第一篇：新型分離技術(shù)習(xí)題解答——第3章

第三章 反滲透、納濾、超濾和微濾（習(xí)題解答）

3-1試分別求出含NaCl 3.5％的海水和含NaCl 0.1％的苦咸水25℃時的理想滲透壓。若用反滲透法處理這兩種水，并要求水的回收率為50％，滲透壓各為多少? 哪種水需要的操作壓力高?

+-解:（1）：理想溶液滲透壓可用van’t Hoff定律計算。海水中的NaCl可認(rèn)為完全解離為Na和Cl，即形成滲透壓的離子濃度為NaCl濃度的兩倍，故含3.5%NaCl的海水在298K時的理想滲透壓為：

??RT?ci?RT??CiCj?35???8.314?298??2?2.97MPa

58.45?MM?含0.1%NaCl的苦咸水在298K時的理想滲透壓為：

1?2?0.0848MPa 58.45（2）：水回收率為50%時，被（理想）反滲透濃縮后的海水中，NaCl濃度增為3.5%/0.5?7.0%

70??RT?ci?8.314?298??2?5.93MPa

58.45（3）：水回收率為50%時，被（理想）反滲透濃縮后的苦咸水中，NaCl濃度增為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的濃度遠(yuǎn)比苦咸水中高，其所需的操作壓力也遠(yuǎn)比苦咸水來得高。其次，苦咸水的回收率達(dá)到50%，則反滲透壓力將增高一倍。

3-2 含鹽量為10000 mg（NaCl）/L的苦咸水, 采用有效面積為10cm2的醋酸纖維素膜，在壓力6.0MPa下進(jìn)行反滲透試驗。在水溫25℃時，水流量Qp為0.01cm2／s時，透過液溶質(zhì)濃度為400mg/L，試計算水力滲透系數(shù)Lp，溶質(zhì)透過系數(shù)ω以及脫鹽率。（溶質(zhì)滲透壓系數(shù)Φi與溶質(zhì)的種類及濃度有關(guān)，本題取Φi=2。）解：苦咸水的滲透壓：???iCRT?2?水力滲透系數(shù)：

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?溶質(zhì)滲透系數(shù)：

QfCFJS????CSA?CS?0.01?400?4.16?10?8L/cm2s.atm1000?10(10000?400)

脫鹽率：

R0?CB?CfCB?10000?400?96%

10000

－－3-3 透系數(shù)LP等于2×108L／cm2·s·MPa，溶質(zhì)的透過系數(shù)P為4×108L／cm2·s的反滲透膜，在操作壓力為4.0MPa、水溫為25℃條件下進(jìn)行實驗。試初步計算透過膜的水和溶質(zhì)通量值。若進(jìn)水濃度為6000m/L，試計算制成水的溶質(zhì)脫除率。解：溶液的滲透壓：???iCRT?6000?0.082?298?2.51atm

58.5?1000總通量：

JV?LP???P?????2?10?8??40?2.51??7.5?10?7(L/(cm2?s))

溶質(zhì)脫除率： ∵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產(chǎn)品水溶質(zhì)濃度：Cp?Cf(1?R0)?6000(1?0.949)?306mg/L ∴溶質(zhì)滲透通量：

?8?43JS?Pm?CS?4?10(6000?306)?2.28?10mg/cms

3-4 將直徑為0.86cm的管式超濾膜浸入盛有水的燒杯中，浸入水中的膜管長2.59cm，膜管內(nèi)注入0.03mol/L的葡萄糖溶液，恒溫在25℃，在實驗中首先將管內(nèi)外的溶液和水調(diào)整到相等高度，并在大氣壓下保持1.62h，這時管內(nèi)溶質(zhì)濃度降低了0.4%，溶液總體積增加了0.35%。在再次實驗中，仍將管內(nèi)的溶液和水調(diào)整到相等高度，使溶液保持在大氣壓下，水保持在0.096MPa的負(fù)壓下，放置0.49h，溶質(zhì)濃度降低了0.125%，溶液總體積亦降低了0.05%，求通過超濾膜的傳遞系數(shù)Lp、σ、ω及σ’。解：滲透壓??RTc?8.314?298?0.03?10?0.07433MPa 實驗一：

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∵溶質(zhì)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?????實驗二：

∵?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''∵溶質(zhì)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聯(lián)立方程（1）、（2）、（3）、（4）即可求得Lp、σ、ω及σ’。

3-5濃度為5g/L的葡聚糖(Mw70000)溶液2m3，用內(nèi)徑1.25cm、長3m的超濾膜濃縮10倍。膜對這種葡聚糖的截留率為l00％，純水的滲透系數(shù)為5×10-3cm3／cm2· MPa ·s。在流量6 L／min，壓力0．2MPa，液溫25℃條件下濃縮6小時時，試求需要多少根膜。葡聚糖溶液的密度及粘度可用下式計算。

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的單位為g／L，溫度為25℃。

解：對于5g/L的葡聚糖(Mw70000)溶液來說，根據(jù)密度計黏度的計算公式計算得：

m0Pa? s

D?8.76?10?9?7000???0.9973g/cm??0.992由于濃度較低，滲透壓可忽略不計：

?0.43?7.23?10?11m2/s

J0?LP?p?5?10?3?0.2?0.001cm3/(cm2?s)

管式膜的線速度：

u?6?1000?81.53cm/s 260?0.785?1.25雷諾數(shù)：

Re??udh0.9973?0.8153?1.25??104?10245.7 ?0.9920?0.9920?10?3施密特準(zhǔn)數(shù)：

Sc???13757.7 3?11?D0.9973?10?7.23?10根據(jù)判斷公式：

ReScdh13757.7?10245.7?0.0125??5000（應(yīng)在湍流范圍內(nèi)）l3D7.23?10?11?0.750.330.750.33∴計算k：k?0.04ReSc??0.04?10245.7??13757.7???5.47?10?6 ??dh0.0125?當(dāng)傳質(zhì)系數(shù)和初始滲透速率已給定時，可用下式計算一定時間內(nèi)將料液濃縮到一定濃度所需膜的面積：

?lnV0?dV??Am?J0?k? dtV??3其中在本題中V0?2m3，V?5?250?0.2m，t?6h

最后用matlab軟件編程計算得：Am?8.357m（也可解常微分方程，得到方程后代入計算Am）

2∴需要的膜管數(shù)：n?Am8.357??71 S0.0125?3.14?3

3-6 由膜評價實驗測得相對分子量為2000的溶質(zhì)，其過濾系數(shù)LP為2×10-11 m3／m2· Pa ·s，反射系數(shù)δ為0.85。總滲透率PM為10-6m/s，在室溫及0.2MPa壓力下，使用1.15cm內(nèi)經(jīng)的管式膜，在流量2.5L/min下進(jìn)行超濾時，求該條件下超濾的表觀截留率R0。由于濃度較低，滲透壓可忽略不計；假定溶液的透過通量近似等于溶劑透過通量，即JV≈JW。若流量增加到5L/min，求超濾表觀截留率。（假定常溫下液體粘度為9×10-7m2/s，擴(kuò)散系數(shù)為2.3×10-10m2/s）解：由于滲透壓可以忽略不計，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

真實截留率為

??R??1?F????1?0.55??0.85?0.72

1?0.85?0.55???1??F?2.5?1000?40cm/s，則5L/min時為80cm/s。260?0.785?1.15流體線速度：2.5L/min時為u?0.8750.252.5L/min時的雷諾數(shù)為5100，為完全湍流區(qū)，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用納濾過程凈化農(nóng)藥污染的地表水，已知污染水中三種殘留農(nóng)藥的含量分別為10μg/L、14μg/L和17μg/L。膜對這3種微污染物的截留率分別為92％，95％和90％。假定滲透物中農(nóng)藥總濃度不能超過5μg/L，求最大回收率；若要求滲透物中某一農(nóng)藥濃度不超過2μg/L，且農(nóng)藥總濃度不能超過5μg/L，求最大回收率。

解：設(shè)10μg/L的農(nóng)藥為A，14μg/L的農(nóng)藥為B，17μg/L的農(nóng)藥為C，回收率為?（1）：滲透物中農(nóng)藥總濃度不能超過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）：滲透物中某一農(nóng)藥濃度不超過2μg/L，且農(nóng)藥總濃度不能超過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用管式納濾膜濃縮低分子量蛋白質(zhì)，該管式膜直徑為1.5cm，對蛋白質(zhì)的截留率為100％，水的滲透系數(shù)為4.35 L/(m2·h·bar)。操作壓力為40bar，原料流量為3.6 m3/h，流速為2m/s下，將原料中蛋白質(zhì)濃度從1％（質(zhì)量）濃縮至20％。試計算所需膜面積。該條件下存在濃差極化現(xiàn)象。蛋白質(zhì)溶液的滲透壓為

??0.7C1.2，擴(kuò)散系數(shù)為D蛋白質(zhì)＝5×10-10m/s。

解：蛋白質(zhì)溶液的粘度及密度分別用：

??N?s/m2??10?3exp?0.00244c2???g/cm??2.54?10c?1.003?32

當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時，溶液黏度為0.001N?s/m，密度為1g/cm3，直徑為1.5cm，流速為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∴聯(lián)立各式：???0.7cm?，解方程組得：S?JJv?118m

Jv?Lp??p?????

