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化学反应工程课程案例教学之膜反应器基本原理及应用摘要：化学反应工程是研究化学反应机理和反应堆设计的学科。
其目的是了解反应系统的特点，合理选择和设计合适的反应堆，以满足经济、安全、高效和环保材料转换过程的要求。
化学反应工程课程教学围绕反应堆设计逐步发展，反应堆设计方程主要涉及到电源组成、反应动力学、接触模式和反应堆类型。
其中，进料组成是操作参数，反应动力学是工艺的固有特征，接触方式是指反应材料(包括试剂和产品)如何通过反应堆并在反应堆接触行为中的不同位置流动。
反应器型式多种多样，在很大程度上会显著影响接触模式。
膜反应器是一种将化学反应和膜分离耦合在一起的先进反应器，可通过常规反应器和膜分离设备的有效集成，减少化工过程设备数量并实现过程提质增效。
基于此，本篇文章对化学反应工程课程案例教学之膜反应器基本原理及应用进行研究，以供参考。
关键词：化学反应工程课程；案例教学；膜反应器；基本原理；应用分析引言化学工业与人们的衣、食、住、行息息相关，是国民经济的支柱产业，其生产过程主要涉及三个步骤——原料预处理、化学反应、产品的分离与纯化。
其中，化学反应是将原料转变为化工产品的关键，是整个工业生产过程的核心。
研究化学反应如何在工业上实现的学科称为化学反应工程，即化学反应工程是一门研究化学反应工程问题的学科，它以工业反应过程和反应器的设计、开发、放大及优化为目的，是化学工程学科的重要分支。
作为大化工专业(特别是化学工程与工艺专业)的核心基础课程，化学反应工程是一门以高等数学、物理化学、物理等为先修知识、学科交叉性较强的学科，其概念、原理抽象，往往采用理论推演结合工程实践的研究方法。
更重要地是，化学反应工程的研究对象——工业规模的化学反应，其影响因素复杂多样，对于缺乏一线实践认知的学生群体，难以将反应过程设计、操作优化等实际问题的解决与理论知识联系起来。
基于上述特点，在新工科背景下，化学反应工程教学既要满足专业知识体系的基本要求，还要强调工程思维训练，突出对解决复杂工程问题的能力提高，同时提高学生的学习兴趣。
《生物分离工程》练习题一（第1~3章）一、选择题1、下列物质不属于凝聚剂的有（ C ）。
A、明矾B、石灰C、聚丙烯类D、硫酸亚铁2、发酵液的预处理方法不包括（C ）A. 加热B絮凝 C.离心 D. 调pH3、其他条件均相同时，优先选用那种固液分离手段（B ）A. 离心分离B过滤 C. 沉降 D.超滤4、那种细胞破碎方法适用工业生产（ A ）A. 高压匀浆B超声波破碎 C. 渗透压冲击法 D. 酶解法5、为加快过滤效果通常使用（ C ）A.电解质B高分子聚合物 C.惰性助滤剂 D.活性助滤剂6、不能用于固液分离的手段为（ C ）A.离心B过滤 C.超滤 D.双水相萃取7、下列哪项不属于发酵液的预处理：（ D ）A.加热B.调pHC.絮凝和凝聚D.层析8、能够除去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（ C ）A．过滤B．萃取C．离子交换D．蒸馏9、从四环素发酵液中去除铁离子,可用（ B ）A．草酸酸化B．加黄血盐C．加硫酸锌D．氨水碱化10、盐析法沉淀蛋白质的原理是（ B ）A.降低蛋白质溶液的介电常数B.中和电荷，破坏水膜C.与蛋白质结合成不溶性蛋白D.调节蛋白质溶液pH到等电点11、使蛋白质盐析可加入试剂（ D ）A：氯化钠；B：硫酸；C：硝酸汞；D：硫酸铵12、盐析法纯化酶类是根据（ B ）进行纯化。
