分离工程第三章作业

第三章 多组分精馏和特殊精馏3-7.(P163) 在一精馏塔中分离苯(B)，甲苯(T)，二甲苯(X)和异丙苯(C)四元混合物。

进料量200mol/h ，进料组成z B =0.2,z T =0.3,z X =0.1，z C =0.4 (mol)。

塔顶采用全凝器，饱和液体回流。

相对挥发度数据为：BT α=2.25，TT α=1.0，XT α=0.33，CT α=0.21。

规定异丙苯在釜液中的回收率为99.8%，甲苯在馏出液中的回收率为99.5%。

求最少理论板数和全回流操作下的组分分配。

解：根据题意顶甲苯(T)为轻关键组分，异丙苯(C)为重关键组分， 则苯(B)为轻组分，二甲苯(X)为中间组分。

以重关键组分计算相对挥发度。

71.1021.025.2==BC α762.421.00.1==TC α 5714.121.033.0==XC α 1=CC α由分离要求计算关键组分在塔顶釜的分配。

h kmol W C /84.79998.04.0200=⨯⨯=hkmol D C /16.084.795.0200=-⨯=h kmol D T /7.59995.03.0200=⨯⨯= h kmol W T /3.07.593.0200=-⨯=所以37.7762.4lg 3.084.7916.07.59lg[lg ]lg[=⨯=⋅=TCTCCTm W W D D N α 由HH NmiH i i W D W D ⋅=α与ii i W D F +=求出非关键组分的分布苯： 437.7108.784.7916.071.10⨯=⨯=B B W D ∴B W =0，B D =200⨯0.2=40Kmol/h二甲苯：056.084.7916.05714.137.7=⨯=X X W D ，X D +X W =200⨯0.1=20求得X D =1.06，X W =18.94，。

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。

第一章导论一解释名词生物下游加工过程（生物分离工程），生物加工过程1 、生物下游加工过程（生物分离工程）：从发酵液、酶反应液或动/植物细胞培养液中将目标产物提取、浓缩、分离、纯化和成品化的过程。

（ppt 第一章、课本page 1）2、生物加工过程：一般将生物产品的生产过程叫生物加工过程，包括优良生物物种的选育、基因工程、细胞工程、生物反应工程及目标产物的分离纯化过程。

（课本page 1）二简答题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是什么？）答：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 生物分离工程在生物技术中的地位？答：生物技术的主要目标产物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，而且分离工程的质量往往决定整个生物加工过程的成败，因此，生物分离纯化过程在生物技术中极为重要。

3 分离效率评价的主要标准有哪些？各有什么意义？（ppt）答：根据分离目的的不同，评价分离效率主要有3个标准：以浓缩为目的：目标产物浓缩程度（浓缩率m）以纯度为目的：目标产物最终纯度（分离因子a）以收率为目的：产品收得率（%）4 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？（简述或图示分离工程一般流程及基本操作单元）答：生物分离工程分四大部分：<1>、发酵液预处理与液固分离。

3.1—1解①无解；②有唯一解；③多解。

3.1—2：解3.1—3：解3.1—4解 3.1—5解解：以100摩尔进料为计算基准。

根据题意定甲苯为轻关键组分，异丙苯为重关键组分。

从相对挥发度的大小可以看出，二甲苯为中间组分。

在作物料衡算时，要根据它的相对挥发度与轻、重关键组分相对挥发度的比例，初定在馏出液和釜液中的分配比，并通过计算再行修正。

物料衡算表如下：组分进料，f 1馏出液，d i釜液，w iB 20 20 — T 30 35—0.03W0.003W X 101*9*C10040 D 0015.0 W0015.040-*为二甲苯的初定值。