??S?JJv?

3-9采用反滲透法脫鹽，將水中的含鹽量從5000ppm（以NaCl計）降低到300ppm。已知膜的水滲透系數(shù)為30 L/(m2·h·MPa)，在ΔΡ＝1.5MPa，5000ppm情況下，對鹽的截留率為97％。設(shè)水的流量為25m3/h。分別計算操作壓強(qiáng)為1.5MPa和3.0MPa下過程所需膜面積。解：（1）：設(shè)壓強(qiáng)為1.5MPa時溶液的回收率為?1.5，溫度為常溫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時過程所需膜面積S?JJv?12.75?10?1R?10.97??39.12?326m2

（2）：設(shè)壓強(qiáng)為3.0MPa時溶液的回收率為?3.0 根據(jù)第二章2-11題的解法求得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時過程所需膜面積S?JJv?21?10??84.12?250m2

3-11在20℃下，用反滲透過程處理含硫酸鈉7.6g/L的物料，可獲得濃縮液及回用水。若處理流量為3 m3/h，過程的回收率為92.5％，鹽截留率為R＝99.5％，操作壓力為6.0MPa，水滲透系數(shù)為Lp=1.0 L/(m2·h·MPa)。計算反滲透過程的膜面積。解：透過液濃度：

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∴反滲透過程的膜面積S?JJv?3?10?0.9255.5283?502m

??

3-14采用醋酸纖維素中空纖維膜進(jìn)行苦咸水脫鹽實驗，苦咸水中的含鹽量以NaCl計為0.1%，所得通量為2000 L/(m2·d)，實際截留率為94％，傳質(zhì)系數(shù)為k=5.4×10-5m/s。試計算濃差極化比和表觀截留率。解：由式表觀截留率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?∴濃差極化比m?exp?v??exp?24?3600?1.5 ?5?xb?ck??1?5.4?10???

3-15在壓力為1.0MPa時，利用直徑為7.5cm的透析池，進(jìn)行水透過膜的滲透實驗，測得1小時后水的透過量為4.6 mL。將濃度為10g /L蔗糖（MW=342g/mol）水溶液放入透析池的一個腔室內(nèi)，已知該腔室體積為44 mL，另一腔室為純水，進(jìn)行滲透平衡實驗，2小時后蔗糖室內(nèi)的液體體積增加了0.57mL，而蔗糖的濃度下降了1.16 ％。試根據(jù)以上二個實驗結(jié)果，計算膜的反射系數(shù)σ，水力滲透系數(shù)LP和溶質(zhì)滲透系數(shù)ω。解：水力滲透系數(shù)LP：

Lp?V4.6??2.9?10?5cm3/(cm2?s?MPa)2tSp1?3600??4?7.5?110?1000?0.07123MPa 342∵滲透壓差???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 ∴膜的反射系數(shù)????0.07123?310?44?10?1?1.16%?44.57?10342??????∵溶質(zhì)通量JS?cS?1???Jv?????

2?3600??4?7.52∴溶質(zhì)滲透系數(shù)??JS?cS?1???Jv?6.5?10?9mol/(cm2?s?MPa)

??

－－3-17透系數(shù)LP等于2×108L／cm2·s·MPa，溶質(zhì)的透過系數(shù)P為4×108L／cm2·s的反滲透膜，在操作壓力為4.0MPa、水溫為25℃條件下進(jìn)行實驗。試初步計算透過膜的水和溶質(zhì)通量值。若進(jìn)水濃度為6000m/L，試計算制成水的溶質(zhì)脫除率。解：溶液的滲透壓：???iCRT?6000?0.082?298?2.51atm

58.5?1000總通量：

JV?LP???P?????2?10?8??40?2.51??7.5?10?7(L/(cm2?s))

溶質(zhì)脫除率： ∵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產(chǎn)品水溶質(zhì)濃度：Cp?Cf(1?R0)?6000(1?0.949)?306mg/L ∴溶質(zhì)滲透通量：

?8?43JS?Pm?CS?4?10(6000?306)?2.28?10mg/cms

3-18用一擴(kuò)散池測定納濾膜對葡萄糖（Mw=180g/mol）、蔗糖（Mw=342 g/mol）和甘露糖（Mw=504 g/mol）的截留系數(shù)。一個腔室內(nèi)裝有濃度為18g/L的糖水，另一個腔室為純水，45min后，葡萄糖、蔗糖和甘露糖的體積分別增加1.0%，0.6%和0.51%。已知膜的水滲透系數(shù)為Lp=10-5 g／cm2·s·bar，糖腔室的體積為56mL，膜面積為13.2cm2，計算這幾種糖的反射系數(shù)。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∵滲透壓??RTC?8.314?298?Jw1.57?10?5∴反射系數(shù)????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∵滲透壓??RTC?8.314?298?Jw0.94?10?5∴反射系數(shù)????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∵滲透壓??RTC?8.314?298?Jw0.80?10?5∴反射系數(shù)????5?0.90

Lp?10?0.88

3-19采用間歇微濾過程濃縮細(xì)胞懸浮物，將細(xì)胞懸浮液濃度從1％濃縮至10％，在濃縮過程中通量可保持在100 L/(m2·h)。設(shè)初始發(fā)酵液體積為0.5 m3，微濾膜面積為0.5 m2。假設(shè)膜對細(xì)胞的截留率為100％，計算間歇操作所需時間。解：滲透體積?V?V?1???cf?1%??3?0.5?1?????0.45m cR??10%?∴間歇操作所需時間t??V0.45??9h JS100?10?3?0.5

第二篇：新型分離技術(shù)習(xí)題解答——第4章

第四章 氣體滲透、滲透汽化和膜基吸收（習(xí)題解答）

4-1采用氣體滲透膜分離空氣（氧21％，氮79％），滲透物中氧濃度達(dá)78％。試計算膜對氮氣的截留率R和過程的分離因子α，并說明這種情況下哪一個參數(shù)更能表達(dá)該過程的分離狀態(tài)。

解：截留率：

R=1?分離因子：

?o?78222179?13.34

cN2,pcN2,F?1?2279?0.7215

2N2對于氣體膜分離，以分離因子表示膜的選擇性為宜。

4-3 用滲透汽化膜過程進(jìn)行異丙醇脫水。在80℃下，所用親水復(fù)合膜厚為8μm，該膜對異丙醇的滲透通量可忽略不計。測得不同含水量的異丙醇進(jìn)料液透過膜的水通量數(shù)據(jù)如下： 料液中含水量/％（質(zhì)量）水通量/{kg/(m2·h)}

0.03 0.12

0.45 0.82

1.46 2.12

已知水在無限稀釋溶液中的活度系數(shù)為3.9，且在以上濃度范圍內(nèi)不變。試畫出水通量隨溶液濃度及活度的變化曲線；計算各組成下水的滲透系數(shù){cm3·cm/(cm2·s·kPa)}。解：查表得異丙醇的Antoine方程常數(shù)，并計算其飽和蒸氣壓：

3640.20??0P異丙醇?exp?9.7702-??0.092MPa

353?53.54??查飽和水性質(zhì)表得80℃下水的飽和蒸氣壓及密度：P水?0.04739MPa ??971.8kg/m3 水的滲透系數(shù)可用下式計算：

JA?QA?pAx?A?A02f2Ap?y????A0p?0J?QA0ApAxA?

A計算結(jié)果見下表：

名稱 含水量/% 水通量/kg/(m2·h)水的摩爾分?jǐn)?shù) 水的活度 水滲透系數(shù) 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

水通量隨溶液濃度及活度的變化曲線如下：（左Y軸為摩爾分?jǐn)?shù)，右Y軸為活度，X軸為滲透系數(shù)）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 蒸汽滲透或氣體分離過程中，原料和滲透物壓強(qiáng)比一定，且原料液流與滲余液流的濃度近似相等時，滲透物濃度最高。今已知某一復(fù)合膜對空氣中甲苯蒸汽濃度為0.5℅（體積）時的滲透選擇性為200，分別計算壓強(qiáng)比為10、100和1000時的滲透物組成。解：已知pFpP?q為定值，PAPB?200，且原料液流與滲余液流的濃度近似相等

∵對于二元混合氣體，忽略邊界層作用，其滲透量可用下式計算：

JA?HADAlm?xApF?yApP?

