分离工程第七章共40页

《分离工程》知识点笔记第一章：分离工程概论1.1 分离过程的重要性在化学工业中，分离技术扮演着至关重要的角色。

从原油提炼到制药生产，从食品加工到废水处理，几乎所有的化工过程中都离不开有效的分离操作。

通过这些操作，可以将原料中的有用成分与不需要的杂质分开，或是根据产品的不同规格要求进行提纯。

因此，掌握先进的分离技术对于提高产品质量、降低能耗以及减少环境污染具有重要意义。

1.2 常见的分离技术简介分离方法依据其物理或化学性质的不同而异，主要包括但不限于以下几种：•蒸馏：利用组分沸点差异实现液体混合物的分离。

•吸收：一种或多种气体被溶解于液体溶剂中以达到净化目的。

•萃取：借助另一种液体（萃取剂）选择性地提取原溶液中的某一成分。

•吸附：固体表面吸引并保持流体分子的能力，广泛应用于空气净化及水处理领域。

•结晶：通过控制温度等条件使溶液中的溶质形成晶体沉淀出来。

•膜分离：依靠半透膜的选择透过性对物料进行浓缩和净化。

•干燥：去除物料中水分或其他挥发性物质的过程。

•沉降与过滤：基于颗粒大小差异来分离悬浮体系的方法。

1.3 分离过程的选择标准选择合适的分离方法时需考虑多个因素，包括但不限于：•经济成本：设备投资费用、运行维护开支及能源消耗水平。

•环境影响：是否会产生有害废弃物？如何妥善处置？•效率高低：目标产物回收率、纯度指标能否满足需求？•安全性考量：操作过程中是否存在安全隐患？应急措施是否到位？此外，还需结合具体应用场景综合分析，比如对于热敏性材料，则应避免采用高温加热方式；当面对易燃易爆物质时，则要特别注意防火防爆设计。

第二章：相平衡基础2.1 相律及其应用相律是描述系统处于平衡状态时各相之间关系的基本法则之一，由吉布斯提出。

其数学表达式为：F = C - P + 2，其中F表示自由度数，C代表独立组分数目，P指相数。

该定律揭示了给定条件下能够独立改变变量的数量上限，有助于指导实验设计与数据分析工作。

例如，在一个二元液液系统里，若已知总压强恒定不变，则只需调整温度即可观察两相间组成变化情况。

⽣化分离⼯程电⼦版课本1-591 绪论1．1 ⽣物技术与⽣物分离⽣物技术(biotechnology)即有机体的操作和应⽤有机体⽣产有⽤物质、改善⼈类⽣存环境的技术。

1953年，Watson和Crick提出了脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构模型．阐明了DNA是⽣物遗传信息(基因)的携带者，开辟了现代分⼦⽣物学的新纪元，为⽣物技术及其产业的发展开辟了⼴阔的空间。

20世纪70年代，重组DNA(recombinant DNA，rDNA)技术[1]和蛔／蝗融合技术[：]相继建⽴，现代⽣物技术步⼊了崭新的发展时期。

1980年前后，世界主要发达国家先后实施⽣物技术发展计划，⽣物技术迎来了⽇新⽉异的⾼速发展阶段。

进⼊21世纪，⼈类基因组研究取得巨⼤成就，各染⾊体测序⼯作逐步完成[1]迎来了⽣物技术的后基因组时代，蛋⽩质组学L5]、药物基因组学、⽣物信息学和系统⽣物学研究蓬勃兴起．为⽣物技术的发展注⼈了巨⼤的⽣机和活⼒。

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(bioproduct engineering)的重要环节。

因此，⽣物分离(bloseparation)是⽣物技术的重要组成部分[61。

在⽣物技术领域，⼀般将⽣物产品的⽣产过程称为⽣物加⼯过程(bioprocess)，包括优良⽣物物种的选育、基因⼯程、细胞⼯程、⽣物反应过程(酶反应、微⽣物发酵、动植物细胞培养等)及⽬标产物的分离纯化过程，后者⼜称下游加⼯过程(downstream processing)。

⽣物分离过程包括⽬标产物的提取(isolation)、浓缩(concentration)、纯化(purification)及成品化(product polishing)等过程．⽣物分离过程特性主要体现在⽣物产物的特殊性、复杂性和对⽣物产品要求的严格性上，其结果导致分离过程成本往往占整个⽣产过程成本的⼤部分[71。

例如，⼤多数⼯业酶(enzyme)的分离过程成本约占⽣产过程的?o％，⽽对纯度要求更⾼的医⽤酶如天冬酰胺酶(asparaginase)，分离过程成本⾼达⽣产过程的85％；基因重组蛋⽩质药物的分离过程成本⼀般占85％⼀90％以上．与此相⽐，⼩分⼦⽣物产物的分离成本较低，如青霉素的分离过程成奉约占50％，⽽⼄醇的分离过程成本仅占“％．因此，在⽣物⼤分⼦药物的⽣产过程中，分离过程的质量往往决定整个⽣物加⼯过程的成败。

