分离工程思考题

分离工程课程 思考题1．气液相平衡系统分几类？各类相应的i K 的计算式怎样？2．工程计算中求取相平衡常数的常用途径有哪两条？各自的i K 计算式怎样？3．应用状态方程计算L i ϕ和V i ϕ的方程相同，那么如何确定算得的结果是L i ϕ和V i ϕ？4．现有乙烷，丙烷和异丁烷组成的三元混合物，采用SRK 状态方程计算它们的相平衡常数i K ,试问需要查取哪些基础数据才能计算它们的i K ?5．现有乙醇，水，正丙烷组成的三元混合物，采用Wilson 活度系数和Virial 方程计算气相逸度系数，试问需要查取哪些基础数据才能计算它们的i K ？6．何谓真实气体的理想溶液？当气液两相均可作为理想溶液处理时，i K 取决于哪些因素？7．以局部组成概念为基础的活度系数方程用来预计多元系的气液平衡，比起Wohl 型一类方程有哪些优点？8．教材介绍的泡点计算的框图用来计算压力不十分高系统泡点十分有效，试分析原因。

9．如何比较简单地判别一个混合物状态？试归纳相态判别的关系式。

10.等温闪蒸计算机的计算，采用目标函数何迭代变量是什么？用它们有什么优点？11．构成一个计算机计算的要点是什么？试以Wang - Hanke 法为例进行剖析并由此说明算法的局限性。

12．试推导多级分离过程的MESH 方程组。

13．三对角线的BP 法何SR 法的框图怎样？两法各自适用的物系是哪些？14．精馏塔的操作压力的上，下限各由什么因素决定？增大操作压力对分离效果和能耗有何影响？15．何谓关键组分？精馏分离的多元混合物可能含有哪些组分？16．有A ，B ，C ，D （以挥发度递减次序排列）四组分组成的料液加入精馏塔中进行分离。

试对A ，B : B ，C 或C ，D 是轻重关键组分时，塔在m R 下操作时塔中的恒沸区位置进行分析。

因为什么组分的变化而引起恒浓区位置的变化？17．估算精馏塔塔顶和塔底产品的量和组成有哪两种方法？各自的基本假定有哪些？18．试应用教材中推导的s /12α计算式（式2－175），说明萃取精馏中溶液的作用。

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。

《生化分离工程》思量题及答案第一章绪论1、何为生化分离技术？其主要研究那些内容？生化分离技术是指从动植物组织培养液和微生物发酵液中分离、纯化生物产品的过程中所采用的方法和手段的总称。

2、生化分离的普通步骤包括哪些环节及技术？普通说来，生化分离过程主要包括 4 个方面：①原料液的预处理和固液分离，常用加热、调 PH、凝结和絮凝等方法；②初步纯化(提取)，常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；③高度纯化(精制)，常选用色谱分离技术；④成品加工，有浓缩、结晶和干燥等技术。

3、生化分离工程有那些特点，及其重要性？特点： 1、目的产物在初始物料(发酵液)中的含量低； 2、培养液是多组分的混合物，除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代谢物(几百上千种)、培养基成份、无机盐等； 3、生化产物的稳定性低，易变质、易失活、易变性，对温度、pH 值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感； 4、对最终产品的质量要求高重要性：生物技术产品普通存在于一个复杂的多相体系中。

惟有经过分离和纯化等下游加工过程，才干制得符合使用要求的产品。

因此产品的分离纯化是生物技术工业化的必需手段。

在生物产品的开发研究中，分离过程的费用占全部研究费用的 50％以上；在产品的成本构成中，分离与纯化部份占总成本的 40~80％；精细、药用产品的比例更高达 70~90％。

显然开辟新的分离和纯化工艺是提高经济效益或者减少投资的重要途径。

5、为何生物技术领域中往往浮现“丰产不丰收”的现象？第二章预处理、过滤和细胞破碎1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？目的：改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉降的速率；出去大部份可溶性杂质，并尽可能使产物转入便于以后处理的相中(多数是液相)，以便于固液分离及后提取工序的顺利进行。

