化工新型分离技术

1 吸附: 利用吸附剂表面对流体中某一组分具有选择吸附的能力，而实现混合物分离的单元操作。
2吸附剂:对气体或液体混合物中某一组分具有选择性吸附且吸附能力较大的物质。工业上常用的吸附剂：(1)平衡吸附量大(2) 选择性较高(3)有一定机械强度，易再生。 极性吸附剂：硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝；非极性：活性炭，炭分子筛 ；其他还有离子交换树脂
3吸附平衡：吸附剂和流体充分接触后，吸附剂中的吸附质浓度和流体相中吸附质浓度维持恒定，其吸附速率等于脱附速率。
4脱附操作：气相脱附方法：1、升温脱附（吸附量与温度成反比）2、减压脱附（吸附量随压力降低而减小）3、惰性气体吹扫（减低吸附质的部分分压）液相脱附方法：4、溶剂置换脱附（降低吸附质浓度）
5离子交换树脂的结构： 离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物，由空间网状结构骨架（即母体）和附着在骨架上的许多活性基团所构成。
6 离子交换应用：1.离子转换：水的应用；2.离子去除：水的处理；3离子浓缩：贵重金属离子的回收。4离子分离:有机离子和无机离子的分离；5催化剂：固体酸和固体碱。
7交换剂的分类：一般将具有离子交换功能的物质称为离子交换剂。离子交换剂可以是任何物质，包括有机离子交换剂（天然的和合成的）和无机离子交换剂（如沸石等）。
8影响离子交换树脂选择性的因素：1 离子的水化半径：离子在水溶液中通常发生水化作用，离子在水溶液中的实际大小以水化半径来表征。水化半径越小的离子越易被交换。2 离子的化合价：离子的化合价越高，其与树脂的亲和力越强，越易被树脂交换。
9流化床的吸附剂粒子和液体在床层内混合程度高，吸附效率低；扩张床的吸附剂粒子基本悬浮于固定的位置，液体的流动与固定床相似，接近平推流，吸附效率高。
10离子交换树脂的物化性质：1）交联度：交联度是指交联剂的用量（用质量分数表示）（2）粒度：离子交换树脂通常为球形（3）密度：真密度和视密度（4）溶胀性（5）交换容量：
全交换容量：指单位质量（或体积）的树脂中可以交换的化学基团的总数，亦称理论交换容量。 工作交换容量：指树脂在给定工作条件下实际可利用的交换能力。（6）选择性：树脂选择性是指离子交换树脂对不同离子亲和力强弱的反应。
11离子交换速度的影响因素：内扩散影响因素（1）离子性质：化合价越高，其孔道扩散速度越慢；水合半径越大，扩散速度越慢。（2）树脂的交联度：交联度大，离子在树脂网孔内的扩散慢 （3）树脂的粒径：粒径小整体交换速度快，但

颗粒太小，会增加树脂层阻力，且反洗树脂容易流失。 外扩散影响因素（4）水中离子浓度：浓度高，其在水膜中的扩散很快，离子交换速度受孔道扩散控制。反之，为液膜扩散控制。（5）溶液温度：温度升高有利于提高离子交换速度。（粘度减低）（6）流速或搅拌速度：增加树脂表面水流流速或增加搅拌速度，在一定程度上可提高液膜扩散速度，但增加到一定程度以后，其影响变小。
12影响离子交换选择性的因素：水合离子半径：半径越小，亲和力越大；离子化合价：高价离子易于被吸附；溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量；离子强度：越低越好；有机溶剂：不利于吸附；交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少； 活性基团酸碱性强弱：酸碱性越强，选择性低，酸碱性小选择性越高。树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力；
13 吸附过程：1，吸附质从主体流通过分子与对流扩散传递到吸附剂表面（对流扩散）；2，吸附质通过孔扩散从吸附剂外表面传递到微孔内表面（自由或分子扩散）；3吸附质沿空表面的表面扩散；4吸附质被吸附在孔表面。
14.离子交换树脂对离子的选择性：二价离子对树脂的亲和力大于一价离子；同价离子的亲和力与其水合离子半径成反比，若浓度增高，树脂对不同离子的选择性差别变大；离子强度越低越好。

