青岛科技大学教师授课教案
课程名称分离工程
课程性质必修
授课教师叶庆国
教师职称教授
授课对象化工工艺04级6~8班、05级AB班
授课时数40学时
教学日期2007年3月~6月
所用教材分离过程
授课方式课堂教学
分离工程
Separation Engineering
学时数：40小时
1、课程依据
课程依据本大纲依据化学工业出版社刘家淇编写的“化工分离过程”（2002），化学工业出版社Seader J D编写的“Seperation Process Principles”(2002)，史季芬编，“多级分离过程—蒸馏、吸收、萃取、吸附”（1991）等编写。适用于化学工程与工艺及相近化工类专业本（专）科学生。
2、课程的性质、地位和任务
本课程是化学工程与工艺及相近化工类专业教学中一门专业基础课程，是建立在物理化学、化工原理、化工热力学、传递课程原理等技术基础课程知识之上的一门必修课程。化工分离过程是实现化工生产过程的必不可少的重要步骤。它在化工生产中的地位和作用，决定了本课程在化学工程及相近化工类专业人才培养中的地位和作用。因此，化工分离过程的知识和理论在化学工程及相近化工类专业人才的知识构成中占有相当重要的分量。
本课程的主要任务是运用化工单元操作的基本知识、溶液相平衡理论、动量、热量和质量传递的原理来研究化工生产实际中复杂的物系的分离和提纯技术、分析和解决在化工生产、设计和科研中常用的分离过程的理论和实际问题；讨论分离设备的处理能力和效率，分离过程的节能技术和分离流量的选择；简要介绍膜分离、吸附、反应精馏等其它分离技术主分离过程的选择。
通过学习和应用化工分离过程的基本理论、概念和知识，掌握各种常用分离过程的基本理论，操作特点，简捷和严格的计算方法和强化、改进操作的途径，对一些新分离技术有一定的了解；通过对典型实例的分析和讨论，培养选择适宜的分离方法，进行分离过程特性分析，解决在操作和设计方面的实际问题的能力；从分离过程的共性出发，通过讨论各种分离方法的特征，培养和建立工程与工艺相结合的观点和经济学的观点，以及考虑和处理工程实际问题的能力；培养学生科学的思想方法，注重实际的求实态度。
3对学生的培养目标
教学中强调理论联系实际、工程与工艺结合，以培养学生分析和解决实际问题的能力。通过本课程教学，要求学生牢固掌握分离过程的基本原理及应用方法，熟练进行简化计算，了解多种数值计算方法，学会实际分离过程的分析与综合，了解分离及相关工程研究的进展，学会针对工业实际正确选择分离过程及设备。
1）通过学习和应用化工分离过程的基本理论、概念和知识，掌握各种常用分离过程的基本理论，操作特点，简捷和严格的计算方法和强化、改进操作的途径，对一些新
分离技术有一定的了解；
2）通过对典型实例的分析和讨论，培养选择适宜的分离方法，进行分离过程特性分析，解决在操作和设计方面的实际问题的能力；
3）从分离过程的共性出发，通过讨论各种分离方法的特征，培养和建立工程与工艺相结合的观点和经济学的观点，以及考虑和处理工程实际问题的能力；
4）培养学生科学的思想方法，注重实际的求实态度。
4 课程内容的重点，难点，深度和广度
重点：
1）分离操作在化工生产中重要性及分离过程的分类；
2）多组分物系泡点和露点温度的计算及等温闪蒸和部分冷凝过程的计算；
3）分离系统变量分析、设计变量的确定方法；
4）多组分多级分离过程分析及简捷计算法；
5）多组分多级分离过程的严格计算（泡点法）；
6）影响汽液传质设备处理能力和级效率的因素，强化分离操作的途径；
7）提高精馏热力学效率的途径；
8）分离顺序和分离过程选择。
难点：
1）非理想体系相平衡常数计算；
2）精馏过程泡点计算法
3）分离系统的变量分析及其应用；
4）多组分多级分离过程的严格计算法；
5）汽液传质设备级效率影响因素分析。
深度：
1）多组分精馏过程分析；
2）包括化学反应的吸收过程；
3）多组分多级平衡级理论模型；
4）汽液传质设备级效率影响因素分析。
5）精馏过程热力学不可逆性分析及提高热力学效率的途径。
广度：
1）以学习平衡分离过程为主，同时了解速率分离过程；
2）以学习常见的分离过程为主，同时了解最新发展的分离技术；
3）以学习常见分离过程的基本理论、过程特点，数学模型及其求解方法为主，同时了解必要的工程（设备）和经济学的知识；
4）既学习分离过程的简捷法计算，又学习其严格计算方法；
5）涉及分离顺序和分离过程的选择。
5 课程各教学环节要求
本课程以课堂讲授为主，除此之外以习题、作业的形式进行知识的强化和巩固。习题的类型以计算题为主，兼有问答题、证明题、思考题等形式。要求学生通过思考，独立完成作业。
本课程为必修课，考试形式为闭卷。
6本课程与其它课程的联系
本课程的预修课有：物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理。有关的主要内容分别是：
物理化学：汽液相平衡，热力学第一定律
化工热力学：非理想汽液相平衡、热力学第二定律
化工原理：二元精馏、吸收过程与设备
传递过程原理：流体力学、传质原理
同时本课程又是《化工工艺设计与化工过程开发》的基础，它与《化工反应工程》紧密相连，只有这些课学好了才能学好这门课，做好毕业设计。
7 必要说明
1）本课程在学生课前预习、自学的基础上，进行重点内容的课堂讲授；
2）本课程的重点是第二、三和四章；
3）本课程的计算题原则上要求采用计算机编程求解。
8 教学用书及参考书
[1]陈洪钫、刘家淇编，化工分离过程，化学工业出版社，1995年。
[2]史季芬编，多级分离过程—蒸馏、吸收、萃取、吸附，化学工业出版社，1991年。
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[12] 刘芙蓉，分离过程及系统模拟，北京：科学出版社，2001
[13]刘家淇编，化工分离过程，化学工业出版社，2002年。
第一章绪论
Chapter1 Introduction
学时数2学时
教学目的与要求：
了解分离工程在化工生产中的重要性，分离过程的分类以及常用的化工分离操作过程。理解工业上常用的分离单元操作的基本原理，了解一些典型应用实例。
1）了解本课程的任务和内容，与其它课程的相互关系。
2）了解分离操作在化工生产中的重要性。掌握分离因子的定义。
3）了解传质分离过程的分类和特征。
授课主要内容：
1.1分离操作在化工生产中的地位
1.2分离过程的特征与分类
1.3 分离过程的研究内容与研究方法
重点、难点及对学生的要求：
重点讲解分离过程的特征，区分分离因子和固有分离因子，讲解用其判断一个分离过程分离的难易程度。讲解平衡分离的的原理和处理的手段。
重点：掌握分离过程的特征，分离因子和固有分离因子的区别，平衡分离和速率分离的原理。
难点：用分离因子判断一个分离过程进行的难易程度，分离因子与板效率之间的关系。
复习思考题
1、说明分离过程与分离工程的区别？
2、实际分离因子与固有分离因子的主要不同点是什么？
3、怎样用分离因子判断分离过程进行的难易程度？
4、什么是分离因子，它与固有分离因子有何不同？
5、按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为那两类？
6、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.
