1、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。 2、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 3、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。 4、比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。 答：当被分离组分间相对挥发度很小，必须采用具有大量塔板数 的精馏塔才能分离时，就要考虑采用萃取精馏（MSA），但萃取精馏需要加入大量萃取剂，萃取剂的分离比较困难，需要消耗较多能量。通常，分离混合物优先选择能量媒介（ESA）方法。 5、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。 8对乙苯和三种二甲苯混合物的分离方法进行选择。 (1)列出间二甲苯和对二甲苯的有关性质：沸点、熔点、临界温度、临界压力、偏心因子、偶极矩等，利用哪些性质的差别进行该二元物系的分离是最好的？ (2)为什么使用精馏方法分离间二甲苯和对二甲苯是不适宜的？ (3)为什么工业上选择熔融结晶和吸附分离间二甲苯和对二甲苯？ (1)熔点、偶极矩 (2)沸点接近，相对挥发度太小 (3)凝固点、偶极矩相差较大，故可采用熔融结晶、吸附法进行分 离。 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
第一章 1. 列出5种使用ESA 和5种使用MSA 的分离操作。 答：属于ESA 分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。 属于MSA 分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。 5.海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M ，式中C 为溶解盐的浓度，g/cm 3；M 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐0.035 g/cm 3的海水中制取纯水，M=，操作温度为298K 。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa? 答：渗透压π=RTC/M ＝×298×=。 所以反渗透膜两侧的最小压差应为。 9.假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。求： （1） 总变更量数Nv; （2） 有关变更量的独立方程数Nc ； （3） 设计变量数Ni; （4） 固定和可调设计变量数Nx , Na ； （5） 对典型的绝热闪蒸过程，你 将推荐规定哪些变量？ 思路1： 3股物流均视为单相物流， 总变量数Nv=3(C+2)=3c+6 独立方程数Nc 物料衡算式 C 个 热量衡算式1个 相平衡组成关系式C 个 1个平衡温度等式 1个平衡压力等式 共2C+3个 故设计变量Ni =Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3 固定设计变量Nx ＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na ＝0 解： V -2 F z i T F P F V , y i ,T v , P v L , x i , T L , P L 习题5附图
（1） Nv = 3 ( c+2 ) （2） Nc 物 c 能 1 相 c 内在(P ，T) 2 Nc = 2c+3 （3） Ni = Nv – Nc = c+3 （4） Nxu = ( c+2 )+1 = c+3 （5） Nau = c+3 – ( c+3 ) = 0 思路2： 输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数Nv=2(C+2) 独立方程数Nc ：物料衡算式 C 个 ，热量衡算式1个 ,共 C+1个 设计变量数 Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3 固定设计变量Nx:有 C+2个加上节流后的压力共C+3个 可调设计变量Na ：有0 11.满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求： （1） 设计变更量数是多少？ （2） 如果有，请指出哪些附加变 量需要规定？ 解： N x u 进料 c+2 压力 9 c+11=7+11=18 N a u 串级单元 1 传热 1 合计 2 N V U = N x u +N a u = 20 附加变量：总理论板数。 16.采用单个精馏塔分离一个三组分混合物为三个产品(见附图),试问图中所注设计变量能否使问题有唯一解?如果不,你认为还应规定哪个(些)设计变量? 解: N X U 进料 c+2 压力 40+1+1 c+44 = 47 N a u 3+1+1+2 = 7 N v u = 54 进料，227K ，2068kP a 组分N 2 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 K m ol/h 1.054.467.6141.154.756.033.3塔顶产物 底产物 9 2 习题6附图
