物流
分离 装置
两个以上的产品物流
（浓度不同）
分离过程示意图
组分 A
nA mol
组分 B
nB mol
混合 分离
混合物 (A+B) (nA+n B) mol
分离科学实际上是研究如何将热力学第二定律所 说的自发过程，以相反方向进行到最大限度的科学。 即如何给体系增加能量和降低体系的熵值以便增强分 离效果。
混合的熵：
分离的理论耗能量（最小功）：
n n A B W RT [ n ln( ) n ln( )] mi T n, A B n n n n A B A B
第一章分离科 学基础
§1.1 概述
一、日常生活中的分离 饮食起居：自来水（过滤），净水器（分 离膜/吸附剂）；泡茶（固体浸出法） 环境保护：垃圾分类；污水处理；铁罐// 铝罐（磁力） 医药卫生：抗菌素的纯化；血透；花粉过 敏（洁净房间）
二、分离的定义
化工词典：把混合物中某些组分或各组分彼 此分开，或把混合物中各相间彼此分开的过 程叫分离。 罗尼（Rony）定义：分离（Separation）是 一种假设的状态, 在这种状态下物质完全被分 开（Isolation）了。就是说，含有m种化学组 分的混合物被分隔成m种纯的形式，并把它们 置于个独立的容器中（如玻璃瓶或聚乙烯 瓶）。
从商陆根中提取活性多糖 PEP-I、 PEP- II
• 商陆根 • 乙醇 乙醇液 残渣
水
水提液
残渣
浓缩，加2倍乙醇
ຫໍສະໝຸດ Baidu
醇液
沉淀物
除蛋白，透析，醇沉
醇液
沉淀物
干燥
粗多糖
DEAE-纤维素柱色谱
水
0.05moll-1NaOAc
0.1moll-1 NaOAc
超滤 浓缩
0.5moll-1NaOAc
超滤 浓缩
浓缩液
3 .化学势
化学势控制组分在分离过程的相对迁移和平衡状 态。分离过程的总化学势
许多分离过程中是以流体方式进行的。流动本身 并不能导致分离，但它可使分离效率提高许多倍， 或者说利用流来实现分离。但无益的流，如寄生流 等，也可能对分离起破坏作用。
例：淘析，引入上升流，小颗粒的沉降速度小 于上升流速而被带走。
对各组分所特有 的性质差别产生 作用
分离之所以能够进行，是由于混合物中 待分离的组分之间，在物理、化学、生物 学等方面的性质，至少有一个存在着的差 异。 物理性质
力学性质：密度、摩擦因数、表面张力、尺寸、质量 热力学性质：熔点、沸点、临界点、蒸气压、溶解度
、分配系数、吸附平衡
电、磁性质：电导率、介电常数、迁移率、 电荷、淌度 输运性质：扩散系数 化学性质 热力学性质：反应平衡常数、化学吸附平衡 常数、离解常数 反应速度性质：反应速度常数 生物学性质 生物学亲和力、生物学吸附平衡，生物学反 应速度常数
分离的图解定义
完全分离
强制分离
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋…） → （Ａ）＋（Ｂ）＋ （Ｃ）… 部分分离
（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋…）→（Ａ）＋（Ｂ＋Ｃ ＋ …） （Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋…）→（Ａ，Ｂ）＋（Ｂ， Ａ）…
组分：A, B。。。 空间： （） 丰度：A “主成分”
分离过程要克服混合和稀释两个自发过 程，在热力学上是受阻的，因此分离必须付 出代价，分离过程必须做功（耗能）。
四、重要的分离术语
1. 相
分离过程涉及的物态有：气态、液态、固态、 超临界流体状态。 欲分离的物质以一定的方式在两相间分配， 然后用物理方法将它们分开，从而达到分离。 有的分离过程中，根据相的相对位置或运 动状态，它们被分成固定相和流动相。
2.流
流描述所有流体的位移。分离可以在静 止（非流）体系和流体系进行。
M种化合物
分离
。。。。。。
化合物1 化合物2 化合物3 化合物4
化合物M
分离对象：物质组分
空间：容器、位置
纯度：100%是“理想状态”；无论5个9，6个9还是有
杂质
“假设”的含义：
☆ 绝对的（完全）分离是不可能的
air
