简述平衡分离和传质分离的异同
一、引言
平衡分离和传质分离是化学工程中常用的两种分离技术，它们在分离原理、应用范围、操作方式等方面存在差异。本文将从这些方面对平衡分离和传质分离进行详细的比较和总结。
二、平衡分离与传质分离的定义
1. 平衡分离
平衡分离是指通过调节物质在不同相之间的平衡浓度来实现物质的分离。常见的平衡分离包括萃取、蒸馏、结晶等。
2. 传质分离
传质分离是指利用物质在不同相之间的传递过程，通过物理或化学手段将混合物中不同组成部分进行有效地隔离。常见的传质分离包括吸附、膜过滤、电渗析等。
三、平衡分离与传质分离的原理
1. 平衡分离原理
平衡是指当两个或多个相接触时，它们之间会形成一种状态，使得各相中溶解物浓度达到一个稳定值。平衡浓度受到温度和压力等因素的影响。平衡分离就是通过调节不同相之间的平衡浓度来实现物质的分离。
2. 传质分离原理
传质是指混合物中不同组成部分在不同相之间通过扩散、对流、电渗等方式传递的过程。传质分离就是利用这种传递过程，通过物理或化学手段将混合物中不同组成部分进行有效地隔离。
四、平衡分离与传质分离的应用范围
1. 平衡分离应用范围
萃取、蒸馏、结晶等平衡分离技术广泛应用于制药、精细化工、石油化工等领域。例如，在制药领域，常用乙酸乙酯作为溶剂进行萃取，以提取目标物质。
2. 传质分离应用范围
吸附、膜过滤、电渗析等传质分离技术广泛应用于环保、食品加工、制药等领域。例如，在环保领域，常用活性炭吸附处理废水中的有机污染物。
五、平衡分离与传质分离的操作方式
1. 平衡分离操作方式
平衡分离通常需要进行多次萃取、蒸馏、结晶等过程，以达到预期的分离效果。操作过程中需要控制温度、压力、溶剂选择等因素。
2. 传质分离操作方式
传质分离通常需要借助特殊设备进行，例如吸附柱、膜过滤器等。操作过程中需要控制流速、温度等因素。
六、平衡分离与传质分离的优缺点比较
1. 平衡分离优点
平衡分离技术成熟，应用广泛；可对混合物中不同组成部分进行有效隔离；适用于多种物质。
2. 平衡分离缺点
平衡浓度调节较为困难；需要大量的溶剂和设备，成本较高；对环境污染较大。
3. 传质分离优点
传质速度快，效率高；对环境污染小；可实现连续生产。
4. 传质分离缺点
设备复杂，成本较高；对物料要求高，不适用于所有物料。
七、结论
平衡分离和传质分离是化学工程中常用的两种分离技术。它们在分离原理、应用范围、操作方式等方面存在差异。选择合适的分离技术需要根据具体情况进行综合考虑，以达到最佳的分离效果。
1.简述分离技术的分类及其分离原理？ （一）机械分离对象是由两相或两相以上所组成的混合物，其目的是简单地将各相加以分离，过程中间不涉及传质过程。 名称分离因子分离原理举例 沉降重力密度差水处理 离心离心力密度差油精制、牛乳脱脂 旋风分离惯性流动力密度差喷雾干燥 过滤过滤介质粒子大小除菌、喷雾干燥/果汁澄清、 颗粒分离 压榨机械力压力下液体流动油脂生产 （二）传质分离是指在分离过程中，有物质传递过程的发生，传质分离的原料，可以是均相体系，也可以是非均相体系。分为两大类：平衡分离过程和速率控制分离过程1平衡分离过程为借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附剂等）使均相混合物系统变为两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。2速率控制分离过程是指借助某种推动力，如浓度差、压力差、温度差、电位差等的作用，某些情况下在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异而实现混合物的分离操作。分为膜分离和场分离（三）其他物理场辅助分离技术1.超声波萃取 2.微波辅助萃取 3.超声微波协同萃取 2食品为什么要分离？1获得需要的产品①农作物中非食用物质与食用物质的分离。②多层次、多样化产品的需求。2食品安全性的要求①农药残留。②工业“三废”进入食物链危害人体健康。③天然食品在生长过程中次生代谢产生多种微量的有毒成分。 3食品分离过程的特点:分离对象种类多，性质复杂。产品质量与分离过程密切相关。产品要求食用安全。分离对象在分离过程中易腐败。 4食品分离技术的选择原则：先要确定分离的目的，了解待分离混合物中各组分的物理，化学，生物学方面的性质，并要充分关注分离的目标成分。对目标成分，要了解目标成分的性质，它的相对分子质量，化学结构，理化性质，电荷性，热敏性以及生物活性等基础性资料对确定分离方法的选择起决定性作用。 5食品分离技术的考虑因素:产品纯度，回收率（主要）产品价格目标产物的特性混合物中的分子性质经济因素安全与环保 6食品分离技术在食品工业中的地位与作用 1. 是重要的食品工艺过程之一2. 提高农作物综合利用程度，生产高附加值的产品。3.改进食品的营养与风味。4. 符合卫生，安全要求。5. 改变生产面貌。 膜分离技术 1按膜的性质分：⒈天然膜⒉合成膜.按膜的结构分：⒈多孔膜⒉致密膜 3.液膜.按膜的作用机理分：1.吸附性膜2.扩散性膜 3.离子交换膜4.选择渗透膜5.非选择性膜 2膜分离技术的原理:膜分离概念：用天然的或人工合成的膜，以外加压力或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离，分级，提纯或富集的方法，统称膜分离法。 3膜分离技术特点:在常温下进行,不发生相变化,能耗低,在密闭容器中进行,不用添加化学试剂、添加剂,选择性好,使用范围广,操作简便，易自动化操作 4膜分离的特点1.不发生相变，能耗低。2.一般在常温下操作不需加热，适应于热敏性物质 3.应用范围广。4.以压力为推动力，装置简单、体积小、操作容易、