分离工程 第一章 绪论 溶解（加盐酸胍、脲） --------- ? 粗分离（盐盐析、萃取、超过滤等） 复性 纯化（层析、电泳） ' 脱盐（凝凝胶滤滤超超过滤 =浓缩超过滤精制（结晶、干燥） 第二章细胞分离与破碎 1. 常用的细胞破碎方法有哪些 ？ ① 机械破碎通过机械运动产生的剪切力，使组织、细胞破碎。一匀浆法 珠磨法 。撞击 法。 超 声法 ② 物理破碎通过各种物理因素的作用，使组织、细胞的外层结构破坏，而使细胞 破碎。一 压力差破 碎法 ③ 化学破碎通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎有机溶剂 表面活性剂酸碱I ④ 酶促破碎― ________ 破坏，而达到细胞破碎自溶法 外加酶制剂法I 2. 在选择细胞破碎方法时需要考虑哪些因素？ ① 细胞处理量； ② 细胞壁强度和结构（高聚物交联程度、种类和壁厚度 ）; ③ 目标产物对破碎条件的敏感性； ④ 破碎程度； ⑤ 目标产物的选择性释放 原原料液 细胞分离（（离心，过滤））
3. 名词解释：过滤：利用薄片形多孔性介质截留固液悬浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法称为过滤。 凝聚：在中性盐作用下，由于双电层排斥电位降低使胶体体系不稳定的现象。 絮凝：使水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固- 液分离的目的，这一现象或操作称作絮凝。 【在絮凝剂高分子聚合分子的作用下，基于架桥作用，胶体颗粒和聚合物交连成网，形成10 mm 大小的絮凝团过程。是一种以物理集合为主的过程。】包含体：指细胞或细菌中高表达的蛋白质（也可以汇同其他细胞成分）聚集而成的不溶性颗粒。 4.生化工业常用的分离设备有哪些？ 加压叶滤器、板框过滤器、旋转真空过滤器等。 5.凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？常用的絮凝剂有哪些？ 答：凝集：在中性盐作用下，由于双电层排斥电位降低使胶体体系不稳定的现象。机制：破坏双电层、水化层解体胶体吸附、氢键结合等。 絮凝剂种类：A、阳离子类：如聚丙烯酰胺（+）、聚苯烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺； B阴离子类：如聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酰胺（-）； C非离子类：如聚丙烯酰胺（0）、环氧化乙烯。 第三章初级分离 1. 名词解释：沉淀：由于物理环境的变化而引起溶质溶解度的降低、生成固体凝聚物的现象，称为沉 淀。盐析：蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低、发生沉淀的现象称为盐析。盐溶：在蛋白质水溶液中，加入少量的中性盐，如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，会增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质分子与水分子的作用，从而使蛋白质在水溶液中的溶解度增大。这种现象称为盐溶。 等电点沉淀：利用蛋白质在pH值等于其等电点的溶液中溶解度下降的原理进行沉淀分级的方法称为等电点沉淀法。 泡沫分离：根据表面吸附原理，利用通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体对液相中的溶质或颗粒进行分离的方法。 2.沉淀法纯化蛋白质的优点有哪些？操作简单，经济，浓缩倍数高 3.常用的沉淀方法包括哪些？ ①盐析沉淀②等电点沉淀③有机溶剂沉淀④聚合物沉淀⑤热沉淀 4.何谓盐析？其原理是什么？盐析分离的操作步骤？ 盐析：蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低、发生沉淀的现象称为盐析。 原理：低离子强度下的盐溶 向蛋白质的纯水溶液中加入电介质后，蛋白质将吸附盐离子，而形成扩散双电层 （产生分子间相互排斥作用）导致蛋白质的溶解度增大，发生盐溶。 高离子强度下的盐析 溶液主体中那些与扩散层反离子电荷符号相同的电解质离子将把反离子压入（排斥）到双电层 中。由于盐的水化作用，其将争夺蛋白质水化层中的水分子，使蛋白质表面疏水区脱水而暴
常见物质的分离、提纯和鉴别方法总结 一、物质的分离与提纯方法 1.混合物的物理分离方法 易溶物与难溶物分开漏斗、烧杯碰；②沉淀要洗涤； ③定量实验要“无损” 在互不相溶的溶 剂里，溶解度的不同，把溶质分离出来分液漏斗 ①先查漏；②对萃 取剂的要求；③使 漏斗内外 通;④上层 上口倒出 分离互不相溶液体分液漏斗2.混合物的化学分离法