参考文献
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[5] 袁晴棠，分离工程的技术进步，石油化工，1994年01期
第二章单级平衡分离
Chapter2 Single stage balance separation
学时数6学时
教学目的与要求：
在“化工热力学”课程有关相平衡理论的基础上，较为全面的了解化工过程中经常遇到的多组分物系的气液平衡，即各种单级平衡过程的计算问题。
1）了解相平衡常数的计算：状态方程法，活度系数法，活度系数法计算汽液平衡常数的简化形式。
2）熟练掌握多组分物系的泡点和露点计算
3）掌握混合物相态的判别和等温闪蒸过程的计算
4）了解绝热闪蒸过程的序贯迭代法，正割收敛法
授课主要内容：
2.1汽液相平衡及其计算
2.1.1汽液相平衡关系
2.1.2汽液平衡的分类与计算
2.2 多组分物系的泡点和露点计算
2.2.1泡点计算
2.2.2露点计算
2.3闪蒸过程的计算
2.3.1等温闪蒸
2.3.2绝热闪蒸
重点、难点及对学生的要求
熟练掌握多组分非理想体系平衡常数计算方法；重点讲解汽液相平衡关系常用的两种形式；会用相平衡常数和相对挥发度表示相平衡关系；至少会一种求算活度系数和逸度系数；泡点和露点计算要教会学生会查阅P-T-K列线图，求算烃类物质的K值，讲解例题2-3；2-4说明泡、露点的计算方法；了解平衡常数与组成有关的泡、露点计算。以例2-8介绍等温闪蒸和部分冷凝过程的计算，了解绝热闪蒸过程的计算。
重点：多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子。多组分物系的泡点方程、露点方程；计算方法。等温闪蒸过程和部分冷凝过程。闪蒸方程；闪蒸过程的计算。
难点：多组分非理想体系平衡常数计算。多组分物系的泡点温度和泡点压力、露点温度和露点压力的计算。等温闪蒸过程和部分冷凝过程的计算。
复习思考题
1、什么叫露点，精馏塔顶温度如何处理？
2、相平衡关系可用几种方法来表达。
3、就活度系数法计算气液平衡常数的通式，分以下几种情况进行讨论：
1）气相为理想气体，液相为理想溶液；
2）气相为理想气体，液相为非理想溶液；
3）气相为理想溶液，液相为理想溶液；
4）气相为理想溶液，液相为非理想溶液。
4、怎样判断混合物在T，P下的相态，若为两相区其组成怎样计算？
5、用逐次逼近法进行等焓闪蒸计算时，什么情况下汽化率作为内循环，温度T作为外循环，为什么？
6、简述绝热闪蒸计算的计算方法和特点。
参考文献
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第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算
Chapter3 Multistage separation process of multi-component analysis and shortcut calculation
学时数14学时
教学目的与要求：
通过学习和应用化工分离过程的基本理论、概念和知识，掌握多组分或复杂物系设计变量的确定方法，各种常用分离过程如多组分精馏、共沸和萃取精馏、吸收和蒸出等过程的基本理论，操作特点，流程及其简捷计算方法，以及塔内的流率、浓度和温度分布特点。
1）会确定系统的独立变量数、约束关系数和设计变量数
2）了解多组分精馏过程与二组分精馏的比较分析。掌握关键组分等概念。
3）掌握清晰分割和不清晰分割物料衡算的计算方法。简捷法求算精馏过程理论板数的步骤。
4）掌握萃取精馏原理和萃取剂选择性的定义和影响因素以及萃取剂的选择。
5）了解萃取精馏流程和萃取精馏过程的计算
6）了解共沸物的特性和共沸组成的计算，三元物系组成的表示方法，掌握共沸精馏过程共沸剂的确定。
7）掌握简捷计算法计算萃取精馏和共沸精馏过程的理论板数。
8）了解吸收过程的特点及分类，掌握多组分吸收简捷计算法，吸收因子法
授课主要内容：
3.1分离系统的变量分析
3.1.1设计变量
3.1.2单元的设计变量
3.1.3装置的设计变量
3.2多组分精馏过程
3.2.1多组分精馏过程分析
3.2.2多级分离过程的简捷法（群法）计算
3.3特殊精馏
3.3.1萃取精馏
3.3.1.1萃取精馏过程
3.3.1.2萃取精馏的原理
3.3.1.3萃取剂的选择
3.3.1.4萃取精馏过程分析
3.3.1.5萃取精馏过程理论板数的简捷计算
3.3.2恒沸精馏
3.3.2.1恒沸物
3.3.2.2恒沸剂的选择
3.3.2.3 恒沸精馏流程
3.3.2.4恒沸精馏的计算
3.4 多组分吸收和蒸出过程
3.4.1吸收过程分析
3.4.2吸收和蒸出流程
3.4.3多组分吸收和蒸出的简捷计算法
3.4.3.1吸收过程工艺计算的基本概念
3.4.3.2吸收因子（吸收因素）
3.4.3.3吸收因子法的基本方程
3.4.3.4平均吸收因子法（Kremser-Brown克雷姆塞尔-布朗）
3.4.3.5平均有效吸收因子法
重点、难点及对学生的要求
掌握多组分或复杂物系设计变量的确定方法，多组分精馏、共沸和萃取精馏、吸收和蒸出等过程的基本原理、流程及其简捷计算方法，以及塔内的流率、浓度和温度分布特点，熟练掌握多组分多级分离工程的简捷计算方法。
通过例3-2说明关键组分等概念和总结清晰分割的两种计算方法；会推导芬思克公式，了解不清晰分割物料衡算的计算思路。熟悉简捷法求算精馏过程理论板数的步骤。从萃取剂作用说明其如何改变关键组分间的相对挥发度，推导萃取剂的选择性的
计算公式，总结其在萃取剂选择中所其的作用；了解图解法求算萃取精馏过程理论板数的过程。从共沸剂作用说明其如何改变关键组分间的相对挥发度，会用三角相图计算共沸剂的用量。与精馏过程比较说明精馏为双向传质过程而吸收为单向传质过程，推导平均吸收因子法的公式，通过例3-8说明多组分吸收简捷计算的方法，蒸出因子的公式与吸收过程一起学习。
重点：常用化工生产操作单元、装置和过程的设计变量的确定。多组分精馏过程分析和简捷计算方法。特殊精馏过程、流程，及其简捷计算方法。多组分吸收和蒸出过程分析、简捷计算方法。
难点：常用化工过程设计变量的确定。普通多组分精馏过程的物料衡算；清晰分割；非关键组分的分配。复杂精馏过程的简捷计算。共沸精馏流程。多组分吸收、蒸出过程计算的平均吸收因子法和有效因子法。
复习思考题
1、什么叫清晰分割法，什么叫不清晰分割法？
2、什么是关键组分？非关键组分？分配组分与非分配组分？非关键组分是否就一定是非分配组分？
3、非清晰分割的基本思想是什么？怎样做物料的预分布？
4、怎样用简捷法计算精馏过程的理论板板数。
5、萃取精馏的实质是什么？如何提高其选择性。
6、萃取精馏的原理是什么？画出液相进料的萃取精馏流程。
7、当5.0,012>'>'X A 时，画出其萃取工艺流程。
8、甲醇（1），沸点337.7k ，丙酮（2）沸点329.4k ，溶液具有最低恒沸点，2.0,7.3281==x k L 恒的非理想溶液，如用萃取精馏分离时，萃取剂应从酮类选还是从
醇类选？请说明原因。
9、什么叫恒沸精馏，画出一个二元非均相恒沸精馏流程。
10、怎样用三角相图来求解恒沸剂的用量。
11、恒沸精馏的基本原理，说明沸点相近和相对挥发度相近是否为同一概念。
12、当原溶液为二组分时，恒沸精馏和萃取精馏都可以用图解法求算，试问两者原理是否相同，为什么？
13、请指出共沸精馏与萃取精馏的主要异同。
14、简述精馏和吸收过程的主要不同点。
15、怎样用简捷法计算吸收过程的理论板板数。
16、当吸收效果不好时，能否用增加塔板数来提高吸收效率，为什么？
