新型分离技术复习重点

第一篇：新型分离技术复习重点

学渣根据老师讲的重点整理出来的，希望对大家有用

考试题型 填空20分 共10题 简答20分 共4题

设计20题 共2题（其中一题双极膜3室制备酸碱，图、原理，另外一题净水器5级结构百度上有）

计算40分 共3题

第一章

1.分离技术的定义

分离技术是指利用物理、化学或物理化学等基本原理与方法将某种混 合物分成两个或多个组成彼此不同的产物的一种手段。2.分离技术的作用于意义

（1）分离技术在过程工程中的意义：分离工程通常贯穿在整个生产工艺过程中，包括从原料、产物和副产物中脱除杂质；循环物料的分离；从废物中脱除污染物，是获得最终产品必不可少的一个重要环节，也是化学家和化学工程师必须具备的基本知识。

（2）在日常生活中的作用：饮用水、自来水大多都通过对来自江河湖海的水处理后获得的；每天食用的果汁、生啤、白糖、食言等分别通过蒸发、膜虑、结晶、电渗析等方法制得；每天开车所用的汽油、煤油等都是通过对原油加氢反应除去硫磺并经分馏制得的。（3）在环境中的保护作用：家庭生活污水所含成分十分复杂，直接排放将会严重污染环境，需通过富集、吸收、降解或转化等方式将有毒、有害污染物除去。

（4）在人类健康与保健中的作用：分离技术在医疗上做出杰出的贡献，人工肾、人工肺人工肝具有的功能都是利用膜的筛分作用通过透析、滤过方法净化血液、供氧和去除CO2使血液氧合，或通过置换等，达到调节人体平衡、维持生活、延长寿命的目的。（5）在能源再生与新能源利用方面的作用。3．分离剂的概念

加到分离系统中使过程得以实现的能量或物质。4.三大类新型分离技术

第一类—— 对传统技术或方法加以改良的分离技术：超临界 流体萃取、液膜萃取、双水相萃取以及色谱分离等； 第二类—— 基于材料科学发展形成的分离技术：反渗透、超 滤、气体渗透、渗透汽化等膜分离技术；

第三类—— 膜与传统分离相结合形成的分离技术：膜吸收、膜萃取、亲和超滤、膜反应器等。

第二章 计算题都在这一章 1.第一种类型：混合熵（作业有做过）

S mix＝－ R n i lnx i 摩尔混合熵的计算： 0S mix = Smix /n(n为体系的总摩尔数)=－ R x i lnx i

（这只是PPT里的例题）

分离理想气体或溶液的最小功（W min）W min = T S mix • 摩尔最小功

W min  TS mix  RTx i lnx i o o

2.第二种类型题：渗透压

=C R T(非电解质溶液)是渗透压 单位KPa C单位是mol/L(一定要换成mol/L)=RT

当溶液的浓度增大时，溶液偏离理想程度增加，对电解质 水溶液常需引入渗透压系数来校正偏离程度。

 Ci(电解质溶液)

Ci为水中离子的浓度 注意离子的下标

 i i C i RT 溶液的浓度较低时，绝大部分电解质的渗透压系数接近于1，随着溶液浓度的增加而增大。

对NaCl，KCl等一类液，其系数基本上不随浓度而变；而Na SO , 2 4 K2 SO 4 等一类溶液则随溶液浓度的降低而增大。

3.第三种类型：唐南平衡（课本第20页）

假定一种分子或离子大得不能通过膜，而溶剂小分子和普通离子能 自由通过，这时若系统中有这类分子电解质存在并达到平衡时，膜 两侧电解质浓度并不相等，这种现象即为唐南平衡。

4.第四种类型：火用（详细请见2.2PPT第67页开始，课本例2-1）

5.范德华力

色散力：非极性分子之间

诱导力：极性分子与非极性分子之间 取向力：极性分子之间

在非极性分子之间只有色散力，在极性分子和非极性分子之间有诱导力和色散力，在极性分子之间则有取向力、诱导力和色散力的作用。

6.第三章

1.常用的膜材料

2.膜的分类 按膜的材料分类：纤维素酯类、非纤维素酯类

按膜的分离原理及使用范围分类：微孔膜、超过滤膜、反渗透膜、纳滤膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等 按膜的形态分类：平板膜、管式膜、中空纤维膜 按膜的结构分类：对称膜、非对称膜、复合膜

3.膜的制备工艺

（1）相转变法：L-S型制模法（2）复合制膜工艺

4.反渗透满足的两个条件：（1）存在选择性透过膜（2）工作压力大于渗透压

5.渗透满足的两个条件：（1）存在选择性透过膜（2）存在浓度差

6.有孔学说与无孔学说

7.反渗透的应用领域

(1)海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水软化制备锅炉用水，高纯水的制备。

（2）在医药、食品工业中用以浓缩药液、果汁、咖啡浸液等。与常用的冷冻干燥和蒸发脱水浓缩等工艺比较，反渗透法脱水浓缩成本较低，而且产品的疗效、风味和营养等均不受影响。

（3）印染、食品、造纸等工业中用于处理污水，回收利用废业中有用的物质等。

8.反渗透膜的组件

有四种：板框式、管式、螺旋卷式、中空纤维式。

9．级与段的概念

段： 前段膜组件的浓水流经下一膜组件进行再处理，流经几组膜组件即称为几段。

级： 膜组件的产品水再经下一膜组件进行处理，产品水流经几次膜组件处理即称为几级。

10.膜的浓差极化概念、影响、减缓的措施 概念：在膜分离操作中，所有溶质均被透过液传送到膜表面上，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高。这种在膜表面附近浓度高于主体浓度的现象称为浓度极化或浓差极化。影响：

1.使膜表面溶质浓度增高，引起渗透压的增大，从而减小传质驱动力； 2.当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时，便会在膜表面形成沉或凝胶层，增加透过阻力；

3.膜表面沉积层或凝胶层的形成会改变膜的分离特性；

4.当有机溶质在膜表面达到一定浓度有可能对膜发生溶胀或恶化膜的性能；

5.严重的浓差极化导致结晶析出，阻塞流道，运行恶化。概括地说，就是分离效果降低，截留率改变，通量下降。措施：

①选择合适的膜组件结构； ②加入紊流器； ③料液横切流向设计； ④料液脉冲流动； ⑤螺旋流； ⑥提高流速；

⑦适当提高进料液温度以降低粘度，增大传质系数。

11.膜的污染定义、影响、措施，与浓差极化的区别 定义：是指处理物料中的微粒，胶体或溶质大分子与膜存在物理化学作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附，沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。措施：1.水通量逐步下降（膜通量下降）；

2.通过膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大（进料压力和△P逐渐增大）；

3.膜对溶解于水中物质的透过性逐渐增大。措施：

1.料液预处理(热处理、pH调节、离子交换、预过滤、加入稳定剂)2.膜材料的选择(考虑膜的亲疏水性、荷电性。亲水性膜及膜材料电荷与溶质电荷相同的膜较耐污染；对膜表面进行改性)3.膜孔径或截留分子量的选择(通过实验选择最佳孔径的膜)4.膜结构选择（不对称结构膜较耐污染）5.组件结构选择

6.溶液pH控制(分离、浓缩蛋白质、酶时，一般把pH调至远离其等电点，使其溶解度增加，并带电荷)7.溶液中盐浓度的控制(以改变溶液的离子强度)8.溶液温度的控制

9.溶质浓度，料液流速与压力的控制 与浓差极化的区别

膜污染与浓差极化有内在联系，尽管很难区别，但是概念上截然不同。浓差极化加重了污染，但浓差极化是可逆的，即变更操作条件可使之 消除，而污染是不可逆的，必须通过清洗的办法，才能消除。

12.超滤、纳滤、反渗透、微滤的区别（作业有做过，也可以看PPT3.4第99页）

第四章

1.气体分离的定义和工作机理

气体膜分离过程是一种以压力差为驱动力的分离过程。在膜两侧混合气体各组分分压差的驱动下，气体分子透过膜的现象。

目前常见的气体通过膜的分离机理有两种：其一，气体通过多孔膜的微孔扩散机理；其二，气体通过非多孔膜的溶解/扩散机理。

2.传统的气体分离方法 深冷分离法 吸附分离法 吸收分离法

3.气体分离膜的应用

（1）从合成氨中的尾气回收氢气（2）富氧气的制造（3）水果保鲜（4）天然气脱水

4.分子流与粘性流

膜孔直径(dp)远小于气体分子平均自由程(λ)时，气体分子与孔壁之间的碰撞几率远大于分子之间的碰撞几率，此时气体通过微孔的传递过程属努森扩散，又称自由分子流。

孔径大于操作条件气体分子的平均运动自由程，孔内分子流动受分子之间碰撞作用支配，分子与孔壁之间的碰撞可以忽略，称为粘性流。气体处于粘性流状态是没有分离性能的。

5.渗透汽化（PV）、蒸气渗透（VP）的定义与区别

渗透汽化（或渗透蒸发）是指液体混合物在膜的一侧与膜接触时，其中易透过组分较多地溶解在膜上，并扩散通过膜，在膜的另一侧气化而被抽出，从而达到分离的膜过程。

蒸发渗透(vapor permeation)，与渗透汽化过程不同之处在于其进料为气相，相变过程发生在进装置前或在膜上游蒸发汽化，在过程中蒸汽相渗透通过膜。两者相同点