分离过程是混合过程的逆过程，因此需加入分离剂来达到分离目的. 分离过程分为机械分离和传质分离两大类. 分离剂可以使能量或物质,有时也可以两种都应用. 衡量分离过程的难易程度用分离因子表示,处于相平衡状态的分离程度为固有分离因子(理想分离因子). 分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度,其定义式为… 固有分离因子是根据相对挥发度来计算的,它与实际分离因子的差别用级效率来表示. 传质分离过程分为平衡分离和速率分离.速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种推动力(压差,浓度差,电位差)作用下经过某种介质时的传质速率(透过率,迁移率,扩散速率)差异而实现分离的. 分离过程是一个熵减少的过程,速率分离可分为膜分离和场分离两大类. 机械分离过程的分离对象是两相以上的混合物,通过简单的分相就可以分离,而相间并无物质传递发生.这类过程有过滤,沉降,离心分离,旋风分离,和静电除尘. 当分离因子αi,j=1时，表示组分i和j之间并没有分离.当αi,j>1,组分i 富集于1相,而组分j富集于2相.当αi,j<1,组分i富集于2相,组分j富集于1相. 分离因子与固有分离因子的关系是αsi,j>αi,j 分离过程:分离工程是将以混合物转变为组分互不相同的两种或几种产品的操作.分离过程的特点:分离某种混合物成为不同产品的过程,是个熵减少的过程,不能自法进行,因此需要外界对系统做功(或输入能量和加入物质)方能进行.分离过程可以分为几类:1气液传质过程,如吸收.2汽液传质过程,如液体的精馏和蒸馏;3液液传质过程,如萃取;4,液固分离过程,如结晶,浸取;5气固传质过程,如固体干燥,吸附. 分离因子:表示任一分离过程所达到的分离程度,因为分离装置的目的是为了生产不同的产品,故以产品组分之间的关系来定义.αi,j为固有分离因子，也称相对挥发度，它不受分离设备的影响.将实际分离设备所能达到的分离因子与理想分离因子的差别用级效率来表示. 常用的汽液相平衡的基本关系式为PφiV yi=PφiLxi和PφiV yi=fiLγiLxi 相对挥发度的定义是两组分的相平衡常数之比. 相平衡条件是汽液两相中温度压力相等,且每一组分的化学位相等. 完全理想系的相平衡关系是Pyi=Pi0xi. 泡点温度:一定压力下加热液体混合物,当液体混合物开始汽化产生第一个汽泡时的温度. 泡点压力:是指在一定温度下降低系统压力,当液体混合物开始汽化产生气泡时的压力.用于泡点计算的调整公式为……若初始温度所求得∑kixi>1,说明ki值越大，表明所设温度高于泡点温度.若初设压力所求得的∑kixi>1,说明ki值偏大,表明所设压力低于泡点压力. 若初设温度所求得的∑yi/ki>1,说明ki值偏小，表明所设温度低于泡点温度. 若初设压力P求得的∑yi/ki>1,说明ki值偏小,表明所设压力高于泡点压力. 单级分离是指两相经一次紧密接触达到平衡状态后随即引离得过程,由于平衡两相的组分不同,因而可起到一个平衡级的分离作用. 闪蒸按照体系与环境有无热量交换分为等温闪蒸和绝热闪蒸. 若组分为zi的物系，∑kizi<1,时其相态为过冷液体.在进行闪蒸计算时,徐判断混合物在指定温度作用下是否处于两相态区. 平衡常数计算ki=pi0,的成立条件是气相是理想气体,液相是理想溶液. 气液相平衡k值越大,说明该组分越易挥发.当气相为理想气体混合物,液相为非理想溶液时,其气液相平衡关系为Pyi=γPixi.系统温度大于露点时,体系处于过热汽相. 当物系处于泡露点之间时,体系处于气液两相.进行等温闪蒸时,对满足(∑kizi>1,∑zi/ki>1,)条件时系统处于两相区. 在一定温度下和压力下，由物料组成计算出的∑kixi-1>0,且∑zi/ki-1<0,该进料状态为过热汽相. 纯组分的蒸发不是闪蒸过程,闪蒸过程有部分冷凝,部分汽化,气焓截流等. 泡点温度(压力)是在恒温(压)下加热液体混合物,当液体混合物开始汽化出现第一个气泡时的温度(压力),简称泡点. 露点压力(温度)是在恒压(温)下加热液体混合物,当气体混合物开始冷凝出现第一液滴时的压力(温度),简称露点. 判断一个化工设备中的物料所处的状态.首先通过分析确定该化工设备中的物料组成zi,然后测定其温度和压力,根据Ki=f(TD)计算后,对进料作如下检验:∑kizi=1,T=Tb,进料处于泡点. >1,T>Tb,可能为气液两相区.<1,T
第一章绪论 一、生物分离工程概述 1.生物分离在生物技术中所占位置 (1) 生物技术(biotechnology) 所谓生物技术就是指有机体的操作（如：培养微生物、动物细胞、植物细胞）和利用有机体生产有用物质、改善人类生存环境的技术。其主要目标是生物物质的高效生产。因而，按上述定义，早在公元前428年就有了应用生物技术酿酒、制奶酪等的记载。狭义生物技术的产物仅为化学产品，约有100年的历史。(2)生物加工过程（bioprocess） 即生物技术领域生物产品的生产过程，包括优良生物物种的选育、基因工程、细胞工程、生物反应过程（酶反应、微生物发酵、动植物细胞培养）及目标产物的分离纯化过程 (3)生物技术的下游加工过程（downstream processing）：即目标产物的分离纯化过程，也就是生物分离工程 因此，生物分离处于生物技术的下游加工过程。 (4)生物技术的上中下游 上游：菌种选育，基因工程，分子生物学，遗传学 中游：微生物发酵工程，动植物细胞，海洋生物培养——生物反应过程 下游：生物分离工程 (5) 获得产品的有效途径 原料、预处理、生物反应、生物分离、产品工程 2. 什么是生物分离工程（Bioseparation Engineering）？ 从微生物、动植物细胞及其生物化学产品中提取有用物质的技术，包括目标产物的提取（isolation）、浓缩（concentration）、纯化（purification）及成品化（product polishing）等过程。生物分离工程的发展历史已经有几百年的历史了——最早的分离技术有蒸馏(从鲜花和香草料中提取天然的香料)、过滤等原始方法。其特性主要体现在生物产物的特殊性、复杂性和对生物产品要求的严格性上。分离过程的成本往往占整个生产过程成本的大部分。而分离过程的质量往往决定整个生物加工过程的成败。 3.生物分离的应用 （1）医药：抗生素、激素、维生素（2）食品：乳酪（3）化工：氨基酸 （4）精细化工：化妆品、香料（5）农业：农药（6）生物：酶