JB?HBDBlm?xBpF?yBpP?

當(dāng)無吹掃氣體時，兩通量之比即為滲透氣體的摩爾分率之比：

JAJB?yAyB?HADA?xApF?yApP?HBDB?xBpF?yBpP??PA?xApF?yApP?PB?xBpF?yBpP??PA?xAq?yA?PB?xBq?yB?

（1）：pFpP?q?10

帶入方程：yA1?yA?200??0.005?10?yA?yA??0.995?10?1?，解方程得：yAq?10?5%（2）：pFpP?q?100

帶入方程：yA1?yA?200??0.005?100?yA??0.995?100?1?yA?，解方程得：yAq?100?29%

（3）：pFpP?q?1000

帶入方程：yA1?yA?200??0.005?1000?yA?yA??0.995?1000?1?，解方程得：yAq?1000?48%

4-5 用間歇滲透汽化過程脫除發(fā)酵液中的丁醇。當(dāng)發(fā)酵液中丁醇濃度從6℅降至0.6℅時，其體積減少了13℅，試計算滲透物中丁醇的濃度。

解：設(shè)發(fā)酵液初始體積為V，當(dāng)發(fā)酵液中丁醇濃度從6℅降至0.6℅時，?n丁醇=6%?V?0.6%??1?13%??V

?n丁醇?V6%?V?0.6%??1?13%??V13%?V∴滲透物中丁醇的濃度cP,丁醇=??42.1%

4-6 某一氣體富氧過程，其跨膜壓強(qiáng)比ph/pl=5，且設(shè)進(jìn)料濃度近似與截留物濃度相等xf≈xr，原料空氣含氧21℅。分別計算選擇性為p氧氣/p氮氣=2.0、2.2、3.0、5.0和10時的滲透物中氧的濃度。

解：已知phpl?q?5為定值，且設(shè)進(jìn)料濃度近似與截留物濃度相等xf?xr

根據(jù)本章習(xí)題4-4所推導(dǎo)的公式：

JAJB?yAyB?PA?xApF?yApP?PB?xBpF?yBpP?O2?PAPB??xAq??xBq?yA?yB?

對于PO2PN2?2.0，方程為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時的yO2值分別為33%38%46%57%

4-7 用改性聚二甲基硅氧烷為皮層（1μm）的復(fù)合膜分離二氧化碳和氮氣混合物。假定進(jìn)料混合物的物質(zhì)的量（mol）之比，二氧化碳/氮氣=1/4，原料側(cè)壓力為ph=0.25MPa，滲透物側(cè)壓力為pp=0.05MPa。原料流量為qf=10000m3(STP)/h。兩種氣體的滲透系數(shù)分別為P co2=81barrer、PN2=5.3barrer。假設(shè)原料和滲透物側(cè)的氣體完全混合。試計算滲透物組成、二氧化碳通量及回收率。解：?CO/N2?PCO2/PN2?81/5.3, 壓強(qiáng)比??ph/p1?5 滲透物組成可由下式計算：

?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

根據(jù)質(zhì)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為：

?CO2?進(jìn)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 用不對稱聚亞苯基氧復(fù)合膜進(jìn)行空氣富氮。分離層膜厚為1μm，該膜對氧的滲透率PO2為50barrer，膜的分離因子為4.2，進(jìn)料流中的操作壓力為1MPa，滲透物流側(cè)的壓力為0.1MPa，假定空氣中氮濃度為

330.79，滲余物中氮濃度增大到0.95，滲余物流量為qf=10m/h。現(xiàn)要求生產(chǎn)含氮95℅的富氮氣10m/h，試計算單級過程所需膜面積和能量消耗。

解：第一段的截留物作為第二段的原料?xr,1?xf,2,qr,1?qf,2?。已知第二段qr,2?10m/h，原料側(cè)氧的對

3數(shù)平均濃度為：

x2?xf,2?xr,2lnxf,2xr,2?0.10?0.05?0.072

0.10ln0.05（1）：先計算第二段，氧濃度從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???滲透物中氧的濃度

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滲透物流量，進(jìn)而求出所需膜面積。

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

第二段膜面積：

A2?qO/JO?221.00.07132?14.08m

（2）：計算第一段： qr,1?qf,2?15m/h

x1?0.21?0.10?0.148

0.21ln0.1第一段中氧的對數(shù)平均濃度： ?xr,i?110.148??B?0.5?1????2.8025 ??0.5?1??3.2?0.10.1????1?PrPr???滲透物中氧濃度

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?則

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第一段膜面積：

A1?qO2JO2?3.60.153?24.52

2故總膜面積 ：

A總?A1?A2?386m

表明有可能得到兩股產(chǎn)物流，即第一段的富氧物流和第二段的富氮物流，如下圖所示：

4-9 四種具有不同分離因子的膜，分別用于滲透蒸發(fā)脫除恒沸酒精中的水制備無水乙醇，假定分離因子及總透過量Q與組成無關(guān)，四種膜的分離因子分別為10、50、100、1000。若進(jìn)料混合物中的乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95℅，試計算制成乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5℅的產(chǎn)品1kg/h所需要的膜面積、進(jìn)料量、透過量、透過物組成及乙醇的回收率。

解：（1）：分離因子?1?10，wf?95%，設(shè)透過物乙醇含量為wp，總透過量為Qp，進(jìn)料量為Qf

(100?wp)/wp(100?wf)/wf(100?wp)/wp(100?95)/95 ∵????10?wp?65.5%

∴對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）：分離因子?1?50，wf?95% ∵??(100?wp)/wp(100?wf)/wf(100?wp)/wp(100?95)/95?50?wp?27.5% ?∴對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）：分離因子?1?100，wf?95% ∵??(100?wp)/wp(100?wf)/wf?(100?wp)/wp(100?95)/95?100?wp?16.0%

∴對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）：分離因子?1?1000，wf?95%

(100?wp)/wp(100?wf)/wf(100?wp)/wp(100?95)/95∵????1000?wp?1.86%

∴對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%

第三篇：新型干法水泥技術(shù)部分習(xí)題解答.doc

新型干法水泥技術(shù)部分習(xí)題解答

第一章 新型干法水泥技術(shù)概論

1.1新型干法水泥定義：以懸浮預(yù)熱和與預(yù)分解技術(shù)為核心，把現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)成就廣泛的應(yīng)用于水泥干法生產(chǎn)全過程，使水泥生產(chǎn)具有高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、清潔生產(chǎn)、符合環(huán)境保護(hù)要求和大型化、自動化、科學(xué)管理特征的現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)。

1..2新型干法水泥生產(chǎn)具有：均化、節(jié)能、環(huán)保、自動控制、長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)和科學(xué)管理六大保證體系，是當(dāng)代高新技術(shù)在水泥工業(yè)的集成。

1..3新型干法水泥生產(chǎn)的特征：①生料制備全過程廣泛采用現(xiàn)代化均化技術(shù) ②用懸浮預(yù)熱及預(yù)分解技術(shù)改變傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料堆積態(tài)的預(yù)熱和分解方法 ③采用高效多功能擠壓粉磨技術(shù)和新型機(jī)械粉體輸送裝置 ④工藝裝備大型化，使水泥工業(yè)向集約化方向發(fā)展

⑤為清潔生產(chǎn)和廣泛利用工業(yè)廢渣、廢料、再生燃料和降解有毒有害廢棄物了有利條件⑥生產(chǎn)控制自動化

⑦廣泛采用新型耐熱、耐磨、隔熱和配套耐火材料； ⑧應(yīng)用IT技術(shù)，實行現(xiàn)代化科學(xué)管理等。

1.5“五穩(wěn)一保”：生料化學(xué)成分穩(wěn)定、生料喂料量穩(wěn)定、燃料成分（包括熱值、煤的細(xì)度、油的霧化等）穩(wěn)定、燃料喂料量穩(wěn)定和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定（包括通風(fēng)設(shè)備），從而保證窯系統(tǒng)最佳的穩(wěn)定的熱工制度（溫度制度、壓強(qiáng)制度、氣氛制度）。

第二章 原料的預(yù)均化

2.6原料預(yù)均化的意義：①有利于穩(wěn)定水泥窯入窯生料成分的穩(wěn)定

②有利于擴(kuò)大資源利用范圍③有利于利用礦山夾層礦石，擴(kuò)大礦山利用年限 ④滿足礦山儲存及均化雙重要求，節(jié)約建設(shè)投資。

2.7預(yù)均化基本原理：“平鋪直取”，功能：保證取出物料的相對穩(wěn)定（P8熟悉最后一段話）。2.9預(yù)均化效果評價方法：①標(biāo)準(zhǔn)偏差②總體和個體③樣本④樣本均值⑤波動范圍⑥正態(tài)分布；⑦均化效果：進(jìn)料與出料的標(biāo)準(zhǔn)偏差之比。