17、精馏有两个关键组分，而吸收只有一个关键组分，为什么？
18、组分的吸收因子是怎样定义的，推导i组分的吸收相平衡方程。
19、叙述用简捷法作吸收过程物料预分布及理论板数的步骤。
20、吸收因子如何定义？其值大小对设计塔高有何影响？
21、请解释对于一般多组分吸收塔，为什么不易挥发的组分主要在塔釜几块板上吸收，而易挥发的组分主要在塔顶的几块板上吸收？
22、试确定分配器、全凝器、分凝器的设计变量
参考文献
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第四章多组分多级分离的严格计算
Chapter4 Multistage separation process of multi-component rigorous calculation
学时数6学时
教学目的与要求：
通过学习复杂塔的类型，了解数学模型法求解多组分多级分离过程建立物理模型和建立平衡级理论模型的基本方法。熟悉三对角线矩阵方程的托玛斯解法；了解精馏过程的逐板计算法和松驰法。
1）了解平衡级的基本假定，掌握多级平衡分离过程的物理模型和数学模型。
2）掌握逐板计算法原理、计算起点和步骤。
3）掌握三对角线矩阵法（泡点法）的计算原理和解法，该法的优缺点和改进方法。4）了解流率加和法（SR法）和松驰法的计算原理。
授课主要内容：
4.1多级分离过程的模型
4.1.1模型塔
4.1.2数学模型
4.1.3计算方法
4.2逐板计算法
4.2.1计算内容与计算起点
4.2.2计算方法
4.2.3进料板的确定和计算结束的判断
4.2.4变摩尔流的逐板法
4.3三对角矩阵法
4.3.1计算原理
4.3.2ME方程
4.3.3初值的确定
4.3.4求解方法
4.3.5计算步骤
4.3.6计算框图（泡点法）
4.3.7讨论
4.4松弛法
4.4.1松弛法的基本方程
4.4.2计算步骤
重点、难点及对学生的要求
从复杂塔的物理模型推导理论板的物理模型,由此推导MESH方程即数学模型，逐板计算法重点讲解恒摩尔流的MES方程,以及计算步骤，了解进料板的确定方法。从三对角矩阵法的计算原理出发,推导ME方程,说明该法迭代变量的选择和组织的方法，说明该法的缺点和用CMB矩阵改进的方法，了解松弛法的计算原理和基本方程。
重点：逐级计算方法；托玛斯法解三对角矩阵方程；精馏问题的求解。
难点：多级分离过程的MESH数学模型，三对角矩阵方程托玛斯解法计算精馏过程的泡点温度。
复习思考题
1、在严格的精馏计算中，应采用何种方法进行物料预分布，其物料衡算的原理是什么？
2、简述从下往上对精馏塔进行逐板计算的步骤。
3、逐板计算法的计算起点如何选择，怎样确定适宜的加料位置，叙述从塔釜向上逐板计算的步骤。
4、逐板计算法应采用什么方法作物料预分布，叙述其原理并说明从塔顶向上逐级计算的步骤。
5、简述逐板的计算进料位置的确定原则。简述逐计算塔顶的判断原则。简述逐计算的计算起点的选择原则。
6、试指出逐级计算法计算起点的确定原则（按清晰分割处理，分只有轻非关键组分的物系、只有重非关键组分的物系两种情况论述）。
7、写出三对角矩阵法的方程及计算原理简单说明该法在应用上的局限性。44
8、三对角矩阵法（泡点法）的计算原理和计算框图，并简单说明该法在应用上的局限性，即如何改进。
9、写出三对角矩阵法的MESH方程，并说明流量加合法和三对角矩阵发有何不同。
10、三对角线矩阵法用于多组分多级分离过程严格计算时，以方程解离法为基础，将MESH 方程按类型分为哪三组。
11、设计一个操作型精馏塔，分离含苯0.35(摩尔分率)甲苯0.35及乙苯0.30的混合液,该塔为一板式塔,,共有五块理论板,以第三快位进料板,叙述怎样用三对角矩阵法计算馏出液,釜液的浓度及沿各理论板的浓度及温度分布。
12、开发精馏过程的新算法需对那几点作出选择和安排,以三对角矩阵法为例说明，并指出该法的缺陷与改进。
13、简述三对角矩阵泡点法和露点法两种严格计算方法的主要区别。
14、松弛法的开发思路是什么？具有何种物理意义？其基本方程式什么？
15、松弛法的基本思想是什么？列出松弛法的基本方程。
参考文献
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第五章分离设备的处理能力和效率
Chapter5 Separation Equipment handling ability and efficiency
学时数4学时
教学目的与要求：
了解影响气液接触设备能力的因素；气液接触设备的级效率及其影响因素；液液接触设备的能力和效率。掌握强化分离操作的途径。
1）了解气液传质设备处理能力的影响因素，掌握气液传质设备的效率的定义及其影响因素。
2）掌握气液传质设备效率的估算方法。
3）了解气液传质设备的选择方法。
授课主要内容：
5.1级效率的定义和影响因素
5.1.1实际板和理论板的差异
5.1.2级效率的定义
5.2影响级效率的因素
5.3经验法
5.3.3HETP
5.4机理模型
重点、难点及对学生的要求
从实际板和理论板的差异的出发，了解影响级效率的因素。一般了解级效率的定义。讲解Pe的含义，会用来判别板式塔板上混合的情况。通过例5-1说明机理模型的应用。
重点：液液接触设备及其影响因素；气液传质设备效率的估算方法。气液传质设备和液液传质设备的选型。
难点：确定传质设备效率的经验方法和机理模型。
复习思考题
1、实际板和理论板的差异表现在那些地方，这些差异的影响应用什么方法来处理？
2、常用的有几种级效率？影响级效率的因素有哪些？
3、影响气液传质设备处理能力的主要因素有哪些？
参考文献
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第六章分离过程的节能
Chapter6 Energy saving of separation process
学时数6学时
教学目的与要求：
1）掌握等温分离的最小功的计算方法，了解非等温分离和有效能、净功消耗和热力学效率的计算。
2）了解精馏过程的热力学不可逆分析方法，掌握精馏过程的节能技术。
3）掌握简单分离和复杂塔的分离顺序的合成的原则。
授课主要内容：
6.1 分离的最小功和热力学效率
6.1.1等温分离的最小功
6.1.2非等温分离和有效能
6.1.3净功和热力学效率
6.2精馏的节能技术
6.2.1精馏过程的不可逆性。
6.2.2节省精馏过程能耗的一些措施。
6.3 多组分离顺序的选择
6.3.1多组分精馏分离流程方案数
6.3.2安排分离流程的一些经验规则
重点、难点及对学生的要求
了解分离最小功的条件是完全可逆，说明理想功与最小功的关系。介绍净功和损耗功和热力学的关系，通过例6-1、例6-2说明等温分离最小功的计算方法。掌握分离工程的最小功、净功消耗和热力学效率的计算方法；精馏过程的节能技术和分离顺序的选择。
重点：实际分离工程的有效能损失；有效能衡算方程。分离工程的最小功。精馏过程的节能。热力学效率。分离顺序的选择。
难点：分离工程的有效能分析和节能。
复习思考题
1、分离最小功的条件是什么，说明什么是完全可逆。
2、精馏过程的不可逆性表现在哪些方面？节省精馏过程能耗有哪些措施？
3、试列举确定多组分分离顺序的经验法所包含的主要规则。
参考文献
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[16]魏哲如,董宏光,钱建华.基于神经网络混合整数线性规划的精馏分离序列优化综合.当代化工,2004,(05)
[17] 董宏光,王涛,秦立民,姚平经,袁一.精馏分离序列综合邻域结构的研究[J].华东理工大学学报,2004,(1).