●分离过程分类：1机械分离：利用机械力简单的将两相混合物相互分离的过程，对象多是两相混合物，分离时相间无物质传递；2传质分离：①平衡分离：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的分离过程，有能量介入时可分为蒸发和蒸馏等，物质介入时可分为吸收、萃取、吸附、干燥等；②速率控制分离：依据被分离组分在均相中的传递速率差异而进行分离的，包括膜分离；3反应分离：一般情况下可逆反应、不可逆反应、分解反应可考虑用于分离。 ●分离技术在化工生产中的作用与地位：分离技术：指利用物理、化学或物理化学等基本原理与方法将某种混合物分成两个或多个组成彼此不同的产物ide一种手段。作用：①提高原料或中间产物的组分浓度（增浓）②提高产品纯度（纯化）③安全生产的需要④环保的要求⑤副产品的回收利用。地位：分离技术广泛应用于石油、化工、医药、冶金、原子能等许多工业领域中，其所需的装备和能量消耗在整个过程中常占有主要地位。分离工程：通过适当的技术与装备，耗费一定的能量或分离剂来实现混合物分离的过程。 ●膜分离的概念：膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程。 ●膜分离的原理：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。 ●膜分离的优越性及各种膜分离的应用：优越性：1在常温下进行，有效成分损失极少，特别适用于热敏性物质2无相态变化3无化学变化4选择性好，可在分子级内进行分离。5适应性强，处理规模可大可小，可连续也可间歇进行，工艺简单，操作方便6能耗低，只需电能驱动。应用：目前膜分离技术已被广泛地应用于水处理领域如海水淡化、苦咸水脱盐、超纯水的制取；医药工业如人工脏器的制备、医药的浓缩提纯等；食品工业如果汁浓缩、饮料灭菌；石油化学工业；环境保护如废水中有用物质的回收。 ●微滤、超滤、反渗透、纳滤的特点、原理和模型：微滤：微滤膜截留的是粒径.>0.1μm 以上的微粒。膜的粒径范围为0.05-10μm，有两种操作方式终端微滤和错流微滤。超滤：超滤的分离组分是大分子或直径不大于0.2μm的微粒。所施加的操作压力大约在0.2-1.0Mpa范围内。模型：位阻微孔模型、浓差极化边界层与凝胶层阻力模型。反渗透：通常用于截留溶液中的盐或其他小分子物质，操作压差通常依据被处理溶液的溶质大小及其浓度而定，通常在2Mpa左右，也可高达10Mpa，甚至20Mpa。模型：溶解扩散模型。纳滤：介于反渗透与超滤之间为纳滤过程，其膜的脱盐率取决于膜性质及被分离物质的大小，操作压差约为0.5-3.0Mpa。纳滤用于分离溶液中相对分子质量几百至几千的物质。 ●浓差极化现象、危害及其防治方法：概念：在膜分离过程中，大分子溶质被截留下来，而在膜表面处积聚，形成大分子溶质浓度边界层，膜表面处的溶质浓度变得比原溶液主体浓度大，形成由膜表面到主体溶液之间的浓度差，浓度差的存在导致紧靠膜面溶质反向扩散到主体溶液中，这种现象称为浓差极化。危害：超滤过程中的浓差极化，被截留的组分积累在膜的表面上，形成浓度边界层，严重时足以使操作过程无法进行。因此，浓差极化现象是超滤过程中应加以考虑的一个重要问题。防治方法：浓差极化现象是不可避免的，但是是可逆的，在很大程度上可以通过改变流道结构或改变料液的流动状态来降低这种影响。 ●电渗析过程的浓差极化现象、危害和防治方法：①概念：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，当恒定的工作电流通过离子耗竭层时会引起非常大的电压降，并迫使其溶液中的水分子解离，产生H+和OH-来弥补及传递电流②危害：1淡化室离子耗竭，产生极化电位，使电流效率下降2膜产生酸碱腐蚀离子膜，降低使用寿命3浓缩室离子累积，产生凝胶层（二次膜），膜电流增大，有效膜面积下降，通道变大③防治方法：1改善膜面流动状况2改善进料水质，降低
2023化工分离工程试题及答案 2023化工分离工程试题及答案(一) 第一部分名词解释 1、分离过程：将一股或多股原料分成组成不同的两种或多种产品的过程。 2、机械分离过程：原料由两相以上所组成的混合物，简单地将其各相加以分离的过程。 3、传质分离过程：传质分离过程用于均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生。按所依据的物理化学原理不同，工业上常用的分离过程又分为平衡分离过程和速率分离过程两类。 4、相平衡：混合物或溶液形成若干相，这些相保持着物理平衡而共存的状态。从热力学上看，整个物系的自由焓处于最小状态，从动力学看，相间无物质的静的传递。 5、相对挥发度：两组分平衡常数的比值叫这两个组分的相对挥发度。 6、泡点温度：当把一个液相加热时，开始产生气泡时的温度。 7、露点温度：当把一个气体冷却时，开始产生气泡时的温度。 8、设计变量数：设计过程需要指定的变量数，等于独立变量总数与约束数的差。 10、约束数：变量之间可以建立的方程的数目及已知的条件数目。 11、回流比：回流的液相的量与塔顶产品量的比值。