1)推动力均是组分在膜两侧的蒸气压差； 2)分离相同体系使用同种膜；

3)膜后侧的情况完全相同，均为真空，采用相同的方法移去渗透物； 4)膜内的状态以及渗透物扩散通过膜的规律基本相同。两者的不同点

1)VP的加料为蒸气，气体在膜组件中的流动状况较液体好，分布均匀，物质在汽相中的扩散系数大，浓差极化的影响小；

2)PV过程中渗透物有相变，过程中料液的温度不断下降，从而导致渗透通量的下降，通常采用级间加热的方式来维持料液的温度；而VP过程无相变，过程中加料温度基本不变，VP的平均渗透通量比PV大，所以完成相同的分离任务，VP所需要的膜面积小。

3)VP的操作温度通常比PV高，温度高渗透通量大，所需膜面积小； 4)VP的蒸气加料比PV的液体加料，杂质含量小，由于VP的渗透通量大，因此在VP法比PV法节省设备投资费用，因而总成本比较低。

6.渗透汽化的操作方式

冷凝法 抽真空法 冷凝与抽真空结合法 载气吹扫法 溶剂吸收法

7.渗透汽化膜的种类和应用 渗透汽化膜可分为：优先透水膜、优先透有机物膜和有机物分离膜。（无水乙醇）

应用：1.有机溶剂脱水 2.水中脱除有机物 3.有机混合物的分离

8.膜基吸收的原理

膜基吸收(membrane-based absorption)是以疏水或亲水微孔膜作为气、液两相间的介质，并利用膜的多孔性实现气、液两相接触的一种新型分离技术。原理

一般采用双膜理论来研究膜基吸收的传质过程，传质过程的推动力为组分在膜两侧流体中的活度差(浓度差)。其传质过程主要经历四个过程:(1)气相中的物质在气相边界层中的扩散过程;(2)膜孔中物质的传递过程;(3)气液两相界面的物质溶解一吸收过程;(4)液相界面的物质向液相主体扩散过程。

第五章

1.血液透析能取代肾脏的哪些功能 排出对肌体有害的代谢产物 维持水代谢平衡

维持人体内环境酸碱度的平衡 协助维持血压

维持人体内环境电解质的平衡

2.血液透析、血液滤过、血液洗滤的定义、联系、区别（作业有做过）

3.腹膜透析

参与透析的是腹膜中的毛细血管和淋巴

4电渗析的基本条件 离子选择性透过膜 直流电场

5.电渗析的工作原理

在阴极与阳极之间，放置着若干交替排列的阳膜与阴膜，让水通过两膜及两膜与两极之间所形成的隔室，在两端电极接通直通电源后，水中阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移，由于阳膜、阴膜的选择透过性，就形成了交替排列的离子浓度减少的淡室和离子浓度增加的浓室。

6.阳膜的定义

凡是在高分子链上连接的是酸性活性基团(例如一SO3H)的膜，称为阳膜。只允许阳离子通过。

7.电渗析过程 反离子迁移 同名离子迁移 电解质渗析 水的渗透 水的电渗析 水的电离 压差渗漏

在上述几种传递现象中，只有反离子迁移才具有脱盐或浓缩的作用，其他过程均会影响电渗析的除盐或浓缩效率，增加电耗。设计中，应选择理想的离子交换膜和最佳的操作条件，设法消除或改善这些不利影响。

8.电渗析的浓差极化的定义，影响，措施

定义：在离子耗竭层中，溶液的电阻会变得相当大，当恒定电流通过离子耗竭溶液层时，会引起非常大的电位降，并迫使其溶液中的水分子离解，产生大量的H+和OH-来弥补及传递电流，这种现象称为离子交换膜的极化现象。影响：

(1)耗电增加； ① 部分电能消耗于水的离解和与脱盐无关的H+和OH-迁移上；

② 极化沉淀使得液-膜界面的电阻增大，导致电耗上升。(2)膜的使用寿命缩短；

极化后膜的一侧受碱的腐蚀，另一侧受酸的腐蚀。此外，沉淀结垢(Ca(OH)

2、Mg(OH)2等)的侵蚀，会改变膜的物理结构使膜的性能下降。

(3)膜的有效面积减少

沉淀结垢堵塞水流道，减少离子渗透膜面积。措施：

(1)最有效的方法是改善操作条件，使电渗析在极限电流以下运行。通常取极限电流的70~90%作为操作电流。实际操作中，主要通过调节工作电压来控制操作电流。

(2)采取有效的方法强化传质过程，提高装置的极限电流。(3)定期酸洗，加入阻垢剂和倒换电极操作等过程来消除极化沉淀。

9.离子选择性透过膜如何选择性透过

凡是在高分子链上连接的是酸性活性基团(例如一SO3H)的膜，称为阳膜；凡是在高分子链上连接的是碱性活性基团[例如-N(CH3)3OH]的膜，称为阴膜。它们在水溶液中进行如下解离: R-SO3H→R-SO3-+H+

R-N(CH3)3OH一→R-N+(CH3)3+OH-

产生的反离子(如H+、OH-)进入水溶液，从而使阳膜上留下带负电荷的固定基团，构成强烈的负电场，阴膜上留下带有正电荷的固定基团，构成强烈的正电场。

10.电渗析级与段的概念

级：电渗析器中一对电极之间所包含的膜堆称为级，一台电渗析器的电极对数就是这台电渗析器的级数

段：电渗析器中淡水水流方向相同的膜堆称为一段，水流方向每改变一次，段数就增加一段

11.电渗析的特点和不足之处

1.能耗低：在除盐过程中，只是用电能来迁移水中的盐分，而大量的水不发生相的变化。尤其适用于苦咸水淡化；

2.药剂耗量少，环境污染小：仅在酸洗是时消耗少量酸；

3.对原水含盐量变化适应性强：可按需要进行调节，根据一台ED器中的段数、级数或多台ED器的串联、并联或不同除盐方式（直流式、循环式或部分循环式）来适应；

4.操作简单，易于实现机械化、自动化；

5.设备紧凑耐用，预处理简单：预处理一般经砂滤即可； 6.水的利用率高：ED器运行时，浓水和极水可循环使用，水的利用度可达70%~80%，国外可高达90%左右

不足之处：只能除去水的盐分，而不能除去其中的有机物，某些高价离子和有机物还会污染膜；易发生浓差极化而产生结垢（用EDR可以避免）；与RO相比，脱盐率较低，装置比较庞大且组装要求高，因此它的发展不如RO快。

12.双极膜三室制备酸碱（设计题）

第六章

1.恒沸精馏的定义

在两组分恒沸液中加入第三组分（称为挟带剂），该组分能与原料液中的一个或两个组分形成新的恒沸液，从而使原料液能用普通精馏方法予以分离。利用恒沸现象改变组分的相对挥发度，这种方法称为恒沸精馏。

2.萃取精馏的定义

混合溶液中加入挥发度很小的添加剂以增大两组分间的α。第三组分萃取剂(溶剂)一般沸点较高、不与原溶液中任一组分形成恒沸物，仅改变原组分的α从而实现精馏分离，这种方法称为萃取精馏。

3.分子精馏定义、工作原理和工作过程

分子蒸馏(又叫短程蒸馏)它是依据不同物质分子运动平均自由程的差别，在高真空下（一般在小于1Pa），使液体在远低于沸点的温度下蒸馏分离，受热时间短，特别适于处理高沸点及热敏性的物系，是一种非平衡蒸馏。工作原理：

工作工程：

1)在热的作用下，分子从液相主体向蒸发表面扩散，液相内的扩散常是控制分子蒸馏速率的主要因素；

(2)液膜表面上的分子在高真空，远低于沸点的温度下自由蒸发；(3)基于真空抽力，蒸发分子向冷凝面飞射；(4)自由程大的分子在冷凝面上的冷凝；(5)馏出物和没有蒸发的重组分的收集。4.分子蒸馏的两个基本条件

①轻、重分子的平均自由程必须要有差异，且差异越大越好； ②蒸发面与冷凝面间距必须小于轻分子的平均自由程。

5.分子蒸馏的优缺点

优点：1.操作温度低（远低于沸点）、真空度高、受热时间短（以秒计）、分离效率高等，特别适宜于高沸点、热敏性、易氧化物质的分离；

2.可有效地脱除低分子物质（脱臭）、重分子物质（脱色）及脱除混合物中杂质；

3.其分离过程为物理分离过程，可很好地保护被分离物质不被污染，特别是可保持天然提取物的原来品质；

4.分离程度高，高于传统蒸馏及普通的薄膜蒸发器。局限性：(1)设备投资方面

由于分子蒸馏要求在高真空下进行分离，所需要的设备成本过高，结构复杂，设计技术要求高，相应的配套设备也多，投资过大，国内尚未见大规模运用；(2)生产能力方面

分子蒸馏受设备结构和加热面积的限制，设备体积比常规蒸馏设备体积大，在大规模生产应用中有不少困难。

第七章

1.超临界流体的定义和特性 超临界流体是指物质处于其临界温度和临界压力以上而形成的一种特殊状态的流体。处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，故称之为SFE。特性：