1超临界流体萃取（SFE）：利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的的一种化工技术。
2.超临界流体萃取的特点：萃取剂在常压和室温下为气体，萃取后易与萃余相和萃取相组分分离；在较低温度下操作，特别适合于天然物质的分离；可通过调节压力、温度和引入夹带剂等调整超临界流体的溶解能力，并可通过调节压力和温度把萃取剂组分引入到希望的产品中去。 应用领域：高吸附性物质，疏水性物质，高沸点物质，热敏性物质
3超临界流体：当流体的温度和压力处于它的临界温度和临界压力以上时。
4超临界CO2萃取特点：1，萃取速度快，分离速度快。2，无溶剂残留，分离彻底，产品质量好。3，操作温度低，适于热敏性，易氧化组分提取。4，操作压力大，设备投入大。5，生产能力小，运行费用高。
5超临界CO2的优点：二氧化碳的临界温度在室温附近，临界压力不高，去密度较大，对大多数溶质有较强的溶解能力，而对水的溶解度很小，有利于在近临界和超临界下萃取分离有机水溶液；而且还具有不燃不爆不腐蚀，无毒害

，化学稳定性好，廉价易得，极易与萃取产物分离。
6影响超临界CO2萃取因素：压力，温度，CO2流量，夹带剂，原料温度。
7 适于临界CO2萃取的提取：高吸附性，疏水性物质，高沸点物质，热敏性物质。
8超临界萃取应用合成域： SFE二氧化碳的反应；深度干燥；染色技术；组分分离。
9.超临界萃取的三种基本流程分离方法：1等温法：通过改变 p 实现溶质的萃取和回收，T保持不变。溶质在萃取槽中被高压(高密度)流体萃取后，流体经过膨胀阀而p下降，溶解度降低，在分离槽中析出溶质。特点是在等温条件下，利用不同压力时待萃取组分在萃取剂中的溶解度差异来实现组分的萃取及与萃取剂的分离。该过程易操作应用广泛，但耗能大。2等压法：通过改变T 实现溶质的萃取和回收。如果在操作压力下溶质的溶解度随温度升高而下降，则萃取流体加热后进入分离槽，析出目标溶质，萃取剂则冷却后返回萃取槽循环使用。特点：耗能少，但需要加热蒸汽和和冷却水。3吸附法：利用选择性吸附(或吸收)目标产物的吸附(吸收)剂回收目标产物，有利于提高萃取选择性。特点吸附剂可以再生。
第三章
1膜分离过程：是以具有选择透过性的膜作为分离介质，在膜的两侧存在一定量的能量差作为推动力，由于混合物中各组分透过膜的迁移速率不同而实现分离、提纯。它本质上是一种速率控制的分离过程
2 反渗透：当膜两侧的静压差大于溶液渗透压差(即Δp ＞Δπ)时，溶剂从溶质浓度高的一侧(B侧)透过膜向溶质浓度低的一侧(A侧)流动，这种依靠外界压力使溶剂从高浓度溶质侧溶液向低浓度溶质侧渗透的过程。
3反渗透的工业应用：1海水和苦咸水淡化，经反渗透脱盐可达到饮用水标准。2 反渗透与超滤、离子交换组合后进行纯水生产，广泛用于无菌纯水和超纯水的制备。3 生物分离中，利用反渗透脱水浓缩的特性，适用于低分子量水溶性组分物质的浓缩，如牛奶、果汁、咖啡、醇、氨基酸及糖等糖的浓缩
4常用反渗透膜是以醋酸纤维素、芳香聚酰胺和聚砜等材料制成的带皮层的不对称膜
5膜分离特点：1分离效率高。2 能耗低，除了渗透气化外，不发生相变。3 操作温度温和，适用于热敏性物质的分离。4 装置简单，操作容易、易控制、易维修。5适用物系范围广，规模和处理能力变化大。
6微滤的应用：去除细菌污染：胰岛素、辅酶A、激素、血清蛋白等热敏性药物。采用微滤不改变药物性质，可截留细菌残。过滤除菌，空气过滤除菌，培养基除菌。 高纯水的制备： 微滤在高纯水制备过程中的前端、中间和末端都有应用，起到非常重要的作用。食品工业：