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第七章其它分离技术和分离工程的选择
Chapter7 Advanced separation technology and separation process choice
学时数2学时
教学目的与要求：
本章在教师的指导下由学生自学，要求写出读书报告，并组织课堂讨论，最后进行归纳总结。
授课主要内容：
7.1 溶盐精馏和加盐萃取精馏
7.1.1 盐效应及其对气液平衡的影响
7.1.2 溶盐精馏
7.1.3 加盐萃取精馏
7.2 超临界流体萃取
7.2.1 超临界流体及其性质
7.2.2 超临界流体的选择
7.2.3 超临界萃取的原理和流程
7.2.4 应用
7.3 膜分离
7.3.1 概述
7.3.2 反渗透、超滤及微滤
7.3.3 电渗析
重点、难点及对学生的要求
通过本章的学习要求学生对一些新分离技术有一定的了解；了解膜分离技术和超临界萃取分离技术的基本原理和流程。掌握各种分离过程的特点。正确选择分离技术。
重点：加盐萃取精馏与萃取精馏和溶盐精馏的区别，分离用膜和膜分离设备。反渗透，超滤，电渗析，气体、液体膜分离。分离工程的类型，分离工程的选择。
难点：盐效应及其对气液平衡的影响，膜的种类和特点；膜组件。渗透压的定义和浓差极化现象。分离工程的选择原则。
复习思考题
1、什么是盐效应，盐效应对气液平衡有影响吗？
2、加盐萃取精馏是怎样提出来的？它与萃取精馏和溶盐精馏有何区别？
3、什么是超临界流体，它与气体和液体的性质有哪些主要区别？
4、说明超临界萃取的原理并画出其流程。
5、什么是渗透现象，说明反渗透过程的渗透通量和浓差极化现象。
6、说明电渗析的基本原理以及和离子交换树脂的区别。
参考文献
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[14] 刘会洲,陈家镛，过程工业中重要分离技术的新进展，化工学报，2000年S1期[[15] 邰超,朱若华,邹洪,谷学新，分离科学的前沿——膜分离技术，化学教育，2000
年12期
化工分离过程试题库(复习重点) 第一部分填空题 1、分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。 2、分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。它与实际分离因子的差别用（板效率）来表示。 3、汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。 4、精馏塔计算中每块板由于（组成）改变而引起的温度变化，可用（泡露点方程）确定。 5、多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。 6、在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）。 7、吸收有（轻）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。 8、对多组分吸收，当吸收气体中关键组分为重组分时，可采用（吸收蒸出塔）的流程。 9、对宽沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（进料热焓）决定，故可由（热量衡算）计算各板的温度。 10、对窄沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（组成的改变）决定，故可由（相平衡方程）计算各板的温度。 11、为表示塔传质效率的大小，可用（级效率）表示。 12、对多组分物系的分离，应将（分离要求高）或（最困难）的组分最后分离。 13、泡沫分离技术是根据（表面吸附）原理来实现的，而膜分离是根据（膜的选择渗透作用）原理来实现的。 14、新型的节能分离过程有（膜分离）、（吸附分离）。 15、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。 16、分离剂可以是（能量）和（物质）。 17、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（逸度）。 18、设计变量与独立量之间的关系可用下式来表示( Ni=Nv-Nc即设计变量数=独立变量数-约束关系 ) 19、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。 20、温度越高对吸收越（不利） 21、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。 22、用于吸收过程的相平衡关系可表示为（V = SL）。 23、精馏有（两个）个关键组分，这是由于（双向传质）的缘故。 24、精馏过程的不可逆性表现在三个方面，即（通过一定压力梯度的动量传递），（通过一定温度梯度的热量传递或不同温度物流的直接混合）和（通过一定浓度梯度的质量传递或者不同化学位物流的直接混合）。 25、通过精馏多级平衡过程的计算，可以决定完成一定分离任务所需的（理论板数），为表示塔实际传质效率的大小，则用（级效率）加以考虑。 27、常用吸附剂有（硅胶），（活性氧化铝），（活性炭）。 28、恒沸剂与组分形成最低温度的恒沸物时，恒沸剂从塔（顶）出来。
（最好能有时间过过ppt） 生物分离工程第一章绪论 1.定义：生产粗原料的过程及其之后的目标产物的分离纯化过程，即下游加工过程； 2.下游加工过程：目标产物的分离纯化。包括目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等 3.特点及其重要性：(1)发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液； (2)培养液是多组分的混合物；(3)生化产物的稳定性差——易引起产物失活；(4)对最终产品的质量要求很高。 4.下游加工过程的一般流程:(1)下游加工过程的一般流程;（2）初步纯化;（3）高度纯化与精制;（4）成品加工 5.分离效率的评价:目标产品的浓缩程度/分离纯化程度/回收率 6.提高回收率的方法：（1）提高每步回收率 ，（2）减少操作步骤；（3）开发新型高效的分离方法 第二章发酵液预处理和固液分离 首先要进行培养液的预处理和固液分离，才能进行后续操作： 对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去除，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。 对于胞内产物，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然后提取胞内产物。 1.发酵液的基本特性：发酵产物浓度较低，大多为1-10%； 悬浮物颗粒小，细胞的相对密度与培养液相似；固体粒子可压缩性大；液相粘度大，大多为非牛顿型流体，不易过滤；悬浮状态稳定：双电层、水化膜、布朗运动成分复杂，杂质较多。 2.预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：⑴改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度；⑵相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作； ⑶尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）。 3.预处理手段：絮凝与凝聚处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使其聚集起来,增大体积以便固液分离。常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。其余手段：加热，调节pH。 凝聚：胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm）， 机理：1）中和粒子表面电荷; 2）消除双电层结构;3）破坏水化膜。 胶体双电层结构：发酵液中菌体表面带有负电荷，由于静电引力使溶液中反离子被吸附在其周围，在界面上形成了双电层。正离子同时受到使它们均匀分布的热运动影响，具有离开胶粒表面的趋势。对带负电性菌体的发酵液，高价阳离子的存在，可压缩扩散层的厚度，促使ζ电位迅速降低，而且化合价越高，这种影响越显著。 电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔／升），称为凝聚价或凝聚值。Schulze－Hardy法则（叔采-哈代）：反离子的价数越高，凝聚价越小，即凝聚能力越强。 絮凝：使用絮凝剂（天然和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。絮凝剂主要起架桥作用。机理：架桥作用。 4.加热作用：发酵液预处理最简单最常用的方法。加热能改善发酵液的操作特性。只适用于对热较稳定的液体。注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。 5.影响发酵液固液分离的因素：1）发酵液中悬浮粒子的大小； 2）发酵液的黏度viscosity，粘度越大，固液分离越困难。 6.板框压滤机：其过滤推动力来自泵产生的液压或进料贮槽中的气压。1）广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。 2）板框式压滤机在过滤时，悬浮液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打人框内，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口，固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。 3）优点：过滤面积大，结构简单，价格低，动力消耗少，对不同过滤特性的发酵液适应性强。它最重要的特征是通过过滤介质时产生的压力降可以超过0.1MPa,这是真空过滤器无法达到的。 4）缺点：不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件差，非过滤的辅助时间较长。 7.错流过滤原理：液体的流向和滤膜相切。在压力推动下，悬浮液以高速在管状滤膜的内壁作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走，而附着在滤膜上的滤饼很薄，因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度。目前适用于小分子的分离。 特点：收率高（97-98%）、质量好、减少处理步聚、染菌罐也能进行处理、介质阻力大、不能得到干滤饼、需要大的膜面积。