解得 D=50.929，W=49.071 则 d T =29.853，w T =0.147 d C =0.0764，w C =39.924 代入式（3-9）42.721.00.1lg 924.390764.0147.0853.29lg =⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=m N由N m 值求出中间组分的馏出量和釜液量：519.021.033.0924.390764.0121.033.0924.390764.01042.742.7=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=x dw x =10-0.519=9.481由于与初定值偏差较大，故直接迭代重做物料衡算：组分进料，f 1馏出液，d i釜液，w i B 20 20 — T 30 30—0.03W 0.003W X 100.5199.481C10040D D 0015.0WD0015.040-二次解得 D=50.446，W=49.554 则 d T =29.852，w T =0.148 d C =0.0757，w C =39.924 再求N m ：42.721.00.1lg 924.390757.0148.0852.29lg =⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=m N校核d x ：515.021.033.0924.390757.0121.033.0924.390757.01042.742.7=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=x d再迭代一次，得最终物料衡算表：组分 进料，f 1 馏出液，d i釜液，w i 苯 20 20 — 甲苯 30 29.8513 0.1487 二甲苯 10 0.5150 9.4850 异丙苯400.075739.92433.2—9解解：查苯、甲苯、联苯的Antone 方程参数得t KPa)/log(*+-=C BA PABC苯 6.060395 1225.188222.155 甲苯6.086576 1349.15 219.9785 联苯6.36881997.558202.608估算塔顶温度88.5℃，则苯、甲苯的饱和蒸汽压分别为130.7702、51.6425KPa ，根据p p K *=求得两者的分配系数分别为1.0059、0.3972。