12、精馏过程：将挥发度不同的组分所组成的混合物，在精馏塔中同时多次地部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组成的过程。 13、全塔效率：理论板数与实际板数的比值。 14、精馏的最小回流比：精馏时在一个回流比下，完成给定的分离任务所需的理论板数无穷多，回流比小于这个回流比，无论多少块板都不能完成给定的分离任务，这个回流比就是最小的回流比。实际回流比大于最小回流比。 15、理论板：离开板的气液两相处于平衡的板叫做理论板。 16、萃取剂的选择性：加溶剂时的相对挥发度与未加溶剂时的相对挥发度的比值。 17、萃取精馏：向相对挥发度接近于1或等于1的体系，加入第三组分P，P体系中任何组分形成恒沸物，从塔底出来的精馏过程。 18、共沸精馏：向相对挥发度接近于1或等于1的体系，加入第三组分P，P体系中某个或某几个组分形成恒沸物，从塔顶出来的精馏过程。 19、吸收过程：按混合物中各组份溶解度的差异分离混合物的过程叫吸收过程。 20、吸收因子：操作线的斜率(L/V)与平衡线的斜率(KI)的比值。 21、绝对吸收率：被吸收的组分的量占进料中的量的分率。 22、半透膜：能够让溶液中的一种或几种组分通过而其他组分不能通过的这种选择性膜叫半透膜。 23、渗透：当用半透膜隔开不同浓度的溶液时，纯溶剂通过膜向高浓度溶液流动的现象叫渗透。
分离剂：某种形式的能量或不同于原料的某种物质。 分离过程的重要作用：a.分离装置的经费占总投资的50%—90%；b.提高生产过程的经济效益和产品质量；c.对环保起重要作用。 分离过程可分为：机械分离和传质分离。对象上：前者为两相以上的混合物；后者为均相混合物。过程上：前者是机械分离，后者是加入分离剂后产生了不同相。传质分离又可分为：平衡分离过程和速率分离过程。 平衡分离过程特征：该过程是借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不同等的分配为依据而实现分离。 速率分离过程特征：该过程是在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。 固定设计变量数：描述进料物流的那些变量（如进料的组成和流量）以及系统的压力； 可调设计变量：由设计者来决定的. 郭氏法的可调设计变量：串级单元数目、分配器数目、侧线采出单元数目、转热单元数目。 清晰分割：若馏出液中除了重关键组分外没有其他重组分，而釜液中除了轻关键组分外没有其他轻组分。 宽沸程物系：是指构成混合物的各组分的挥发度相差悬殊，其中一些很易挥发，而另一些则很难挥发。热衡算主要的取决于温度。 窄沸程物系：各组分的沸点相近。热量衡算主要取决于气相分率，而不是温度。 多组分精馏与二组分精馏在含量分布上的区别：（1）在多组分精馏中，关键组分的含量分布有极大值；（2）非关键组分通常是非分配的，即重组分通常仅出现在釜液中，轻组分仅出现在馏出液中；（3）重、轻非关键组分分别在进料板下、上形成几乎恒浓的区域；（4）全部组分均存在于进料板上，但进料板含量不等于进料含量。 非分配组分：在多组分精馏中，只在塔顶或塔釜出现的组分。 分配组分：在多组分精馏中，在塔顶和塔釜都出现的组分为分配组分。共沸精馏：如果所加入的新组分和被分离系统中的一个或几个组分形成最低共沸物从塔顶蒸出，这种特殊精馏成为共沸精馏。加入的新组分叫共沸剂。萃取精馏：如果加入的新组分不与原 系统中的任一组分形成共沸物，而其 沸点又较原有的任一组分高，从釜液 离开精馏塔，这类特殊精馏被称为萃 取精馏。加入的新组分叫溶剂。 多组分混合物的吸收过程：不同组分 和不同塔段的吸收程度是不同的，难 溶组分即轻组分一般只在靠近塔顶 的几级被吸收，而在其余级上变化很 小；易溶组分即重组分主要在塔底附 近的若干级上被吸收，而关键组分才 在全塔范围内被吸收。 超临界流体萃取：是利用超临界流体 作为萃取剂从液体和固体中提取出 某种高沸点的成分，以达到分离或提 纯的新型分离技术。 超临界流体的性质：密度接近于液 体，有较好的溶解能力；黏度接近于 气体，黏度小，渗透性好；超临界流 体的扩散系数是液体的100倍，传质 推动力大。 超临界流体的选择性：（1）超临界流 体的临界温度越接近操作温度，溶解 能力越大；（2）临界温度相同，与被 萃物质的化学性质越相似，溶解能力 越大。 超临界流体的溶解能力：（1）压力升 高，溶解能力变大；（2）温度升高， 溶解能力下降；（3）压力影响比温度 影响大；（4）高压易于溶解，低压易 于解析，高温易于解析，低温易于溶 解。 MESH方程:M—物料衡算式；E—相 平衡关系式；S—摩尔分数加和式； H—热量衡算式 膜的概念：（1）如果在一个流体相内 或两个流体相之间有一薄层凝聚相 物质把流体相分成两部分，那么这一 薄层物质就是膜；(2)凝聚态物质可 以是气态、液态、固态；（3）膜本身 是均匀的一相；（4）膜可以是完全透 过性的，也可以是半透过性的。 反渗透:利用反渗透膜选择性的只透 过溶剂（通常是水）的物质，对溶液 施加压力，使溶剂从溶液中分离出来 的过程。 反渗透极化：当不同大小的分子混合 物流动通过膜面时，在压力差作用 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表面形成浓 度边界层，使边界层中的溶液浓度大 大高于主体流溶液浓度，形成由膜表 面到主体流溶液之间的浓度差，浓度 差的存在导致紧靠膜面溶质反向扩 散到主体流溶液中，这就是反渗透极 化。 