饮料中霉菌和酵母去除，糖液、果汁澄清,室温下长期保存的生啤酒的酿制。 生物技术：发酵过程中杂菌的去除，菌体浓缩分离，发酵产品和菌体的分离。
7超滤：以压力差为推动力，通过膜孔的筛分机理，从含小分子溶液中分离出相对分子质量大的组分，即分离相对分子质量为数千到数百万、微粒直径约为(1～100)×10-9m的混合物。
8超滤的应用：1食品工业：乳制品生产中乳品的浓缩、精制和排水处理中，果汁和酒等的澄清，发酵液的提纯精制等；柠檬酸和抗生素、氨基酸等的浓缩。2生物化工：蛋白质、酶等生物大分子的分离纯化，血浆、生物高分子的处理3水的净化： 电子工业高纯水的制备； 医药工业中，无菌、无热源水的生产。
9浓差极化：在不同大小分子混合物流动通过膜面时，在压差的作用下，混合物中小于膜孔的组分透过膜，而大于膜孔的组分被截留，这些被截留的组分在紧邻膜的表面形成浓度边界层，是边界层中的溶液浓度远远高于主体流溶液浓度，形成膜表面到主体流溶液之间的浓度差，浓度差的存在使紧靠膜表面上的溶质反向扩散到主体流溶液中。
10凝胶层：在超滤过程中，当大分子溶质和胶体在膜表面的浓度超过它在溶液中的溶解度时，当大分子溶质在膜表面的浓度增至饱和浓度而形成凝胶层。
11,较少浓差极化的方法： 1.化学法：应用各种化学药剂清洗膜表面的凝胶层。2．物理法：装设湍流促进装置。使料液以较高速度流过膜表面或缩小通道面积。提高待处理料液温度可降低其粘度，提高凝胶物质的反扩率，因而提高了凝胶的临界浓度。
12浓度极化现象的结果：(1) 膜表面附近浓度升高，增大了膜两侧渗透压差，使得有效压差减小，透过通量降低。(2) 当膜表面附近浓度超过溶质的溶解度时，溶质析出，形成凝胶层。
凝胶层的形成是阻力增大，操作压力上升。（3）溶质截留率下降。
13影响浓差极化的影响因素－操作形式、压力、流速、浓度
14有机高分子膜材料有：纤维素酯类、聚砜类、聚酰胺类及其他材料。
15（1管式膜组件：能很好控制浓差极化，料液一般不需要预处理，清洗方便。投资和操作费用高，单位体积内的装填密度一般比较低。（2板框式膜组件：膜更换方便，清洗容易，操作灵敏。投资和操作费用较高，不易控制浓差极化。(3板框膜组件的膜更换方便，清洗容易，操作灵活投资费用高。毛细管件膜料液预处理要求不高，投资操作费用低。螺旋卷式膜能减低浓差极化，但需进行料液预处理。中空纤维式需料液处理。
16.纳滤：反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离过程，纳滤膜的孔径范围在几