二、物质的检验 物质的检验通常有鉴定、鉴别和推断三类，它们的共同点是：依据物质的特殊性质和特征反应，选择适当的试剂和方法，准确观察反应中的明显现象，如颜色的变化、沉淀的生成和溶解、气体的产生和气味、火焰的颜色等，进行判断、推理。 1.常见气体的检验 有水。不是只有氢气才产生爆鸣声；可点燃的气体不一定是氢气 可使带火星的木条复燃 黄绿色，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝(O 3.NO 2 也能使湿润的碘化钾淀粉试 无色有刺激性气味的气体。在潮湿的空气中形成白雾，能使湿润的蓝色石蓝试纸变红；用蘸有浓氨水的玻璃棒靠近时冒白烟；将气体通入 有白色沉淀生成。 无色有刺激性气味的气体。能使品红溶液褪色，加热后又显红色。能使酸性高锰酸钾溶液褪色。
2.几种重要阳离子的检验 (l)H+能使紫色石蕊试液或橙色的甲基橙试液变为红色。 (2)Na+、K+用焰色反应来检验时，它们的火焰分别呈黄色、浅紫色(通过钴玻片)。 (3)Ba2+能使稀硫酸或可溶性硫酸盐溶液产生白色BaSO 4 沉淀，且沉淀不溶于稀硝酸。 (4)Mg2+能与NaOH溶液反应生成白色Mg(OH) 2沉淀，该沉淀能溶于NH 4 Cl溶液。 (5)Al3+能与适量的NaOH溶液反应生成白色Al(OH) 3 絮状沉淀，该沉淀能溶于盐酸或过量的NaOH溶液。 (6)Ag+能与稀盐酸或可溶性盐酸盐反应，生成白色AgCl沉淀，不溶于稀 HNO 3 ，但 溶于氨水，生成［Ag(NH 3) 2 ］+。 (7)NH 4 +铵盐(或浓溶液)与NaOH浓溶液反应，并加热，放出使湿润的红色石蓝试纸 变蓝的有刺激性气味NH 3 气体。 (8)Fe2+能与少量NaOH溶液反应，先生成白色Fe(OH) 2 沉淀，迅速变成灰绿色，最 后变成红褐色Fe(OH) 3 沉淀。或向亚铁盐的溶液里加入KSCN溶液，不显红色，加入少量新 制的氯水后，立即显红色。2Fe2++Cl 2 ＝2Fe3++2Cl－ (9)Fe3+能与 KSCN溶液反应，变成血红色 Fe(SCN) 3 溶液，能与 NaOH溶液反应， 生成红褐色Fe(OH) 3 沉淀。 (10)Cu2+蓝色水溶液(浓的CuCl 2 溶液显绿色)，能与NaOH溶液反应，生成蓝色的 Cu(OH) 2 沉淀，加热后可转变为黑色的 CuO沉淀。含Cu2+溶液能与Fe、Zn片等反应，在金属片上有红色的铜生成。 3.几种重要的阴离子的检验 (1)OH－能使无色酚酞、紫色石蕊、橙色的甲基橙等指示剂分别变为红色、蓝色、黄色。 (2)Cl－能与硝酸银反应，生成白色的AgCl沉淀，沉淀不溶于稀硝酸，能溶于氨水， 生成[Ag(NH 3) 2 ]+。 (3)Br－能与硝酸银反应，生成淡黄色AgBr沉淀，不溶于稀硝酸。 (4)I－能与硝酸银反应，生成黄色AgI沉淀，不溶于稀硝酸；也能与氯水反应，生成I 2 ，使淀粉溶液变蓝。 (5)SO 42－能与含Ba2+溶液反应，生成白色BaSO 4 沉淀，不溶于硝酸。 (6)SO 32－浓溶液能与强酸反应，产生无色有刺激性气味的SO 2 气体，该气体能使品红 溶液褪色。能与BaCl 2溶液反应，生成白色BaSO 3 沉淀，该沉淀溶于盐酸，生成无色有刺激 性气味的SO 2 气体。
《生化分离工程》思考题及习题 第一章绪论 2、生化分离工程有那些特点？ 3、简述生化分离过程的一般流程？ 第二章预处理与固-液分离法 1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？ 2、何谓絮凝？何谓凝聚？各自作用机理是什么？ 3、发酵液中去除杂蛋白的原因是什么？方法主要有那些？ 7、何谓密度梯度离心？其工作原理是什么？ 第三章细胞破碎法 1、革兰氏阳性菌和阴性菌在细胞壁在组成上有何区别？ 2、细胞破碎主要有那几种方法？ 3、机械法细胞破碎方法非机械破碎方法相比有何特点？ 4、何谓化学破碎法？其原理是什么？包括那几种？ 5、何谓酶法破碎法？有何特点？常用那几种酶类？ 第四章萃取分离法 1、何谓溶媒萃取？其分配定律的适用条件是什么？ 2、在溶媒萃取过程中pH值是如何影响弱电解质的提取？ 3、何谓乳化液？乳化液稳定的条件是什么？常用去乳化方法有那些？ 5、某澄清的发酵液中含260mg/l放线菌D, 现用醋酸丁酯进行多级萃取。已知平衡常数K=57.0，料液流量450升/时，有机相流量20升/时。为达到此抗生素收率为98%的要求，需要多少级的萃取过程？(计算题) 8、何谓双水相萃取？双水相体系可分为那几类？目前常用的体系有那两种？ 9、为什么说双水相萃取适用于生物活性大分子物质分离？ 第五章沉淀分离法 1）何谓盐析沉淀？其沉淀机理是什么？有何特点？ 2) 生产中常用的盐析剂有哪些？其选择依据是什么？ 3) 何谓分步盐析沉淀？ 4）何谓等电点沉淀？其机理是什么？pH是如何影响pI的？ 第六章吸附分离法 1、吸附作用机理是什么？ 2、吸附法有几种？各自有何特点？ 5、已知80g的活性炭最多能吸附0.78 mol腺苷三磷酸（ATP），这种吸附过程符合兰缪尔等温线。