电渗析：用膜把容器隔成两部分，在 槽的两端加上电源，定向的把溶液中 不离解的物质除去，这种以电能分离 低分子的电解质方法称为电渗析。 电渗析的极化：当操作过程中操作电 流过大（或隔离室内水流状况不佳）， 膜的表面就会出现缺离子的真空状 态，水就会离解成H+和OH-，以这 些离子的迁移来传递电流，这样电渗 析极化。 电渗析极化后的现象：（1）浓水室— 侧膜PH增大，淡水室—侧膜PH减 小；膜一边酸液，一边碱液，膜的寿 命减小；（2）膜上沉淀结垢，膜的交 换流量和透过性下降；（3）设备阻力 增大，电流效率下降，出水水质下降； （4）部分电流的消耗在与脱盐无关 的OH-的迁移上电流效率下降。 防止消除极化的方法：（1）加强原水 处理，除去悬浮物等固体物质，降低 水的硬性；（2）操作电流应小于极限 电流；（3）定期倒换电极；（4）定期 酸洗；（5）向原水中加入掩蔽剂，屏 蔽钙、镁离子。 分离过程的选择原则：（1）首先选平 衡分离过程，次选速率分离过程；（2） 平衡分离过程中，首先选能量分离剂 过程，次选质量分离剂过程；（3）系 统中含固相，应先把固相分离掉；（4） 分离因子大的系统，尽量用单级或级 数不多的设备；（5）按相对挥发度递 减的顺序，逐个从塔顶蒸出各个组 分；（6）最困难的组分放在最后；（7） 分离很高，回收率高的组分，塔放在 最后；（8）价格合理，安全环保。 精馏效率高于吸收效率的原因：精馏 过程一般在较高温度下进行，液体粘 度下降，汽液两相接触好，同时使液 相扩散散系数变大，导致传质速率升 高，故效率较高。反之，吸收过程在 较低温度下操作，效率较低。 分离剂：某种形式的能量或不同于原 料的某种物质。 分离过程的重要作用：a.分离装置的 经费占总投资的50%—90%；b.提高 生产过程的经济效益和产品质量；c. 对环保起重要作用。 分离过程可分为：机械分离和传质分 离。对象上：前者为两相以上的混合 物；后者为均相混合物。过程上：前 者是机械分离，后者是加入分离剂后 产生了不同相。传质分离又可分为： 平衡分离过程和速率分离过程。 平衡分离过程特征：该过程是借助分 离媒介（如热能、溶剂、吸附剂）使 均相混合物系统变成两相系统，再以 混合物中各组分在处于相平衡的两 相中不同等的分配为依据而实现分 离。 速率分离过程特征：该过程是在某种 推动力（浓度差、压力差、温度差、 电位差等）的作用下，有时在选择性 透过膜的配合下，利用各组分扩散速 率的差异实现组分的分离。 固定设计变量数：描述进料物流的那 些变量（如进料的组成和流量）以及 系统的压力； 可调设计变量：由设计者来决定的. 郭氏法的可调设计变量：串级单元数 目、分配器数目、侧线采出单元数目、 转热单元数目。 清晰分割：若馏出液中除了重关键组 分外没有其他重组分，而釜液中除了 轻关键组分外没有其他轻组分。 宽沸程物系：是指构成混合物的各组 分的挥发度相差悬殊，其中一些很易 挥发，而另一些则很难挥发。热衡算 主要的取决于温度。 窄沸程物系：各组分的沸点相近。热 量衡算主要取决于气相分率，而不是 温度。 多组分精馏与二组分精馏在含量分 布上的区别：（1）在多组分精馏中， 关键组分的含量分布有极大值；（2） 非关键组分通常是非分配的，即重组 分通常仅出现在釜液中，轻组分仅出 现在馏出液中；（3）重、轻非关键组 分分别在进料板下、上形成几乎恒浓 的区域；（4）全部组分均存在于进料 板上，但进料板含量不等于进料含 量。 非分配组分：在多组分精馏中，只在 塔顶或塔釜出现的组分。 分配组分：在多组分精馏中，在塔顶 和塔釜都出现的组分为分配组分。 共沸精馏：如果所加入的新组分和被 分离系统中的一个或几个组分形成 最低共沸物从塔顶蒸出，这种特殊精 馏成为共沸精馏。加入的新组分叫共 沸剂。 萃取精馏：如果加入的新组分不与原 系统中的任一组分形成共沸物，而其 沸点又较原有的任一组分高，从釜液 离开精馏塔，这类特殊精馏被称为萃 取精馏。加入的新组分叫溶剂。 多组分混合物的吸收过程：不同组分 和不同塔段的吸收程度是不同的，难 溶组分即轻组分一般只在靠近塔顶 的几级被吸收，而在其余级上变化很 小；易溶组分即重组分主要在塔底附 近的若干级上被吸收，而关键组分才 在全塔范围内被吸收。 超临界流体萃取：是利用超临界流体 作为萃取剂从液体和固体中提取出 某种高沸点的成分，以达到分离或提 纯的新型分离技术。 超临界流体的性质：密度接近于液 体，有较好的溶解能力；黏度接近于 气体，黏度小，渗透性好；超临界流 体的扩散系数是液体的100倍，传质 推动力大。 超临界流体的选择性：（1）超临界流 体的临界温度越接近操作温度，溶解 能力越大；（2）临界温度相同，与被 萃物质的化学性质越相似，溶解能力 越大。 超临界流体的溶解能力：（1）压力升 高，溶解能力变大；（2）温度升高， 溶解能力下降；（3）压力影响比温度 影响大；（4）高压易于溶解，低压易 于解析，高温易于解析，低温易于溶 解。 MESH方程:M—物料衡算式；E—相 平衡关系式；S—摩尔分数加和式； H—热量衡算式 膜的概念：（1）如果在一个流体相内 或两个流体相之间有一薄层凝聚相 物质把流体相分成两部分，那么这一 薄层物质就是膜；(2)凝聚态物质可 以是气态、液态、固态；（3）膜本身 是均匀的一相；（4）膜可以是完全透 过性的，也可以是半透过性的。 反渗透:利用反渗透膜选择性的只透 过溶剂（通常是水）的物质，对溶液 施加压力，使溶剂从溶液中分离出来 的过程。 反渗透极化：当不同大小的分子混合 物流动通过膜面时，在压力差作用 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表面形成浓 度边界层，使边界层中的溶液浓度大 大高于主体流溶液浓度，形成由膜表 面到主体流溶液之间的浓度差，浓度 差的存在导致紧靠膜面溶质反向扩 散到主体流溶液中，这就是反渗透极 化。 