A.根据酶分子电荷性质的纯化方法B.调节酶溶解度的方法C.根据酶分子大小、形状不同的纯化方法D.根据酶分子专一性结合的纯化方法13、盐析操作中，硫酸铵在什么样的情况下不能使用（ B ）A.酸性条件B碱性条件 C.中性条件 D.和溶液酸碱度无关14、有机溶剂沉淀法中可使用的有机溶剂为（ D ）A.乙酸乙酯B正丁醇 C.苯 D.丙酮15、有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质（ B ）A.介电常数大B介电常数小 C.中和电荷 D.与蛋白质相互反应16、蛋白质溶液进行有机溶剂沉淀，蛋白质的浓度在（ A ）范围内适合。
A. 0.5％～2％B1％～3％ C. 2％～4％ D. 3％～5％17、生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析，然后适用（ C ）去除金属离子。
化工分离工程正文绪论一：分离工程在工业生产中的地位和作用：1．分离工程定义：将混合物分成组成互不相同的两种或几种产品的操作 2．化工生产装置：反应器+分离设备+辅助设备（换热器、泵） 3．分离工程重要性：（1）纯化原料：清除对反应或催化剂有害的杂质，减少副反应、提高收率。
（2）纯化产品：使未反应物质循环。
（3）环境治理工程：去除污染物。
4．分离工程发展现状：5．分离过程在清洁生产中的地位和作用：废物减少（分离系统有效分离和再循环）废物直接再循环+进料提纯+除去分离过程中加入的附加物质+附加分离与再循环系统二：传质与分离过程的分类和特征： 1．过程：（1）机械分离：两相以上的混合物分离（过滤、沉降、离心分离、旋风分离、静电分离）（2）传质分离：均相混合物分离（精镏、吸收、结晶、膜分离、场分离、萃取、干燥、浸取、升华）△平衡分离过程：分离媒介（热、溶剂、吸附剂）使均相混合物变为两相体系，再以混合物中各组分在处于平衡的两相分配关系的差异实现分离。
（精镏、吸收、结晶、萃取、干燥、浸取、升华）△速率分离过程：推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差），组分选择性透过膜，各组分扩散速度的差异实现分离（膜分离、场分离）三：分离过程的集成化：新型1．反应过程与分离过程的耦合：化学吸收、化学萃取、催化精镏、膜反应器2．分离过程与分离过程的耦合：萃取结晶、吸附蒸馏、电泳萃取3．过程的集成：传统分离过程的集成（共沸精镏—萃取、共沸精镏—萃取精镏）传统分离过程与膜分离的集成（渗透蒸发—吸附、渗透蒸发—吸收、渗透蒸发—催化精镏）膜过程集成（微滤—超滤—纳滤—反渗透）第一章蒸馏与精馏§1—1 概述一：蒸馏定义和特点：1．定义：混合物中各组分挥发度差异进行分离提纯。
2．特点：工艺流程短、使用范围广、工艺成熟；但能耗大（汽相再冷凝）二：分类：1．蒸馏方式：闪蒸、简单蒸馏、精馏、特殊精馏、反应精馏 2．操作压力：加压蒸馏、常压蒸馏、真空蒸馏 3．混合物组分：两组分精馏、多祖分精馏 4．操作流程：间歇蒸馏、连续蒸馏三：精馏操作流程：精馏段精馏段提馏段图：连续精馏操作流程图：间歇精馏操作流程1—精镏塔 2—再沸器 3—冷凝器 1—精镏塔 2—再沸器 3—全凝器 4—观察罩 5—贮槽§1—2 简单蒸馏和闪蒸组分挥发度相差较大、分离要求低——预分离一：工艺流程：图：简单蒸馏图：平衡蒸馏（闪蒸）1—蒸馏釜 2—冷凝器 3—接受器 1—加热器 2—节流阀 3—分离器1．简单蒸馏：一次进料，馏出液连续出料（出料浓度逐渐降低），釜残液一次排放——压力恒定、温度变化 2．平衡蒸馏：连续进料，连续出料（出料浓度恒定）——压力、温度恒定混合液→加热器→温度＞料液泡点（分离器压力下）→节流阀（降压）→分离器→料液部分汽化、并在分离器中汽液分离（相平衡）二：原理：1．前提条件：理想物系——液相为理想溶液（拉乌尔定律）；汽相为理想气体（道尔顿分压定律） 2．原理：汽液共存区饱和蒸汽线(露点线)过热蒸汽区饱和液体线(泡点线)液相区图：苯—甲苯混合液的t—x—y图图：苯—甲苯混合液的x—y图图：简单蒸馏t—x—y图图：平衡蒸馏t—x—y图（1）简单蒸馏：任何瞬间，蒸汽与液相处于平衡。