其中b=2.0×10E3mol/L,请问在1.2L的料液浓度为多少时才能使活性炭吸附能力达90%? （计算题） ★第七章离子交换法 1、何谓离子交换法（剂）?一般可分为那几种? 2、离子交换剂的结构、组成？按活性基团不同可分为那几大类？ 3、pH值是如何影响离子交换分离的？ 5、在离子交换层析分离过程中，离子交换剂是如何选择的？ 6、各类离子交换树脂的洗涤、再生条件是什么？ 7、软水、去离子水的制备工艺路线？ ★第八章膜分离技术 2）膜在结构上可分为那几种？膜材料主要用什么？ 3）简述微滤、超滤、纳滤及反渗透膜在膜材料、结构、性能、分离机理及其应用等方面的异同点 5）何谓浓差极化现象？它是如何影响膜分离的？减少浓差极化现象的措施？
分离工程复习提纲 第一、二、三章分离工程概述、预处理与细胞破碎1、分离工程的概念及其一般步骤。 答：概念：从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程，常称为生物工程下游技术。 生物分离一般分四步：不溶物的去除、产物分离、产物纯化、产品精制。 2、发酵液预处理的目的及其方法。 答：目的：①改变发酵液的物理性质，促进从发酵液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率； ②尽可能使产物转入便于后处理的某一相中；③去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。 方法：（1）发酵液过滤特性的改变：调节黏度、调节pH值、凝聚和絮凝、助滤剂、反应剂；（2）发酵液的相对纯化：高价无机离子的去除、杂蛋白的去除 3、差速离心和区带离心的原理。 答：差速离心：根据悬浮液的特性、分离的目的和所需分离的程度，选择适当的操作条件（离心转速和时间），可使料液中的不同组分得到分级分离。 区带离心：给予不同的密度环境，在同样的离心力下沉降，不同的物质停止在不同的密度层次上，这样就可以分离到不同密度的物质。 4、P33、1 5、P33、5 6、常用的两种机械破碎细胞法原理及其适用性，各种不同化学渗透法及其特点。 答：（1）珠磨法 工作原理：进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂相互搅动，研磨剂、珠子、细胞间的剪切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物。 适用于绝大多数微生物细胞的破碎。 （2）高压匀浆法 原理：它利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破裂。 不宜采用此法破碎的微生物细胞有：1）易造成堵塞的团状或丝状真菌以及较小的阳性菌；2）有些亚细胞器如包含体，质地坚硬，容易损伤匀浆阀。 （3）化学渗透法：A、酸、碱用来调节溶液的pH，改变细胞所处的环境，从而改变细胞壁中蛋白质的电荷性质，使蛋白质之间或蛋白质与其他物质之间的作用力降低而易于溶解。B、有机溶剂能分解细胞壁中的类脂，它被细胞壁脂质层吸收后导致胞壁膨胀，最后导致细胞壁的破裂。 C、变性剂能破坏氢键作用，削弱溶质分子间的相互作用，从而使之易溶于水溶液。 7、细胞破碎技术的研究方向。 答：1）多种破碎方法相结合；2）与上游过程相结合；3）与下游工程相结合；4）目标产物的选择性释放。 8、盐析、有机溶剂沉淀法和等电点沉淀法的原理、操作注意事项及常用的沉淀剂。 答：（1）盐析 原理：1）破坏水化膜，分子间易碰撞聚集；2）破坏水化膜，暴露出憎水区域；3）中和电荷，减少静电斥力。 盐析中常用的盐：硫酸铵、硫酸钠、磷酸钾、磷酸钠 （2）有机溶剂沉淀 原理：1）当将亲水性有机溶剂加入溶液中时，介质的介电常数(极性)降低，那么溶质分子之间的静电引力增加，聚集形成沉淀。2）水溶性有机溶剂本身的水合作用降低了自由水的浓度，压缩了亲水溶质分子表面原有水化层的厚度，降低了它的亲水性，导致脱水凝集。 常用有机溶剂：乙醇、丙酮、甲醇。 操作注意事项：a、必须在低温下进行；b、pH多控制在待沉蛋白质的等电点附近；c、蛋白质的初浓度以0.5～2％为好，粘多糖则以1～2％较合适；d、分子量越大，越容易沉淀；e、较低浓度的中性盐存在有利于沉淀作用，减少蛋白质变性。一般中性盐浓度以0.01～0.05mol/L为好。 （3）等电点沉淀 原理：利用两性物质在pH为等电点的溶液中，分子表面净电荷为零，导致赖以稳定的双电层结构的削弱或破坏，分子间引力增加，溶解度降低。 操作注意事项：a、适用于憎水性较强的蛋白质；b、生物高分子的等电点易受盐离子的影响发生变化，中性盐浓度增大时，等电点向偏酸方向移动，同时最低溶解度会有所增大，应该控制离子强度；c、要考虑目的物的稳定性；d、通常与盐析、有机溶剂沉淀法联合使用。 9、P53、1 10、P53、2
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：