电渗析：用膜把容器隔成两部分，在 槽的两端加上电源，定向的把溶液中 不离解的物质除去，这种以电能分离 低分子的电解质方法称为电渗析。 电渗析的极化：当操作过程中操作电 流过大（或隔离室内水流状况不佳）， 膜的表面就会出现缺离子的真空状 态，水就会离解成H+和OH-，以这 些离子的迁移来传递电流，这样电渗 析极化。 电渗析极化后的现象：（1）浓水室— 侧膜PH增大，淡水室—侧膜PH减 小；膜一边酸液，一边碱液，膜的寿 命减小；（2）膜上沉淀结垢，膜的交 换流量和透过性下降；（3）设备阻力 增大，电流效率下降，出水水质下降； （4）部分电流的消耗在与脱盐无关 的OH-的迁移上电流效率下降。 防止消除极化的方法：（1）加强原水 处理，除去悬浮物等固体物质，降低 水的硬性；（2）操作电流应小于极限 电流；（3）定期倒换电极；（4）定期 酸洗；（5）向原水中加入掩蔽剂，屏 蔽钙、镁离子。 分离过程的选择原则：（1）首先选平 衡分离过程，次选速率分离过程；（2） 平衡分离过程中，首先选能量分离剂 过程，次选质量分离剂过程；（3）系 统中含固相，应先把固相分离掉；（4） 分离因子大的系统，尽量用单级或级 数不多的设备；（5）按相对挥发度递 减的顺序，逐个从塔顶蒸出各个组 分；（6）最困难的组分放在最后；（7） 分离很高，回收率高的组分，塔放在 最后；（8）价格合理，安全环保。 精馏效率高于吸收效率的原因：精馏 过程一般在较高温度下进行，液体粘 度下降，汽液两相接触好，同时使液 相扩散散系数变大，导致传质速率升 高，故效率较高。反之，吸收过程在 较低温度下操作，效率较低。
分离课后习题及答案
第一章绪论 1.分离技术的三种分类方法各有什么特点？ 答：（1）按被分离物质的性质分类分为物理分离法、化学分离法、物理化学分离法。 （2）按分离过程的本质分类分为平衡分离过程、速度差分离过程、反应分离过程。 （3）场流分类法 2.分离富集的目的？ 答：①定量分析的试样通常是复杂物质，试样中其他组分的存在常常影响某些组分的定量测定，干扰严重时甚至使分析工作无法进行。这时必须根据试样的具体情况，采用适当的分离方法，把干扰组分分离除去，然后才能进行定量测定。②如果要进行试样的全分析，往往需要把各种组分适当的分离，而后分别加以鉴定或测定。③而对于试样中的某些痕量组分，进行分离的同时往往也就进行了必要的浓缩和富集，于是就便于测定。因此物质的化学分离和测定具有同样重要意义。 3.什么是直接分离和间接分离？ 答：直接分离是将待测组分从复杂的干扰组分分离出来；间接分离是将干扰组分转入新相，而将待测组分留在原水相中。 4.阐述浓缩、富集和纯化三个概念的差异与联系？ 答：富集：通过分离，使目标组分在某空间区域的浓度增大。浓缩：将溶剂部分分离，使溶质浓度提高的过程。纯化：通过分离使某种物质的纯度提高的过程。
根据目标组分在原始溶液中的相对含量（摩尔分数）的不同进行区分： （方法 被分离组分的摩尔分数）富集 <0.1；浓缩 0.1－0.9；纯化 >0.9。 5.回收因子、分离因子和富集倍数有什么区别和联系？ 答：（1）被分离物质在分离过程中损失量的多少，某 组分的回收程度，用回收率来表示。 待测组分A 的回收率，用RA 表示，QA °---为富集前 待测物的量；QA---富集后待测物的量。%100?=οA A A Q Q R （2）分离因子：两组分的分离程度。用SA ，B 表示。B A B A B A B ,//R R Q Q Q Q S A =??= A —待测组分； B —干扰组分。如果待测组分A 符合定 量要求，即可认为QA ≈ Q oA ，SA,B ≈ Q oB/QB = 1/RB ，常量组分测定：SA,B ≈103；分离因子越大，分离效果越好。 （3）富集倍数：目标组分和基体组分的回收率之比， 用F 表示，οοM M T T M T Q Q Q Q R R F //== RT 为组分的回收率；RM 为基体的回收率； QT ° 为富集前待测物的量； QT 为富集后待测物的量；QM °为富集前基体的量；QM 为富集后基体的量。 第二章 分离过程中的热力学 2.气体分子吸附在固体吸附剂表面时，某吸附等温线可 以由朗格缪尔吸附方程得到。试分析吸附物质的吸附平衡
1、分离过程是（混合过程）的逆过程，因此需加入（分离剂）来达到分离目的。 2、分离过程分为（机械分离）和（传质分离）两大类两种同时应用。 3、分离剂可以是（能量）或（物质），有时也可 4、若分离过程使组分i 及j 之间并没有被分离，则（ asij = 1 ）。 5、平衡分离的分离基础是利用两相平衡（组成不等）的原理，常采用（平衡级）作为处理手段，并把其它影响归纳于（级效率）中。 6、传质分离过程分为（平衡分离）和（速率分离）两类。 7、速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种（推动力）作用下经过某种介质时的（传质速率）差异而实现分离。 8、工业上常用（分离因子）表示特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为（固有分离因子）。 9、速率分离的机理是利用传质速率差异，其传质速率的形式为（透过率）、（迁移率）和（扩散速率）。 分离过程：将一股或多股原料分成组成不同的两种或多种产品的过程。 分离因子：表示任一分离过程所达到的分离程度 分离剂：分离过程中加入的分离介质。 固有分离因子：根据汽液相平衡组成时的x 、y 值计算得到的分离因子。 