第一章 单级平衡过程 2. 计算在0.1013MPa 和378.47K 下苯(1)-甲苯(2)-对二甲苯(3)三元系，当x 1=0.3125，x 2=0.2978，x 3=0.3897时的K 值。汽相为理想气体，液相为非理想溶液。并与完全理想系的K 值比较。已知三个二元系的Wilson 方程参数。 8 3.977;33.103522121112=--=-λλλλ 15.4422223=-λλ ;05.4603323-=-λλ 14.15101113=-λλ ; 81.16423313-=-λλ (单位：J/mol) 在T=378.47K 时液相摩尔体积为： k m o l m v L 3311091.100-?= ；321055.117-?=L v ；331069.136-?=L v 安托尼公式为： 苯：()36.5251.2788 7936.20ln 1--=T P s ； 甲苯：()67.5352.30969065.20ln 2--=T P s ； 对二甲苯：()84.5765.33469891.20ln 3--=T P s ；(K T Pa P s :;:) 解1：由Wilson 参数方程()[] RT v v ii ij L i L j ij λλ--=Λexp ()[]RT v v L L 11121 212exp λλ--=Λ ()()[]47.378314.833.1035exp 1091.1001055.1173 3 ?--??=-- =1.619 ()[]RT v v L L 22212 121exp λλ--=Λ ()()[]47.378314.883.977exp 1055.1171091.1003 3 ?-??=-- =0.629 同理：838.013=Λ ；244.131=Λ 010.123=Λ ；995.032=Λ 由Wilson 方程∑∑∑ΛΛ-???? ??Λ-=k j j kj k ki j j ij i x x x ln 1ln γ：
2007 —2008 学年第1、2学期分离工程课程期末考试试卷（A 卷）答案及评分标准 二、选择题（本大题20分，每小题2分） 1、由1-2两组分组成的混合物，在一定T 、P 下达到汽液平衡，液相和汽相组成分别为 11,y x ，若体系加入10 mol 的组分（1），在相同T 、P 下使体系重新达到汽液平衡，此时汽、液相的组成分别为 ' 1'1,y x ，则 （ C ） （A ）1'1x x >和 1'1y y > （B ）1'1x x <和1'1y y < （C ）1'1x x =和1'1y y = （D ）不确定 2、对于绝热闪蒸过程，当进料的流量组成及热状态给定之后，经自由度分析，只剩下一个自由度由闪蒸罐确定，则还应该确定的一个条件是 （ D ） （A ）闪蒸罐的温度 （B ）闪蒸罐的压力 （C ）气化率 （D ）任意选定其中之一 3、某二元混合物，其中A 为易挥发组分，液相组成5.0=A x 时泡点为1t ，与之相平衡的气相组成75.0=A y 时，相应的露点为2t ，则 （ A ） （A ）21t t = （B ）21t t > （C ）21t t < （D ）不能确定 4、用郭氏法分析可知理论板和部分冷凝可调设计变量数分别为 （ A ） （A ）1，1 （B ）1，0 （C ）0，1 （D ）0，0 5、如果二元物系有最高压力恒沸物存在，则此二元物系所形成的溶液一定是 （ A ） （A ）正偏差溶液 （B ）理想溶液 （C ）负偏差溶液 （D ）不一定 6、用纯溶剂吸收混合气中的溶质，逆流操作，平衡关系满足亨利定律。当入塔气体浓度y 1上升，而其它入塔条件不变，则气体出塔浓度y 2和吸收率的变化为 （ C ） （A ）y 2上升，下降 （B ）y 2下降，上升 （C ）y 2上升，不变 （D ）y 2上升，变化不确定 7、逆流填料吸收塔，当吸收因数A 1且填料为无穷高时，气液两相将在哪个部位达到平衡 （ B ） (A) 塔顶 (B)塔底 (C)塔中部 (D)塔外部 8、平衡常数较小的组分是 （ D ） （A ）难吸收的组分 （B ）较轻组份 （C ）挥发能力大的组分 （D ）吸收剂中的溶解度大 9、吸附等温线是指不同温度下哪一个参数与吸附质分压或浓度的关系曲线。 （ A ） (A) 平衡吸附量 (B) 吸附量 (C) 满吸附量 (D)最大吸附量 10、液相双分子吸附中，U 型吸附是指在吸附过程中吸附剂 （ A ） (A) 始终优先吸附一个组分的曲线 (B) 溶质和溶剂吸附量相当的情况 (C) 溶质先吸附，溶剂后吸附 (D) 溶剂先吸附，溶质后吸附
研究生《分离工程》考试试卷（2009-12） 年级 专业 导师 姓名 成绩 一、填空题（20分） 1. 按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为两类，即 平衡分离过程 和 速率控制分离过程 。 分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，分离剂有 能量媒介（ESA ） 和 物质媒介（MSA ） 两种类型. 2. 影响板式精馏塔分离效率的因素包括： 传质速率 ， 流型和混 合 效应 ， 雾沫夹带 和 物性的影响 。 4. 精馏操作中, 以板效率定义理论板和实际板的差异, 以汽相浓度表示的板效率定义为: (数学式,在第i 块板上) i i i+1 MV *i+1y -y E = y -y 。 5. 萃取精馏中溶剂的作用可以概括为两点： 对原溶液各组分产生不同程度的作用 和 稀释原溶液，减小各组分相互作用 。 6. 全回流精馏状态下得到的理论板数是,,,,,lg lg D lk B hk D hk B lk m lk hk x x x x N α??? ? ?? ? = 为最少理论塔板数 , 而最小回流比为 1iB Di m i iB x R ααθ=--∑ 理论塔板数无穷多时的回流比 。 7. 液液萃取的分配比定义为: 达到萃取平衡时，被萃物在萃取相中的浓度与被萃物在被萃相中的浓度之比 . 8. 固膜分离技术包括: 微过滤 超过滤 和 反渗透
等。 9. 分离的过程耦合是将不同性质的分离过程自身或与反应过程耦合起来，例如：萃取结晶、吸附蒸馏、化学吸收和化学蒸馏等. 10. 结晶图中，饱和S-S和过饱和曲线T-T将整个区域分为3个区，其中S-S和T-T之间的区称为亚稳定区，它又分为刺激结晶区和养晶区两个区。 11 相平衡常数的计算方法有状态方程法和活度系数法两种方法 12. 相平衡关系可用相图，相平衡常数和分离因子等来表达。 13. 通常所说多组分精馏的FUG简捷计算法中，F代表芬斯克方程，用于计算全回流操作时，达到分离要求所需要的最少理论塔板数，U代表恩德吾特公式，用于计算最小回流比，G代表吉利兰关联，用于确定实际回流比下所需理论塔板数。 14. 如果想用离子交换法去除溶液中的Na+，应用阳离子型的离子交换树脂，并用稀酸洗脱。 二、简答题（20） 1. 什么是物料的露点？它与物料的哪些参数有关？ 答：物料的露点分为露点温度和露点压力两类。当压力一定时，物料蒸汽凝结出第一个液滴时的温度为露点温度；当温度一定，恒温增压到结出第一滴露珠时的压力为露点压力。它与物料的粘度，沸点等参数有关，也与气体压力以及待结露物质在气体中含量有关。。 2. 反胶束萃取的萃取效率与什么效率有关？ 答：影响反胶束萃取蛋白质的主要因素，如下： 1）与反胶束相有关因素包括：表面活性剂的种类、表面活性剂的浓度、有机溶剂的种类、助表面活性剂及其浓度；
一、填空题（每空2分，共30分） 1．相对挥发度依次降低顺序排列的混合物ABCDEFG分离，要求馏出液中D组 分的浓度≤2.5mol%，釜液中C组分的浓度≤5.0mol%，则轻关键组分 是，重关键组分是。假定为清晰分割，则馏出液中的组分 为 ,釜液中的组分为。 2．利用状态方程法计算汽液相平衡常数K i的公式为；活度系数法 计算汽液相平衡常数的通式是，当汽相为理想气体，液相 为非理想溶液时，活度系数法计算汽液相平衡常数的通式简化 为。 3．萃取精馏中溶剂的作用可以概括为两点： 和，当原有两组分的沸点接近，非理想性不大时，加入溶剂主要目 的是。 4．多组分多级分离严格计算平衡级的理论模型，简称为 方程，分别是、、和 方程。 二、选择题（每题1分，共10分） 1．按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为两类，即速率分离过程和（ C ）两大类。 A．机械分离；B．膜分离；C．平衡分离。 2．在多组分精馏中，最小回流比下由于非关键组分的存在使塔中出现（ C ）个恒浓区。 A．3； B．2； C．1； D．4。 3.在化工生产中常常会遇到欲分离组分之间的相对挥发度接近于1或形成共沸 物的系统，如向这种溶液中加入一种新组分，该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，这种特殊精馏称为（ D ）。 A.热泵精馏；B．萃取精馏； C．普通精馏；D．共沸精馏。 4．多组分吸收和精馏同属于传质过程，多组分吸收过程中，对操作起关键作用的关键组分有（ C ）个。 A．2； B．3； C．1； D．0。 5．萃取塔内两相之间的相际传质面积愈大，传质效率（ B ）。 A．愈大； B．愈小； C．不变； D．先增大后减小。 6．在给定温度下进行闪蒸计算时，先需核实闪蒸问题是否成立，可采用泡点方 第 1 页共3 页