：①加热法。

升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用于粘度随温度变化较大的流体。

控制适当温度和受热时间，能使蛋白质凝结形成较大颗粒，进一步改善发酵液的过滤特性。

分离工程课程 思考题1．试分析：平衡分离过程和速率分离过程，在分离机理、过程计算等方面的主要区别。

分别举例说明，采用能量分离剂和质量分离剂的分离过程的分离机理。

2．气液相平衡系统分几类？各类相应的i K 的计算式怎样？3．工程计算中求取相平衡常数的常用途径有哪两条？各自的i K 计算式怎样？4．何谓真实气体的理想溶液？当气液两相均可作为理想溶液处理时，i K 取决于哪些因素？5．应用状态方程计算L i ϕ和V i ϕ的方程相同，那么如何确定算得的结果是L i ϕ和V i ϕ？6．现有乙烷、丙烷和异丁烷组成的三元混合物，采用SRK 状态方程计算它们的相平衡常数i K ,试问需要查取哪些基础数据才能计算它们的i K ?7．由乙醇、水、正丙烷组成的三元混合物，采用Wilson 活度系数和Virial 方程计算气相逸度系数，试问需要查取哪些基础数据才能计算它们的i K ？8．以局部组成概念为基础的活度系数方程用来预计多元系的气液平衡，比起Wohl 型一类方程有哪些优点？9．本课程教材中介绍的泡点计算的框图用来计算压力不十分高系统泡点十分有效，试分析原因。

10．如何比较简单地判别一个混合物状态？试归纳相态判别的关系式。

11. 等温闪蒸的编程计算，采用目标函数何迭代变量是什么？用它们有什么优点？12．试推导多级平衡分离过程的MESH 方程组。

13．编程计算求解多级平衡分离过程的要点是什么？试以Wang - Hanke 法为例进行剖析并由此说明算法的局限性。

14．三对角线的BP 法和SR 法的框图怎样？两法各自适用的物系是哪些？15．全变量迭代法是求解多级精馏分离的常用算法。

按照Naphtali-Sandholm 的建议，迭代变量和对应的剩余函数是如何排列的？为什么要这么安排？16．总结一下，进行多组分精馏的简捷计算，需要掌握哪些资源？17．何谓关键组分？精馏分离的多元混合物可能含有哪些组分？18．有A ，B ，C ，D （以挥发度递减次序排列）四组分组成的料液加入精馏塔中进行分离。

《分离》PPT思考题及部分答案分离概述1生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？生物下游加工过程特点：<1>：发酵液组成复杂，固液分离困难——这是生物分离过程中的薄弱环节<2>:原料中目标产物含量低，有时甚至是极微量——从酒精的1/10到抗菌素1/100,酶1/100万左右，成本高。

<3> :原料液中常伴有降解目标产物的杂质——各种蛋白酶降解基因工程蛋白产物，应快速分离。

<4>：原料液中常伴有与目标产物性质非常相近的杂质——高效纯化技术进行分离。

<5>：生物产品稳定性差——严格限制操作条件，保证产物活性。

<6>：分离过程常需要多步骤操作，收率低，分离成本高——提高每一步的产物收得率，尽可能减少操作步骤。

<7>:各批次反应液性质有所差异——分离技术具有一定的弹性。

2设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？⑴产品的性质（2）成本（3）工艺步骤（4）操作程序（5）生产方式（6）生产规模（7）产品稳定性（8）环保和安全3初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？（1）初步纯化是将目标物和与其性质有较大差异的杂质分开，使产物的浓度有较大幅度的提高，可采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作.（2）高度纯化主要是除去与目标物性质相近的杂质，是产品的精制过程，可采用层析（柱层析和薄层层析）、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱.4如何除去蛋白质溶液中的热原质？（1）生产过程无菌（2）所有层析介质无菌（3）所用溶液无菌（4）亲和层析（多粘菌素）5生物分离为何主张采用集成化技术？6纯化生物产品的得率是如何计算的？若每一步纯化产物得率为90%，共6步纯化得到符合要求产品，其总收率是多少？得率二产品中目标产物总量/原料中目标产物总量总收率=（90%）6=53.1441%发酵液预处理1发酵液为何需要预处理？处理方法有哪些？1、发酵产物浓度较低，大多为1%—10%,悬浮液中大部分是水；2、悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；3、固体粒子可压缩性大（细胞在很大程度上属于可压缩的粘稠物料）；4、液相粘度大，大多为非牛顿型流体；5、性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白质酶水解等作用的影响。

1.1、什么是绿色分离工程，实现的途径。

答：绿色分离工程是指分离过程绿色化的工程实现 。

途径：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于没有。

手段：开发及使用新型的分离技术1.2、化工分离技术的特性答：化工分离技术的重要性、化工分离技术的多样性、化工分离技术的复杂性1.3、化工分离技术发展的特点答：1、竞争促进了分离过程的强化：化工塔器的内件:高效塔板、规整填料和散装填料发明层出不穷2、耦合分离技术引起重视：综合了两种分离技术的优点 ，可以解决许多传统的分离技术难以完成的任务3、信息技术推动了分离技术的发展： 4、根据国情，加速分离科学和技术的发展 1.4 、简述分离过程的集成化答：1、反应过程与分离过程的耦合2、分离过程与分离过程的耦合3、过程的集成：（1）传统分离过程的集成（2）传统分离过程与膜分离的集成（3）膜过程的集成1.5、分离过程的种类与特性答：分离过程：借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级（Fractionalization ）、浓缩（Concentration ）、富集（Enrichment ）、纯化（Purification ）、精制（Refining ）与隔离（Isolation ）等的过程。