兩個指標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)差、預(yù)均化效果 2.10原料預(yù)均化堆場的選用條件：

①根據(jù)生產(chǎn)工藝要求確定：生料CaCO3標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于0.2%，出磨生料CaCO3標(biāo)準(zhǔn)偏差不大于2%，當(dāng)CaCO3標(biāo)準(zhǔn)偏差大于3%時，應(yīng)該考慮采用石灰石預(yù)均化堆場

②按原料成分波動范圍確定：標(biāo)準(zhǔn)偏差R<5%時，均勻性良好，不需要采用預(yù)均化；R=5%---10%時候，根據(jù)其他工藝條件綜合考慮；R>10%時，應(yīng)采用預(yù)均化堆場

③結(jié)合原料礦山的具體情況提議考慮

2.11預(yù)均化堆場布置形式：圓形均化堆場和矩形均化堆場

2.11．1矩形預(yù)均化堆場：①場內(nèi)一般有兩個料堆，一個堆料，一個取料，相互交替進(jìn)行堆、取作業(yè)。長寬比一般為5---6②兩個料堆可以根據(jù)地形，采取平行布置或呈直線布置。③進(jìn)料皮帶機(jī)和出料皮帶機(jī)分別布置在堆場兩側(cè)。④料堆平行布置雖然在總平面布置上比較方便，但是取料機(jī)要設(shè)置中轉(zhuǎn)臺車一邊平行移動于兩料堆間，堆料機(jī)也要選用回轉(zhuǎn)式或雙臂式以適用于平行的兩個料堆。

2.12圓形預(yù)均化堆場：①原料由皮帶機(jī)送到堆場中心，由可以圍繞中心做360度回轉(zhuǎn)的懸臂皮帶機(jī)進(jìn)行堆料②取料由橋式刮板取料機(jī)完成。......2.13矩形和圓形預(yù)均化堆場的比較：①占地面積：同樣的有效儲存容積，矩形堆場占 地面積大，圓形約可以減少30%--40%②需用投資：圓形堆場設(shè)備購置費較低，比矩形堆場可節(jié)約25%，總投資可減少30%--40%③均化效果：由于圓形堆場內(nèi)外圈相差很大，物料分布不如矩形對稱均勻，故比矩形堆場均化效果差④設(shè)備操作和維護(hù)使用：圓形堆場教較矩形堆場設(shè)備簡單，易于操作，維修相對較少；⑤企業(yè)改建擴(kuò)建：矩形對稱可以根據(jù)需要和場地條件進(jìn)行擴(kuò)建，而圓形堆場無法在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)大，只能另建新堆場。

2.14預(yù)均化堆場堆料方式：①人字形堆料法②波浪形堆料法③水平層堆料法⑤橫向傾斜堆料法⑥縱向傾斜堆料法⑦人字形與縱向傾斜層相結(jié)合的連續(xù)堆料法⑧其他堆料法。

2.16堆料機(jī)的分類：

①天橋皮帶堆料機(jī)②懸臂式皮帶堆料機(jī)③橋式皮帶堆料機(jī)④耙式堆料機(jī) 2.18影響預(yù)均化效果的主要因素：①原來成分波動呈正態(tài)分布

②無聊的離析作用

③堆料端部椎體部分造成的不良影響 ④堆料機(jī)布料不均勻

⑤堆料總層數(shù)的影響。2.19物料離析作用的影響及防止措施（P23）1減小物料顆粒級差 ○2加強(qiáng)堆料管理工作 ○3加強(qiáng)取料管理工作 ○第三章 生料預(yù)均化技術(shù)

3.19生料均化原理：采用空氣攪拌及重力作用下產(chǎn)生的“漏斗效應(yīng)”使生料粉向下落降時切割盡量多層料面予以混合。同時，在不同流化空氣的作用下，使沿庫內(nèi)平行料面發(fā)生大小不同的流化膨脹作用，有的區(qū)域卸料，有的區(qū)域流化，從而使庫內(nèi)料面產(chǎn)生徑向傾斜，進(jìn)行徑向混合均化。

3.20均化庫的分類：①間歇式均化庫②雙層式均化庫③連續(xù)式均化庫④多料流式均化庫（⑤IBAU型中心室均化庫⑥CF型控制流式均化⑦M(jìn)F型多料流式均化庫⑧TP型多料流）

3.21生料均化庫選型原則：

①滿足生產(chǎn)工藝要求

②根據(jù)原料波動和預(yù)均化堆場能力，考慮預(yù)均化庫德選型 ③充分考慮出磨生料的波動幅度與頻率

④生料制備系統(tǒng)“均化連”要合理匹配。3.22影響均化效果的常見因素：①充氣裝置發(fā)生泄漏、堵塞、配氣不均等 ②生料物性與設(shè)計不符，如含水量、顆粒大小發(fā)生變化等 ③壓縮空氣壓力不足或含水量大等

④機(jī)電故障

⑤無法控制的其他因素，如庫內(nèi)儲量、出入庫料物料流量、進(jìn)庫物料成分波動周期等 第四章 生料粉磨技術(shù)

4.23生料粉磨的功能：為熟料煅燒提供性能優(yōu)良的粉狀生料；

要求：①使生料達(dá)到規(guī)定的顆粒大小及分布②使不同化學(xué)成分的原料顆粒能混合均勻

③粉磨高效、節(jié)能、工藝簡單、大型化集約化生產(chǎn)。4.24粉磨的基本原理：

①第一粉碎原理即雷廷格的粉碎表面積原理（粉碎物料所消耗的能量與物料新生成的表面積成正比）

②第二粉碎原理即克爾皮切夫和基礎(chǔ)克的粉碎容積或重量原理（粉碎消耗的能量與容積或重量成正比）

③第三粉碎原理即邦德的粉碎工作指數(shù)原理（粉碎物料所需的有效功與生成的碎粒直徑的平方根成反比）

物料的粉磨：是在外力作用下，通過沖擊、擠壓、研磨克服物料晶體內(nèi)部各質(zhì)點及晶體之間的內(nèi)聚力，使大塊物料變成小塊以至細(xì)粉的過程。

4.24輥壓機(jī)粉磨工藝發(fā)展特點：

①原料的烘干和粉磨作業(yè)一體化，烘干兼粉碎磨機(jī)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用 ②磨機(jī)與新型高效選分、輸送設(shè)備相匹配，組成各種新型干法閉路粉磨系統(tǒng)以提高粉磨效率，2 增加粉磨功的有效利用 ③設(shè)備日趨大型化，以簡化設(shè)備和工藝流程，同窯的大型化相匹配 ④采用電子定量喂料稱、X熒光分析儀或γ-射線分析儀、電子計算機(jī)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制原料配料，為入窯生料成分均齊穩(wěn)定創(chuàng)造條件⑤磨機(jī)系統(tǒng)操作自動化，應(yīng)用自動調(diào)節(jié)回路及電子計算機(jī)控制生產(chǎn)，代替人工操作，力求生產(chǎn)穩(wěn)定

4.25風(fēng)掃磨：借氣力提升粉料，用粗粉分離器分選，固循環(huán)負(fù)荷及選粉效率均低；同時粉磨水分含量較大的物料時，磨內(nèi)風(fēng)速大，使鋼球磨不到物料的機(jī)會增加，也影響粉磨機(jī)的效率。

4.26尾卸提升循環(huán)磨系統(tǒng)：同風(fēng)掃磨得基本區(qū)別在于磨內(nèi)物料是用機(jī)械方法卸出，然后又提升機(jī)送入選粉機(jī)。

4.27中卸提升循環(huán)磨特點：

①熱風(fēng)從兩端進(jìn)磨，通風(fēng)量較大，又設(shè)有風(fēng)干倉，有良好的烘干效果 ②磨機(jī)粗細(xì)粉分開有利于最佳配球，對原料的硬度及力度的適應(yīng)性較好

③循環(huán)負(fù)荷大，磨內(nèi)過粉碎少，粉磨效率較高④缺點是密封困難，體統(tǒng)漏風(fēng)較多，生產(chǎn)流程也叫復(fù)雜