第一章绪论 1.分离工程的定义、作用及分类？ 2.何为“清洁工艺”？与分离工程有何关系？ 3.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？ 4.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。试比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。 5.请列举至少4种速率分离过程，并说明其推动力及传递机理。 第二章单级平衡过程 1.相平衡常数相关的概念？（K、α、β） 2.相平衡关系可用几种方法来表达？ 3.什么叫泡点、露点？如何计算？设计精馏塔时各处温度如何处理？ 4.活度系数法计算气液平衡常数的简化形式？ 5.怎样判断混合物在指定T，P下的相态？若为两相区其气化率和气液相组成怎样计算？ 第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算 第一、二节设计变量、多组分精馏 1. 基本概念：设计变量；清晰分割；关键组分/非关键组分；分配组分/非分配组分；逆行精馏；最小回流比；全回流意义。 2. 单元及装置设计变量计算及变量组的指定。 3. 如何确定最小回流比和最少理论板数？相应的方程及条件？ 4. 总结简捷法计算精馏塔的步骤。 第三节萃取精馏和共沸精馏 1. 基本概念：特殊精馏；萃取精馏；共沸精馏。 2. 萃取精馏的原理是什么？画出液相进料的萃取精馏流程。 3. 溶剂的作用？选择时考虑因素？ 4. 萃取精馏特点？其流量、浓度分布特点？ 5. 共沸精馏的基本原理？ 6. 理想共沸剂的要求？共沸剂用量的确定？ 7. 分离均相共沸物的双塔双压法流程及二元非均相共沸精馏流程。 8. 请指出共沸精馏与萃取精馏的主要异同。 第四节吸收和蒸出过程 1. 基本概念：吸收因子/蒸出因子 2. 吸收的分类？吸收塔内组分分布特点？ 3. 平均吸收因子法计算吸收过程。 4. 简述精馏和吸收过程的主要不同点。 第六章第三节分离顺序的选择 确定分离顺序的经验法有哪些？ 第七章其他分离技术 1.催化精馏实质是什么？有何特点？ 2.简述溶液结晶过程。 3.常用的固体吸附剂有哪些？简述两床变压吸附过程。 4.膜分离定义是什么？举例说明膜分离在工业上的运用。 5.超临界流体的特性是什么？如何用于物质分离？ 6.
分离工程习题 第一章 1.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。 答：属于ESA分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。 属于MSA分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。 5.海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M，式中C为溶解盐的浓度，g/cm3；M为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐0.035 g/cm3的海水中制取纯水，M=31.5，操作温度为298K。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa? 答：渗透压π=RTC/M＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa。 所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa。 9.假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。求： （1）总变更量数Nv; （2）有关变更量的独立方程数Nc； （3）设计变量数Ni; （4）固定和可调设计变量数Nx , Na； （5）对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？ 思路1： 3股物流均视为单相物流， 总变量数Nv=3(C+2)=3c+6 独立方程数Nc 物料衡算式C个 热量衡算式1个 相平衡组成关系式C个 1个平衡温度等式 1个平衡压力等式共2C+3个 故设计变量Ni =Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3 固定设计变量Nx＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na＝0 解： （1）Nv = 3 ( c+2 ) （2）Nc 物 c