1、扩散式分离过程—— 涉及物质从进料向一股产品流的扩散传递。

分为平衡分离过程和速率分离过程 。

(1)蒸发、蒸馏和干燥等(根据挥发度或汽化点的不同)；(2)结晶(根据凝固点的不同)；(3)吸收、萃取和沥取等(根据溶解度的不同) ；(4)沉淀(根据化学反应生成沉淀物的选择性) ；(5)吸附(根据吸附势的差别)；(6)离子交换(用离子交换树脂)；(7)等电位聚焦(根据等电位pH 值的差别)；(8)膜分离（超滤、反渗透、渗析等）、场分离（电泳、热扩散、气体扩散等）(根据扩散速率差) 2、非扩散式分离过程(即机械分离过程) —— 完成产品相的分离 。

(1)过滤、压榨(根据截留性或流动性差异) ；(2)沉降(根据密度或粒度差)；(3)磁分离(根据磁性差)；(4)静电除尘、静电聚结(根据电特性)；(5)超声波分离(根据对波的反应特性)。

思考题第一章1、说明分离过程与单元操作的区别2、什么是绿色分离工程，实现的途径3、说明化工分离技术的特性4、化工分离技术发展的特点5 、简述分离过程的集成化和强化6、什么是低碳经济，说明与分离工程的联系7、分离过程的种类与特性8、分离方法的选择要考虑的那几方面的因素第二章1、简述精馏分离工程的特点，并说明精馏学科要取得突破性进展的局限性所在2、什么是隔板精馏，举例说明它的应用。

3、简述平衡级与非平衡级模拟计算的主要不同点4、要开发一个精馏塔模拟计算的严格算法，需对哪几点作出选择和安排，结合矩阵法的开发加以说明。

5、会推导三对角矩阵法、流量加和法的ME方程和计算原理。

6、说明松驰法的计算原理并写出松驰法的基本方程。

第三章1、间歇萃取精馏有几种类型，画出简图并加以说明2、萃取精馏的主要缺点是什么，目前的主要改进方向。

3、溶盐精馏与加盐萃取精馏的主要不同点是什么？4、怎样测定含盐体系全浓度下汽液平衡的数据。

5、反应精馏的特点表现在那几个方面，举例说明利用精馏来促进反应的反应精馏和利用反应促进分离的反应精馏过程。

6、对D↔+形式的反应精馏，要实现反应精馏各组分相对挥发度应有怎样的排列顺A+BC序，给出反应精馏流程。

7、目前用于均相反应精馏过程模拟计算有那几种方法，并写出其数学模型。

第四章1、根据膜分离过程的唯象方程，给出三种以上膜分离过程的渗透通量，并加以简单的说明。

2、说明膜性能的表示方法。

3、反渗透和超滤过程的浓差极化现象那个更严重，为什么？两种分离过程的分离机理是否相同。

4、电渗析中有几种物质传递过程，它与离子交换树脂分离、反渗透有何不同5、什么是电渗析过程的浓差极化现象，为什么其膜要能耐酸、碱、抗氧、抗氯6、给出制取高纯水的方法7、气体膜分离过程的分离系数可表示为：j j j i j i ij H D H D Q Q ==α，要得到该关系式需作那些假设，请加以推导。

8、简述液膜分离的四种机理，什么是逆向迁移和同向迁移9、画出利用搅拌槽（喷淋塔）的乳状液膜连续萃取过程的流程。

分离⼯程思考题第⼀章1、⽣物技术与⽣物分离的关系是什么？为什么说⽣物分离过程是⽣物技术的重要组成部分？⽣物技术的主要⽬标是⽣物物质的⾼效⽣产，⽽分离纯化是⽣物产品⼯程的重要环节。