4.28與鋼球磨相比，輥式磨優(yōu)點： ①由于厚床粉磨，粉磨方式合理，并且磨內(nèi)氣六可將磨細(xì)的物料及時帶出，避免過粉碎，固粉磨效率較高，能耗較低②入磨熱風(fēng)從環(huán)縫噴入，風(fēng)速較大，磨內(nèi)通風(fēng)截面也大阻力小，通風(fēng)能力強(qiáng)，烘干效率高③允許入磨物料的力度較大，一般可以是磨輥直徑的5%，因此可以省略第二段破碎，節(jié)約投資④磨內(nèi)設(shè)有選分設(shè)備，不需增設(shè)外部循環(huán)裝置，可以節(jié)約日常維修費用⑤物料在磨內(nèi)停留時間短，生產(chǎn)調(diào)節(jié)反應(yīng)快，易于對生料成分 及細(xì)度調(diào)節(jié)控制，也便于實現(xiàn)操作的自動化⑥生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)，可處理粗細(xì)混雜及摻有金屬雜物的物料⑦設(shè)備布置緊湊，建設(shè)空間小。可以露天設(shè)置或采用輕結(jié)構(gòu)的簡易廠棚，固設(shè)備及土地投資較低⑧磨機(jī)結(jié)構(gòu)及分娩方式合理，整體密封性較好，噪音小，揚(yáng)塵少，有利于環(huán)境保護(hù)

4.29生料粉磨系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制：

①調(diào)節(jié)入磨原料配比，保證粉磨作業(yè)產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的化學(xué)成分

②調(diào)節(jié)喂入磨機(jī)的物料總量，使粉磨過程經(jīng)常處于最佳的穩(wěn)定狀態(tài)，提高粉磨效率 ③調(diào)節(jié)粉磨系統(tǒng)溫度，保證良好的烘干機(jī)正常通風(fēng)，滿足烘干機(jī)粉磨作業(yè)要求 ④調(diào)節(jié)磨機(jī)系統(tǒng)壓力，保證磨機(jī)系統(tǒng)正常通風(fēng)，滿足烘干機(jī)粉磨要求 ⑤控制磨機(jī)系統(tǒng)的干車喂料程序，實行磨機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)全過程的自動控制 4.30輥式磨的自動調(diào)節(jié)控制：

①以X-熒光儀或γ-射線儀同計算機(jī)相連，控制原料配料

②以磨機(jī)出入口壓差控制喂料量③以出磨風(fēng)管風(fēng)速或循環(huán)風(fēng)機(jī)電流控制人磨風(fēng)量 ④以出磨氣體溫度控制噴水量或循環(huán)風(fēng)量

⑤以入磨管道負(fù)壓控制磨機(jī)主風(fēng)機(jī)入口閥門開度或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速 第五章 水泥粉磨

5.31水泥粉磨功能：將水泥熟料粉磨至適宜的粒度，形成一定的顆粒級配，增大水化面積，加速水化速率，滿足水泥漿體凝結(jié)、硬化要求。

意義：提高水泥質(zhì)量，節(jié)約能源消耗、降低水泥成本。5.32現(xiàn)代水泥粉磨技術(shù)發(fā)展的特點：

①在鋼球磨系統(tǒng)實現(xiàn)大型化的同時，創(chuàng)新研發(fā)擠壓粉磨技術(shù)和裝備 ②采用高效的選粉設(shè)備

③采用新型耐磨材料，改善磨機(jī)部件材質(zhì) ④添加助磨劑，提高粉磨效率⑤降低水泥溫度，提高粉磨效率，改善水泥品質(zhì)

⑥實現(xiàn)操作自動化

⑦采用其他的技術(shù)措施

⑧開發(fā)粉狀輸送的新設(shè)備 5.4 幾種輥壓機(jī)水泥粉磨工藝方案 5.4．1預(yù)粉磨系統(tǒng)P58、混合粉磨系統(tǒng)、聯(lián)合粉磨系統(tǒng)、半終粉磨系統(tǒng)、終粉磨系統(tǒng) 5.5輥壓機(jī)終粉磨生產(chǎn)水泥與鋼球磨機(jī)相比 1水泥粒徑分布狹窄○2顆粒形貌不規(guī)則○3料餅未經(jīng)充分打散○4顆粒存在裂紋○5C3A含○6硫酸鹽載體脫水不充分○7硫酸鹽載體細(xì)度不足以及沒有充分分散。量及活性影響○5.6O-SEPA型高效選粉機(jī)

1物料粒徑分選精確，選粉效率高； 特點：○2可在較大范圍內(nèi)控制產(chǎn)品細(xì)度，并且改進(jìn)了粒徑分布，有利于提高水泥質(zhì)量； ○3能處理高濃度含塵氣體，并將含塵氣流做分選氣流使用，而不影響選粉性能； ○4磨機(jī)可采取強(qiáng)力通風(fēng)，○且選粉機(jī)內(nèi)可引入大量冷風(fēng)，有利于降低系統(tǒng)溫度，提高粉磨效率；5產(chǎn)品溫度低，不需要水泥冷卻器，簡化了工藝流程； ○6機(jī)體小，葉片和輪葉磨損率低，布置緊湊，維修簡單； ○7可使磨機(jī)產(chǎn)量增加22%--24%，節(jié)能8%--20%。○5.7水泥產(chǎn)品的質(zhì)量控制（P74尤其是最后一段：關(guān)于水泥產(chǎn)品最佳的顆粒分布）

? 水泥顆粒級配對水泥性能產(chǎn)生的各種影響，主要是因為不同大小顆粒的水化速度不同，測定結(jié)果是：

? 目前比較公認(rèn)的水泥最佳顆粒級配為：3-32um顆粒對強(qiáng)度增長起主要作用，其間粒度分布是連續(xù)的，總量不低于 65%。16-24um的顆粒對水泥性能尤為重要，含量愈多愈好。<3um的細(xì)顆粒，易結(jié)團(tuán)，不要超過 10%。＞65um的顆粒活性很小，最好沒有。

? 在通常細(xì)度的水泥中，可能有 20-40% 的熟料對混凝土強(qiáng)度增長沒有發(fā)揮作用。如何挖掘熟料活性潛力，改善水泥性能，應(yīng)根據(jù)水泥強(qiáng)度等級、混合材狀況和具體粉磨工藝，確定合理顆粒級配。

第六章 懸浮預(yù)熱技術(shù)

6.1懸浮預(yù)熱技術(shù)的內(nèi)涵：指低溫粉體物料均勻分散在高溫氣流之中，在懸浮狀態(tài)下進(jìn)行熱交換，使物料得到迅速加熱升溫的技術(shù)。

6.39懸浮預(yù)熱器窯特點：長度較短的回轉(zhuǎn)窯后裝設(shè)了懸浮預(yù)熱器，使原來在窯內(nèi)以堆積狀態(tài)進(jìn)行的物料預(yù)熱及部分碳酸鹽分解過程，移到懸浮預(yù)熱器中以懸浮狀態(tài)進(jìn)行，因此處于懸浮狀態(tài)的生料粉能與熱氣流充分接觸，氣固接觸面積大，傳熱速度快，效率高，有利于提高窯的生產(chǎn)能力，降低熟料燒成熱耗。同時它具有運(yùn)動部件少，附屬設(shè)備不多，維修比較簡單，占地面積小，投資費用較低等優(yōu)點。

6.41新型旋風(fēng)筒結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)：

① 加阻流型導(dǎo)流板

②設(shè)置偏心內(nèi)筒。扁圓內(nèi)筒或 “靴型”內(nèi)筒 ③采用大蝸殼內(nèi)螺旋入口結(jié)構(gòu)

④適當(dāng)降低氣流入口速度

⑤蝸殼底面做成斜面

⑥旋風(fēng)筒采用傾斜入口及頂蓋結(jié)構(gòu)

⑦加大內(nèi)筒面積

⑧縮短內(nèi)筒插入深度

⑨適當(dāng)加大旋風(fēng)筒高徑比 ⑩旋風(fēng)筒下部設(shè)置膨脹倉等。

6.42旋風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口形式與結(jié)構(gòu)：

注意進(jìn)口為矩形結(jié)構(gòu)。風(fēng)速15~25m/s。蝸殼式進(jìn)風(fēng)口形式：90度、180度、270度。P87 6.43換熱管道中鎖風(fēng)翻板排灰閥的作用：保持下料管經(jīng)常處于密封狀態(tài)，既保持下料 均勻暢通，又能密封物料不能填充的下料管空間，最大限度地防止由于上級旋風(fēng)筒與下級旋風(fēng)筒出口換熱 管道間由于壓差容易產(chǎn)生的氣流短路。漏風(fēng)。做到換熱管道中的氣流及下料管中的物料“氣走氣路，料走料路”，各行其路。這樣，既有利于防止換熱管道中的熱氣流經(jīng)下料管上竄至上級旋風(fēng)筒下料口，引起已經(jīng)收集的物料再次飛揚(yáng)，降低分離效率；又能防止換熱管道中的熱氣流未經(jīng)同物料換熱，而經(jīng)上級旋風(fēng)筒底部竄入旋風(fēng)筒內(nèi)，造成 不必要的熱損失，降低換熱效率。結(jié)構(gòu)：鎖風(fēng)閥必需結(jié)構(gòu)合理，輕便靈活①閥體及內(nèi)部零件堅固、耐熱、以避免過熱引起的變形損壞②閥板擺動輕巧靈活，重錘易于調(diào)整，既要避免閥板開閉動作過大，又要防止料流發(fā)生脈沖，做到下料均勻。一般閥板前端部開有圓形或弧形孔洞使部分物料經(jīng)常由此留下③閥體具有良好的氣密性，閥板形狀規(guī)整與管內(nèi)壁接觸嚴(yán)密，同時要杜絕任何連接法蘭或軸承間隙的漏風(fēng)④支撐閥板轉(zhuǎn)軸的軸承要密封良好，防止灰塵滲如。⑤閥體便于檢查、拆裝，零件要易于更換