能 1 相 c 内在(P，T) 2 Nc = 2c+3 （3）Ni = Nv – Nc = c+3 （4）Nxu = ( c+2 )+1 = c+3 （5）Nau = c+3 –( c+3 ) = 0 思路2： 输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数Nv=2(C+2) 独立方程数Nc：物料衡算式C个，热量衡算式1个,共C+1个 设计变量数Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3 固定设计变量Nx:有C+2个加上节流后的压力共C+3个 可调设计变量Na：有0 11.满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求： （1）设计变更量数是多少？ （2）如果有，请指出哪些附加变量需要规定？ 解：N x u 进料c+2 压力9 c+11=7+11=18 N a u 串级单元 1 传热 1 合计 2 N V U = N x u+N a u = 20 附加变量：总理论板数。 16.采用单个精馏塔分离一个三组分混合物为三个产品(见附图),试问图中所注设计变量能否使问题有唯一解?如果不,你认为还应规定哪个(些)设计变量? 解: N X U进料c+2 压力40+1+1 c+44 = 47 N a u3+1+1+2 = 7 N v u = 54 设计变量：回流比，馏出液流率。 第二章 4.一液体混合物的组成为：苯0.50；甲苯0.25；对二甲苯0.25(摩尔分率)。分别
第一章.绪论和吸收 1.几种物质混合在一起是自发过程，熵增加的过程。分离是混合的逆过程，熵减过程，需要在分离设备中添加分离剂，（分为能量分离剂和质量分离剂）。 2.分离因子（根据实际产品组成）是表示任一分离过程所达到的分离程度，a s ij =(x i1/x j1)/(x i2/x j2),若其=1表示组分i 和j 之间不能被分离；若>1表示i 富集于1相，j 富集于2相；若<1表示i 富集于2相，j 富集于1相。固有分离因子（根据气液相平衡组成），a ij =(x i /x j )/(x i /x j )。气液相物系的最大分离程度又称为理想分离因子。将实际分离设备所能达到的分离因子和理想分离因子之间的差别用板效率来 表示，板效率= a s ij / a ij 。处于气液相平衡状态的分离程度是固有分离因子。 3.分离过程的分类，按照分离过程中有无物质传递现象发生，分为机械分离过程（非均相混合物）和传质分离过程。传质分离过程按所依据的物理化学原理不同又分为平衡分离和速率分离；平衡分离利用两相平衡组成不等的原理，包括气液、汽液、液液、液固、气固传质分离，并把其它影响归纳于效率中。速率分离（同相）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，包括膜分离、场分离。平稳分离的过程是（吸收，萃取）。 4.分离工程研究内容：研究和处理传质分离过程的开发和设计中遇到的工程问题，包括适宜的分离方法的选择，分离流程和操作条件的确定和优化。 5.绿色分离工程是指分离过程绿色化的工程实现，通过对传统分离过程进行改进、优化，使过程对环境的影响最小甚至没有等途径，也要利用开发及使用新型的分离技术，如超临界技术、膜分离技术等。 6.分离过程的开发方法有逐级经验放大法、数学模型法等。 7.在计算吸收设备时，需要对吸收组分作气、液两相的物料衡算，所得出在气、液相浓度的关系式称为操作线方程。另外还须求得两相的相平衡方程式。把操作线方程的斜率与相平衡方程的斜率之比定义为吸收因子，其值反映吸收过程的难易程度。对于一个四块板的吸收塔，总吸收量的80%是在塔顶釜两块板完成的。吸收剂的再生常采用的是：用蒸汽或惰性气体的蒸出塔、用再沸器的蒸出塔、用蒸馏塔。 8.吸收过程发生的条件为溶质由气相溶于液相P i ＞P i * ,y i ＞y i * ，用于吸收过程的相平衡关系可表示为L = AV ，在温度降低、压力升高操作下有利于吸收，吸收过程在塔 釜的限度为 i N x i K i N y ,,1≥+，它决定了吸收液的该组分的最大浓度。吸收过程在塔顶的 限度为i x i K i y ,0,1≤，它决定了吸收剂中自身夹带。吸收过程只有在贫气吸收的条件下，才能视为恒摩尔流。吸收过程计算各板的温度采用热量衡算来计算，而其流率分布则用简捷计算来计算。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。吸收有1个关键组分，因为是单向传质；精馏有b 个关键组分，因为是双向传质。解吸收因子定义为S’= VK / L，由于吸收过程的相平衡关系为V = SL 。吸收剂的再生：用蒸汽或惰性气体的蒸出塔、用再沸器的蒸出塔、用蒸馏塔。在板式塔的吸收中，平衡常数小的组分是（易）吸收组分，主要在塔内（底）板被吸收；平衡数大的组分是（难）吸收组分，主要在塔内（顶）板被吸收。 9.图解梯级法计算多组分吸收过程的理论板数，假定条件为（三组分物系中，x A 与x S 的比值与共沸物中组分A 与组分B 的相对量一样），因此可得出（αAB ,αSB ）的结论。 10.吸附负荷曲线是以（距床层入口的距离）横坐标，以（吸附剂中吸附质的浓度）为纵坐标绘制而成的，是分析（吸附剂）得到的。吸附特点：吸附溶量小、吸附剂用量大，设备比较庞大；吸附剂的运输、装料、卸料较困难；吸附剂不容易找到，吸附理论不完善。 第二章.多组分分离基础 1.设计变量数Nv ：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。独立变量数Ni ：描述一个过程所需的独立变量的总数。