因此，⽣物分离是⽣物技术的重要组成部分。

2、⽣物物质有哪些？现代⽣物技术产品的主体是什么？⽣物物质总类繁多，包括⼩分⼦化合物，⽣物⼤分⼦，超⼤分⼦，细胞和具有复杂结构与组成成分的⽣物体组织。

现代⽣物技术产品的主体---蛋⽩质类药物.1)细胞因⼦:⼲扰素、⽣长因⼦、红细胞⽣成素2)激素：胰岛素、⽣长激素3)抗体药物：单克隆抗体、抗体⽚段4)酶类药物：尿激酶5)基因⼯程疫苗6)基因治疗3、⽣物分离过程设计应考虑哪些因素？为什么⾊谱是分离过程的核⼼技术？考虑因素：1)⽬标产物的存在位置：胞内或胞外2)⽬标产物的存在形式：活性表达产物或包含体3)⽬标产物分⼦的⼤⼩、疏⽔性、电荷性质、溶解度和稳定性4)⽬标产物的商业价值和对纯度的要求4、⽣物分离过程有哪些特点？1)⽣化产物的稳定性差，产物可能失活2)分离难度⼤，⼀般需⽤特殊的⾼效分离技术3)⽣物产物的原料构成成分复杂，需要采⽤多种分离技术和多个分离步骤完成⼀个⽬标产物的分离4)对最终产物的质量要求很⾼5)需对原料液进⾏⾼度浓缩5、⽣物分离过程中需要考虑分离对像的哪些性质？1)根据物理性质的差异实现分离i.⼒学性质：密度、尺⼨和形状。

⽤于重⼒沉降、离⼼、膜分离等ii.热⼒学性质：溶解度、挥发度等。

⽤于如蒸馏、蒸发、结晶、吸附和离⼦交换等iii.传质性质：粘度、扩散系数、热扩散现象等。

即利⽤传质速度的差别进⾏分离iv.电磁性质：荷电性质、电荷分布、等电点等。

⽤于电泳、电渗析、离⼦交换、磁性分离等2)根据化学性质的差异实现分离i.化学性质包括热⼒学(化学平衡)、反应动⼒学(反应速率)和光化学特性等。

ii. 化学吸附和化学吸收即利⽤化学性质实现分离。

3) 根据⽣物学性质的差异实现分离a) ⽣物分⼦间的识别作⽤，如亲和⾊谱b) 利⽤酶的⽴体选择性，如对⼿性分⼦进⾏选择性修饰后以增⼤分⼦间差异，从⽽⽤常规⽅法进⾏分离6、什么是平衡分离？什么是差速分离？差速分离（速度分离）分离机理：根据溶质在外⼒作⽤下产⽣的移动速度的差异实现分离。

第二章蒸馏与分馏技术①用相图说明具有最高或最低共沸点的双组分混合物蒸馏和分馏时，混合物的馏出物成分及温度怎么变化？答：具有固定的沸点和固定组成的双组分混合物，其沸腾时气相和液相的组成完全相同，无法分馏分离。

这一沸点叫共沸点；其组成叫共沸物。

当某混合物中的组分能形成共沸时，有两种情况。

Ⅰ有最高共沸点时，在被分馏物组成未达到恒温组成前，可能将多余的组分馏出一部分，使体系内组成逐渐向共沸组成接近。

当瓶内物料组成已达到共沸物的组成后，温度即会上升，共沸物开始馏出，直到瓶内物料蒸完为止Ⅱ若物料是双组分具有最低共沸点的体系，则情况有所不同。

先蒸出共沸物，当其中一种组分被蒸完后，温度会上升到多余组分的沸点，即多余组分被蒸出直至蒸完。

例如：•乙醇沸点为78.3℃，•水的沸点为100℃。

•水和乙醇可以形成共沸物，共沸点在78.1℃。

共沸物的组成为乙醇95.6%，水4.4%。

•当乙醇和水的混合物在分馏时，先馏出的液体组成总是共沸物的组成，即乙醇95.6%，水4.4%。

直到乙醇或水两个组分之一被蒸完后，才蒸出另一个纯组分。

所以含水的乙醇是无法用分馏来制备无水乙醇的。

②减压蒸馏中通导毛细管起什么作用？可否用沸石代替？有什么替代办法？1、蒸馏操作和回流操作都应注意哪些问题？回流装置装配与操作的注意事项①物料的加入。

一般物料及沸石可事先加入到烧瓶中而后再装上冷凝管等，如果物料均是液态，也可在装好冷凝管后从冷凝管上端加入液态物料。

物料的容积一般约为烧瓶容积的 1/3～1/2，不超过 2/3 为合适。

蒸馏时烧瓶中物料的容积亦然。

②安装气体吸收装置或干燥装置。

对于反应过程中产生有毒性气体的应在冷凝管上端加装气体吸收装置；对于易潮解的物料或产物则应在冷凝器上端连一装有无水氯化钙等干燥剂的干燥管。

③冷凝装置的操作。

为了确保回流效率和实验安全，对用水冷冷凝管时应先通水后加热及先停止加热后关冷却水，中途不得断水；要通过调节冷却水流量及加热速度来控制回流速度.以液体蒸汽浸润界面不超过冷凝管有效冷却长度的 1/3 为宜。