6.40旋風(fēng)筒的功能及機(jī)理。

第七章 預(yù)熱分解技術(shù)

7.44 預(yù)分解技術(shù)：將已經(jīng)過懸浮預(yù)熱后的水泥生料，在達(dá)到分解溫度前，進(jìn)入到分解爐內(nèi)與分解爐內(nèi)的燃料混合，在懸浮狀態(tài)下迅速吸收燃料的燃燒熱，使生料中的碳酸鈣迅速分解成氧化鈣的技術(shù)

7.45預(yù)分解窯的特點：懸浮預(yù)熱器與回轉(zhuǎn)窯間增設(shè)了一個分解爐，使燃料燃燒的放熱過程與生料碳酸鹽分解的吸熱過程，在其中以懸浮狀態(tài)下極其迅速的進(jìn)行。

7.46預(yù)分解窯的關(guān)鍵技術(shù)裝備

旋風(fēng)筒、換熱管道、分解爐、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)（簡稱筒-管-爐-窯-機(jī)）

7.47分解爐內(nèi)氣固流運(yùn)動方式：渦旋式，噴騰式，懸浮式，流化床式。7.50預(yù)分解窯系統(tǒng)的粘結(jié)堵塞故障因素：

①與物料中鉀、鈉、硫的揮發(fā)系數(shù)大小有關(guān)，特別是在還原氣氛中，揮發(fā)系數(shù)增大時，對結(jié)皮影響很大

②與物料易燒性的好壞有關(guān)，如果物料好燒，則熟料的燒成溫度將會相應(yīng)偏低，結(jié)皮就不易發(fā)生

③與物料三氧化硫與氧化鉀的摩爾比大小有關(guān)，物料中的可揮發(fā)物含量越大，窯系統(tǒng)的凝聚系數(shù)越大，則結(jié)皮 形成的可能性就越大

防止措施：①減少和避免使用高氯和高硫的原料

②使用低氯，低硫或中硫的煤 ③難以避免的過量氯硫采用：a.丟棄一部分窯灰，減少氯的循環(huán)

b.采用旁路防風(fēng)系統(tǒng) ④避免使用高灰分和灰分熔點低的煤

⑤對窯及預(yù)熱器要精心操作，使各部分的溫度、壓力穩(wěn)定及喂料量穩(wěn)定 第八章 回轉(zhuǎn)窯

8.51回轉(zhuǎn)窯的功能：①燃料燃燒功能②熱交換功能③化學(xué)反應(yīng)功能④物料運(yùn)輸功能⑤降解利用廢棄物功能

8.52水泥窯“兩個熱系統(tǒng)”理論為懸浮預(yù)熱和預(yù)分解窯發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。

第四篇：新型分離技術(shù)

化工與能源學(xué)院

科技論文寫作課程論文

專業(yè)班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師：

寫作日期：

2013年6月5日

成績：

新型分離技術(shù)的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀

摘要本文對膜分離技術(shù)、色譜分離技術(shù)、吸附分離技術(shù)、離心分離技術(shù)、萃取分離技術(shù)等新型分離技術(shù)的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述

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.分離技術(shù)是研究生產(chǎn)過程中混合物的分離、產(chǎn)物的提取或純化的一門新型學(xué)科,隨著社會的發(fā)展,對分離技術(shù)的要求越來越高,不但希望采用更高效的節(jié)能、優(yōu)產(chǎn)的方法,而且希望所采用的過程與環(huán)境友好.正是這種需求,推動了人們對新型分離技術(shù)不懈的探索.近十余年來,新型分離技術(shù)發(fā)展迅速,其應(yīng)用范圍已涉及化工、環(huán)保、生化、醫(yī)藥、食品、電子、航天等領(lǐng)域,不少技術(shù)已趨成熟.下面一一進(jìn)行闡述.[1]1 膜分離技術(shù)

1.1 分離膜的種類

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，膜的種類得到發(fā)展，按材料性質(zhì)，可以分為高分子膜、金屬膜、無機(jī)膜.根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為均質(zhì)膜、非對稱膜、復(fù)合膜、離子交換膜、荷電膜、液膜.按成膜方法不同，分為三類，微孔膜(即核孔膜)、控制拉伸膜和海綿狀結(jié)構(gòu)膜.1.2 膜分離過程

微濾是最早使用的膜分離技術(shù)，是在壓力差作用下進(jìn)行的篩孔分離、使不溶物濃縮的過程，主要用于濾除 0． 05 ～ 10 μm 的懸濁物質(zhì)顆粒.主要應(yīng)用于截留顆粒物、液體澄清以及除菌.超濾是在壓力差作用下進(jìn)行的篩孔分離過程.納濾是從水溶液中分離除去中小分子物質(zhì)的過程(分子量為 300 ～ 500).其原理是在超濾和反滲透間提供了一種選擇性媒介，在濃縮有機(jī)溶質(zhì)的同時，也可脫鹽.1.3國外分離技術(shù)的發(fā)展及研究進(jìn)展

[2］

早在上世紀(jì) 30 年代，硝酸纖維素微濾膜已商品化，近年來開發(fā)出聚四氟乙烯為材料的微濾膜新品種，它使用范圍非常廣，銷售額居于各類膜的首位.從上世紀(jì) 70 年代，超濾應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛.上世紀(jì) 80 年代，新型含氟離子膜在氯堿工業(yè)應(yīng)用成功.第三代低壓反滲透復(fù)合膜，性能大幅提高，已在藥液濃縮、化工廢液、超純水制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.1979 年 Monsanto 公司成功研制出 H2/N2分離系統(tǒng).滲透汽化于 80 年代后期進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用，主要用于醇類等恒沸物脫水，該過程節(jié)約能源，不使用挾帶劑，使用起來比較經(jīng)濟(jì).此外，用滲透汽化(PV)分離有機(jī)混合物，近年也有中試規(guī)模研究的報道.1.4國內(nèi)分離技術(shù)的發(fā)展及研究進(jìn)展

［3-4］

我國膜技術(shù)始于上世紀(jì) 50 年代末，1966 年聚乙烯異相離子交換膜在上海化工廠正式投產(chǎn).1967年用膜技術(shù)進(jìn)行海水淡化工作.我國在 70 年代對其它膜技術(shù)相繼進(jìn)行研究開發(fā)(電滲析、反滲透、超

濾、微濾膜)，80 年代進(jìn)入應(yīng)用推廣階段.中國科學(xué)院大連化物所在 1985 年首次研制成功中空纖維N2/H2分離器，現(xiàn)已投入批量生產(chǎn).我國在 1984 年進(jìn)行滲透汽化(PV)研究，1998 年我國在燕山化工建立第一個千噸級苯脫水示范工程.中國科技部把滲透汽化透水膜、低壓復(fù)合膜、無機(jī)陶瓷膜及天然氣脫濕膜等列入“九五”重點科技攻關(guān)計劃，分別由清華大學(xué)、南京化工大學(xué)及中科院大連化物所、杭州水處理中心承擔(dān)，進(jìn)行重點開發(fā)公關(guān).1998 年 10月國家發(fā)改委在大連投資興建國家膜工程中心，技術(shù)上以中國科學(xué)院大連化物所為依托.1.5在醫(yī)藥用水制備中的應(yīng)用

Taylor［5］和Transen

［6］

采用離子交換、反滲透與炭吸附、荷電吸附材料及終端除菌濾器等技術(shù)，做成醫(yī)藥用水生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)無菌注射用水.丁紹敏等［7］比較了去離子水與超濾水的質(zhì)量，結(jié)果使用超濾生產(chǎn)的輸液的澄明度有了明顯的提高.2 色譜分離技術(shù)

