分离工程 第二章-1

分离工程习题与思考题<i>分离工程</i>分离工程习题第二章精馏1. 欲分离苯(1)-甲苯(2)-二甲苯(3)三元混合物，精馏塔的进料、塔顶和塔釜产品的组成如下：组成mol分率塔顶塔底进料苯0.995 0.005 0.600 甲苯0.005 0.744 0.300 二甲苯0.000 0.251 0.100的操作压强为1atm（绝对）。

试求：1) 塔顶分凝器温度和塔釜温度；2) 若进料温度为92℃，判断进料状态。

假定液相服从拉乌尔定律，汽相可当作理想气体，三个组分的蒸汽压分别按下式计算：苯：lnp1S=15.9008 2788.51/(T 52.36) S=16.0137 3096.52/(T 53.67) (piS mmHg,T K) 甲苯：lnp2 S二甲苯：=16.1390 3366.99/(T 58.04) lnp32．异丙醇(1)-水(2)系统的无限稀释活度系数为γ1=9.78,γ2=3.22，试用此对数值计算Wilson常数Λ12和Λ21，并由此计算x1=0.1665(mole分率)时的汽相组成y1和泡点温度tB。

系统处于常压（设为1atm绝对压）。

已知：异丙醇和水的蒸汽压方程可分别用下列各式计算：∞∞异丙醇：lnp1S=18.6929 3640.20T 53.54 (P mmHg,T K) 3816.44 S=18.3036 水：lnp2 T 46.13（提示：试差求Λ12和Λ21时，可取初值Λ12＝0.1327）3．用常规精馏塔分离下列烃类混合物：组分：Mol%：CH40.52 C2H424.9 C2H68.83 C3H68.7 C3H83.05 nC4H1054.0工艺规定塔顶流出液中C4浓度不大于0.002，塔釜残液中C3H8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。

<i>分离工程</i>4．设工艺规定C3H6为轻关键组分，C4为重关键组分，上题料液在常规精馏塔中分离，要求C3H6在塔顶的收率为0.99，C4在塔底的收率为0.995。

《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？6）膜的清洗及保存方法有那几种？7）膜分离设备按膜组件形式可分为几种？相比较的优缺点？第九章层析技术1）何谓色层分离法？可分为那几大类？4）何谓亲和色层分离法？亲和力的本质是什么？亲和色层中常用的亲和关系有那几种？5）何谓疏水作用层析？其最大的特点是什么？6）凝胶层析的原理是什么？何谓排阻极限？第十章电泳技术2、聚丙稀酰胺凝胶电泳的原理什么？影响其操作的因素主要有那些？3、SDS聚丙稀酰胺凝胶电泳原理是什么？有何应用？第十一章结晶法2、何谓过饱和度？饱和度形成有那几种方法？4、结晶法与沉淀法相比较有何区别？综合题1、已知某一氨基酸G是一酸性氨基酸，水溶性随温度升高而升高，pI=6.2，在中性和酸性条件下较稳定。

分离⼯程第⼆章部分课后题答案5.由于绝⼤部分体系是⾮理想溶液，为进⾏定量的热⼒学分析与计算，溶液中的各组分浓度必须以活度代替。

由正⾟烷(1)、⼄苯(2)和2-⼄氧基⼄醇(3)所组成的溶液，其组成为: x 1=0.25 (均为摩尔分数)，x 2= 0.52， x 3= 0.23，试求总压为0. 1MPa 达到平衡时该溶液中各组分的活度系数。