个纳米左右。
17.微滤：是利用微孔膜孔径的大小，在压差为推动力下，将滤液中大于膜孔径的威力、细菌及悬浮物物质等截留下来，达到除去滤液中微粒与澄清溶液的目的。

第五章
1电渗析是指在直流电场作用下，溶液中的电荷离子选择性地定向迁移透过离子交换膜并得以除去的一种膜分离技术。应用于苦咸水脱盐与纯化；饮用水制备；工业用水处理；有机酸脱盐和纯化；废酸碱回收。
2电渗析技术的特点：(1) 能量消耗低。(2) 药剂耗量少．环境污染小。(3)对原水含盐量变化适应性强(4) 操作简单，易于实现机械化、自动化(5) 设备紧凑耐用，预处理简单(6) 水的利用率较高 缺点：电渗析只能除去水中的盐分．而对水中有机物不能去除，某些高价离子和有机物还会污染膜； 电渗析运行过程中易发生浓差极化而产生结垢(用频繁倒极电渗析可以避免)，这些都是电渗析技术较难掌握而又必须重视的问题。
与反渗透相比，由于它的脱盐率较低，装置比较庞大且组装要求高，因此它的发展不如反渗透快。
3反离子迁移：这种与膜所带电荷相反的离子透过膜的现象被称为反离子迁移
4电渗析过程脱除溶液中的离子基于两个基本条件：1、直流电场的作用使溶液中正负离子分别向阴极和阳极做定向迁移2、离子交换膜的选择透过性使溶液中的荷电离子在膜上实现反离子迁移
5电渗析脱盐过程与离子交换膜的性能有关具有高选择性渗透率、低电阻力、优良的化学和热稳定性以及一定的机械强度是离子交换膜的关键。
6 Sollner双电层理论：当离子交换膜浸入电解质溶液中，膜中的活性基团在溶剂水的作用下发生解离产生反离子，反离子进入水溶液，膜上活性基团在电离后带有电荷，以致在膜表面固定基团附近，电解质溶液中带相反电荷的离子形成双电层。 Sollner双电层理论得出的规律：1、异电荷相吸2、膜中固定离子越多，吸引力越强，选择性越好。3、在电场作用下，溶液中的阳离子作定向连续迁移通过带负电的阳膜
8．Gibbs-Donnan膜平衡理论可得出规律：1、膜上[cR-]趋向0，则膜无选择性2、当膜上[cR-]趋向无穷大，则膜的选择性趋向100%3、当被处理溶液中的[cCl-]>>膜上[cR-]，膜的选择性将会下降。由此离子交换膜不宜在高浓度下操作。
9电渗析过程中的传递现象：反离子迁移，同名离子迁移，电解质渗析，水的渗透，水的分解，水的电渗析，压差渗漏。
10电渗析的浓差极化：电渗析器在运行过程中，水中的阴离子、阳离子在直流电场的作用下，分别在膜间作定向迁移，各自传递着一定数量的电荷。当采用过大的工作电流时，在膜-液界面上会形成

离子耗竭层。在离子耗竭层中，溶液的电阻会变得相当大，当恒定电流通过离子耗竭溶液层时会引起非常大的电位降，并迫使其溶液中的水分子离解，产生大量的 H + 和 OH - 来弥补及传递电流这种现象即为浓差极化现象。
20电渗析中浓差极化的原因：离子在直流电场作用下定向移动，但离子在膜与溶液中移动速度不同（边界层作用），溶液主体与膜面存在浓度差（cb﹥cm），导致淡化室膜面离子耗竭，产生极代电位，使水分子理解成OH-和H+
11极限电流密度：使Cm趋于零时的电流密度称为极限电流密度。
12电渗析浓差极化后果：1、淡化室膜面离子耗竭2、淡化室膜面产生极代电位，电离水分子3、淡化室膜面pH值变化4、浓缩室膜面离子累积5、浓缩室膜面产生结垢。 电渗析浓差极化危害：1、膜电阻增大2、电流效率降低3、淡水室膜面腐蚀4、浓缩室产生结垢
14减少浓差极化的措施①尽可能提高液体流速②膜的尺寸不宜过大③采取较小的膜间距，以减小电阻④采用清洗沉淀或互换电极等措施⑤适当提高操作温度，以提高扩散系数。⑥严格控制操作电流，使其低于极限电流密度。
15填充式电渗析（EDI）：将电渗析和离子交换膜结合使用，既利用离子交换能深度脱盐，克服电渗析浓差极化脱盐不彻底的现象，也利用电渗析极化使水解离产生的H+和OH-的特性克服交换树脂失效后需再生的缺陷。EDI的特点：树脂无需再生，无再生废液产生；低浓度脱盐，脱除效率高；适于高纯度水制备；污染小。
17膜电解基本概念：利用离子交换膜将电解槽的阴极和阳极隔开，进行食盐水电解制取氯碱，或者其他无机盐电解还原的技术。特点：与传统的隔膜法相比，膜电解具有总能耗低、无污染、产品纯度高、操作运转方便、后处理容易、总投资少等特点。
18对离子膜的要求：①阳离子选择透过性好；②电解质扩散率低；③较高的化学稳定性和热稳定性；④机械强度高，不易变形；⑤电阻小。
19膜电解工艺特点①总能耗最低②烧碱纯度高③无水银或石棉污染环境的问题；④操作、控制都比较容易；⑤适应负荷变化的能力较大；⑥要求用高质量的盐水；⑦离子膜的价格比较昂贵
20双极膜：是具有两种相反电荷的离子交换层紧密相邻或结合而成的新型离子交换膜。特点：过程简单、效率高、废物排放少。由阳离子交换层、阴离子交换层、中间界面层三层复合而成。应用：分离回收有机酸、氨基酸、蛋白质。