制药分离工程第三章液液萃取液液萃取是制药分离工程中常用的一种方法，它通过溶液之间的相互萃取，实现对目标物的分离和富集。

本章将详细介绍液液萃取的原理、设备和应用。

1.液液萃取原理液液萃取是利用两种或多种不同溶液之间的互溶性差异，通过溶质在不同溶液之间的分配行为，将目标物从一个萃取相转移到另一个溶液中。

这种分配行为符合莱亚瓦定律，即在相平衡状态下，相中溶质浓度比与溶液浓度比之间的比值始终为一个常数。

利用这一原理，可以实现对溶质的富集和分离。

2.液液萃取设备液液萃取通常使用批式操作或连续操作进行。

在批式操作中，通常采用漏斗和离心机进行，而连续操作则使用液液萃取塔和萃取柱。

液液萃取塔通常由填料层和分离层构成，填料层用于增加相接触面积，而分离层则用于实现液液相的分离。

萃取柱通常由一个或多个具有不同亲和性的固相材料组成，用于选择性地吸附目标物。

3.液液萃取应用液液萃取在制药分离工程中有广泛的应用。

其中最常见的应用是提取天然产物中的活性成分，如中草药中的有效成分或微生物发酵液中的抗生素。

液液萃取还可以用于富集和分离反应产物、除去杂质、回收有价值物质等方面。

4.液液萃取的优势与挑战液液萃取相比其他分离方法具有一些优势。

首先，液液萃取可以利用多种溶液，根据溶质的特性进行选择，实现对目标物的高效富集。

其次，液液萃取过程相对简单，并且设备成本较低。

然而，液液萃取也存在一些挑战，例如萃取剂的选择、相分离的困难、萃取效率的提高等。

总结：液液萃取是一种常用的制药分离工程方法，通过溶液之间的相互萃取实现对目标物的富集和分离。

液液萃取原理遵循莱亚瓦定律，利用溶质在不同溶液之间的分配行为。

液液萃取设备包括漏斗、离心机、液液萃取塔和萃取柱。

液液萃取在制药工程中有广泛应用，如提取天然产物、富集反应产物等。

液液萃取具有一些优势和挑战，需要综合考虑选择合适的操作条件和方法。

第七组 组长:罗彬彬 组员:符娇 杨智玉 连荣坤 卢赞明 刘棋2。

在连续精馏塔中，分离下表所示的液体混合物.操作压力为2780.0kPa 、加料量为100kmol ／h 。

若要求馏出液中回收进料中91。

1％乙烷，釜液中回收进料中93.7％的丙烯，试用清晰分割估算馏出液流量及各组分在两产品中的组成。

解：d LK =100*0。

35*0。

911=31。

885 kmolw LK =100＊0。

35＊（1—0.911)=3。

115 kmol w HK =100*0。

15*0.937=14.055 kmol d HK =100*0.15＊（1—0.937)=0.945 kmol根据以上数据,以及按照清晰分割得出如下表格:4。

某精馏塔进料中含n-C 6o 0.33，n-C 7o 0。

33，n-C 8o 0.34。

要求馏出液中n-C 7o 含量不大于0.011，釜液中n-C 6o 含量不大于0。

015（以上均为摩尔分数）。

若进料流率为100kmol/h 。

说明什么是关键组分，什么是非关键组分，按清晰分割预算馏出液及塔釜液流量及组成。

解：是非关键组分。

是关键组分，和080607C n C n C n ---根据清晰分割，给如下表格：根据以上表格的数据，得到D+W=100，33-0。

015W+0。

011D=D解得：D=32。

341 kmol W=67。

659 kmol5. 拟以水为溶剂对醋酸甲酯(1)—甲醇（2）溶液进行萃取精馏分离，已知料液的65.01=F x ,此三元系中各组分的端值常数为：8289.0;9464.0;0293.122112===s A A A 8881.1;9934.2;5066.0112===s s s A A A试问当全塔萃取剂浓度为6.0=s x 时，水能作为该体系的萃取剂吗？若当全塔萃取剂浓度为8.0=s x 时，其萃取效果可提高多少？除萃取剂的浓度外,影响萃取效果的因素有那些? 解：溶液的性质和浓度有关影响萃取效果的还与原效果提高了时，同理，当时，当%27.51%1002356.54611.3-2356.52356.5)(8.04611.3)(2416.1)]21([)(ln 6.065.035.065.065.066775.0)(2198785.0)(2144075.2)(218.06.0'1'12'2'1211'122'22112'1211'1=⨯===∴=---===+=+==+==+==+=ααααααS S SS S S S S S S SS S S x x A A A x x x x x x A A A A A A A A A6。

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。

第三章特殊精馏3.2 混合物组分相图3.3 萃取精馏3.4 恒沸精馏3.1 概述普通精馏不适用于以下物系的分离：╳α=1；╳α≈1；╳热敏性物系；╳含量低的难挥发组分；3.1概述实现分离、降低能耗为什么用特殊精馏？x, yTP 1P 2相对挥发度随压力变化大改变操作工艺或条件仍可采用普通精馏？3.1概述恒沸组成随压力变化76.5℃69.3%109.0℃60.1%2000kPa101.3kPa改变操作工艺或条件仍可采用普通精馏？H 2OCH 3CN3.1概述WaterAcetonitrile50%60.1%109.0 ºC69.3%76.5 ºC101.3kPa2000kPa塔1塔2恒沸物是非均相x,yT改变操作工艺或条件仍可采用普通精馏？3.1概述水相有机相水有机溶剂有机相水相进料塔1塔2分类:❒萃取精馏: 加溶剂S , 使a AB ❒恒沸精馏: 加溶剂S , a AS = 1 , a AB ❒加盐精馏: 加盐，a AB❒反应精馏: 通过分离促进反应，或者通过反应促进分离特殊精馏？分类？特殊精馏——既加入能量分离剂又加入质量分离剂的精馏3.1概述无盐5%盐盐饱和x1y1醋酸钾浓度对乙醇-水相平衡的影响Furter经验方程：加盐，a AB()ss kx =ααln 乙醇-水加盐精馏体系示例：甲醇和甲醛缩合生产甲缩醛，甲醛转化率低利用精馏促进反应，或者利用反应促进精馏通过精馏分离促进反应，提高转化率。

OH O H C O CH OH CH 263232+↔+第三章特殊精馏3.1 概述3.2 混合物组分相图3.3 萃取精馏3.4 恒沸精馏3.2 混合物组分相图ABCM三组分相图的几种形态等腰直角三角形坐标系等边三角形坐标系X-Y 直角坐标系00.20.40.60.8100.20.40.60.81YXMABCM简单蒸馏剩余曲线图三元混合物间歇蒸馏釜中液体完全混合，泡点3.2混合物组分相图(2)(3)(4)(5)WdtdWx y dt dx i i i )(-=WdtdW dt d -=ζ2,1,=-=i y x d dx i i iζ(1)3,2,1,==i x K y i i i 1,13131==∑∑==i iii ixK x),,,,,,(321321y y y x x x T f =ζ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=)(ln )(0t W W t ζiy ix W ,剩余曲线图3.2 混合物组分相图剩余曲线：蒸馏过程中剩余液相组成随时间变化关系的曲线。