《生物分离工程》题库 一、填充题 1. 生物产品的分离包括R 不溶物的去除 ，I 产物分离 ，P 纯化 和P 精 制 ； 2. 发酵液常用的固液分离方法有 过滤 和 离心 等； 3. 离心设备从形式上可分为 管式 ， 套筒式 ， 碟片式 等型式； 4. 膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为 微滤膜 ， 超滤膜 ， 纳滤膜 和 反渗透膜 ； 5. 多糖基离子交换剂包括 离子交换纤维素 和 葡聚糖凝胶离子交换剂 两大类； 6. 工业上常用的超滤装置有 板式 ， 管式 ， 螺旋式和 中空纤维式 ； 7. 影响吸附的主要因素有 吸附质的性质 ， 温度 ， 溶液pH 值 ， 盐的浓度 和 吸附物的浓度与吸附剂的用量 ； 8. 离子交换树脂由 网络骨架 （载体） ， 联结骨架上的功能基团 （活性基） 和 可 交换离子 组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是 引发剂（ 提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚 合所必需的自由基） ； 甲叉双丙烯酰胺的作用是 交联剂（丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作 用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链） ； TEMED 的作用是 增速剂 （催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的 聚合 ）； 10 影响盐析的因素有 溶质种类 ， 溶质浓度 ， pH 和 温度 ； 11.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有 自然起晶法 ， 刺激起晶法 和 晶种起晶法 ； 12.简单地说离子交换过程实际上只有 外部扩散 、内部扩散 和化学交换反应 三步； 13.在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir 吸附方程，其形式为c K c q q 0+= 14.反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的，而流动相是 极性强 的；常用的固定相有C 8 辛烷基 和 十八烷基C 18 ；常用的流动相有 乙腈 和 异丙醇 ； 15.超临界流体的特点是与气体有相似的 粘度和扩散系数 ，与液体有相似的 密度 ； 16.离子交换树脂的合成方法有 加聚法 和 逐步共聚法 两大类；
1、欲分离苯（1）、甲苯（2）和二甲苯（3）的三元混合物，精馏塔的进料、塔顶产品和塔底产品的组成如下：（1种解法） 组分苯甲苯二甲苯塔顶产品0.995 0.005 0 塔底产品0.005 0.724 0.251 进料0.600 0.300 0.100 塔于常压下操作。试求： （1）塔顶分凝器和塔釜温度。 （2）若进料温度为92o C，确定进料相态。 假设液相服从拉乌尔定律，汽相可作为理想气体。三个组分的蒸汽压分别用下列各式计算： 答案：点击查看 习题1 解：（1）塔顶分凝器温度，即分凝器出口蒸汽的露点温度。
（2）塔釜温度，即釜液组成的泡点温度。 （3）确定92℃时的进料状态。 2、异丙醇（1）—水（2）系统的无限稀释活度系数试用 此对数值计算wilson常数λ 12和λ 21 ，并计算x 1 =0.1665（mole分率）时的泡点 温度和汽相组成y 1 。 已知：异丙醇和水的蒸汽压可分别用下列各式计算：（1种解法） 系统处于常压。 （提示：试差求λ 12和λ 21 时，可取初值λ 12 =0.1327）
答案： 习题2 解：已知： 代入Wilson方程 设 由此反复迭代，直到为止。 得：Λ12＝0.1327，Λ21＝0.7393 将Λ12，Λ21代入Wilson方程，并计算x1＝0.1665，x2＝0.8335时的。 得：
设该二元系汽相为理想气体，液相为实际溶液，则 设t＝100℃，计算， 设t＝80.0℃，计算， 设t＝84.1℃，计算。计算汽相组成： 3、用常规精馏分离下列烃类混合物：（1种解法） 组分CH 4 C 2 H 4 C 2 H 6 C 3 H 6 C 3 H 8 C 4 （烷烃） mole% 0.52 24.9 8.83 8.7 3.05 54.0 工艺规定塔顶馏出液中C 4浓度不大于0.002，塔釜残液中C 3 H 8 不大于0.0015，试 应用清晰分割法估算塔顶和塔底产品的量和组成。答案： 习题3 解：设F=100Kmol/h
填空题 1. .根据吸附剂与吸附质之间存在的吸附力性质的不同，可将吸附分为物理吸附、化学吸附和交换吸附； 2. 比表面积和孔径是评价吸附剂性能的主要参数。 3. 层析操作必须具有固定相和流动相。 4. 溶质的分配系数大，则在固定相上存在的几率大，随流动相的移动速度 小。 5. 层析柱的理论板数越多，则溶质的分离度越大。 6. 两种溶质的分配系数相差越小，需要的越多的理论板数才能获得较大的 分离度。 7. 影响吸附的主要因素有吸附质的性质，温度，溶液pH值，盐的浓度和吸附物的浓度与吸附剂的用量； 8. 离子交换树脂由网络骨架（载体），联结骨架上的功能基团（活性基）和可交换离子组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是引发剂（提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚合所必需的自由基）；甲叉双丙烯酰胺的作用是交联剂（丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链）；TEMED的作用是增速剂（催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的聚合）； 10. 影响盐析的因素有溶质种类，溶质浓度，pH 和温度； 11. 在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有自然起晶法，刺激起晶法和晶种起晶法； 12. 简单地说离子交换过程实际上只有外部扩散、部扩散和化学交换反应三步；
13. 在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir 吸附方程，其形式为c K c q q 0+= 14. 反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的，而流动相是 极性强 的； 15. 等电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其 等电点 的不同； 16. 离子交换分离操作中，常用的洗脱方法有 静态洗脱 和 动态洗脱 ； 17. 晶体质量主要指 晶体大小 ， 形状 和 纯度 三个方面； 18. 亲和吸附原理包括 配基固定化 ， 吸附样品 和 样品解析 三步； 19. 根据分离机理的不同，色谱法可分为 吸附、离交、亲和、凝胶过滤色谱 20. 蛋白质分离常用的色谱法有 免疫亲和色谱法， 疏水作用色谱法 ， 金属螯合色谱法 和 共价作用色谱法 ； 21. SDS-PAGE 电泳制胶时，加入十二烷基磺酸钠（SDS ）的目的是消除各种待分离蛋白的 分子形状 和 电荷 差异，而将 分子量 作为分离的依据；加入二硫叔糖醇的目的是 强还原剂，破坏半胱氨酸间的二硫键 ； 22. 影响亲和吸附的因素有 配基浓度 、 空间位阻 、 配基与载体的结合位点 、 微环境 和 载体孔径 ； 23. 阳离子交换树脂按照活性基团分类，可分为 强酸性阳离子交换树脂 、 弱酸性 和 中强酸性 ；其典型的活性基团分别有 3 、 COOH - 、2)(OH PO -； 24. 阴离子交换树脂按照活性基团分类，可分为强碱性、 弱碱性 和 中强碱 性 ；其典型的活性基团分别有-+OH CH RN 33)(、2NH -、兼有以上两种基团； 25. 影响离子交换选择性的因素有 离子水合半径 、 离子价 、 离子强度 、 溶液pH ，温度 、溶液浓度 、 搅拌速率 、和 交联度、膨胀度、颗粒大小 ；
《生物分离工程》复习题(解答版)