（1）密度、粘度和扩散系数的特点

密度比气体大得多，与液体接近，使其对溶质有较大的溶解度。粘度接近气体, 比液体小得多。扩散系数介于气体和液体之间，是气体的几百分之一, 是液体的几百倍。与液体相比，超临界流体粘度小、扩散系数大使其传质速率大大高于液体。（2）溶解特性

在临界点附近，压力和温度的变化可引起超临界流体密度急剧变化，相应地使溶质在超临界流体中的溶解度发生急剧变化，因而可利用压力与温度的改变来实现萃取和分离。

2.超临界流体萃取的工作原理和影响因素 工作原理

超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。当气体处于超临界状态时，成为性质介于液体和气体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，粘度虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10～ 100倍；因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力, 能够将物料中某些成分提取出来。然后通过改变超临界流体的温度或压力调节超临界流体的溶解能力，使溶解的物质析出，从而达到分离的目的。

影响因素：1）超临界流体的选择 2）操作条件 3）夹带剂的选择 4）原料的性质

其中最主要的是温度和压力

压力变大，溶解能力增强。温度升高，溶解能力的变化不一定。

3.超临界萃取的特点和局限性 特点：

(1)萃取时间短：由于超临界流体强穿透力和高溶解度，它能快速地将提取物从载体中萃出, 既节省溶剂，又减少了能源和人力的费用。(2)萃取彻底：萃取结果更接近实际情况，从而提高了后续分析过程的准确性和可靠性。

(3)有利环境保护：利用二氧化碳作为流体，解决了有机溶剂对环境的污染，也有利于保护实验室工作人员的健康。

(4)低温萃取：在较低温度下萃取，解决了对热敏感样品的萃取难题。(5)痕量萃取：能萃取10-9 级的样品。局限性：

（1）对脂溶性成分溶解能力较强而对水溶性成分溶解能力较低；（2）设备造价较高而导致产品成本中的设备折旧费比例过大；（3）更换产品时清洗设备较困难。

4夹带剂的作用：

5.超临界C02应用广泛的原因 温和的临界条件 无毒 阻燃 价廉易得

超临界CO 2 溶解能力强 适用于化工、医药、食品等工业

6.超临界流体萃取的应用实例 从咖啡豆中除去咖啡因 啤酒花萃取 植物精油的萃取 中药提取。。

第二篇：新型分离技术

化工与能源学院

科技论文写作课程论文

专业班级： 姓名： 学号： 指导老师：

写作日期：

2013年6月5日

成绩：

新型分离技术的应用及研究现状

摘要本文对膜分离技术、色谱分离技术、吸附分离技术、离心分离技术、萃取分离技术等新型分离技术的应用和研究现状进行了阐述

Abstract In this discourse , the author introduces the status oftheapplicationandresearch of some new separation technology such as membrane separation technology, chromatography, adsorption separation technology, centrifugal separation, extraction separation technology and so on.分离技术是研究生产过程中混合物的分离、产物的提取或纯化的一门新型学科,随着社会的发展,对分离技术的要求越来越高,不但希望采用更高效的节能、优产的方法,而且希望所采用的过程与环境友好.正是这种需求,推动了人们对新型分离技术不懈的探索.近十余年来,新型分离技术发展迅速,其应用范围已涉及化工、环保、生化、医药、食品、电子、航天等领域,不少技术已趋成熟.下面一一进行阐述.[1]1 膜分离技术

1.1 分离膜的种类

随着科学技术的发展，膜的种类得到发展，按材料性质，可以分为高分子膜、金属膜、无机膜.根据结构可分为均质膜、非对称膜、复合膜、离子交换膜、荷电膜、液膜.按成膜方法不同，分为三类，微孔膜(即核孔膜)、控制拉伸膜和海绵状结构膜.1.2 膜分离过程

微滤是最早使用的膜分离技术，是在压力差作用下进行的筛孔分离、使不溶物浓缩的过程，主要用于滤除 0． 05 ～ 10 μm 的悬浊物质颗粒.主要应用于截留颗粒物、液体澄清以及除菌.超滤是在压力差作用下进行的筛孔分离过程.纳滤是从水溶液中分离除去中小分子物质的过程(分子量为 300 ～ 500).其原理是在超滤和反渗透间提供了一种选择性媒介，在浓缩有机溶质的同时，也可脱盐.1.3国外分离技术的发展及研究进展

[2］

早在上世纪 30 年代，硝酸纤维素微滤膜已商品化，近年来开发出聚四氟乙烯为材料的微滤膜新品种，它使用范围非常广，销售额居于各类膜的首位.从上世纪 70 年代，超滤应用于工业领域，现在应用领域非常广泛.上世纪 80 年代，新型含氟离子膜在氯碱工业应用成功.第三代低压反渗透复合膜，性能大幅提高，已在药液浓缩、化工废液、超纯水制造等领域得到广泛应用.1979 年 Monsanto 公司成功研制出 H2/N2分离系统.渗透汽化于 80 年代后期进入工业应用，主要用于醇类等恒沸物脱水，该过程节约能源，不使用挟带剂，使用起来比较经济.此外，用渗透汽化(PV)分离有机混合物，近年也有中试规模研究的报道.1.4国内分离技术的发展及研究进展

［3-4］

我国膜技术始于上世纪 50 年代末，1966 年聚乙烯异相离子交换膜在上海化工厂正式投产.1967年用膜技术进行海水淡化工作.我国在 70 年代对其它膜技术相继进行研究开发(电渗析、反渗透、超

滤、微滤膜)，80 年代进入应用推广阶段.中国科学院大连化物所在 1985 年首次研制成功中空纤维N2/H2分离器，现已投入批量生产.我国在 1984 年进行渗透汽化(PV)研究，1998 年我国在燕山化工建立第一个千吨级苯脱水示范工程.中国科技部把渗透汽化透水膜、低压复合膜、无机陶瓷膜及天然气脱湿膜等列入“九五”重点科技攻关计划，分别由清华大学、南京化工大学及中科院大连化物所、杭州水处理中心承担，进行重点开发公关.1998 年 10月国家发改委在大连投资兴建国家膜工程中心，技术上以中国科学院大连化物所为依托.1.5在医药用水制备中的应用

Taylor［5］和Transen

［6］

采用离子交换、反渗透与炭吸附、荷电吸附材料及终端除菌滤器等技术，做成医药用水生产装置，生产无菌注射用水.丁绍敏等［7］比较了去离子水与超滤水的质量，结果使用超滤生产的输液的澄明度有了明显的提高.2 色谱分离技术

2.1 色谱技术简介

色谱是从混合物中分离组分的重要方法之一.色谱技术甚至能够分离物化性能差别很小的化合物,当混合物各组成部分的化学或物理性质十分接近,而其它分离技术很难或根本无法应用时,色谱技术愈加显示出其实际有效的优越性.如在消旋体处理等许多方面,所要求的产品纯度标准只有使用色谱技术才能达到.因而在医药、生物和精细化工工业中,发展色谱技术进行大规模纯物质分离提取的重要性日益增加.下面,通过几个实际中的例子来说明色谱分离技 术在实际中的应用.2.2 色谱分离技术在淀粉糖工业中的应用

淀粉糖经水解后的产品液中还存在许多其他的单糖、多糖、聚合糖和/或多元醇.在我国,许多厂家没有采用组分分离工艺,或采用的分离工艺只能分离出其中的一个主要组分,在提取出部分产品后由于杂糖、醇和/或其他杂质在母液中的畜集而无法继续利用.如能将它们分离纯化可得到各种产品,大大增加产品价值.如用阳离子交换色谱柱法将麦芽糖生产的糖浆分为麦芽糖和麦芽三糖.[9][8]

如麦芽糖生产中产生的大量含麦芽糖70%,麦芽三糖以上糖分为30%的高麦芽糖浆,便可采用阳离子交换色谱柱法分离成两部分.一部分中麦芽糖含量纯度为97.5%,用于直接生产结晶麦芽糖;另一部分含麦芽三糖65%以上,麦芽糖30%左右,再经处理后可生产麦芽三糖产品.国外使用色谱技术于糖醇分离,已变得非常普遍,几乎为所有公司采用.有些公司甚至专门从我国或其他地方收购纯度低的糖醇产品,通过色谱分离获得高纯度产品高价销售.[10]

2.3 蛋白质组学研究中的色谱分离技术

目前,用于“海量”蛋白质混合物的高效分离方法主要有二维电泳和高效液相色谱两种方法.其中因分离度高并具有直观图谱而被普遍采用的方法为二维电泳,即2DE方法.[11]

2DE与质谱联用技术已经成为蛋白质组学研究中一个较为成熟的技术平台,被广泛应用于蛋白质组学研究的各个方面.但由于该技术伴随其诞生所固有的缺陷,因此近几年对该方法进行了一些改进,如对电泳前生物样品进行预浓缩和预分离、分步提取以及对凝胶的染色过程进行优化,但都未有实质性的进展.为了解决这种方法存在的问题,另一种高效分离方法,[12]

即高效液相色谱方法(HPLC)获得了愈来愈多的应用,特别是各种模式色谱联用组成多维色谱分离技术逐渐被采用,并与质谱联用以克服二维凝胶电泳存在的缺陷.通常与质谱联用的多维色谱分离方法是基于两种或两种以上不同分离机理方法的优化和组合,其峰容量为最后一种模式色谱对前一种(或几种)模式色谱分离所得的所有馏分进一步分离的色谱峰的总和.分离方法的选择除了根据分离对象和目的的不同考虑不同分离方法以及组合方式外,还应考虑质谱鉴定的要求以及最后从蛋白质数据库检索的需要.由于蛋白质组的庞大和复杂,通常需要对其进行预分离以缩小分离范围,再进一步进行高效分离.[13]