⼤学化⼯分离⼯程教案第7章习题和解答7.1.1 最⼩分离功分离的最⼩功表⽰了分离过程耗能的最低限。

最⼩分离功的⼤⼩标志着物质分离的难易程度，实际分离过程能耗应尽量接近最⼩功。

图 7-1 连续稳定分离系统由热⼒学第⼀定律：(7-1)和热⼒学第⼆定律（对于等温可逆过程）：(7-2)得到等温下稳定流动的分离过程所需最⼩功的表达式：（ 7-3 ）即或表⽰为⾃由能的形式：（ 7-4 ）或表⽰为逸度的形式：（ 7-7 ）⼀、分离理想⽓体混合物对于理想⽓体混合物：(7-8)对于由混合物分离成纯组分的情况：（ 7-9 ）在等摩尔进料下，⽆因次最⼩功的最⼤值是 0.6931 。

对于分离产品不是纯组分的情况：过程的最⼩分离功等于原料分离成纯组分的最⼩分离功减去产品分离成纯组分所需的分离功。

[例7-1]⼆、分离低压下的液体混合物（ 7-10 ）对于⼆元液体混合物分离成纯组分液体产品的情况：（ 7-11 ）可见，除温度以外，最⼩功仅决定于进料组成和性质，活度系数⼤于 1 的混合物⽐活度系数⼩于 1 的混合物需较⼩的分离功。

当进料中两组分不互溶时，—W min,T =0 。

[例7-2][例7-3]7.1.2 ⾮等温分离和有效能当分离过程的产品温度和进料温度不同时，不能⽤⾃由能增量计算最⼩功，⽽应根据有效能来计算。

有效能定义：有效能是温度、压⼒和组成的函数。

稳态下的有效能平衡⽅程：（ 7-18 ）等当功：（ 7-19 ）系统的净功（总功）：（ 7-20 ）过程可逆时，可得最⼩分离功：（ 7-21a ）该式表明，稳态过程最⼩分离功等于物流的有效能增量。

7.1.3 热⼒学效率和净功消耗分离过程的热⼒学效率：系统有效能的改变与过程所消耗的净功之⽐。

(7-22)普通精馏操作（图 7-2）过程所消耗的净功：图 7-2 普通精馏塔(7-23)实际分离过程，热⼒学效率必定⼩于 1 。

试求20 ℃、 101.3kPa 条件下，将 lkmol 含苯 44% （摩尔）的苯－甲苯溶液分离成纯组分产品所需的最⼩分离功。

分离工程各章知识点总结分离工程是指对混合物中不同组分进行分离和提纯的工艺过程。

在化工生产中，分离工程是非常重要的一部分，它涉及到原料的提取、产品的纯化、废物的处理等诸多方面。

分离工程的核心是通过不同的分离方法，将混合物中的各种组分分离出来，以获得纯度较高的单一物质。

分离工程主要包括以下几个方面：1、分离原理：分离工程的基础是分离原理，它包括各种分离方法的基本原理，如溶剂抽提、蒸馏、结晶、萃取、吸附、色谱等。

2、分离设备：分离工程中常用的设备包括离心机、蒸馏塔、萃取塔、结晶器、过滤器、冷凝器等。

3、分离过程：分离过程包括前处理、分离操作、后处理等环节，其中前处理包括混合物的预处理和预分离，分离操作包括各种分离方法的应用，后处理包括得到的产品的进一步提纯和废物的处理。

在分离工程中，要充分考虑原料的性质、产品的要求、成本的限制等因素，综合考虑各种因素，选择合适的分离方法和设备，设计出合理的分离工艺流程。

第二章：溶剂抽提溶剂抽提是一种常用的分离方法，它适用于多种情况下，如萃取有机物质、提取植物精华、分离金属离子等。

溶剂抽提的基本原理是通过合适的溶剂，溶解目标组分，并将其与底物分离。

在实际操作中，通常是将混合物和溶剂加热混合，再通过过滤或离心等操作将底物和溶液分离开来，接着通过蒸馏等方法将溶剂去除，得到目标组分。

溶剂抽提的优点包括操作简单、效率高、选择的溶剂可以回收利用等。

但也有其缺点，如溶剂的选择和回收比较麻烦，产生的有机废物处理也相对复杂。

第三章：蒸馏蒸馏是一种基本的分离方法，适用于分离挥发性组分的情况。

它的基本原理是利用不同组分的沸点差异，通过加热混合物，使其中某些组分蒸发，再通过冷凝，将蒸气凝结收集下来，从而实现不同组分的分离。

蒸馏可以分为简单蒸馏、分馏、连续蒸馏等多种类型，根据实际需要选择合适的蒸馏方法。

蒸馏的优点包括分离效果好、操作相对简单、适用范围广等。

但它也有缺点，如耗能大、设备成本高、不适用于非挥发性组分的分离等。