2.1 色譜技術(shù)簡介

色譜是從混合物中分離組分的重要方法之一.色譜技術(shù)甚至能夠分離物化性能差別很小的化合物,當(dāng)混合物各組成部分的化學(xué)或物理性質(zhì)十分接近,而其它分離技術(shù)很難或根本無法應(yīng)用時,色譜技術(shù)愈加顯示出其實際有效的優(yōu)越性.如在消旋體處理等許多方面,所要求的產(chǎn)品純度標(biāo)準(zhǔn)只有使用色譜技術(shù)才能達(dá)到.因而在醫(yī)藥、生物和精細(xì)化工工業(yè)中,發(fā)展色譜技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模純物質(zhì)分離提取的重要性日益增加.下面,通過幾個實際中的例子來說明色譜分離技 術(shù)在實際中的應(yīng)用.2.2 色譜分離技術(shù)在淀粉糖工業(yè)中的應(yīng)用

淀粉糖經(jīng)水解后的產(chǎn)品液中還存在許多其他的單糖、多糖、聚合糖和/或多元醇.在我國,許多廠家沒有采用組分分離工藝,或采用的分離工藝只能分離出其中的一個主要組分,在提取出部分產(chǎn)品后由于雜糖、醇和/或其他雜質(zhì)在母液中的畜集而無法繼續(xù)利用.如能將它們分離純化可得到各種產(chǎn)品,大大增加產(chǎn)品價值.如用陽離子交換色譜柱法將麥芽糖生產(chǎn)的糖漿分為麥芽糖和麥芽三糖.[9][8]

如麥芽糖生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量含麥芽糖70%,麥芽三糖以上糖分為30%的高麥芽糖漿,便可采用陽離子交換色譜柱法分離成兩部分.一部分中麥芽糖含量純度為97.5%,用于直接生產(chǎn)結(jié)晶麥芽糖;另一部分含麥芽三糖65%以上,麥芽糖30%左右,再經(jīng)處理后可生產(chǎn)麥芽三糖產(chǎn)品.國外使用色譜技術(shù)于糖醇分離,已變得非常普遍,幾乎為所有公司采用.有些公司甚至專門從我國或其他地方收購純度低的糖醇產(chǎn)品,通過色譜分離獲得高純度產(chǎn)品高價銷售.[10]

2.3 蛋白質(zhì)組學(xué)研究中的色譜分離技術(shù)

目前,用于“海量”蛋白質(zhì)混合物的高效分離方法主要有二維電泳和高效液相色譜兩種方法.其中因分離度高并具有直觀圖譜而被普遍采用的方法為二維電泳,即2DE方法.[11]

2DE與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)已經(jīng)成為蛋白質(zhì)組學(xué)研究中一個較為成熟的技術(shù)平臺,被廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)組學(xué)研究的各個方面.但由于該技術(shù)伴隨其誕生所固有的缺陷,因此近幾年對該方法進(jìn)行了一些改進(jìn),如對電泳前生物樣品進(jìn)行預(yù)濃縮和預(yù)分離、分步提取以及對凝膠的染色過程進(jìn)行優(yōu)化,但都未有實質(zhì)性的進(jìn)展.為了解決這種方法存在的問題,另一種高效分離方法,[12]

即高效液相色譜方法(HPLC)獲得了愈來愈多的應(yīng)用,特別是各種模式色譜聯(lián)用組成多維色譜分離技術(shù)逐漸被采用,并與質(zhì)譜聯(lián)用以克服二維凝膠電泳存在的缺陷.通常與質(zhì)譜聯(lián)用的多維色譜分離方法是基于兩種或兩種以上不同分離機(jī)理方法的優(yōu)化和組合,其峰容量為最后一種模式色譜對前一種(或幾種)模式色譜分離所得的所有餾分進(jìn)一步分離的色譜峰的總和.分離方法的選擇除了根據(jù)分離對象和目的的不同考慮不同分離方法以及組合方式外,還應(yīng)考慮質(zhì)譜鑒定的要求以及最后從蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫檢索的需要.由于蛋白質(zhì)組的龐大和復(fù)雜,通常需要對其進(jìn)行預(yù)分離以縮小分離范圍,再進(jìn)一步進(jìn)行高效分離.[13]

2.4展望

綜上所述,盡管不同色譜分離方法還存在一些不足之處,但它們以引人注目的各種優(yōu)點,如高分辨率、快速、低成本等,贏得了人們的青睞.色譜分離方法不僅會在實驗室得到廣為應(yīng)用,而且在大規(guī)模制備色譜領(lǐng)域內(nèi)也具有極大的潛力.此外,各種色譜分離方法的合理組合技術(shù)方法,也是今后研究的重要內(nèi)容和方向.3吸附分離技術(shù)

3.1 吸附與吸附分離技術(shù)

吸附是一表面現(xiàn)象,在流體(氣或液)與固體表面(吸附劑)相接觸時,流固之間的分子作用引起流體分子(吸附質(zhì))濃縮在表面.對一流體混合物,其中某些組分因流固作用力不同而優(yōu)先得到濃縮,產(chǎn)生選擇吸附,實現(xiàn)分離.吸附分離過程依據(jù)流體中待分離組分濃度的高低可分為凈化和組分分離,一般以質(zhì)量濃度10%界限

[14],小于此值的稱為吸附凈化.吸附是自發(fā)過程,發(fā)生吸附時放出熱量,它的逆過程(脫附)是吸熱的,需要提供熱量才能脫除吸附在表面的吸附分子.吸附時放出熱量的大小與吸附的類型有關(guān):發(fā)生物理吸附時,吸附質(zhì)吸附劑之間的相互作用較弱,吸附選擇性不好,吸附熱通常是在吸附質(zhì)蒸發(fā)潛熱的2~3倍范圍內(nèi),吸附量隨溫度升高而降低;而發(fā)生化學(xué)吸附時,吸附質(zhì)吸附劑之間的相互作用強(qiáng),吸附選擇性好且發(fā)生在活性位上,吸附熱常大于吸附質(zhì)蒸發(fā)潛熱的2~3倍.在吸附分離技術(shù)的實際應(yīng)用中,吸附劑要重復(fù)使用,吸附與脫附是吸附分離過程的必要步驟.吸附劑脫附再生的實現(xiàn)方式主要有兩種:提高吸附劑溫度和用低吸附質(zhì)濃度的流體.早期的吸附分離技術(shù)主要用于吸附凈化方面,隨著20世紀(jì)50年代合成沸石分子篩的出現(xiàn),使吸附分離技術(shù)得到快速發(fā)展,在化工、石化、生化和環(huán)保等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,其中變溫吸附(TSA)、用于氣體組分分離的變壓吸附(PSA)和用于液體組分分離的模擬移動床(SMB)分離技術(shù)成為應(yīng)用的主流.3.2 吸附材料[15] 開發(fā)吸附分離技術(shù)應(yīng)用的一個關(guān)鍵是吸附劑——具有各種微孔結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)的大比表面固體材料(150~1 500m2/g),用于流體混合物中組分的吸附分離.吸附劑主要有活性炭、沸石分子篩、氧化鋁、硅膠、高分子吸附劑和離子交換樹脂.常用吸附劑的主要特性見表2.硅膠、氧化鋁和沸石分子篩都可以用作為吸附干燥劑,但由于各自性質(zhì)不同,適用的場合也不一樣.一般來說,在干燥程度要求不高時,使用硅膠較普遍,因硅膠要求的再生溫度較低;分子篩適用于要求深度干燥的場合,但需較高的再生溫度,不適用PSA模式,因分子篩與水的相互作用強(qiáng),僅靠變化流體濃度不能實現(xiàn)再生.如在儀表風(fēng)等氣體的PSA干燥中,適合的吸附劑是氧化鋁而不是硅膠,因硅膠的強(qiáng)度稍差,其落粉率不能滿足要求.活性炭為非極性材料,對有機(jī)物有較強(qiáng)的吸附能力,故一般有機(jī)揮發(fā)物(VOC)的脫除和回收都使用活性炭作為吸附劑.空氣的PSA制氧過程是利用了分子篩吸附劑的吸氮量大于其吸氧量的特性,而空氣的PSA制氮過程則利用了N2在炭分子篩上的吸附速率大于O2的幾十倍的特性,這正好反映了實現(xiàn)吸附分離的主要依據(jù):利用不同流體在吸附劑上吸附量或吸附速率的差異.吸附劑的性能決定著吸附分離技術(shù)的應(yīng)用,因此吸附劑的開發(fā)一直是吸附分離技術(shù)的研發(fā)重點.針對吸附分離體系的特性,吸附劑的研發(fā)有多種方式:(1)改進(jìn)現(xiàn)有的吸附劑,以提高過程的經(jīng)濟(jì)性和效果,如PSA制氧過程采用的吸附劑由CaA、10X到LiNaLSX(LSX代表低硅鋁比的八面沸石型分子篩),增加分子篩的局部電場,提高其吸氮容量,而吸附過程則由PSA發(fā)展到真空變壓吸附(VSA),節(jié)省過程的能耗;(2)通過合成新型的吸附劑和吸附分離用的材料,如各種新的分子篩被合成出來,并在吸附分離過程中得到應(yīng)用;(3)結(jié)合現(xiàn)有吸附材料的性質(zhì),開發(fā)出具有應(yīng)用新特點的吸附材料和過程,如針對不同的流體干燥場合,利用氧化鋁、硅膠和分子篩等常用干燥劑的特性(見圖1),來開發(fā)滿足特定應(yīng)用領(lǐng)域的各種干燥劑有著廣闊的空間;(4)利用吸附劑和吸附質(zhì)的某些性質(zhì),開發(fā)有應(yīng)用針對性的吸附分離技術(shù),這是吸附劑發(fā)展的主要方向.3.3現(xiàn)狀分析及展望