2.4展望

综上所述,尽管不同色谱分离方法还存在一些不足之处,但它们以引人注目的各种优点,如高分辨率、快速、低成本等,赢得了人们的青睐.色谱分离方法不仅会在实验室得到广为应用,而且在大规模制备色谱领域内也具有极大的潜力.此外,各种色谱分离方法的合理组合技术方法,也是今后研究的重要内容和方向.3吸附分离技术

3.1 吸附与吸附分离技术

吸附是一表面现象,在流体(气或液)与固体表面(吸附剂)相接触时,流固之间的分子作用引起流体分子(吸附质)浓缩在表面.对一流体混合物,其中某些组分因流固作用力不同而优先得到浓缩,产生选择吸附,实现分离.吸附分离过程依据流体中待分离组分浓度的高低可分为净化和组分分离,一般以质量浓度10%界限

[14],小于此值的称为吸附净化.吸附是自发过程,发生吸附时放出热量,它的逆过程(脱附)是吸热的,需要提供热量才能脱除吸附在表面的吸附分子.吸附时放出热量的大小与吸附的类型有关:发生物理吸附时,吸附质吸附剂之间的相互作用较弱,吸附选择性不好,吸附热通常是在吸附质蒸发潜热的2~3倍范围内,吸附量随温度升高而降低;而发生化学吸附时,吸附质吸附剂之间的相互作用强,吸附选择性好且发生在活性位上,吸附热常大于吸附质蒸发潜热的2~3倍.在吸附分离技术的实际应用中,吸附剂要重复使用,吸附与脱附是吸附分离过程的必要步骤.吸附剂脱附再生的实现方式主要有两种:提高吸附剂温度和用低吸附质浓度的流体.早期的吸附分离技术主要用于吸附净化方面,随着20世纪50年代合成沸石分子筛的出现,使吸附分离技术得到快速发展,在化工、石化、生化和环保等领域得到广泛应用,其中变温吸附(TSA)、用于气体组分分离的变压吸附(PSA)和用于液体组分分离的模拟移动床(SMB)分离技术成为应用的主流.3.2 吸附材料[15] 开发吸附分离技术应用的一个关键是吸附剂——具有各种微孔结构和表面性质的大比表面固体材料(150~1 500m2/g),用于流体混合物中组分的吸附分离.吸附剂主要有活性炭、沸石分子筛、氧化铝、硅胶、高分子吸附剂和离子交换树脂.常用吸附剂的主要特性见表2.硅胶、氧化铝和沸石分子筛都可以用作为吸附干燥剂,但由于各自性质不同,适用的场合也不一样.一般来说,在干燥程度要求不高时,使用硅胶较普遍,因硅胶要求的再生温度较低;分子筛适用于要求深度干燥的场合,但需较高的再生温度,不适用PSA模式,因分子筛与水的相互作用强,仅靠变化流体浓度不能实现再生.如在仪表风等气体的PSA干燥中,适合的吸附剂是氧化铝而不是硅胶,因硅胶的强度稍差,其落粉率不能满足要求.活性炭为非极性材料,对有机物有较强的吸附能力,故一般有机挥发物(VOC)的脱除和回收都使用活性炭作为吸附剂.空气的PSA制氧过程是利用了分子筛吸附剂的吸氮量大于其吸氧量的特性,而空气的PSA制氮过程则利用了N2在炭分子筛上的吸附速率大于O2的几十倍的特性,这正好反映了实现吸附分离的主要依据:利用不同流体在吸附剂上吸附量或吸附速率的差异.吸附剂的性能决定着吸附分离技术的应用,因此吸附剂的开发一直是吸附分离技术的研发重点.针对吸附分离体系的特性,吸附剂的研发有多种方式:(1)改进现有的吸附剂,以提高过程的经济性和效果,如PSA制氧过程采用的吸附剂由CaA、10X到LiNaLSX(LSX代表低硅铝比的八面沸石型分子筛),增加分子筛的局部电场,提高其吸氮容量,而吸附过程则由PSA发展到真空变压吸附(VSA),节省过程的能耗;(2)通过合成新型的吸附剂和吸附分离用的材料,如各种新的分子筛被合成出来,并在吸附分离过程中得到应用;(3)结合现有吸附材料的性质,开发出具有应用新特点的吸附材料和过程,如针对不同的流体干燥场合,利用氧化铝、硅胶和分子筛等常用干燥剂的特性(见图1),来开发满足特定应用领域的各种干燥剂有着广阔的空间;(4)利用吸附剂和吸附质的某些性质,开发有应用针对性的吸附分离技术,这是吸附剂发展的主要方向.3.3现状分析及展望

随着21世纪各种吸附剂的不断出现和改进,吸附理论得到了长足的发展,吸附分离过程成为了具有广泛和重要应用的单元操作.新吸附剂的研制开发与应用是吸附理论与吸附分离技术取得进展的主要推动力,其中实验与理论方法和计算机模拟更紧密地结合对这样的进展会起着关键的作用;而可持续的社会发展需求为吸附理论与吸附分离技术的发展提供了广阔的空间,值得有志者去努力.4离心分离技术

4.1离心技术简介

虽然分离技术种类繁多

[16-19]

:有机械的、化学的、电分离和热分离等(其中包括离心分离、过滤、超滤、反渗透、结晶和渗析等技术),但离心分离技术与其它技术相比,有下述几个方面的特点:(1)占地面积小;(2)停留时间短;(3)无需助滤剂;(4)系统密封好;(5)放大简单;(6)过程连续;(7)分离效率易于调节;(8)处理量大.故自1836年第一台三足式离心 机在德国问世后,迄今分离技术有了很大的发展.各类离心机种类繁多,正在向高参数、系列化、专用机、多功能、新材料及自动化等方面发展,并已广泛用于化工、食品、轻工、医药、军工、造船、环保、生物 工程等近三十个工业领域.目前,随着计算机技术的发展,计算机辅助设计(CAD)技术与模块化设计的普遍应用,全球市场竞争愈加激烈、多样化、个性化的客户需求为离心分离机械实施大规模定制奠定了基础,故大规模定制设计(DFMC)已成为设计方面的新动向.4.2国内技术现状

我国离心分离行业尚属正在发展中,总体水平不高.随着社会进步,人们对环保、能源以及装备对品质的影响有了新的认识.同时,通过国外技术交流和合作以及成套项目的引进、消化与吸收,促进了我国离心分离技术的迅速发展,主要体现在:(1)已基本形成了一个科研、设计和制造的体系.(2)成立了分离领域的学术组织.(3)在基础理论与应用方面进行了研究.(4)目前已能生产三足、上悬、活塞、螺旋、离心力卸料,振动、进动卸料、刮刀及虹吸刮刀、翻袋及旁滤等离心机;分离机则有碟式、室式及管式.上述产品不仅遍及全国且远销国外,且技术特性较“九五”期间有所提高.(5)为满足特殊工艺要求(防污染、密闭、防爆等),一些新型离心机亦先后问世.例如,笔者曾研制一种适合于GMP的新型离心机,并获国家专利.还有内旋转子过滤离心机的研制,立式密闭螺旋机及复合机等亦已投产.(6)自控技术与CAD技术的应用.(7)各种相关标准的制订.(8)同国外著名离心机厂商的技术合作.4.3国外离心分离技术的进展

[20-26]

瑞典Alfa-laval公司,在碟片流道研究中发现,碟片间隙横断面上的速度分布取决于一个无量纲数λ,而工业离心机的λ通常在5~28之间.随着λ值的增加,碟片的转速增加,薄层减少,可提高雷诺数并缓和涡流.通过对碟片间隔件和分布孔的巧妙设计,进料量可增加20%.此外,还对相分离技术进行了研究.近年来,研究人员为选择最佳方案,采用流场分离法、有限元模拟法、大梯度密度梯级法、反模态分析法等,对离心机的工作性能和关键零件进行研究,为设计优良性能的离心机提供了理论依据.并对带内洗涤的卧螺离心机中堰池深度以及卧螺离心机技术参数之间的关系等进行了最佳化研究.为提高产品的纯度,及满足能源和环保的要求,高参数已成为国外机型的发展特点.由于生物工程需要分离极细的颗粒,如细菌、酶及胰岛素等,故最新碟式机已可处理0.1Lm微粒,且分离因数可达15000.如德国Westfalia公司的CSA160机型和瑞典Alfa-laval公司的BTAX510机型均属此例.随着工艺要求的提高,新机型不断问世.美国Dorr-Oliver公司的BH-46型碟式机,转鼓内径已达1.2 m,转鼓重量为4.5 t,用2个功率为220 kW的电机驱动,最大生产能力为450 m3/h,当量沉降面积已达250,000 m2,为碟式机之最.瑞典Alfa-laval公司用于生物技术的BTUX510型碟式机,具有自动调节的涡流喷嘴.利用喷嘴进料黏度和浓度的关系,可提供恒定的固相浓度,与进料速度和固体含量的变化无关.而具有10000分离因数的卧螺离心机,可从某种程度上弥补管式分离机的不足.BTNX3560-A机 型的特点是先进的旋转动态设计:主轴承改为弹性安装,可延长寿命,降低机器噪音与振动.德国Krauss-Maffei公司最新研制的SZ型活塞机,尺寸虽小,却更能有效进行固相分离.还有德国Flottweg公司用于处理难分离物料的双锥体卧螺离心机等.4.4 新材料的应用[27-28] 为了提高分离机械的性能、强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性,一批新型材料不断涌现.如,工程塑料、硬质合金以及性能优良的耐磨耐蚀不锈钢材料.法国曾研制一种用硬质陶瓷制成的转子,英国也曾研制由合成树脂构成的连续纤维复合材料转子.但在碟式机中,由于需要高强度和一定的耐腐性能,双相组织的不锈钢广泛采用.最近,俄国研制成功一种双相钢04X25H5M2(即04Cr25Ni5Mo2),有足够的强度和塑性.德国的Wischnouskii等研制的分离机转鼓新材料,具有强度高、塑性和耐腐蚀性好的特点.为弥补耐蚀和强度之间的矛盾,一些先进的制 造商普遍采用了转鼓的自增强技术.4.5 结语

