分离技术

2.2.4过滤

过滤是利用多孔介质对固形颗粒的筛分截留作用来实现固液分离 的。按照原料液的流动情况,可以将过滤分为常规过滤和错流过 滤,其中常规过滤由于形成明显滤饼层,并且料流动方向与滤饼方 向垂直,因此也被称为死端过滤。在滤饼和过滤介质的筛分作用 下,常规过滤能够截留10~100gm的固形颗粒。

b）加热产生的灭菌作用：不同的微生物对温度的耐受性不同， 综合料液温度与目标产物的耐热性的关系，改变料液温度而达到 料液纯化的效果
① 你 ② 凝聚和絮凝
对料液中颗粒较小的固形物，采用凝聚和絮凝的技术来 增大体积，加快固体颗粒沉降，提高分离速度。 在特定电解质的作用下，破坏悬浮固体颗粒、菌体和蛋 白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。
此外，改变溶液的PH值，可以使离子的荷电性发生改变， 随着荷电量的减少，粒子倾向于凝聚，反之，当粒子所带的 电荷总量随着PH值的调节而增大时，粒子则倾向于分散。同 时，PH值会影响料液的过滤性能，由于凝聚后粒子尺寸会发 生改变，粒子间的相互作用也会发生改变，过滤速率会受到 一定影响。当PH调整到适当的范围，会产生等电点沉淀。
3.1 设计变量的确定
3.2多组分物系泡点和露点的计算
3.3多组分精馏的简洁计算 3.5气液传质设备的效率

2.2.2沉降 沉降过程中，固体颗粒会受到重力、浮力、摩擦阻力的作 用假设颗粒为球形，则各作用力表达式为：

在离心力场的推动下,固体颗粒会发生类似在重力场中的 沉降过程，如果沉降颗粒到转中心的距离为r,旋转角速度 为ω,离心转速为N,则有单位质量物体受到的离心力为 Fc=r ω2=4������2N2r

根据分离过程所采用的装置（机械分离法） 如过滤、沉降、旋风分离等 根据分离过程中被分离物质在相中的传质（传质分离）

机械分离 分离 传质分离 速率分离 平衡分离
a) 平衡分离过程是指借助分离媒介（热能、溶剂、吸附剂 ），使均相混合物系统变成两相系统，再以各组分在媒 介中的不同分配系数为依据而实现分离的过程。
当胶体在溶液中移动时，溶液中总有一薄层液体会随着一起滑动，形成一 个滑移面。在这一结构模型中，不同界面上有不同的点位，胶核表面的电 位为ΦS，扩散层表面的电位为ΦD，滑移面上的电位为ξ，三种电位中，只有 ξ能实际测得，因此用它来表征整个双电子层的特性，并成为研究凝聚机理 的重要参数。
在研究凝聚机理的过程中，升高温度 ，会加快微观粒子的运动速度，不同 的电解质溶液，凝聚作用的产生也不 一样，其中影响凝聚作用的主要因素 有电解质的种类、化合价和电解质的 用量。根据静电学基本定律，推导出 ξ电位的基本公式为：
贵州民族大学化工学院 （民族医药学院） 周 兰 2018年03月01日
绪论
1. 何为分离技术，分离技术的研究对象和任务
1.1分离法的任务 1.2分离法的研究对象
2.分离工程的起源与发展
2.1分离法的发展过程 2.2分离法的发展趋势
3.分离技术的分类与特点
分离工程：将混合物分离成两种或者两种以上较纯物质的一
若分离对象为具有活性的蛋白质，则纯化程度用纯化因子表 示为： AP 其中A称为比活， 1 AC m g

混合物中目标产物与其他杂质的性质差异是选择分 离方法的主要依据，是单一的，也可以是多种性质 共同作用的结果。
待处理混合物的物理性质差异 目标产物的特性 目标产物的价值与规模
• 改善料液中非均相组成的分布特性及料液的流体特性，以利 于非均相物系的分离，同时除去对下游分离操作有影响的杂 质，使后续的分离提纯过程顺利进行。 ① 加热：降低液体粘度，改善固液分离条件，促进蛋白质絮 凝，改变微生物活性等。 a) 加热对料液黏度的影响： 一般情况下，随着温度的 升高，液体的粘度变小， 气体黏度增大。
d）物质的浸出：通过物理或者化学手段，使混合物中 有效成分（目标产物）浸出的方法。 直接浸出法：用溶剂直接浸取 转换浸取：针对不能直接浸取的物质，采用一定的方法 使其转换为易溶于溶剂的物质。通常通过溶度积常数来 表征转换条件。（如常温下用碳酸钡浸取硫酸钡） 细菌浸出：利用某些细菌及其代谢产物的作用，使矿石 中的有效组分进入溶液 e)有机物分解：包括干法灰化法和湿法硝化法 f)有机物的溶解与提取：

Ri
Q0
③
分离因子 A :混合物中的A、B两种组分，分离程度用 分离因子表示，表示被测组分与干扰组分的分离程度。 S A (QB / QA ) /(QOB / QOA )
B
SB
④
纯度：分离产物中含杂质的多少。
FC
FP CTP+CXP FW CTW+CXW
CTC+CXC