已知: 0. 1MPa 时有关各端值常数如下。

A 12= 0. 085,A 21= 0.085， A 23= 0.385，A 32= 0. 455， A 13=0. 700， A 31= 0.715，c=-0.03。

解：ln γ1=x 22[A 12+2x 1(A 21?A 12)]+x 32[A 13+2x 1(A 31?A 13)]+x 2x 3[A 21+A 13?A 32+2x 1(A 31?A 13)+2x 3(A 32?A 23)?c (1?2x 1)]=0.1064γ1=1.1123ln γ2=x 32[A 23+2x 2(A 32?A 23)]+x 12[A 21+2x 2(A 12?A 21)]+x 3x 1[A 32+A 21?A 13+2x 2(A 12?A 21)+2x 1(A 13?A 31)?c (1?2x 2)]=0.0198γ2=1.0200ln γ3=x 12[A 31+2x 3(A 13?A 31)]+x 22[A 32+2x 3(A 23?A 32)]+x 1x 2[A 13+A 32?A 21+2x 3(A 23?A 32)+2x 2(A 32?A 23)?c (1?2x 3)]=0.3057γ3=1.35767.若要将上题中甲醇与醋酸甲酯的均相共沸物⽤⽔作萃取剂将其分离，需计算醋酸甲酯对甲醇的相对挥发度。

系统温度为60°C，已知醋酸甲酯(1)-甲醇(2)-⽔(3)三元体系各相应⼆元体系的端值常数A 12= 0.447, A 21= 0.411，A 23=0.36，A 32= 0.22, A 13=1.3，A 31= 0.82，醋酸甲酯和甲醇的饱和蒸⽓压p 10= 0.1118MPa ， p 20= 0. 0829MPa ，试⽤三元Margules ⽅程来推算出在60°C 时x 1=0.1, x 2=0.1, x 3= 0.8 (均为摩尔分数)的三元体系中醋酸甲酯对甲醇的相对挥发度a 12。

第二章精馏Chapter 2 Distillation主要内容及要求：1.相平衡常数计算：状态方程法，活度系数法2.泡点、露点计算（1）泡点计算：在一定P(或T)下，已知x i，确定T b(或P b)和y i（2）露点计算: 在一定P(或T)下，已知y i，确定T b(或P b)和x i3.等温闪蒸计算：给定物料的量与组成，计算在一定P和T下闪蒸得到的汽相量与组成，以及剩余的液相量与组成。

4.掌握多组分精馏过程的基本原理、流程以及简捷计算方法；5.掌握萃取精馏和共沸精馏的原理、流程及其简捷计算法。

授课主要内容：2.1 概述2.2 汽液相平衡2.3 精馏计算2.4 特殊精馏2.5 板效率2.1 概述精馏原理:精馏是分离液体混合物的单元操作，是利用混合物中各组分挥发度的差异及回流的工程手段，实现组分的分离。

不适宜用普通精馏进行分离的物系：1. 1→AB α2.1=AB α3. 热敏性物料4. 难挥发组分的稀溶液2.1.1 理论板、板效率以及填料的理论板当量高度（HETP ）1. 理论板理论板= f(相平衡,分离要求,操作参数)⏹ 所谓理论塔板，如右图所示，即气、液两相在塔板上充分接触，混合进行传质、传热后，两相组成均匀且离开塔板的气、液两相呈相平衡关系。

显然，在相同条件下，理论板具有最大的分离能力，是塔分离的极限能力。

该状态可由热力学方法求解确定，离开塔板的气、液两相存在的相平衡关系由以下关系式表达： ⏹ 相平衡关系：y i =k i ·x i相平衡关系是传质过程趋向的目标，或所达到的热力学极限状态。

理论板是一个理想化了的两相间接触传质场所，也称为平衡级。

理论板符合以下三条假设：1）进入该板的不平衡物流在其间充分接触传质，使离开该板的汽液两相物流间达到了相平衡；2）在该板上发生接触的汽液两相各自完全均匀，板上各点汽相浓度和液相浓度各自都相同；3）该板上充分接触后的汽液两相实现了完全机械分离，不存在夹带、泄漏。

第二章习题4（P85）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)。

分别用平衡常数法和相对挥发度法计算该物系在100kPa 式的平衡温度和汽相组成。

假设为完全理想系。

解1：由题2中附录的苯、甲苯和对-二甲苯的安托尼公式计算P i s (1)平衡常数法： 设T=368K 用安托尼公式得：kPa P s 24.1561= ；kPa P s 28.632= ；kPa P s 88.263= 由式(2-36)得：P P K s i i /=562.11=K ；633.02=K ；269.03=K781.01=y ；158.02=y ；067.03=y ；006.1=∑i y 由于∑i y >1.001，表明所设温度偏高。