综上所述,新材料和新型离心机正在不断研发出:世界离心机行业正在进一步探索和研究,深信国内将会向国际水平不断努力.5 萃取分离技术

5.1萃取分离技术概括

传统的提取物质中有效成分的方法工艺复杂、产品纯度不高, 而且易残留有害物质.萃取分离是一种新型的分离技术, 即在原料液中加入一个与其基本不相混溶的液体做为溶剂, 造成第二相;利用原料液中各组分在两个液相之间的不同分配关系来分离液体混合物.萃取分离是重要单元操作之一, 具有提取率高、产品纯度好、能耗低等优点.这项技术除了用在化工、医药等行业外, 还可用在烟草、香料、食品等方面.随着各种新技术的发展, 萃取分离技术不断改进优化, 新型萃取分离技术不断出现并完善, 这项技术在未来具有广阔的发展前景.以下对溶剂萃取精馏分离技术和超临界流体萃取分离的原理、特点和应用进行阐述.5.2萃取精馏[29-30]

萃取精馏是通过向精馏系统中加入适当的质量分离剂(MSA)来显著增大相对挥发度很小或者易形成共沸物的混合物组分之间的相对挥发度,使分离易于进行, 从而获得产品的一种特殊精馏技术.最近几年, 世界各国化学工业公司都在尝试如何将萃取精馏技术应用于工业过程改进、解决化学工业中难题, 以提高化工工业效益.溶剂的好坏是萃取精馏成败的关键, 工业生产过程的经济效果如何,与溶剂的选择密切相关.为了适用于工业化生产,溶剂的选择要考虑其选择性、沸点、溶解度、热稳定性和化学稳定性及适宜的物性.此外, 无毒、无腐蚀、来源丰富也是选择溶剂要考虑的因素.选择溶剂的一般方法是先采用性质约束法(试验法、经验筛选法和活度系数法)划定分离混合物系所需溶剂的大致范围, 对于一个被分离物系, 通过这种方法往往可以得到多个适用的溶剂, 然后应用计算机优化方法(计算机辅助分子设计方法、人工神经网络方法)寻求最佳溶剂已成为研究的方向.一般的萃取精馏过程采用塔工艺流程, 设备主要由萃取塔和溶剂回收塔组成.目前,萃取精馏技术的研究重点之一就是进一步提高萃取剂的选择性、改进工艺过程, 减少单元操作和建设成本.萃取精馏塔采用是板式塔型式, 由于浮阀塔板具有高效率、高弹性和高生产能力等优点, 所以目前在国内外是采用最为广泛的塔板之一.5.3超临界流体萃取技术

[31-33]

超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction,SFE)是近几年来迅速发展起来的一门新兴的高效分离技术.在化工、食品、香料、工业方面已有工业化应用规模.当气体超过一定的温度压力时, 便进入临界状态, 此时的流体成为超临界流体(如二氧化碳、乙烯、氨、丙烷、水等).目前, 超临界流体应用较多的是二氧化碳,因其临界温度 31.26℃,临界压力7.2MPa, 临界条件易达到, 并且具有化学性质不活泼、对大部分物质不反应、无色无毒无味、不燃烧、安全性好、价格便宜、纯度高、容易获得等优点, 因此, 在超临界萃取中常用.超临界流体兼有气液两重性的特点, 它既具有气体相当高的渗透能力, 又兼有与液体相近的密度和对物质优良的溶解能力.这种溶解能力能够随着体系参数(温度和压力)而发生变化, 因而可以通过改变体系的温度和压力使被提取物的溶解度发生变化而分离出来,从而达到分离提取的目的.5.4萃取分离展望

萃取溶剂选取方法已经由被动的选取向有目的的合成新化合物转变,由单一溶剂向混合溶剂转变, 筛选的范围更广泛, 筛选的溶剂更合理、准确, 前期试验工作量大大减少.随着近年来萃取剂选取范围扩大, 混合溶剂的选用, 萃取精馏工艺过程及塔板结构的改进, 萃取精馏技术应用于化学工业的场合范围扩大.对于解决现今化工生产中存在的问题或难题, 采取萃取精馏是一种值得优先考虑的技术.萃取分离技术发展至今, 其发展方向已经从常规萃取分离转向解决普通萃取分离过程无法分离的问题, 通过物理或化学的手段改变物系的性质, 使组分得以分离, 或通过特殊技术促进分离过程, 并且要求低能耗、低成本, 向清洁分离发展.在基础研究方面, 研究深度由宏观平均向微观、由整体平均向局部瞬态发展;研究目标由现象描述向过程机理转移;研究手段逐步高技术化;研究方法由传统理论向多学科交叉方面开拓.参考文献： [1]王中海,罗小苟,刘亮,张晓晖,黄向阳.新型分离技术的应用及研究现状[B].矿业快报2007,9(9).[2]王从厚，吴鸣． 国外膜工业发展概况［J］． 膜科学与技术，2002，22(1): 65-72．

[3]郭有智． 中国膜工业发展战略研究［J］． 化工新型材料，2002，30(6): 4-8．

[4]黄加乐，董声雄． 我国膜技术的应用现状与前景［J］．福建化工，2000(3): 3-6．

[5]Taylor M A． Portable intravenous solution preparation ap-paratus and method: US，5259954［P］． 1993-11-09．

[6]Transen B． Portable intravenous salutations and water for injection apparatus and method: US，4810388［P］． 1989-03-07．

[7]丁绍敏，张辉． 超滤法在制备注射用水上的应用［J］．黑龙江医药，2000，13(3): 163-164．

[8]徐玲、孙培冬、场力等,制备色谱分离技术的现状和发展,离子交换与吸附,2001,17:88-96.[9]尤新,演粉糖品生产与应用手册[M].北京:轻工业出版社,1997 [10]彭奇均,等.柠檬酸生产新工艺研究[J].现代化工,1997,(3):22~23.[11] Lilley KS, Raxzzaq A, Dupree P.Current Opinion Chemical Biology,2002,6(1):46.[12]PengJ,Gygi.SP.J Mass Spectrom,20021,36(10):108 [13]张养军、蔡耘、王京兰等,蛋白质组学研究中的色谱分离技术,Vol.No.12:20~26.[14]KellerG E, Anderson R A, Yon C M.Handbook of Separation ProcessTechnology:Adsorption[M].New York: JohnWiley& Sons, 1987: 644.[15]马正飞,刘晓勤,姚虎卿,时 钧.吸附理论与吸附分离技术的进展[A],南 京 工 业 大 学 学 报,2006,1 28(1).[16]俞如友.工业微生物[J],1991,(6):20-28.[17]俞如友.化学世界[J],1992,33(11):486-490.[18]TsengMM, Jiao J X.Comput Indus Engin[J],1997,33(1-2):319-323.[19] Jiao J X, Tseng M M.Computer-Aided Design[J],2004, 36(8):745-757.[20] AxelssonH.Filtra&Separa[J],2000,37(4):20-23.[21] Peeters B,Weis S.Filtra&Separa[J],2004,41(6):36-40.[22] 俞雷霖,俞如友.中国医药工业杂志[J],2005,36(12):776-779.[23] Rose P.Filtration&Separation[J],2003,40(5):20-22.[24] Tania Garcia, Jose Villar, Mercedes Gonzalez.Filtra & Separa[J],2005,42(8):36-37.[25] Filtra&Separa[J],2003,40(10):9.[26] 俞如友.医药工程设计[J],1992,(3):39-43.[27] Wischnawskii F, Kuhn A.Filtra & Separa[J],2002,39(9):36-38.[28] Day N.Filtra&Separa[J],2005,42(6):22-24.[29]宋海华, 孙伟.萃取精馏溶剂选择的研究进展[J].化学工业与工程,2002, 19(1).[30]陈惠晴.清华大学学报自然科学版, 1999, 39(6):28.[31]徐少萍.超临界流体萃取技术的应用及发展[J].山东轻工业学院学报, 2003, 2(17):43-45.[32]郝常明.浅谈超临界萃取技术及其应用[J].医药工程设计杂志,2003,24(2).[33]林敬明.超临界流体萃取技术在天然药物成分分析中应用[J].中药材, 2000, 5(23):303-305.