机械分离过程：原料本身两相以上，所组成的混合物，简单地将其各相加以分离的过程。 传质分离过程：传质分离过程用于均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生。按所依据的物理化学原理不同，工业上常用的分离过程又分为平衡分离过程和速率分离过程两类。 平衡分离：利用两相平衡组成不等的原理进行分离的过程。 速率分离：利用溶液中不同组分在某种推动力（如压差、浓度差、电位差）作用下经过某种介质（如半透膜）时的传质速率（透过率、迁移率、扩散速率）差异而实现分离。 膜分离：利用流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的单元操作。 分离工程：研究分离过程中分离设备的共性规律，分离与提纯的科学 1、何为分离过程？分离过程的特征？ 1、答：分离过程是将一混合物转变为组成互不相同的两种或几种产品的哪些操作。 分离过程的特征：分离某种混合物成为不同产品的过程，是个熵减小的过程，不能自发进行，因此需要外界对系统作功（或输入能量和加入物质）方能进行。 2、什么是分离因子，它与固有分离因子有何不同？ 2、答：表示任一分离过程所达到的分离程度，因为分离装置的目的在于生产不同组成的产品，故以产品组成之间的关系来定义分离因子。 3、分离过程按有无物质传递现象发生分成几类？ 2211j i j i s ij x x x x =α根据实际产品组成 而固有分离因子（理想分离因子） j i j i ij x x y y =α 根据汽液相平衡组成
一： 分离技术：利用物理，化学或物理化学等基本原理或方法将某种混合物分成两个或多个组成彼此不同的产物的一种手段 机械分离：利用机械力简单地将两相混合物互相分离的过程（过滤沉降电除尘） 传质分离分为平衡分离（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）和速率控制分离（依据被分离组分在均相中的传递速率差异）（反渗透渗析热扩散） 反应分离：利用化学反应手段进行混合物的分离 二： 预处理的目的：1.改变料液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离效率；2.相对纯化，去除料液中部分杂质，以便利于后续各步操作；3.尽可能使产物转入便于后处理的一相中 预处理方法：加热调ph值凝聚和絮凝吸附反应消除 凝聚：在特定电解质作用下，由于双电层排斥电位的降低，使胶体粒子脱离稳定状态并使胶体粒子互相聚集的过程 凝聚价：用来表示电解质的凝聚能力；使胶体粒子发生凝聚作用的最小电解质浓度 絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间产生架桥作用，而使胶粒形成粗大絮凝团的过程（是一种以物理的集合的过程） 絮凝机理：架桥作用 固液分离常用方法：沉降离心过滤 渗透压：渗透平衡时膜两侧存在一定的化学位差或压差，维持此平衡所需的压力差 非极性分子之间：色散力；极性与非极性：色散力诱导力；极性分子之间：色散力诱导力取向力 分离因子是表征任一分离过程中混合物内各组分所能达到的分离程度 对于一个有效分离过程，分离因子应远大于1 浓差极化现象的降低：改变流道结构；改善膜表面料液的流动状态（搅拌湍流促进器脉冲进料） 四 气体分离：利用混合气体中不同气体组分在膜内溶解扩散性质不同，而导致其渗透速率的不同来实现分离 渗透汽化与蒸汽渗透： 相同点：推动力均是组分在膜两侧的压力差分离相同体系使用同种膜渗透侧的情况相同，渗透物均为气体且移去透过物的方法相同渗透物通过膜的规律基本相同 不同点：蒸汽渗透为气相进料，相变过程发生在进装置前或在膜上游蒸发汽化，在过程中以蒸汽相渗透通过膜；渗透气化过程的进料为液相，优先吸附组分在膜内溶解-扩散，并在膜内的下垂直与组分扩散渗透方向的某一界面或膜下游侧表面汽化。 五 透析是溶质依靠其在膜两侧液体中的浓度差与膜的孔径大小，从膜的进料侧通过透析膜流向透析液侧的过程。 血液透析三过程：血液透析；血液滤过；血液洗滤。 电渗析是指在直流电场作用下，溶液中的荷电离子选择性地定向迁移透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术。 反离子迁移：即为与膜上固定离子基团电荷相反的离子的迁移。 同名离子迁移：即为与膜上固定离子（基团）电荷相同的离子的迁移，这种迁移是由于在阳离子交换膜中进入的少量阴离子，阴离子交换膜中进入的少量阳离子引起的
简述平衡分离和传质分离的异同 一、引言 平衡分离和传质分离是化学工程中常用的两种分离技术，它们在分离原理、应用范围、操作方式等方面存在差异。本文将从这些方面对平衡分离和传质分离进行详细的比较和总结。 二、平衡分离与传质分离的定义 1. 平衡分离 平衡分离是指通过调节物质在不同相之间的平衡浓度来实现物质的分离。常见的平衡分离包括萃取、蒸馏、结晶等。 2. 传质分离 传质分离是指利用物质在不同相之间的传递过程，通过物理或化学手段将混合物中不同组成部分进行有效地隔离。常见的传质分离包括吸附、膜过滤、电渗析等。 三、平衡分离与传质分离的原理
1. 平衡分离原理 平衡是指当两个或多个相接触时，它们之间会形成一种状态，使得各相中溶解物浓度达到一个稳定值。平衡浓度受到温度和压力等因素的影响。平衡分离就是通过调节不同相之间的平衡浓度来实现物质的分离。 2. 传质分离原理 传质是指混合物中不同组成部分在不同相之间通过扩散、对流、电渗等方式传递的过程。传质分离就是利用这种传递过程，通过物理或化学手段将混合物中不同组成部分进行有效地隔离。 四、平衡分离与传质分离的应用范围 1. 平衡分离应用范围 萃取、蒸馏、结晶等平衡分离技术广泛应用于制药、精细化工、石油化工等领域。例如，在制药领域，常用乙酸乙酯作为溶剂进行萃取，以提取目标物质。 2. 传质分离应用范围