由题意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得： 553.11'1==∑iy K K 可得K T 78.367'= 重复上述步骤：553.1'1=K ；6284.0'2=K ；2667.0'3=K 7765.0'1=y ；1511.0'2=y ；066675.0'3=y ；0003.1=∑i y 在温度为367.78K 时，存在与之平衡的汽相，组成为：苯0.7765、甲苯0.1511、对二甲苯0.066675。

(2)用相对挥发度法：设温度为368K ，取对二甲苯为相对组分。

计算相对挥发度的：sj s i ij P P /=α13α计算∑=P x P i j i sα*3，即为所求的平衡温度和组成。

解2：(1)平衡常数法。

假设为完全理想系。

设t=95℃苯： 96.11)36.5215.27395/(5.27887936.20ln 1=-+-=s P ；∴ Pa P s 5110569.1⨯=甲苯： 06.11)67.5315.27395/(52.30969065.20ln 2=-+-=s P ；∴Pa P s 4210358.6⨯=对二甲苯：204.10)84.5715.27395/(65.33469891.20ln 3=-+-=s P ；∴Pa P s 4310702.2⨯=569.11010569.15511=⨯==P P K s ；6358.022==PP K s2702.033==PP K s∴011.125.06358.025.02702.05.0596.1=⨯+⨯+⨯=∑i i x K选苯为参考组分：552.1011.1569.112==K ；解得T 2=94.61℃ ∴05.11ln 2=s P ；Pa P s 4210281.6⨯= 19.10ln 3=s P ； Pa P s 43106654.2⨯=∴2K =0.62813K =0.2665∴19997.025.02665.025.06281.05.0552.1≈=⨯+⨯+⨯=∑i i x K故泡点温度为94.61℃，且776.05.0552.11=⨯=y ；157.025.06281.02=⨯=y ；067.025.02665.03=⨯=y(2)相对挥发度法设t=95℃，同上求得1K =1.569，2K =0.6358，3K =0.2702∴807.513=α，353.223=α，133=α∴∑=⨯+⨯+⨯=74.325.0125.0353.25.0807.5i i x α.174.325.0174.325.0353.274.35.0807.5=⨯+∑∑⨯+⨯=∑=ii i i i x x y αα故泡点温度为95℃，且776.074.35.0807.51=⨯=y ；157.074.325.0353.22=⨯=y ；067.074.325.013=⨯=y习题12（P86）用图中所示系统冷却反应器出来的物料，并从较重烃中分离轻质气体。

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。

分离工程题库附答案分离工程题库附答案第一章绪论填空题：1、分离技术的特性表现为其（重要性）、（复杂性）和（多样性）。

2、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。

3、分离过程分为（机械分离）和（传质分离）两大类4、分离剂可以是（能量）或（物质），有时也可两种同时应用。

5、若分离过程使组分i及j之间并没有被分离，则（a s ij=1）。

6、可利用分离因子与1的偏离程度，确定不同分离过程分离的（难易程度）。

7、平衡分离的分离基础是利用两相平衡（组成不相等）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。

8、传质分离过程分为（平衡分离）和（速率分离）两类。

9、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。

10、分离过程是将一混合物转变为组成（互不相等）的两种或几种产品的哪些操作。

11、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）。

12、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（迁移速率）。

13、绿色分离工程是指分离过程（绿色化的工程）实现。

14、常用于分离过程的开发方法有（逐级经验放大法）、（数学模型法）选择题：1、分离过程是一个（A）a.熵减少的过程；b.熵增加的过程；c.熵不变化的过程；d.自发过程2、组分i、j之间不能分离的条件是（C）a.分离因子大于1；b.分离因子小于1；c.分离因子等于13、平衡分离的分离基础是利用两相平衡时（A）实现分离。

a.组成不等；b.速率不等；c.温度不等4、当分离因子（C）表示组分i及j之间能实现一定程度的分离。

a.a ij=1b.a s ij=1c.a ij<15.下述操作中，不属于平衡传质分离过程的是（C）a.结晶；b.吸收；c.加热；d.浸取。

6、下列分离过程中属机械分离过程的是（D）：a.蒸馏；b.吸收；c.膜分离；d.离心分离。