第三篇：新型分离技术习题解答——第3章

第三章 反渗透、纳滤、超滤和微滤（习题解答）

3-1试分别求出含NaCl 3.5％的海水和含NaCl 0.1％的苦咸水25℃时的理想渗透压。若用反渗透法处理这两种水，并要求水的回收率为50％，渗透压各为多少? 哪种水需要的操作压力高?

+-解:（1）：理想溶液渗透压可用van’t Hoff定律计算。海水中的NaCl可认为完全解离为Na和Cl，即形成渗透压的离子浓度为NaCl浓度的两倍，故含3.5%NaCl的海水在298K时的理想渗透压为：

RTciRTCiCj358.31429822.97MPa

58.45MM含0.1%NaCl的苦咸水在298K时的理想渗透压为：

120.0848MPa 58.45（2）：水回收率为50%时，被（理想）反渗透浓缩后的海水中，NaCl浓度增为3.5%/0.57.0%

70RTci8.31429825.93MPa

58.45（3）：水回收率为50%时，被（理想）反渗透浓缩后的苦咸水中，NaCl浓度增为0.1%/0.50.2%

2RTci8.31429820.17MPa

58.45RTci8.314298由此可知，因海水中NaCl的浓度远比苦咸水中高，其所需的操作压力也远比苦咸水来得高。其次，苦咸水的回收率达到50%，则反渗透压力将增高一倍。

3-2 含盐量为10000 mg（NaCl）/L的苦咸水, 采用有效面积为10cm2的醋酸纤维素膜，在压力6.0MPa下进行反渗透试验。在水温25℃时，水流量Qp为0.01cm2／s时，透过液溶质浓度为400mg/L，试计算水力渗透系数Lp，溶质透过系数ω以及脱盐率。（溶质渗透压系数Φi与溶质的种类及浓度有关，本题取Φi=2。）解：苦咸水的渗透压：iCRT2水力渗透系数：

100000.0822988.35atm

58.51000JVQPPA(P)

0.011.94108L/cm2s.atm100010(608.35)Lp溶质渗透系数：

QfCFJSCSACS0.014004.16108L/cm2s.atm100010(10000400)

脱盐率：

R0CBCfCB1000040096%

10000

－－3-3 透系数LP等于2×108L／cm2·s·MPa，溶质的透过系数P为4×108L／cm2·s的反渗透膜，在操作压力为4.0MPa、水温为25℃条件下进行实验。试初步计算透过膜的水和溶质通量值。若进水浓度为6000m/L，试计算制成水的溶质脱除率。解：溶液的渗透压：iCRT60000.0822982.51atm

58.51000总通量：

JVLPP2108402.517.5107(L/(cm2s))

溶质脱除率： ∵1R0JS/JVJSPmCSPm R0CSJVCSLp(p)CSLp(p)Pm410811∴R0[1][1]94.9%

Lp(p)7.5107产品水溶质浓度：CpCf(1R0)6000(10.949)306mg/L ∴溶质渗透通量：

843JSPmCS410(6000306)2.2810mg/cms

3-4 将直径为0.86cm的管式超滤膜浸入盛有水的烧杯中，浸入水中的膜管长2.59cm，膜管内注入0.03mol/L的葡萄糖溶液，恒温在25℃，在实验中首先将管内外的溶液和水调整到相等高度，并在大气压下保持1.62h，这时管内溶质浓度降低了0.4%，溶液总体积增加了0.35%。在再次实验中，仍将管内的溶液和水调整到相等高度，使溶液保持在大气压下，水保持在0.096MPa的负压下，放置0.49h，溶质浓度降低了0.125%，溶液总体积亦降低了0.05%，求通过超滤膜的传递系数Lp、σ、ω及σ’。解：渗透压RTc8.3142980.03100.07433MPa 实验一：

30.86242.590.35%1.29107cm3/(cm2s)∵溶液通量Jv0.862.591.6236001.291071.736106-------（1）∴JvLpLp0.07433Jv∵溶质通量JSV1c1V2c21.50370.031.50900.0310.0045.41321013mol/(cm2s)St0.862.591.62360010000.0311.291070.074335.41321013----（2）1000∴JScS1Jv实验二：

∵p0.1010.0960.005MPa

0.86242.590.05%6.08108cm3/(cm2s)∵溶液通量Jv0.862.590.4936001.291076.08108-------（3）∴JvLppLp0.074330.0050.07433''∵溶质通量

JSV1c1V2c21.50370.031.50290.0310.001256.51341012mol/(cm2s)

St0.862.590.4936001000∴JScS1'Jv0.031'6.081080.074336.51341012----（4）1000联立方程（1）、（2）、（3）、（4）即可求得Lp、σ、ω及σ’。

3-5浓度为5g/L的葡聚糖(Mw70000)溶液2m3，用内径1.25cm、长3m的超滤膜浓缩10倍。膜对这种葡聚糖的截留率为l00％，纯水的渗透系数为5×10-3cm3／cm2· MPa ·s。在流量6 L／min，压力0．2MPa，液温25℃条件下浓缩6小时时，试求需要多少根膜。葡聚糖溶液的密度及粘度可用下式计算。

ρ＝0.997+0.59×10-

4(g／cm3)

μ＝0.821+0.0343C一2.617×10-5C2+1.093×10-6C3+6.689×10-9C4(CP)式中，C的单位为g／L，温度为25℃。

解：对于5g/L的葡聚糖(Mw70000)溶液来说，根据密度计黏度的计算公式计算得：

m0Pa s

D8.7610970000.9973g/cm0.992由于浓度较低，渗透压可忽略不计：

0.437.231011m2/s

J0LPp51030.20.001cm3/(cm2s)

管式膜的线速度：

u6100081.53cm/s 2600.7851.25雷诺数：

Reudh0.99730.81531.2510410245.7 0.99200.9920103施密特准数：

Sc13757.7 311D0.9973107.2310根据判断公式：

ReScdh13757.710245.70.01255000（应在湍流范围内）l3D7.2310110.750.330.750.33∴计算k：k0.04ReSc0.0410245.713757.75.47106 dh0.0125当传质系数和初始渗透速率已给定时，可用下式计算一定时间内将料液浓缩到一定浓度所需膜的面积：

lnV0dVAmJ0k dtV3其中在本题中V02m3，V52500.2m，t6h

最后用matlab软件编程计算得：Am8.357m（也可解常微分方程，得到方程后代入计算Am）

2∴需要的膜管数：nAm8.35771 S0.01253.143

3-6 由膜评价实验测得相对分子量为2000的溶质，其过滤系数LP为2×10-11 m3／m2· Pa ·s，反射系数δ为0.85。总渗透率PM为10-6m/s，在室温及0.2MPa压力下，使用1.15cm内经的管式膜，在流量2.5L/min下进行超滤时，求该条件下超滤的表观截留率R0。由于浓度较低，渗透压可忽略不计；假定溶液的透过通量近似等于溶剂透过通量，即JV≈JW。若流量增加到5L/min，求超滤表观截留率。（假定常温下液体粘度为9×10-7m2/s，扩散系数为2.3×10-10m2/s）解：由于渗透压可以忽略不计，JVLPp2101121054106m3/(m2s)

FexpJV1PMexp410610.851060.55

真实截留率为

R1F10.550.850.72

10.850.551F2.5100040cm/s，则5L/min时为80cm/s。2600.7851.15流体线速度：2.5L/min时为u0.8750.252.5L/min时的雷诺数为5100，为完全湍流区，所以由式NSh0.023NReNSc得：

5k16.38106m/s2.5L/min

k21.1710ms/L5/ min因此由式Robs1得：

11RRexpJVk66Robs1110.720.72exp4106.38100.582.5L/min

同理可得：Robs0.655L/min

3-7用纳滤过程净化农药污染的地表水，已知污染水中三种残留农药的含量分别为10μg/L、14μg/L和17μg/L。膜对这3种微污染物的截留率分别为92％，95％和90％。假定渗透物中农药总浓度不能超过5μg/L，求最大回收率；若要求渗透物中某一农药浓度不超过2μg/L，且农药总浓度不能超过5μg/L，求最大回收率。

解：设10μg/L的农药为A，14μg/L的农药为B，17μg/L的农药为C，回收率为（1）：渗透物中农药总浓度不能超过5μg/L ∵c∴cAV192%+cBV195%+cCV190%5g/L

V100.08140.05170.10.640.64

5（2）：渗透物中某一农药浓度不超过2μg/L，且农药总浓度不能超过5μg/L cAV192%+cBV195%+cCV190%5g/LcV∵ cAV192%cBV195%cCV190%2g/LVVV100.08140.05170.10.640.645∴0.35

100.08140.05170.1=0.40、=0.35、=0.85222

3-8用管式纳滤膜浓缩低分子量蛋白质，该管式膜直径为1.5cm，对蛋白质的截留率为100％，水的渗透系数为4.35 L/(m2·h·bar)。操作压力为40bar，原料流量为3.6 m3/h，流速为2m/s下，将原料中蛋白质浓度从1％（质量）浓缩至20％。试计算所需膜面积。该条件下存在浓差极化现象。蛋白质溶液的渗透压为

0.7C1.2，扩散系数为D蛋白质＝5×10-10m/s。

解：蛋白质溶液的粘度及密度分别用：

Ns/m2103exp0.00244c2g/cm2.5410c1.00332

当质量分数为1%时，溶液黏度为0.001Ns/m，密度为1g/cm3，直径为1.5cm，流速为2m/s ∴Reud100020.0150.001300005000