化工分离工程习题习题崔群20XX年6,8,10,13[P163,6]用芬斯克方程计算附图精馏塔的最少理论板数与非关键组分的分配。

解题思路：① 假设清晰分割→D,W ② 计算塔顶、塔釜温度③ 计算各组分平均相对挥发度④ Nm=? ⑤ 验证清晰分割20XX年-9-17第三章习题[P163,6]解：① 假设清晰分割→D,W用清晰分割方法对各组进行分预分配，如下表：进料组分 1 2 3 4 5 6 7 8 C3 i-C4 n-C4 (LK) i-C5(HK) n-C5 n-C6 n-C7 n-C8 进料fi kmol/h 2500 400 600 100 200 40 50 40 馏出液di 2500 400 600-6 15 6 100 -15 200 40 50 40 釜液wi[P163,6]求和3930350942120XX年-9-17第三章习题[P163,6]解：② 计算塔顶露点温度塔顶露点tD近似代表塔顶蒸汽温度计算各组分的相对挥发度。

最小平衡级(理论板)对应于全回流，R=1,yi=xi[P163,6]由d i y i / k i 1计算塔顶馏出液的露点温度tD=31℃令t= 31℃ ,已知P=700kPa , 查P21 图2-1(a)得Ki列于下表。

塔顶组分di 1 2 3 4 求和C3 i-C4 n-C5 i-C5 2500 400 594 15 3509 yi 0.7125 0.1140 0.1693 0.0043 1 Ki 1.58 0.67 0.483 0.20 yi/Ki 0.4509 0.1701 0.3505 0.0215 0.993120XX年-9-17第三章习题[P163,6]解：③ 计算塔釜液泡点温度tB塔底tb代表塔底液相温度计算相对挥发度。

[P163,6]令t=127 ℃ ,已知P=700kPa , 查P21 图2-1(a)得Ki列于下表。

釜液组成kmol/h xw Ki yi=Kixi34 5 6n-C4i-C5 n-C5 n-C6685 200 400.0*****.20XX年0.4751 0.09502.81.5 1.27 0.680.03990.3029 0.6034 0.064078 求和n-C7n-C85040 4210.*****.0950 10.350.200.04160.019 1.071420XX年-9-17第三章习题[P163,6]解：④ Nm=?[P163,6]假设清晰分割，由塔顶露点计算得t顶= 31℃ ,塔底泡点计算得t底= 127 ℃ , P=700kPa,查图得各组分的Ki(列于下表)。

作业（计算题）1、用常规精馏分离下列烃类混合物：组分甲烷乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 丁烷 ∑ 摩尔分数/% 0.5224.98.838.73.0554.0100.0工艺规定塔顶馏出液中丁烷浓度不大于0.002，塔釜残液中丙烷浓度不大于0.0015，试应用清晰分割法估算塔顶塔釜产品的量和组成。

2、脱丁烷塔分离下列混合液： 组分 丙烷 异丁烷丁烷异戊烷戊烷己烷iFx （摩尔分数） 0.0110 0.1690 0.4460 0.1135 0.1205 0.1400iD X （摩尔分数） 0.0176 0.2698 0.6995 0.0104 0.0027 50.3410-⨯4i a 平均值3.6152.0841.7351.0000.8640.435工艺规定丁烷为轻关键组分，异丁烷为重关键组分。

分离所得的塔顶产物组成已列于上表，各组分相对于重关键的相对挥发度也列于表中。

料液为饱和液体。

试求最小回流比m R。

并应用清晰分割法进行塔顶和塔釜产品的量和组成的估算。

已知轻关键组分丁烷在塔顶产品中的回收率98.1%，重关键组分异戊烷在塔釜产品中的收率为94.2%。

进料量F=983kmol/h 。

3、进料中含正辛烷(1)0.34,正庚烷（2）0.33，正己烷（3）0.33（摩尔分数）。

今要馏出液中正庚烷浓度2,0.01D x ≤，釜液中正己烷3,0.01W x ≤，试求所需最少理论级数及在全回流条件下馏出液和釜液之组成。

已知各组分之相对挥发度为1,1 1.00a =，2,1 2.27a =，3,1 5.25a =。

4、某分离乙烷和丙烯连续精馏，其进料组成（摩尔分率）如下：组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 异丁烷 正丁烷 ∑组成0.05 0.35 0.15 0.20 0.10 0.15 1.00 a 平均10.952.591.0000.8840.4220.296要求馏出液丙烯浓度 2.5%≤，釜液中乙烯浓度5%≤，并假定釜液中不出现甲烷，在馏出液中不出现丙烷及其更重的组分。