第一章
1分离技术：利用物理，化学或物理化学等基本原理与方法将某种混合物分离成两个或多个组成彼此不同的产物的一种手段。
2分离工程：在工业规模上，

通过适当的技术与装备，耗费一定能量或分离剂来实现混合物分离的过程。
3分离技术作用：化工产品的纯化；化工生产中原料或半成品的提浓；化工生产中的安全；三废处理。
4分离过程：指一股或多股物流作为原料进入分离装置，利用混合物各组分的某种差异，在分离装置中对其施加能量或者特定分离剂，使混合物分离过程得以进行，并产生两个或两个以上产物的过程。
5按过程分离原理分：机械分离（过滤、沉降、离心分离、旋风分离、电除尘）；传质分离（包括平衡分离和速率控制分离）；反应分离。机械分离:分离装置中利用机械力简单的将两相混合物相互分离过程。平衡分离：指依据被分离混合物各组分在不互溶的两相平衡分配组成不等的原理进行分离的过程。速率控制分离：依据被分离物在均相中的传递速率差异而进行的分离过程。
6.膜分离过程特点:分离效率高；能量低，出了渗透气体外，不发生相变；操作温度温和，适于热敏性物质分离；装置简单，易操作，易控制，易维修
7新型分离技术：1对传统分离过程或方法加以变革后的分离技术（超临界流体萃取、液膜萃取、双水相萃取、色谱分离）。2基于材料科学发展形成的分离技术（反渗透，超滤，气体渗透，渗透气化）3膜与传统技术相结合形成的分离技术（膜吸收、膜萃取）
8气体分离：指在压力差下，利用气体中各组分在膜中渗透速率的差异达到各组分的分离过程。
9,渗透汽化和蒸汽渗透：均是利用分离混合物中的某些组分具有优先选择性透过膜的特点，使料液优先渗透组分以溶解——扩散透过膜而实现分离的过程。渗透汽化（负压，进料物流为液态）蒸汽渗透（正压，气相）
第六和九章
1分子蒸馏：又称短程蒸馏。是在高真空下进行，其蒸发面和冷凝面的间距小于或等于被分离物蒸汽分子的平均自由程，由蒸发面逸出的分子相互间无碰撞，无阻拦地喷射到冷凝面并使其冷凝。
2 分子运动自由程：一个分子在任意连续两次碰撞之间所经过的直线路程。
3平均碰撞频率f：一个分子单位时间内与其它分子的平均碰撞次数
4分子蒸馏原理：不同种类的分子，由于分子有效直径不同，平均自由程也不相同。
5完整的分子蒸馏设备：进料系统、分子蒸馏器（静止式、降膜式、多级式）、馏分收集系统、加热系统、冷却系统、真空系统和控制系统等。
6分子蒸馏技术的特点：1操作温度低（远低于沸点）、真空度高（空载≤1Pa）、受热时间短（以秒计）、分离效率高，特别适宜于高沸点、热敏性、易氧化物质的分离2可有效地脱除低分子物质（脱臭）、重分子物