约束数Nc ：变量之间可以建立的方程的数目及已知的条件数目。Ni=Nv-Nc 。设计变量分为固定设计变量与可调设计变量，回流比是可调设计变量。 2.相平衡：混合物所形成的若干相保持物理平衡而共存的状态。热力学上看——物系的自由焓最小，动力学来看——相间表观速率为零。相平衡条件（准则）：各相的温度、压力相同， 每一组分各相的化学位、逸度相等（热平衡、机械平衡、物理化学平衡）。汽液相平衡是处理汽液传质分离过程的基础。相图主要用来表示两元或三元系统的相平衡关系，包括恒压下的 t -x 图和 y -x 图,恒温下的 p -x 图。相平衡关系表示方法有：相平衡关系法、相平衡常数法（状态方程法和活度系数法）、相对挥发度法。 3.根据相平衡条件得出汽液平衡关系：，为把逸度和实测压力、温度、组成等物理量联系起来，引入逸度系数和活度系数。还定义了相平衡常数：K i =y i /x i 。定义了相对挥发度： 。当混合物在一定的温度、压 力下，满足（1 ,1 ∑>∑>i i i i K z z K ）条件即处于两相区，可通过（物料平衡和相平衡）计算求出其平衡汽液相组成。 4.五类汽-液平衡系统：完全理想系(气相为理想气体，液相为理想溶液)、（气相为 理想气体，液相为非理想溶液）、理想系(气相为理想溶液，液相为理想溶液)、（气 相为理想溶液，液相为非理想溶液）、完全非理想系(气相为实际气体，液相为非理想溶液)。 5.泡点温度(压力):在恒压(温)下加热液体混合物,当液体混合物开始气化出现第一个气泡时的温度(压力), 简称泡点。露点温度(压力):在恒压(温)下冷却气体混合物,当气体混合物开始冷凝出现第一个液滴时的温度(压力), 简称露点。精馏塔塔顶温度即为对应塔顶汽相组成的露点。 6.单级平衡：原料经过分离设备后，假设物系在出口处汽、液两相达到了平衡,由于平衡的两相组成不同而实现分离的过程，其分离效果相当于一块理论级。闪蒸又称平衡蒸馏,是连续、稳态的单级蒸馏过程,该过程使进料混合物经加热、冷却或降压部分汽化或冷凝得到含易挥发组分较多的蒸汽和含难挥发组分较多的液体,即一个平衡级过程。有等温闪蒸和绝热闪蒸。普通精馏塔中的平衡级就是一简单绝热闪蒸级。 7.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？ 答：对进料作如下检验。 = 1 B T T = 进料处于泡点，0=ν i i Z k ∑ > 1 T >B T 可能为汽液两相区，ν>0 < 1 T 1 T
第三章沉淀 主要内容 第一节蛋白质表面特性 第二节蛋白质沉淀方法 第一节蛋白质表面特性 蛋白质表面由不均匀分布的荷电基团形成的荷电区、亲水区和疏水区构成。 蛋白质的水溶液呈胶体性质，在蛋造白质分子周围存在与蛋白质分子紧密或疏松结合的水化层。是蛋白质形成稳定的胶体溶液、防止蛋白质凝聚沉淀的屏障之一。 蛋白质沉淀的另一屏障是蛋白质分子间的静电排斥作用。当双电层的电位足够大时，静电排斥作用抵御分子间的相互吸引作用，使蛋白质溶液处于稳定状态。 第二节蛋白质沉淀的方法 盐析沉淀法 等电点沉淀法 有机溶剂沉淀法 非离子型聚合物 聚电解质 多价金属离子 1.盐析法 盐析沉淀法：蛋白质在高离子强度溶液中溶解度降低，发生沉淀的现象。 中性盐：硫酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠等 盐析沉淀原理: 由于加入大量的中性盐破坏了蛋白质的水化膜、中和其所带的电荷从而使蛋白质分子聚集而沉淀析出。 蛋白质的盐析行为常用Cohnx经验式表示： lgS=β-K sμ 式中S为蛋白质的溶解度；μ为离子强度；β为常数，与盐的种类无关，但与温度和pH有关；K s 为盐析常数，与盐的种类有关，但与温度和pH无关。 K s分级盐析法：在一定的pH和温度条件下，改变盐的浓度(即离子强度)达到沉淀的目的。 β分级盐析法：在一定的离子强度条件下，改变溶液的pH和温度达到沉淀的目的。 影响盐析的因素 (1)无机盐种类：离子半径小，带电多，电荷密度高的阴离子，盐析效果好。 (2)pH值：pH影响Cohnx方程中的b值，pH值接近蛋白质pI值时，蛋白
质溶解度最小。 (3)温度：T影响Cohn方程中的b值。温度升高，b降低；温度降低，b升高。 分段盐析 不同的蛋白质分子，由于其分子表面的极性基团的种类、数目以及排布的不同，其水化层厚度不同，故盐析所需要的盐浓度也不一样，因此调节蛋白质的中盐浓度，可以使不同的蛋白质分别沉淀。 ?常用的盐析剂是硫酸铵，因为它的盐析能力强，在水中的溶解度大，价格便宜，浓度高时也不会引起蛋白质活性丧失。 ?盐析沉淀的蛋白质仍保持天然构象，即仍有活性。 ?蛋白质用盐析方法沉淀分离后，还需要脱盐才能进一步精提纯。脱盐常用透析法。 透析是将含有小分子杂质的蛋白质溶液装在半透膜（玻璃纸、火绵纸等）制的透析袋里放在缓冲液中进行，可不断更换缓冲液，直至杂质被除去。 2 等电点沉淀 利用蛋白质在pH等于其等电点的溶液中溶解度下降的原理进行沉淀分级的方法称为等电点沉淀法。 不同的蛋白质有不同的等电点，因此通过调节溶液pH到目的蛋白的等电点，可使之沉淀而与其它蛋白质分开，从而除去大量杂蛋白。 沉淀原理：蛋白质在其等电点时溶解度最低。 3 有机溶剂沉淀法 ?有机溶剂沉淀：向含有目标物质的溶液中加入水溶性的有机溶剂(如丙酮，乙醇等)，而使目标物质发生沉淀的方法。 沉淀原理： A 有机溶剂能破坏溶质分子的水化层，降低溶质的溶解度； B 有机溶剂降低水溶液的介电常数，使溶质分子间的静电引力（库仑力）增大，导致溶质的凝集和沉淀。 4 非离子型聚合物 非离子型聚合物：利用一些非离子型的高聚物来沉淀蛋白质的方法。 沉淀原理：可能有降低蛋白质分子表面的水化程度或空间排阻作用