吸附、膜过滤、电渗析等传质分离技术广泛应用于环保、食品加工、制药等领域。例如，在环保领域，常用活性炭吸附处理废水中的有机污染物。 五、平衡分离与传质分离的操作方式 1. 平衡分离操作方式 平衡分离通常需要进行多次萃取、蒸馏、结晶等过程，以达到预期的分离效果。操作过程中需要控制温度、压力、溶剂选择等因素。 2. 传质分离操作方式 传质分离通常需要借助特殊设备进行，例如吸附柱、膜过滤器等。操作过程中需要控制流速、温度等因素。 六、平衡分离与传质分离的优缺点比较 1. 平衡分离优点 平衡分离技术成熟，应用广泛；可对混合物中不同组成部分进行有效隔离；适用于多种物质。
化工分离技术很重要，一文带你透彻了解！ 化工分离技术是化学工程的一个重要分支，无论是石油炼制、塑料化纤、湿法冶金、同位素分离，还是生物制品的精制、纳米材料的制备、烟道气的脱硫和化肥农药的生产等等都离不开化工分离技术。化工生产中的原料和产物绝大多数都是混合物，需要利用体系中各组分物性的差别或借助于分离剂使混合物得到分离提纯。它往往是获得合格产品、充分利用资源和控制环境污染的关键步骤。 伴随着化工行业的快速发展，分离技术也获得了高速的发展。一方面，对传统分离技术的研究和应用不断进步，分离效率提高，处理能力加大，工程放大问题逐步得到解决，新型分离装置不断出现；另一方面，为了适应技术进步提出了新的分离要求，膜分离技术、超临界萃取技术、吸附技术等现有分离技术的开发、研究和应用已成为分离工程研究的前沿课题。 化工分离过程的重要性 化工分离过程是把混合物分开组成各不相同的两种（或几种）产品的操作。一个标准的化工生产设备装置，主要是由一个反应器与具
有提纯原料、中间产物与产品的多个分离设备构成；首先分离过程为化学反应供给符合品质的原料，去除有害物且使收率提高；再者对反应物在分离提纯时获得合格品，并使未反应的得到循环利用价值；另外，分离过程在资源的充分利用与保护环境方面发挥不可多得的作用，所以分离过程在化学工业生产中所占的地位非常明显。 分离过程的分类和特征 化工生产中常用的分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。机械分离过程的分离对象是由两相以上所组成的混合物。其目的只是简单地将各相加以分离，只要用简单的机械方法就可将两相分离，而两相间并无物质传递现象发生；例如，过滤、沉降、离心分离、旋风分离和静电除尘等。 而传质分离过程用于各种均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生，按所依据的物理化学原理不同，在工业上常用的传质分离过程又分为平衡分离过程和速率分离过程，也即是以能量与物质分离的过程。 >>>> 平衡分离过程 该过程是借助分离媒介使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于相平衡的两相中不同等的分配为依据而实现分离。例如：蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、结晶、离子交换等。 例如在传统萃取的过程中，其能量无规则地传递给萃取剂，接着萃取剂扩散到基体物质，最后由基体溶解或夹带多种成分扩散出来。微波萃取就是一种采取使微波能萃取效率得到提高的新型技术，因存
说明分离过程与分离工程的区别? 答:分离过程:是生产过程中将混合物转变组成不同的两种或多种相对纯净的物质的操作;分离工程:是研究化工及其它相关过程中物质的分离和纯化方法的一门技术科学,研究分离过程中分离设备的共性规律，是化学工程学科的重要组成部分。 实际分离因子与固有分离因子的主要不同点是什么? 答:前者是根据实际产品组成而计算，后者是根据平衡组成而计算。两者之间的差别用级效率来表示。错误:固有分离因子与分离操作过程无关 怎样用分离因子判断分离过程进行的难易程度? 答:分离因子的大小与1相差越远，越容易分离;反之越难分离。 按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为哪两类? 答:平衡分离过程:采用平衡级(理论板)作为处理手段，利用两相平衡组成不相等的原理，即达到相平衡时,原料中各组分在两个相中的不同分配，并将其它影响参数均归纳于级效率之中，如蒸发、结晶、精馏和萃取过程等。大多数扩散分离过程是不互溶的两相趋于平衡的过程。速率分离过程:通过某种介质，在压力、温度、组成、电势或其它梯度所造成的强制力的推动下，依靠传递速率的差别来操作，而把其它影响参数都归纳于阻力之中。如超滤、反渗透和电渗析等。通常,速率控制过程所得到的产品，如果令其互相混合，就会完全互溶。 分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，举例说明分离剂的类型。 答:分离过程的原料可以是一股或几股物料，至少必须有两股不同组成的产品，这是由分离过程的基本性质决定的。分离作用是由于加入(媒介)而引起的，分离剂可以是能量(ESA)或物质(MSA),分离剂有时也可两种同时应用。例如，要把糖水分为纯净的糖和水需要供给热量，使水分蒸发，水蒸气冷凝为纯水,糖在变浓的溶液中结晶成纯糖。或供给?令量，使纯水凝固出来，然后在较高剃温度下使其隔出化;这里所加入的分离剂为ESA。也可将糖水加压，通过特殊的固体膜将水与糖分离。这里所加入的分NEW口e录制小视频离剂为MSA。此外，ESA还可以是输入或输出的功，以驱动泵、压缩机;在吸收、萃取、吸附、离子交换、液膜固膜分离中，均须加入相应的MSA。