《生物分离工程》复习题 《绪论细胞分离》 1.在细胞分离中，细胞的密度ρS越大，细胞培养液的密度ρL越小，则细胞沉降速率越大。 2.表示离心机分离能力大小的重要指标是 C 。 A.离心沉降速度 B.转数 C.分离因数 D.离心力 3.过滤中推动力要克服的阻力有介质阻力和滤饼阻力，其中滤饼占主导作用。 4.简答：对微生物悬浮液的分离（过滤分离），为什么要缓慢增加操作压力？ 5.判断并改错：在恒压过滤中，过滤速率会保持恒定。（×）改：不断下降。 6.简答：提高过滤效率的手段有哪些? 7.判断并改错：生长速率高的细胞比生长速率低的细胞更难破碎。(×)改：更易破碎。 8.简答：采用哪种方法破碎酵母能达到较高的破碎率？ 9.简答：蛋白质复性收率低的主要原因是什么？ 10.简答：常用的包含体分离和蛋白质复性的工艺路线之一。 11. B 可以提高总回收率。 A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率 12.重力沉降过程中，固体颗粒不受 C 的作用。 A.重力 B.摩擦力 C.静电力 D.浮力 13.过滤的透过推动力是 D 。 A.渗透压 B.电位差 C.自由扩散 D.压力差 14.在错流过滤中，流动的剪切作用可以 B 。 A.减轻浓度极化，但增加凝胶层的厚度 B.减轻浓度极化，但降低凝胶层的厚度
C.加重浓度极化，但增加凝胶层的厚度 D.加重浓度极化，但降低凝胶层的厚度 15.目前认为包含体的形成是部分折叠的中间态之间 A 相互作用的结果。 A.疏水性 B.亲水性 C.氢键 D.静电 16.判断并改错：原料目标产物的浓度越高，所需的能耗越高，回收成本越大。(×)改：原料目标产物的浓度越低。 17.菌体和动植物细胞的重力沉降操作，采用 D 手段，可以提高沉降速度。 A.调整pH B.加热 C.降温 D.加盐或絮状剂 18.撞击破碎适用于 D 的回收。 A.蛋白质 B.核酸 C.细胞壁 D.细胞器 19.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，摩擦阻力的作用，当固体匀速下降时，三个力的关系重力=浮力+摩擦阻力。 20.为了提高最终产品的回收率：一是提高每一级的回收率，二是减少操作步骤。 21.评价一个分离过程效率的三个主要标准是：①浓缩程度②分离纯化程度③回收率。 22.区带离心包括差速区带离心和平衡区带离心。 23.差速区带离心的密度梯度中最大密度 B 待分离的目标产物的密度。 A.大于 B.小于 C.等于 D.大于或等于 24.简答：管式和碟片式离心机各自的优缺点。 25.单从细胞直径的角度，细胞越小，所需的压力或剪切力越大，细胞越难破碎。 《沉淀》 1.防止蛋白质沉淀的屏障有蛋白质周围的水化层和双电层。
1、溶菌酶在2.8mol/L 和3.0mol/L 硫酸溶液中的溶解度分别为1.2g/L 和0.26g/L ，试计算溶菌酶在3.5mol/L 硫酸铵溶液中的溶解度？ 解：由Cohn 经验方程21lg ,2 Ci S KsI I Zi β=-=∑，得 ()()2211/22.821 2.828.4/I mol L =??+?-=12lg1.2s=lg 0.26=KsI KsI βββ=-=-，有K 1.1070，有9.3781() ()2221/23.021 3.029/I mol L =??+?-= 当在3.5mol/L 硫酸铵溶液中的溶解度为： ()()2231/23.521 3.5210.5/I mol L =??+?-=，33lg 5.56810/S KsI g L β-=-=? 2、溶剂萃取分离A 和B 两种抗生素，初始水相中A 和B 的质量浓度相等，A 和B 的分配系数与其浓度无关，分别为10和0.1.利用混合、澄清式萃取操作，设每级萃取均达到分配平衡，并且萃取前后各相体积保持不变。（1）若采用一级萃取，萃取水相中90%的A ，所需相比（有机相与水相的体积比）为多少？此时有机相中A 的纯度（即A 占抗生素总质量的百分比）是多少？（2）若采用多级错流接触萃取，每级萃取用新鲜的有机相，相比均为0.5，计算使A 在有机相中的收率达到99%以上所需的最小萃取级数，并计算有机相中A 的实际最大收率和平均纯度？（3）若采用三级逆流萃取，计算使A 在有机相中的收绿城达到与第（2）问相同所需的相比。 解：（1）由1/1=0.99A A A A E E E ?-=+=，所以 又/,=9=10;/=0.9A A S F A A S F E K V V E K V V =且，所以 同理：=/=0.10.9=0.09B B S F E K V V ? 所以1/10.083B B B E E ?-=+≈ 又因初始水相质量浓度A=B ，故A 的纯度为：0.9/(0.90.083)91.6%+≈ （2）/100.55A A S F E K V V ==?= ，=/=0.10.5=0.05B B S F E K V V ? 由()n n n 116-111,1-==1-0.99(1)66n n A n E E ??+--= ≥+得 则6100,3n n ≥≥，即可，故最小萃取级数为3 当n 大于等于3时，有机相中A 的最大实际收率为：3 3111/699.5%A ?-=-≈ 此时B 的收率为33111/1.0513.6%B ?-=-≈ 故平均纯度为0.995/(0.9950.136)0.88+≈ （3）131199.5%,/1 n A A S F n E E E K V V E ?++--===-，所以,故此时相比为0.55
分离工程复习题库 第一部分填空题 1、分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。 2、分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。它与实际分离因子的差别用（板效率）来表示。 3、汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。 4、精馏塔计算中每块板由于（组成）改变而引起的温度变化，可用（泡露点方程）确定。 5、多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。 6、在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）。 7、吸收有（轻）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。 8、对多组分吸收，当吸收气体中关键组分为重组分时，可采用（吸收蒸出塔）的流程。 9、对宽沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（进料热焓）决定，故可由（热量衡算）计算各板的温度。 10、对窄沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（组成的改变）决定，故可由（相平衡方程）计算各板的温度。 11、为表示塔传质效率的大小，可用（级效率）表示。 12、对多组分物系的分离，应将（分离要求高）或（最困难）的组分最后分离。 13、泡沫分离技术是根据（表面吸附）原理来实现的，而膜分离是根据（膜的选择渗透作用）原理来实现的。 14、新型的节能分离过程有（膜分离）、（吸附分离）。
15、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。 16、分离剂可以是（能量）和（物质）。 17、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（逸度）。 18、设计变量与独立量之间的关系可用下式来表示( Ni=Nv-Nc即设计变量数=独立变量数-约束关系) 19、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。 20、温度越高对吸收越（不利） 21、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。 22、用于吸收过程的相平衡关系可表示为（V = SL）。 23、精馏有（两个）个关键组分，这是由于（双向传质）的缘故。 24、精馏过程的不可逆性表现在三个方面，即（通过一定压力梯度的动量传递），（通过一定温度梯度的热量传递或不同温度物流的直接混合）和（通过一定浓度梯度的质量传递或者不同化学位物流的直接混合）。 25、通过精馏多级平衡过程的计算，可以决定完成一定分离任务所需的（理论板数），为表示塔实际传质效率的大小，则用（级效率）加以考虑。 27、常用吸附剂有（硅胶），（活性氧化铝），（活性炭）。 28、恒沸剂与组分形成最低温度的恒沸物时，恒沸剂从塔（顶）出来。 29、分离要求越高，精馏过程所需的最少理论板数（越多）。 30、回流比是（可调）设计变量。 第二部分选择题 1、下列哪一个是速率分离过程（） a. 蒸馏 b.吸收 c.膜分离 d.离心分离
分离工程习题 四、计算题： 1、已知某混合物含0.05乙烷，0.30丙烷和0.65正丁烷（摩尔分率），操作压力下各组分的平衡常数可按下式进行计算，试求其泡点温度。 乙烷: K=0.13333t+5.46667 丙烷: K=0.06667t+1.13333 正丁烷: K=0.02857t+0.08571 （t 的单位为℃） 解：设温度为10℃， 用泡点方程∑=1x K i i 进行试差，不满足泡点方程, 设温度为7.2℃，重新试差，满足泡点方程，泡点温度为7.2℃,结果见表。 2、已知某混合物含0.05乙烷，0.30丙烷和0.65正丁烷（摩尔分率），操作压力下各组分的平衡常数可按下式进行计算，试求其露点温度。 乙烷: K=0.13333t+5.46667 丙烷: K=0.06667t+1.13333 正丁烷: K=0.02857t+0.08571 （t 的单位为℃） 解：设温度为24℃， 用泡点方程∑=1K /y i i 进行试差，不满足露点方程, 设温度为23℃，重新试差，满足露点方程，露点温度为23℃,结果见表。 3、一轻烃混合物进行精馏塔的计算，求得最小回流 比Rm=1.45，最小理论板数Nm=8.6，现取操作回流比 为R=1.25Rm ，全塔平均板效率为n=0.60，求所 需的实际塔板数。 解：R=1.25Rm=1.25×1.45=1.8125 R R R m -+=-+=118125145181251013.. .. 由图查得， N Nm -=053.