分离过程的定义分离过程是指通过某种方法或手段将一个复杂的系统、混合物或整体分解成若干个单独的组成部分或个体，以便对其进行独立研究、分析、处理或操作的过程。
分离过程旨在将混合物中的成分或元素分离出来，以满足特定的需求、目标或要求。
分离过程常见于化学、生物、环境、工程和材料科学等领域，常用的分离技术有蒸馏、萃取、过滤、离心、吸附、膜分离等。
分离过程的定义还包括分解和提取过程，既可以是为了分离有用的成分，也可以是为了去除无用或有害的成分，以实现目标的实现和优化。
分离过程的定义还可以涵盖以下几个方面：1. 实验上的定义：分离过程是指在实验室或生产过程中对混合物进行处理，将其不同的成分或阶段分开。
这种分离可以是物理性的，例如通过过滤、离心、沉淀等方法分离固体和液体的混合物；也可以是化学性的，例如通过化学反应使混合物中的成分发生变化，从而分离出想要的物质。
2. 工程上的定义：分离过程是指在工业生产中，通过特定的工艺和设备对原始物料或废弃物进行处理，从中分离出所需的产品或纯化物。
这种分离可以涉及多个步骤和技术，例如萃取、蒸馏、结晶、膜分离等。
3. 理论上的定义：分离过程是指将一个整体或复杂系统分解为可以独立研究和分析的部分。
这种分离可以是在系统层面上，例如将一个复杂的生态系统分解为不同的生物群落、物种或生态位；也可以是在分子层面上，例如通过计算化学方法将一个复杂的分子分解为其组成的键和基团。
总之，分离过程是将一个整体或混合物分解、分离为不同组成部分或阶段的过程，在实验室、工业生产和理论研究中都具有重要的应用价值。
这种过程使得我们能够更好地理解和利用复杂系统中的成分，满足不同领域的需求。
当涉及到分离过程时，还需要考虑一些关键的因素和条件。
以下是一些常见的分离过程的定义和相关概念：1. 分离因素：分离因素是指影响分离过程的因素，可以是物理性质（如沸点、溶解度、密度）或化学性质（如反应性、亲和性）。
这些因素决定了分离过程的可行性和效果。
分离⼯程整理思考题第⼀章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，实现的途径及的研究进展绿⾊分离⼯程是指分离过程绿⾊化的⼯程实现。
分离过程绿⾊化的途径有两种，⼀是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；即对传统分离过程的绿⾊化主要是对过程(如蒸馏、⼲燥、蒸发等)利⽤系统⼯程的⽅法，充分考虑过程对环境的影响，以环境影响最⼩(或⽆影响)为⽬标，进⾏过程集成。
⼆是开发及使⽤新型的分离技术，如膜分离技术、分步结晶技术、超临界萃取技术等。
及的研究进展针对其他各种环境影响量化评价⽅法的缺陷，近年来提出⼀种新的环境影响评价量化评价⽅法——绿⾊指数法。
该⽅法从两⽅⾯考虑过程对环境的影响：⼀是在流程级别上，环境影响评价指数表达法的开发/选取；另⼀是在化学物种层次上，环境影响性能指标的选取。