分离
“液化空气”气化
N2
O2
H2
Ar
H2O
。。。。。。
纯度99.999%：0.001%杂质（包含分析仪器的检测灵敏度限制）
三、分离的重要性
• 1 与人类文明发展密切相关。
反渗透的工艺流程
工业用电渗析(8-10吨/时)
多级闪蒸的基本原理
低温多效蒸馏原理
多效蒸馏装置
• 2与科技发展进步密切相关。
• 蔗糖梯度密度离心提取纯化病毒
• 3 对于提高经济效益，建立节约型社会， 发展环境友好型工业等有重要意义。
2倍乙醇
浓缩液
2倍乙醇
PEP-I
PEP- II
沥 青 铀 矿
钒 钾 铀 矿
No Image
§ 1.2 分离科学概述
一、分离科学研究的对象和内容
分离科学是研究被分离组分在分离空间内移动和再分布的宏观 和微观变化规律的科学。
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•
具体研究内容为： a.各种分离现象的内在的本质的必然的联系。 b.如何将现代最先进的技术与材料应用于分离技术。 c.选择现代科学技术和生产中对分离要求最为紧迫的对象进行 研究。 d.将各种分离方法联用，选择最为有利的分离条件。寻找新的 分离原理及方法。
•
商陆又名夜呼（《本经》）、 野萝卜，为商陆科多年生草本，多 生于疏林下、林缘、路旁、山沟等 湿润地方，我国大部分地区有分布。 《本草纲目》中记载有“其性下行， 专于行水，与大戟、甘遂盖异性而 同功”。而其性味苦、寒，有毒， 《唐· 本草》记载：“商陆有赤、白 二种，白者入药用，赤者甚有毒， 但贴肿外用。若服之，伤人，乃至 痢血不已而死也。”证实了古人早 已认识到商陆的毒性。早期的研究 中发现，其中含有商陆碱、多量硝 酸钾、皂甙、糖蛋白、脂溶性成分 （棕榈酸、十四酯等）等，具有调 节免疫、抗肿瘤、调节内分泌、镇 咳、祛痰、平喘、抗菌消炎、利尿 等药理作用。随着植物多糖研究的 深入，发现商陆中所含有的多糖成 分是增强免疫、抗肿瘤和保护造血 功能的活性成分。
二、现代分离科学的特点
1.现代技术手段的广泛采用。
2.分离对象集中在生物工程、生物技术及 新材料领域产品。 3.提出了新的分离原理，发展了大量新的 分离技术。 4.对分离技术做到了观念的更新。
三 、可被分离利用的物质性质
能量或分离介质
原料物流
分离 装置
两个以上的产品物流
（浓度不同）
分离过程示意图
组分 A
nA mol
组分 B
nB mol
混合 分离
混合物 (A+B) (nA+n B) mol
分离科学实际上是研究如何将热力学第二定律所 说的自发过程，以相反方向进行到最大限度的科学。 即如何给体系增加能量和降低体系的熵值以便增强分 离效果。
混合的熵：
分离的理论耗能量（最小功）：
n n A B W RT [ n ln( ) n ln( )] mi T n, A B n n n n A B A B
第一章分离科 学基础
§1.1 概述
一、日常生活中的分离 饮食起居：自来水（过滤），净水器（分 离膜/吸附剂）；泡茶（固体浸出法） 环境保护：垃圾分类；污水处理；铁罐// 铝罐（磁力） 医药卫生：抗菌素的纯化；血透；花粉过 敏（洁净房间）
二、分离的定义
化工词典：把混合物中某些组分或各组分彼 此分开，或把混合物中各相间彼此分开的过 程叫分离。 罗尼（Rony）定义：分离（Separation）是 一种假设的状态, 在这种状态下物质完全被分 开（Isolation）了。就是说，含有m种化学组 分的混合物被分隔成m种纯的形式，并把它们 置于个独立的容器中（如玻璃瓶或聚乙烯 瓶）。
从商陆根中提取活性多糖 PEP-I、 PEP- II
• 商陆根 • 乙醇 乙醇液 残渣
水
水提液
残渣
浓缩，加2倍乙醇
ຫໍສະໝຸດ Baidu
醇液
沉淀物
除蛋白，透析，醇沉
醇液
沉淀物
干燥
粗多糖
DEAE-纤维素柱色谱
水
0.05moll-1NaOAc
0.1moll-1 NaOAc
超滤 浓缩
0.5moll-1NaOAc
超滤 浓缩
浓缩液
3 .化学势
化学势控制组分在分离过程的相对迁移和平衡状 态。分离过程的总化学势