质（脱色）及脱除混合物中杂质3可很好地保护被分离物质不被污染4、分离程度高，高于传统蒸馏。
7液膜：液膜是一层很薄的液体膜。它能把两个互溶的、但组成不同的溶液隔开，并通过这层液膜的选择性渗透作用实现物质的分离。根据形成液膜的材料不同，液膜可以是水性的，也可是溶剂型的。
8液膜特点：1传质推动力大，速率高，且试剂消耗量少2选择性好，往往只能对某种类型的离子或分子的分离具有选择性，分离效果显著3强度低，破损率高，难以稳定操作，而且过程与设备复杂
9液膜组成：1膜溶剂：膜溶剂是形成液膜的基体物质2表面活性剂：表面活性剂是分子中含有亲水基和疏水基两个部分的化合物，在液体中可以定向排列，显著改变液体表面张力或相互间界面张力。表面活性剂是制备液膜的最重要的组分，它直接影响膜的稳定性、
渗透速度等性能3流动载体流动载体的作用使指定的溶质或离子进行选择性迁移，对分离指定的溶质或离子的选择性和渗透通量起着决定性的影响，其作用相当于萃取剂。
10促进传递：利用膜中的载体与待分离组分间的可逆化学和络合反应，来促进膜内的传质分离过程。

反渗透和电渗析浓差极化的不同：起因：反渗透（被膜所截留的大分子祖坟在紧邻膜表面形成浓度边界层，是边界层中的溶液浓度远大于主体流溶液浓度，形成由膜表面到主体流溶液之间的浓度差），电渗析（离子在直流电场作用下定向移动，但离子在膜与溶液中移动速度不同，溶液主体与膜面存在浓度差，导致淡化室膜面离子耗竭，产生极代电位，使H20解离成OH和H）;现象：反渗透（膜表面附近浓度升高，透过过量Jv降低；凝胶层形成，使阻力增大，操作压力上升；溶质截留率下降），电渗析（淡化室膜面离子耗竭；淡化室产生极代电位；电离水分子；淡化室膜面PH变化；浓缩室膜面离子累积；浓缩室膜面产生结垢）；
危害：反渗透（会降低脱盐率），电渗析（膜电阻增大；电流效率降低；淡化室膜面腐蚀；浓缩室产生结垢）：防止方法：反（应用各种化学药剂清洗膜表面的凝胶层；装设湍流促进装置，增大Re，可以提高料液温度，或使料液以较高速度流出膜表面或缩小通道截面），电（提高液体流速；模尺寸不宜过大；采取较小的膜间距；清洗沉淀或互换电极；适当提高操作温度；操作电流低于极限电流密度）

反渗透和电渗析的分离条件的不同及两者区别：两者的推动力不同，前者是压力差，后者是电位差。 前者是半透膜，膜孔径非常小，只能透过水分子而不能透过盐分子；后者为离子交换膜，将水溶液中带电组分的

盐类与非带电组分的水分离。

比较超滤与反渗透 １超滤主要是截留大分子物质，由于浓差极化的形成，阻力除了膜通透阻力外，还有膜侧面溶质附着层产生的通透阻力，所以溶剂通过超滤膜的流量与外压成正比，与膜的阻力成反比。 ２在反渗透时，由于溶剂的体积通量取决于净压差，溶质的透过率不取决于压差，因此，增加原液一侧的压力可以提高溶剂的透过量，而溶质的透过率基本不变。
对于高浓度的溶液，可以提高操作压力，防止溶剂的透过量降低，溶质的透过量升高，而溶剂的纯度会降低。