浓缩率：
பைடு நூலகம்
mT
CTP CTC
废 物
1
废 物
1
产品
2
2 2
排出
有相产生或添 加的分离过程 有分离介质的 分离过程
外加能量分离剂
外加分离介质
分离 过程
采用固体分离 剂的分离过程
有外加场的 分离过程
外加固体分离剂 外加场或者梯度响应
•
目前工业上分离技术的形势多种多样，随着放大技术和工业规模的扩 大，将会有更多的现代分离技术从实验室规模扩大到生产中。
mX
C XP C XC
目标产物的分离纯化程度用分离因子表示，即

mT mX

在平衡分离过程如蒸馏、萃取中，分离因子用平衡后的两 相溶液中溶质之比表示：
CTP / CTW C XP / C XW


FPCTP 目标产物的回收率： R 100% FC CTC 间歇操作的生物分离中，回收率为: R VP CTP 100% VC CTC
第二章： 料液的预处理及固液分离
生产过程中的原料液组成：
原料液由目的产物、杂质、催化剂、反应中间产物及副产物、
未完全反应物等组成，如何得到目的产物？ 原料液中各个组成成分的特性？ 形态？
尺寸？
存在方式？
2.1.1组分分离、回收因子、分离因子和纯度 ① 根据被分离物质组成比例的不同分为富集、浓缩、纯化 ② 回收因子Ri：Ri为分离后所测得的回收两Q占样品Q0的 比例 Q
絮凝 絮凝是指使用絮凝剂，在悬浮颗粒之间产生架 桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。


③.其他处理方法
a)溶解法：将带分离物质制成溶液：水溶液酸溶 b)熔融法：将待分离物质与固体熔剂混合，高温加热 使其全部转化为易溶于水或者酸的化合物。 c)烧结法：将待分离物质与固体熔 剂在低于熔点的温度下反应收缩成整 块然后浸取分离有效成分。
由此可知，ξ电位与电荷密度q和扩散层厚度δ有关，而δ与 溶液中离子浓度及化合价有关。 凝聚剂主要为一些无机类电解质，工业上常用的凝聚剂大 多为无机盐、金属氧化物等。根据米哈第法则，带相反电 荷的离子化合价越高凝聚值就越小，凝聚能力越强，阳离 子对带负电荷的胶体离子的凝聚能力的次序为： AL3+ >Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+
有相产生或添 加的分离过程 有分离介质的 分离过程
外加能量分离剂
外加分离介质
分离 过程
采用固体分离 剂的分离过程
有外加场的 分离过程
外加固体分离剂 外加场或者梯度响应
根据分离过程物质的性质 1. 物理分离法：以被分离组分所具有的不同物理性 质为依据，如蒸馏，萃取 2. 化学分离法：按照被分离组分化学性质的差异， 通过化学反应过程实现，如电镀，电渗析、沉淀 等 3. 生物分离法：根据生物学亲和力、吸收平衡及生 物学反应速率常数等进行分离纯化目标产物，如 膜分离，层析等。
速率分离则主要是根据混合物中各组分扩散速度的差 异来实现分离的过程，分离过程所处理的原料通常属 于同一相态，仅仅是组成上存在差异，利用浓度差， 压力差以及温差等作为分离推动力。 根据分离过程中的化学反应（反应分离法）：使用 化学反应将混合物中的反应物转化为目的产物的过程 。（如沉淀分离、离子交换、生物反应等）。 根据被分离的对象：无机分离、有机分离、天然物 和次生物分离。 根据采用的分离手段：沉淀分离、萃取、蒸馏、离 子交换、泡沫分离、膜分离等。
分离工程的起源与发展：

工匠时期：苦水变甜、信天翁鸟——经验熬制食 盐、煎熬中药、炼制丹药——酿酒、制糖等家庭作 坊 技术时期： 18世纪欧洲工业革命以后的现代化学 工业中间体和产品的分离（索维尔制碱法中纯碱碳 化塔的使用）——1876年Gibbs描述相率（F=CP+n）——1906年Tsweet的色层吸附分离技术—— 化工工程手册——1932年刘易斯的化工原理
门工程技术科学。包括提取与除杂两个部分，手段可以是物理 的，也可以是化学的，或者是两者的结合。
分离的任务：浓集和纯化物质 传统的分离方法：分离方法及其机理，分离介质及其工艺流程 现代分离技术：分离组分在空间移动和再分布的宏观变化规律
分离过程伴随着分离与混合、定向迁移扩散、浓集与稀释等过 程，要研究表面无联系的各种分离方法之间共同的规律，强化 对分离的有利因素，抑制不利因素，将现代科技中最先进的技 术和材料加以利用，优化分离条件，最终提高经济效益。

2.2.1影响固液分离的因素 固液分离即将料液中存在的杂质、细胞、催化剂颗粒、蛋白质絮凝体等的固 形物中分离出去的过程,以实现澄清料液或获得固体产品的操作目的。化学工 程中常用的离方法包括沉降、离心和过滤等单元操作。 对于大多数待分离的固液悬混物而言,影响固液分离过程及其分离效果的因素 主液的黏度和固形物的外形尺寸。对于沉降和离心等以场作用产生的重力或 离心力驱动分离过程,固相与液相的密度差是影响分离效果的重要因素;而对 于过滤等压力驱动分离过程,固形物的可压缩性也是影响分离效果的重要因素 一般地说,待分离液中通常含有如下固形物或大分子: 悬浮固体(104~106nm) 最小可见粒子(25000~50000nm) 胶体粒子(100~1000nm) 菌体(300~10000nm) 蛋白质/多聚糖(2~10nm,104~106Da) 有机酸和糖等小分子(0.4~1.2nm,100~1000Da) 无机离子(0.2~0.4nm,10~100Da)水(0.2nm,18Da)
20世纪70年代以后的新型分离技术


现代分离技术的发展趋势：膜分离技术、 膜分离-传统技术的改进、传统分离技术 的新应用、反应-分离技术的耦合。 分离产品：纯度越来越高 分离材料：无污染、绿色环保 分离手段：微观、精细 新型分离技术受到材料的开发、生产成 本的及其他学科发展的限制，工业化应 用程度还不高 1