Sc2000 0.001D100051010D510100.750.330.750.33∴k0.04ReSc0.043000020003.73105 dh0.015∵通量J3.63.60.013.42m3/h

0.2Jcmcbexpvk

1.22∴联立各式：0.7cm，解方程组得：SJJv118m

JvLpp

SJJv

3-9采用反渗透法脱盐，将水中的含盐量从5000ppm（以NaCl计）降低到300ppm。已知膜的水渗透系数为30 L/(m2·h·MPa)，在ΔΡ＝1.5MPa，5000ppm情况下，对盐的截留率为97％。设水的流量为25m3/h。分别计算操作压强为1.5MPa和3.0MPa下过程所需膜面积。解：（1）：设压强为1.5MPa时溶液的回收率为1.5，温度为常温20℃ cP∴1.51c1Rf300310.51J250.5112.75mh 500010.9750003000.196MPa ∵RTc8.31429358.5∴JvLpp301.50.19639.12L/(m2h)

3∴1.5MPa时过程所需膜面积SJJv12.75101R10.9739.12326m2

（2）：设压强为3.0MPa时溶液的回收率为3.0 根据第二章2-11题的解法求得R0.99 ∴3.0cP1c1Rf1R3001500010.9910.990.84J250.8421m3h

2∴JvLpp303.00.19684.12L/(mh)

3∴3.0MPa时过程所需膜面积SJJv211084.12250m2

3-11在20℃下，用反渗透过程处理含硫酸钠7.6g/L的物料，可获得浓缩液及回用水。若处理流量为3 m3/h，过程的回收率为92.5％，盐截留率为R＝99.5％，操作压力为6.0MPa，水渗透系数为Lp=1.0 L/(m2·h·MPa)。计算反渗透过程的膜面积。解：透过液浓度：

cPcf1R1R7.60.00510.9250.9950.5g/L

∴RTc8.3142937.60.5100030.4717MPa 1102∴JvLpp1.06.00.47175.5283L/(mh)

32∴反渗透过程的膜面积SJJv3100.9255.5283502m



3-14采用醋酸纤维素中空纤维膜进行苦咸水脱盐实验，苦咸水中的含盐量以NaCl计为0.1%，所得通量为2000 L/(m2·d)，实际截留率为94％，传质系数为k=5.4×10-5m/s。试计算浓差极化比和表观截留率。解：由式表观截留率Robs1得：

11RRexpJVk2000/1000Robs1110.940.94exp5.41050.91

2436002000/1000xJ∴浓差极化比mexpvexp2436001.5 5xbck15.410

3-15在压力为1.0MPa时，利用直径为7.5cm的透析池，进行水透过膜的渗透实验，测得1小时后水的透过量为4.6 mL。将浓度为10g /L蔗糖（MW=342g/mol）水溶液放入透析池的一个腔室内，已知该腔室体积为44 mL，另一腔室为纯水，进行渗透平衡实验，2小时后蔗糖室内的液体体积增加了0.57mL，而蔗糖的浓度下降了1.16 ％。试根据以上二个实验结果，计算膜的反射系数σ，水力渗透系数LP和溶质渗透系数ω。解：水力渗透系数LP：

LpV4.62.9105cm3/(cm2sMPa)2tSp1360047.511010000.07123MPa 342∵渗透压差RTc8.314293∵JvLp0.571.793106cm3/(cm2s)22360047.5JvLp1.7931062.91050.86 ∴膜的反射系数0.07123310441011.16%44.5710342∵溶质通量JScS1Jv

2360047.52∴溶质渗透系数JScS1Jv6.5109mol/(cm2sMPa)



－－3-17透系数LP等于2×108L／cm2·s·MPa，溶质的透过系数P为4×108L／cm2·s的反渗透膜，在操作压力为4.0MPa、水温为25℃条件下进行实验。试初步计算透过膜的水和溶质通量值。若进水浓度为6000m/L，试计算制成水的溶质脱除率。解：溶液的渗透压：iCRT60000.0822982.51atm

58.51000总通量：

JVLPP2108402.517.5107(L/(cm2s))

溶质脱除率： ∵1R0JS/JVJSPmCSPm R0CSJVCSLp(p)CSLp(p)Pm410811∴R0[1][1]94.9% 7Lp(p)7.510产品水溶质浓度：CpCf(1R0)6000(10.949)306mg/L ∴溶质渗透通量：

843JSPmCS410(6000306)2.2810mg/cms

3-18用一扩散池测定纳滤膜对葡萄糖（Mw=180g/mol）、蔗糖（Mw=342 g/mol）和甘露糖（Mw=504 g/mol）的截留系数。一个腔室内装有浓度为18g/L的糖水，另一个腔室为纯水，45min后，葡萄糖、蔗糖和甘露糖的体积分别增加1.0%，0.6%和0.51%。已知膜的水渗透系数为Lp=10-5 g／cm2·s·bar，糖腔室的体积为56mL，膜面积为13.2cm2，计算这几种糖的反射系数。解：（1）：葡萄糖（Mw=180g/mol）：

1810002.48bar 180V561.0%11.57105cm3/cm2s ∵溶液通量JWLPAt13.24560∵渗透压RTC8.314298Jw1.57105∴反射系数50.63

Lp102.48（2）：蔗糖（Mw=342 g/mol）：

1810001.30bar 342V560.6%10.94105cm3/cm2s ∵溶液通量JWLPAt13.24560∵渗透压RTC8.314298Jw0.94105∴反射系数50.72

Lp101.30（3）：甘露糖（Mw=504 g/mol）

1810000.88bar 504V560.51%10.80105cm3/cm2s ∵溶液通量JWLPAt13.24560∵渗透压RTC8.314298Jw0.80105∴反射系数50.90

Lp100.88

3-19采用间歇微滤过程浓缩细胞悬浮物，将细胞悬浮液浓度从1％浓缩至10％，在浓缩过程中通量可保持在100 L/(m2·h)。设初始发酵液体积为0.5 m3，微滤膜面积为0.5 m2。假设膜对细胞的截留率为100％，计算间歇操作所需时间。解：渗透体积VV1cf1%30.510.45m cR10%∴间歇操作所需时间tV0.459h JS1001030.5

第四篇：新型分离技术习题解答——第4章

第四章 气体渗透、渗透汽化和膜基吸收（习题解答）

4-1采用气体渗透膜分离空气（氧21％，氮79％），渗透物中氧浓度达78％。试计算膜对氮气的截留率R和过程的分离因子α，并说明这种情况下哪一个参数更能表达该过程的分离状态。

解：截留率：

R=1分离因子：

o7822217913.34

cN2,pcN2,F122790.7215

2N2对于气体膜分离，以分离因子表示膜的选择性为宜。

4-3 用渗透汽化膜过程进行异丙醇脱水。在80℃下，所用亲水复合膜厚为8μm，该膜对异丙醇的渗透通量可忽略不计。测得不同含水量的异丙醇进料液透过膜的水通量数据如下： 料液中含水量/％（质量）水通量/{kg/(m2·h)}

0.03 0.12

0.45 0.82

1.46 2.12

已知水在无限稀释溶液中的活度系数为3.9，且在以上浓度范围内不变。试画出水通量随溶液浓度及活度的变化曲线；计算各组成下水的渗透系数{cm3·cm/(cm2·s·kPa)}。解：查表得异丙醇的Antoine方程常数，并计算其饱和蒸气压：

3640.200P异丙醇exp9.7702-0.092MPa

35353.54查饱和水性质表得80℃下水的饱和蒸气压及密度：P水0.04739MPa 971.8kg/m3 水的渗透系数可用下式计算：

JAQApAxAA02f2ApyA0p0JQA0ApAxA

A计算结果见下表：

名称 含水量/% 水通量/kg/(m2·h)水的摩尔分数 水的活度 水渗透系数 cm3·cm/(cm2·s·kPa)1 0.01 0.03 0.0326 0.1270 1.14E-12

0.02 0.12 0.0637 0.2484 2.33E-12

0.03 0.45 0.0935 0.3645 5.96E-12

0.04 0.82 0.1220 0.4756 8.32E-12

0.05 1.46 0.1493 0.5821 1.21E-11

0.06 2.12 0.1754 0.6842 1.50E-11

水通量随溶液浓度及活度的变化曲线如下：（左Y轴为摩尔分数，右Y轴为活度，X轴为渗透系数）0.180.160.70.60.140.120.100.080.060.20.040.020.004.00E-0128.00E-0121.20E-0111.60E-0110.10.00.50.40.3A

4-4 蒸汽渗透或气体分离过程中，原料和渗透物压强比一定，且原料液流与渗余液流的浓度近似相等时，渗透物浓度最高。今已知某一复合膜对空气中甲苯蒸汽浓度为0.5℅（体积）时的渗透选择性为200，分别计算压强比为10、100和1000时的渗透物组成。解：已知pFpPq为定值，PAPB200，且原料液流与渗余液流的浓度近似相等