3、说明化⼯分离技术的特性1）化⼯分离技术的重要性：化⼯分离技术是化学⼯程的⼀个重要分⽀，任何化⼯⽣产过程都离不开这种技术2）化⼯分离技术的多样性：由于化⼯分离技术的应⽤领域⼗分⼴泛，原料、产品和对分离操作的要求多种多样，这就决定了分离技术的多样性3）化⼯分离技术的复杂性：化⼯分离技术的重要性和多样性决定了它的复杂性，4、化⼯分离技术发展的特点1）竞争促进了分离过程的强化。
随着科技的发展，新设备和新分离剂的应⽤⼤⼤提⾼了分离效率。
膜分离、超临界萃取等新分离技术也在迅速推⼴。
剧烈的竞争加速了分离技术发展，促进了分离过程的强化。
2）耦合分离技术引起重视。
由于耦合分离技术往往⽐较复杂，设计放⼤⽐较困难，因此也推动了化⼯数学模型和设计⽅法的研究。
3）信息技术推动了分离技术的发展。
分离科学和技术具有多学科交叉的特点，信息技术和传统化⼯⽅法的结合显得⼗分重要。
信息技术和先进测试技术的⾼速发展为化⼯多层次、多尺度的研究提供了条件。
4）根据国情，加速分离科学和技术的发展总趋势：多样化、精细化、洁净化（环境友好）5 、简述分离过程的集成化反应过程与分离过程的耦合，通过溶质与溶剂中的活性组分发⽣反应，，提⾼传质推动⼒和液相传质系数，从⽽提⾼吸收率，降低能耗和设备投资化学萃取：溶质与萃取剂之间发⽣化学反应，反应（催化）精馏：反应与精馏结合，提⾼分离效率；同时，借助精馏⼿段，提⾼反应收率，膜反应器：在反应的同时，利⽤膜的优良分离性能，选择性的脱除产物，从⽽移动化学反应平衡，提⾼反应的收率、转化率和选择性萃取结晶：加⼊有机溶剂使待结晶的⽆机盐⽔溶液中的⼀部分⽔被萃取出来，促进⽆机盐的结晶过程，吸附蒸馏：⽓-液-固三相分离过程，同时利⽤吸附选择性⾼、能耗低的优点和蒸馏处理量⼤、设备较简单、⼯艺成熟的优点。
分离过程发展的趋势分离过程发展的趋势是指在化工工艺中，不同物质之间的分离操作的趋势和发展方向。
分离过程是化工工艺中的重要环节，其目的是将混合物中的组分分离出来，以获取纯净的产品或实现组分之间的进一步转化。
随着科技的发展和人们对环境保护及资源利用的要求，分离过程的发展也面临着趋势的变化。
一、高效节能高效节能是分离过程发展的主要趋势之一。
传统的分离过程通常存在能源消耗大、工艺流程复杂、产品纯度不高等问题，因此，如何在保证分离质量的前提下降低能源消耗成为研究的热点。
随着新材料、新工艺的引入，分离设备的效率得到了提高，能耗也有了明显的减少。
例如，膜分离技术具有分离效率高、能耗低、设备体积小等特点，已经开始在生物工程、化工、环保等领域得到广泛应用。
二、多功能集成多功能集成是分离过程发展的另一个趋势。
传统的分离过程通常需要多个独立的分离单元进行操作，增加了设备的大小和复杂度。
而通过多功能集成，可以将多个分离单元进行整合，使得不同的分离操作可以在同一个设备中完成。
这样不仅可以节省空间和设备投资，还可以提高生产效率和产品质量。
例如，膜分离技术可以与吸附、吸附溶剂回收、结晶等技术结合，实现多功能的分离操作。
三、绿色环保绿色环保是分离过程发展的重要趋势。
随着人们对环境污染和资源浪费的关注度提高，传统的分离过程所使用的有机溶剂和化学试剂已经不能满足环保要求。
因此，如何开发低污染的分离剂和环保型分离工艺成为了研究的重点。
一种重要的解决方案是开发水相或水溶剂的分离工艺。
与有机溶剂相比，水相分离具有成本低、对环境污染小等优势。
此外，新型分离技术如超临界流体萃取、微悬浮浓缩等也被广泛研究和应用，以实现低污染、高效率的分离过程。
四、自动化和智能化自动化和智能化是分离过程发展的趋势之一。
随着自动化和智能化技术的不断进步，分离过程中的控制和操作更加方便快捷。
自动化技术可以实现对分离过程的实时监控和数据记录，并可以通过集成计算机控制系统来实现过程的控制和优化。