新型的分离方法——分子蒸馏技术 前言 分子蒸馏是一项较新的尚未广泛应用于产业化生产的分离技术，能解决大量常规蒸馏技术所不能解决的题目。分子蒸馏是一种特殊的液—液分离技术，能在极高真空下操纵，它依据分子运动均匀自由程的差别，能使液体在远低于其沸点的温度下将其分离，特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物系的分离。由于其具有蒸馏温度低于物料的沸点、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，因而能大大降低高沸点物料的分离本钱，极好地保护了热敏性物质的特点品质，该项技术用于纯自然保健品的提取，可摆脱化学处理方法的束缚，真正保持了纯自然的特性，使保健产品的质量迈上一个新台阶。 分子蒸馏技术作为一种对高沸点、热敏性物料进行有效的分离手段，自本世纪三十年代出现以来，得到了世界各国的重视。到本世纪六十年代，为适应浓缩鱼肝油中维生素Ａ的需要,分子蒸馏技术得到了规模化的产业应用。在日、美、英、德、苏相继设计制造了多套分子蒸馏装置，用于浓缩维生素Ａ，但当时由于各种原因，应用面太窄，发展速度很慢。但是，在过往地三十多年中，人们一直在不断地重视着这项新的液－液分离技术的发展，对分离装置精益求精、完善,对应用领域不断探索、扩展，因而一直有新的专利和新的应用出现。特别是从八十年代末以来，随着人们对自然物质的青睐，回回自然潮流的兴起分子蒸馏技术得到了迅速的发展。 主要内容 一、分子蒸馏的基本原理 根据分子运动理论，液体混合物受热后分子运动会加剧，当接受到足够能量时，就会从液面逸出成为气相分子。随着液面上方气相分子的增加，有一部分气相分子就会返回液相。在外界条件保持恒定的情况下，最终会达到分子运动的动态平衡，从宏观上看即达到了平衡。 根据分子运动平均自由程公式，不同种类的分子，由于其分子有效直径不同，故其平均自由程也不同，即从统计学观点看，不同种类分子逸出液面后不与其他分子碰撞的飞行距离是不同的。 分子蒸馏的分离作用就是依据液体分子受热会从液面逸出，而不同种类分子逸出后，在气相中其运动平均自由程不同这一性质来实现的。 如图所示为分子蒸馏的分离原理图：
分离工程第二章复习思考题 第二章复习思考题 一填空题 （1）单级分离是指两相经（）后随即分离的过程。 （2）常用的气液相平衡关系为（）。 （3）相对挥发度的定义为两组分的（）之比，它乂称为（）o （4）根据泡、露点的概念，精憾塔塔顶温度即为对应塔顶气相组成的 （），塔釜温度即 为对应塔釜液相组成的（）。 （5）平衡常数与组成冇关的露点计算，需迭代露点温度或压力外，还需对（）进行试差。 （6）在分离流程中常遇到的部分汽化和冷凝过程属（）。 （刀在进行闪蒸计算吋，需判断混合物在指定温度和压力下是否处于 （8）当混合物在一定的温度和压力下，满足（）条件，混合物处
于（）。 （9）传质分离可分为和。 （10） （11）衡量分离的程度用表示，处于相平衡状态的分离程 度是。当混合物在一定的温度、压力下，满足条 件即处于两相区，可通过 计算求出其平衡汽液相组成。 (12) (13) (14) (15)分离剂可以分为和两大类。理想气体的 平衡常数与无关。绝热闪蒸过程，节流后的温度 设计变量分为与。 二选择题 (1)计算溶液泡点时，若 ,则说明 a.温度偏低 b.正好泡点?KXi i?lCi?l?O c.温度偏高 c (2)在一定温度和压力下，由物料组成计算出的i?l 状态为()？ KXiCi?l?O, 且i?l?Zi/Ki?l,该进料
a.过冷液体 b.过热气体 c.汽液混合物 (3)计算溶液露点时，若?yi/Ki?l?O,则说明 a.温度偏低 b.正好泡点 c.温度偏高 (4)汽液相平衡K值越大，说明该组分越() A.易挥发 B.难挥发 C.沸点高 D.蒸汽压小 (5)气液两相处于平衡时() A.两相间组份的浓度相等 B.只是两相温度相等 C.两相间各组份的化学位相等 D.相间不发生传质 （6）当过冷液体进行被加热吋，开始产生气泡的点叫作（） A.露点 B.临界点 C.泡点 D.熔点 （7）当过热蒸汽被冷却时，开始产生液滴的点叫作（） A.露点 B.临界点 C.泡点D?熔点 （8）当物系处于泡、露点Z间时，体系处于（） A.饱和液相 B.过热蒸汽 C.饱和蒸汽 D.气液两相 （9）闪蒸是单级蒸憾过程，所能达到的分离程度（） A.很高 B.较低 C.只是冷凝过程，无分离作用 D.只是气化过程，无分离作用 （10）下列哪一个过程不是闪蒸过程（） A.部分气化 B.部分冷凝 C.等含节流 D.纯组分的蒸发 （11）等含节流之后（）