∵对于二元混合气体，忽略边界层作用，其渗透量可用下式计算：

JAHADAlmxApFyApP

JBHBDBlmxBpFyBpP

当无吹扫气体时，两通量之比即为渗透气体的摩尔分率之比：

JAJByAyBHADAxApFyApPHBDBxBpFyBpPPAxApFyApPPBxBpFyBpPPAxAqyAPBxBqyB

（1）：pFpPq10

带入方程：yA1yA2000.00510yAyA0.995101，解方程得：yAq105%（2）：pFpPq100

带入方程：yA1yA2000.005100yA0.9951001yA，解方程得：yAq10029%

（3）：pFpPq1000

带入方程：yA1yA2000.0051000yAyA0.99510001，解方程得：yAq100048%

4-5 用间歇渗透汽化过程脱除发酵液中的丁醇。当发酵液中丁醇浓度从6℅降至0.6℅时，其体积减少了13℅，试计算渗透物中丁醇的浓度。

解：设发酵液初始体积为V，当发酵液中丁醇浓度从6℅降至0.6℅时，n丁醇=6%V0.6%113%V

n丁醇V6%V0.6%113%V13%V∴渗透物中丁醇的浓度cP,丁醇=42.1%

4-6 某一气体富氧过程，其跨膜压强比ph/pl=5，且设进料浓度近似与截留物浓度相等xf≈xr，原料空气含氧21℅。分别计算选择性为p氧气/p氮气=2.0、2.2、3.0、5.0和10时的渗透物中氧的浓度。

解：已知phplq5为定值，且设进料浓度近似与截留物浓度相等xfxr

根据本章习题4-4所推导的公式：

JAJByAyBPAxApFyApPPBxBpFyBpPO2PAPBxAqxBqyAyB

对于PO2PN22.0，方程为PO2PN2yO21yO22.00.215y0.7951yO2，解方程得：yO31%

2同理可得2.23.05.010时的yO2值分别为33%38%46%57%

4-7 用改性聚二甲基硅氧烷为皮层（1μm）的复合膜分离二氧化碳和氮气混合物。假定进料混合物的物质的量（mol）之比，二氧化碳/氮气=1/4，原料侧压力为ph=0.25MPa，渗透物侧压力为pp=0.05MPa。原料流量为qf=10000m3(STP)/h。两种气体的渗透系数分别为P co2=81barrer、PN2=5.3barrer。假设原料和渗透物侧的气体完全混合。试计算渗透物组成、二氧化碳通量及回收率。解：CO/N2PCO2/PN281/5.3, 压强比ph/p15 渗透物组成可由下式计算：

5B0.51xr,i0.5150.21.175

114.3xp,CO22BBxr,i10.5521.1751.17515.30.214.30.50.60

根据质量衡算可求出二氧化碳回收率

qrqfqp10000qp

xf,COqfxp,COqpxr,COqr

2220.5100.6qp0.2(10000qp)

qp7500m/h

0.67.54343所以二氧化碳回收率为：

CO2进而二氧化碳的通量：

JCO20.51010 0.9PCO2[lphxr,CO2p1xp,CO2]338110[104101900.2380.6]

1.2310cmSTP/cm2s

4-8 用不对称聚亚苯基氧复合膜进行空气富氮。分离层膜厚为1μm，该膜对氧的渗透率PO2为50barrer，膜的分离因子为4.2，进料流中的操作压力为1MPa，渗透物流侧的压力为0.1MPa，假定空气中氮浓度为

330.79，渗余物中氮浓度增大到0.95，渗余物流量为qf=10m/h。现要求生产含氮95℅的富氮气10m/h，试计算单级过程所需膜面积和能量消耗。

解：第一段的截留物作为第二段的原料xr,1xf,2,qr,1qf,2。已知第二段qr,210m/h，原料侧氧的对

3数平均浓度为：

x2xf,2xr,2lnxf,2xr,20.100.050.072

0.10ln0.05（1）：先计算第二段，氧浓度从10%降到5%。

ON224.PrPtPh110 0.1xr,i110.072B0.512.4225 0.513.20.10.11PrPr渗透物中氧的浓度

xp,CO22BBxr,i1Pr0.524.22.42252.42250.0723.20.10.50.2

由物料衡算可以求出原料和渗透物流量，进而求出所需膜面积。

qf,2qp,210

0.q1f,20.q2p0,210 0.05得：

qf,215m/h 和 qp,2=5m/h

PO232phx2plxp,20.137(100.0721.00.2)0.071m(STP)/mhbar

l333JO2qO2qp0.201m/h

第二段膜面积：

A2qO/JO221.00.0713214.08m

（2）：计算第一段： qr,1qf,215m/h

x10.210.100.148

0.21ln0.1第一段中氧的对数平均浓度： xr,i110.148B0.512.8025 0.513.20.10.11PrPr渗透物中氧浓度

xp,CO22BBxr,i1Pr0.524.22.80252.80250.1483.20.10.q36p,130.50.36

10.2q1f,1则

qf,1qp,130.115得：

qf,125m/h 和 qp,1=10m/h

PO32JO22phx1plxp,10.137(100.1481.00.36)0.153m(STP)/mhbar

lqO2qp0.363.6m/h 3第一段膜面积：

A1qO2JO23.60.15324.52

2故总膜面积 ：

A总A1A2386m

表明有可能得到两股产物流，即第一段的富氧物流和第二段的富氮物流，如下图所示：

4-9 四种具有不同分离因子的膜，分别用于渗透蒸发脱除恒沸酒精中的水制备无水乙醇，假定分离因子及总透过量Q与组成无关，四种膜的分离因子分别为10、50、100、1000。若进料混合物中的乙醇质量分数为95℅，试计算制成乙醇质量分数为99.5℅的产品1kg/h所需要的膜面积、进料量、透过量、透过物组成及乙醇的回收率。

解：（1）：分离因子110，wf95%，设透过物乙醇含量为wp，总透过量为Qp，进料量为Qf

(100wp)/wp(100wf)/wf(100wp)/wp(10095)/95 ∵10wp65.5%

∴对物料中乙醇做物料守恒：

Qp195%Qpwp199.5%Qp66.5%199.5%

解上述方程得：Qp0.152kg/hQfQp11.152kg/h ∴乙醇的回收率：QRQf11.152100%86.8%

（2）：分离因子150，wf95% ∵(100wp)/wp(100wf)/wf(100wp)/wp(10095)/9550wp27.5% ∴对物料中乙醇做物料守恒：

Qp195%Qpwp199.5%Qp27.5%199.5%

解上述方程得：Qp0.0666kg/hQfQp11.0666kg/h ∴乙醇的回收率：QRQf11.0666100%93.7%

（3）：分离因子1100，wf95% ∵(100wp)/wp(100wf)/wf(100wp)/wp(10095)/95100wp16.0%

∴对物料中乙醇做物料守恒：

Qp195%Qpwp199.5%Qp16.0%199.5%

解上述方程得：Qp0.0570kg/hQfQp11.0570kg/h ∴乙醇的回收率：QRQf11.0570100%94.6%

（4）：分离因子11000，wf95%

(100wp)/wp(100wf)/wf(100wp)/wp(10095)/95∵1000wp1.86%

∴对物料中乙醇做物料守恒：

Qp195%Qpwp199.5%Qp1.86%199.5%

解上述方程得：Qp0.0483kg/hQfQp11.0483kg/h ∴乙醇的回收率： QRQf11.0483100%95.4%

第五篇：教育技术学复习重点（推荐）

教育技术学复习重点 第一章

教育技术（94定义和05定义）

现代教育技术的理论基础，重点是建构主义的学习理论和加德纳的多元智能理论 媒体、教学媒体

传统教学媒体、现代教学媒体 教学媒体的功能特性

经验之塔，重点是对教学的指导意义 教育信息化的基本特征

第二章

数字照相机的基本结构和工作过程 镜头

曝光控制技术 景深控制技术

拍摄中的“色彩的利用” 图形图像素材获取的方法 矢量图和位图 位图图像格式

PS中选框工具、魔棒工具、套索工具的使用 PS中修复画笔工具和仿制图章工具的使用

PS中曝光过度和曝光不足照片的处理方法

第三章

音频媒体有哪些？ 音频文件的各种格式 音频数字化过程及指标

控制音频数字化采集的质量，应从哪四方面着眼 传声器的指向性

常用的音频编辑软件有哪些

第四章

视频媒体有哪些？ 视频文件的各种格式 视频媒体的教学功能 视频教材的设计制作过程 镜头的运动技巧

第五章

动画制作软件种类

FLASH动画制作的一般过程 FLASH动画的类型

形状补间动画和动作补间动画的区别 轨迹动画和遮罩动画对图层的要求 元件的几种类型

图形元件和影片剪辑元件的区别 帧、帧频

第六章 多媒体技术

信息媒体的六大类型 多媒体的特点

多媒体课件的定义和类型 多媒体课件的开发过程

多媒体课件屏幕设计的总体要求 利用powerpoint制作多媒体课件：

Powerpoint的几种视图方式、特殊的文件格式 Powerpoint中设置背景的几种方法

Powerpoint中各种媒体的使用方法：文字、图形、图像、声音、视频和动画，特别是控件的使用。

Powerpoint中超链接设置的几种方法 Powerpoint中动画效果的设置 多媒体课件的评价标准 投影机的性能指标

第九章

教学设计、教学评价的定义 教学设计的三个层次

以教为主的教学设计模式图 学习需要和学习需要分析的概念 学习者分析的主要内容 学习内容的五大类 教学目标的三大领域