实际板数为=19.43/0.6 =32.4=33块 4、某多组分精馏塔的原料组成、产品组成（组分1为轻关键组分）及各组分的相对挥发度如表所示，已知提馏段第n 板上升的气相组成，提馏段操作线方程为x n+1,i =0.8y n,i +0.2x w,i ，精馏段操作线方程为 x y x n i n i D i ,,,..=--12021。试求离开第n+2板的液相组成。（要求各板组成列表）（塔序从下往上，第n+1 解：（1）用提馏段操作线方程x n+1,i =0.8y n,i +0.2x w,i ，计算'i ,1n x +，即 381.0013.02.0473.08.0x 2.0y 8.0x 1,W 1,n 1,1n =?+?=+=+ 其他组分的计算结果列于表。 （2）用相平衡方程 ∑ +++αα= 'i ,1n 'i ,1n 'i ,1n x x y ，计算'i ,1n y +，计算结果列于表。 （3）由于第n+1板为进料板为进料板，所以，用精馏段操作线方程x y x n i n i D i ,,,..=--12021，计算'i ,2n x +，即 5508.0980.02.06223.02.1x 2.0y 2.1x 1,D 1,1n 1,2n =?-?=-=++其他组分的计算结果列于表。 （4）计算结果汇总 'i ,1n x + 'i ,1n x +α y 'i ,1n + i ,2n x + 1 0.3810 0.9335 0.6223 0.5508 2 0.5234 0.5234 0.3489 0.4147 3 0.0502 0.0246 0.016 4 0.0197 4 0.0454 0.0186 0.0124 0.0149 Σ 1.0000 1.5000 1.0001 5、已知组分1和组分2所构成的二元系统， 当处于汽-液-液平衡时， 两个平衡的液相组成如 下:x x 21005005αβ==.,.， 两个纯组分的饱和蒸汽压此时分别为P amt P atm 1020065075==.,.，此对称系统的范拉尔常数（用Ln 表示）为A=3.272 求:（1）γγαβ21, （2）平衡压力 （３）平衡的气相 组成。 解：（1）由范拉尔方程计算活度系数 00818 .00.053.272)A(x ln γ953.20.05)(13.272)x 1A(ln γ2 2β1 β 2 2221=?== =-?=-=ββ 008 .1γ 16 .19γβ2 1==β 16 .19γ 008.1γ2 α1==α （2）3411.17185.06226.0x γP x γP P α 2α202β1β101=+=+=
二、选择题（本大题20分，每小题2分） 1、由1-2两组分组成的混合物，在一定T 、P 下达到汽液平衡，液相和汽相组成分别为 11,y x ，若体系加入10 mol 的组分（1），在相同T 、P 下使体系重新达到汽液平衡，此时汽、液相的组成分别为 '1'1,y x ，则 （ C ） （A ）1'1x x >和 1'1y y > （B ）1'1x x <和1'1y y < （C ）1'1x x =和1'1y y = （D ）不确定 2、对于绝热闪蒸过程，当进料的流量组成及热状态给定之后，经自由度分析，只剩下一个自由度由闪蒸罐确定，则还应该确定的一个条件是 （ D ） （A ）闪蒸罐的温度 （B ）闪蒸罐的压力 （C ）气化率 （D ）任意选定其中之一 3、某二元混合物，其中A 为易挥发组分，液相组成5.0=A x 时泡点为1t ，与之相平衡的气相组成75.0=A y 时，相 应的露点为2t ，则 （ A ） （A ）21t t = （B ）21t t > （C ）21t t < （D ）不能确定 4、用郭氏法分析可知理论板和部分冷凝可调设计变量数分别为 （ A ） （A ）1，1 （B ）1，0 （C ）0，1 （D ）0，0 5、如果二元物系有最高压力恒沸物存在，则此二元物系所形成的溶液一定是 （ A ） （A ）正偏差溶液 （B ）理想溶液 （C ）负偏差溶液 （D ）不一定 6、用纯溶剂吸收混合气中的溶质，逆流操作，平衡关系满足亨利定律。当入塔气体浓度y 1上升，而其它入塔条件不变，则气体出塔浓度y 2和吸收率的变化为 （ C ） （A ）y 2上升，下降 （B ）y 2下降，上升 （C ）y 2上升，不变 （D ）y 2上升，变化不确定 7、逆流填料吸收塔，当吸收因数A 1且填料为无穷高时，气液两相将在哪个部位达到平衡 （ B ） (A) 塔顶 (B)塔底 (C)塔中部 (D)塔外部 8、平衡常数较小的组分是 （ D ） （A ）难吸收的组分 （B ）较轻组份 （C ）挥发能力大的组分 （D ）吸收剂中的溶解度大 9、吸附等温线是指不同温度下哪一个参数与吸附质分压或浓度的关系曲线。 （ A ） (A) 平衡吸附量 (B) 吸附量 (C) 满吸附量 (D)最大吸附量
分离工程习题 一、填空： 1、分离过程分为（机械分离方法）和（传质分离）两大类。 2、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。 3、分离剂可以是（能量）和（物质）。 4、机械分离过程是（过滤、离心分离）、旋风分离、静电除尘 5、速率分离过程是超滤、渗析（膜分离、渗透）。 6、平衡分离过程是（吸收、萃取）、精馏、蒸发。 7、气液平相衡常数定义为（气相组成与液相组成的比值）。 8、理想气体的平衡常数与（组成）无关。 9、活度是（修正的）浓度。 10、低压下二元非理想溶液的相对挥发度α12等于（02 201 1p p γγ）。 11、气液两相处于平衡时，（化学位）相等。 12、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（逸度）。 13、逸度是（修正的）压力。 14、在多组分精馏中塔顶温度是由（露点方程）方程求定的。 15、露点方程的表达式为（∑=1K /y i i ） 16、泡点方程的表达式为（∑=1x K i i ）。 17、泡点温度计算时若1x K i i >∑，温度应调（小）。 18、泡点压力计算时若1x K i i >∑，压力应调（大）。 19、在多组分精馏中塔底温度是由（泡点）方程求定的。 20、绝热闪蒸过程，节流后的温度（降低）。 21、若组成为Z i 的物系，1K /Z 1Z K i i i i >∑>∑且时，其相态为（气液两相）。 22、若组成为Z i 的物系，1Z K i i <∑时，其相态为（过冷液相）。 23、若组成为Z i 的物系，1K /Z i i <∑时，其相态为（过热气相）。 24、绝热闪蒸过程，饱和液相经节流后会有（气相）产生。 25、设计变量与独立变量之间的关系可用下式来表示（Ni ＝Nv －Nc ）。 26、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。 27、回流比是（可调）（固定、可调）设计变量。 28、关键组分的相挥发度越大，精馏过程所需的最少理论板数（越少）。 29、分离要求越大，精馏过程所需的最少理论板数（越多）。 30、进料中易挥发含量越大，精馏过程所需的最少理论板数（不变）。 31、在萃取精馏中所选的萃取剂希望与塔顶馏出组份形成具有（正）偏差的非理想溶液。 32、在萃取精馏中所选的萃取剂使A P 1'值越（大）越 好。 33、在萃取精馏中所选的萃取剂希望与塔底组分形成具有（负）偏差的非理想溶液。 34、在萃取精馏中所选的萃取剂使A P 1'值越大，溶剂的选择性（增大）。 35、萃取精馏塔中，萃取剂是从塔（底）出来。 36、恒沸剂与组分形成最低温度的恒沸物时，恒沸剂从塔（顶）出来。 37、均相恒沸物在低压下其活度系数之比γγ12/应等于（02P ）与（o 1P ）之比。 38、在板式塔的吸收中，原料中的平衡常数小的组分主要在塔内（底）板被吸收。 39、吸收中平衡常数大的组分主要在塔内（顶）板被吸收。 40、吸收中平衡常数大的组分是（难）吸收组分。 41、吸收中平衡常数小的组分是（易）吸收组分。 42、吸收因子越大对吸收越（有利）。 43、温度越高对吸收越（不利）。 44、压力越高对吸收越（有利）。 45、吸收因子A （反比）于平衡常数。 46、吸收因子A （正比）于吸收剂用量L 。 47、吸收因子A （反比）于液气比。 48、完成一个给定的分离要求所需功最小的过程是（可逆）。
试卷A/B 一、填空题：（共计25） 1.按所依据的物理化学原理，传质分离过程可以分为平衡分离过程和速率分离过程，常见的平衡分离过程有精馏、吸收、闪蒸。（5分） 2.多组分精馏的FUG简捷计算法中，F代表 Fenske 方程，用于计算N m ，U代表Underwood 公式，用于计算R m ，G代表 Gilliland 关联，用于确定实际理论板数 N 。（6分） 2.在多组分精馏的FUG简捷计算法中，用 Fenske 方程计算N m ，用 Underwood 公式计算 R m，用 Gilliland 关联确定 N 。（6分） driving force for gas absorption is 气相中溶质的实际分压与溶液中溶质的平衡蒸气压力之差。（2分） 4．泡点计算是分离过程设计中最基本的汽液平衡计算。泡点计算可分两种：泡点温度计算和泡点压力计算。（2分） 4.露点计算是分离过程设计中最基本的汽液平衡计算。露点计算可分两种：露点温度计算和露点压力计算。（2分） 5.多组分吸收简捷计算中所用到的Horton-Franklin方程关联了吸收因子、吸收率、和 理论板数。（3分） 6.多组分多级分离过程严格计算中围绕平衡级所建立的MESH方程分别是指：物料衡算方程，相平衡关系，组分摩尔分率加和方程和热量衡算方程（4分） 7共沸精馏是：原溶液加新组分后形成最低共沸物，塔顶采出。（3分） 7萃取精馏是：原溶液加新组分后不形成共沸物且新组分沸点最高，从塔釜采出。（3分） 二、单项或多项选择题（共计10） 1.晰分割法的基本假定是：馏出液中除了 A 外没有其他 C 。（2分） A. heavy key component; B. light key component; C. heavy non-key components; D. light non-key components. 1.晰分割法的基本假定是：釜液中除了 B 外没有其他 D 。（2分） A. heavy key component; B. light key component; C. heavy non-key components; D. light non-key components. 2.多组分精馏过程最多只能有 b) 个关键组分；多组分吸收过程最多只能有 a) 个关键组分（2分）。