隨著21世紀(jì)各種吸附劑的不斷出現(xiàn)和改進(jìn),吸附理論得到了長足的發(fā)展,吸附分離過程成為了具有廣泛和重要應(yīng)用的單元操作.新吸附劑的研制開發(fā)與應(yīng)用是吸附理論與吸附分離技術(shù)取得進(jìn)展的主要推動力,其中實驗與理論方法和計算機(jī)模擬更緊密地結(jié)合對這樣的進(jìn)展會起著關(guān)鍵的作用;而可持續(xù)的社會發(fā)展需求為吸附理論與吸附分離技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間,值得有志者去努力.4離心分離技術(shù)

4.1離心技術(shù)簡介

雖然分離技術(shù)種類繁多

[16-19]

:有機(jī)械的、化學(xué)的、電分離和熱分離等(其中包括離心分離、過濾、超濾、反滲透、結(jié)晶和滲析等技術(shù)),但離心分離技術(shù)與其它技術(shù)相比,有下述幾個方面的特點:(1)占地面積小;(2)停留時間短;(3)無需助濾劑;(4)系統(tǒng)密封好;(5)放大簡單;(6)過程連續(xù);(7)分離效率易于調(diào)節(jié);(8)處理量大.故自1836年第一臺三足式離心 機(jī)在德國問世后,迄今分離技術(shù)有了很大的發(fā)展.各類離心機(jī)種類繁多,正在向高參數(shù)、系列化、專用機(jī)、多功能、新材料及自動化等方面發(fā)展,并已廣泛用于化工、食品、輕工、醫(yī)藥、軍工、造船、環(huán)保、生物 工程等近三十個工業(yè)領(lǐng)域.目前,隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)與模塊化設(shè)計的普遍應(yīng)用,全球市場競爭愈加激烈、多樣化、個性化的客戶需求為離心分離機(jī)械實施大規(guī)模定制奠定了基礎(chǔ),故大規(guī)模定制設(shè)計(DFMC)已成為設(shè)計方面的新動向.4.2國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

我國離心分離行業(yè)尚屬正在發(fā)展中,總體水平不高.隨著社會進(jìn)步,人們對環(huán)保、能源以及裝備對品質(zhì)的影響有了新的認(rèn)識.同時,通過國外技術(shù)交流和合作以及成套項目的引進(jìn)、消化與吸收,促進(jìn)了我國離心分離技術(shù)的迅速發(fā)展,主要體現(xiàn)在:(1)已基本形成了一個科研、設(shè)計和制造的體系.(2)成立了分離領(lǐng)域的學(xué)術(shù)組織.(3)在基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面進(jìn)行了研究.(4)目前已能生產(chǎn)三足、上懸、活塞、螺旋、離心力卸料,振動、進(jìn)動卸料、刮刀及虹吸刮刀、翻袋及旁濾等離心機(jī);分離機(jī)則有碟式、室式及管式.上述產(chǎn)品不僅遍及全國且遠(yuǎn)銷國外,且技術(shù)特性較“九五”期間有所提高.(5)為滿足特殊工藝要求(防污染、密閉、防爆等),一些新型離心機(jī)亦先后問世.例如,筆者曾研制一種適合于GMP的新型離心機(jī),并獲國家專利.還有內(nèi)旋轉(zhuǎn)子過濾離心機(jī)的研制,立式密閉螺旋機(jī)及復(fù)合機(jī)等亦已投產(chǎn).(6)自控技術(shù)與CAD技術(shù)的應(yīng)用.(7)各種相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂.(8)同國外著名離心機(jī)廠商的技術(shù)合作.4.3國外離心分離技術(shù)的進(jìn)展

[20-26]

瑞典Alfa-laval公司,在碟片流道研究中發(fā)現(xiàn),碟片間隙橫斷面上的速度分布取決于一個無量綱數(shù)λ,而工業(yè)離心機(jī)的λ通常在5~28之間.隨著λ值的增加,碟片的轉(zhuǎn)速增加,薄層減少,可提高雷諾數(shù)并緩和渦流.通過對碟片間隔件和分布孔的巧妙設(shè)計,進(jìn)料量可增加20%.此外,還對相分離技術(shù)進(jìn)行了研究.近年來,研究人員為選擇最佳方案,采用流場分離法、有限元模擬法、大梯度密度梯級法、反模態(tài)分析法等,對離心機(jī)的工作性能和關(guān)鍵零件進(jìn)行研究,為設(shè)計優(yōu)良性能的離心機(jī)提供了理論依據(jù).并對帶內(nèi)洗滌的臥螺離心機(jī)中堰池深度以及臥螺離心機(jī)技術(shù)參數(shù)之間的關(guān)系等進(jìn)行了最佳化研究.為提高產(chǎn)品的純度,及滿足能源和環(huán)保的要求,高參數(shù)已成為國外機(jī)型的發(fā)展特點.由于生物工程需要分離極細(xì)的顆粒,如細(xì)菌、酶及胰島素等,故最新碟式機(jī)已可處理0.1Lm微粒,且分離因數(shù)可達(dá)15000.如德國Westfalia公司的CSA160機(jī)型和瑞典Alfa-laval公司的BTAX510機(jī)型均屬此例.隨著工藝要求的提高,新機(jī)型不斷問世.美國Dorr-Oliver公司的BH-46型碟式機(jī),轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑已達(dá)1.2 m,轉(zhuǎn)鼓重量為4.5 t,用2個功率為220 kW的電機(jī)驅(qū)動,最大生產(chǎn)能力為450 m3/h,當(dāng)量沉降面積已達(dá)250,000 m2,為碟式機(jī)之最.瑞典Alfa-laval公司用于生物技術(shù)的BTUX510型碟式機(jī),具有自動調(diào)節(jié)的渦流噴嘴.利用噴嘴進(jìn)料黏度和濃度的關(guān)系,可提供恒定的固相濃度,與進(jìn)料速度和固體含量的變化無關(guān).而具有10000分離因數(shù)的臥螺離心機(jī),可從某種程度上彌補(bǔ)管式分離機(jī)的不足.BTNX3560-A機(jī) 型的特點是先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)動態(tài)設(shè)計:主軸承改為彈性安裝,可延長壽命,降低機(jī)器噪音與振動.德國Krauss-Maffei公司最新研制的SZ型活塞機(jī),尺寸雖小,卻更能有效進(jìn)行固相分離.還有德國Flottweg公司用于處理難分離物料的雙錐體臥螺離心機(jī)等.4.4 新材料的應(yīng)用[27-28] 為了提高分離機(jī)械的性能、強(qiáng)度、剛度、耐磨性和抗腐蝕性,一批新型材料不斷涌現(xiàn).如,工程塑料、硬質(zhì)合金以及性能優(yōu)良的耐磨耐蝕不銹鋼材料.法國曾研制一種用硬質(zhì)陶瓷制成的轉(zhuǎn)子,英國也曾研制由合成樹脂構(gòu)成的連續(xù)纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)子.但在碟式機(jī)中,由于需要高強(qiáng)度和一定的耐腐性能,雙相組織的不銹鋼廣泛采用.最近,俄國研制成功一種雙相鋼04X25H5M2(即04Cr25Ni5Mo2),有足夠的強(qiáng)度和塑性.德國的Wischnouskii等研制的分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓新材料,具有強(qiáng)度高、塑性和耐腐蝕性好的特點.為彌補(bǔ)耐蝕和強(qiáng)度之間的矛盾,一些先進(jìn)的制 造商普遍采用了轉(zhuǎn)鼓的自增強(qiáng)技術(shù).4.5 結(jié)語

綜上所述,新材料和新型離心機(jī)正在不斷研發(fā)出:世界離心機(jī)行業(yè)正在進(jìn)一步探索和研究,深信國內(nèi)將會向國際水平不斷努力.5 萃取分離技術(shù)

5.1萃取分離技術(shù)概括

傳統(tǒng)的提取物質(zhì)中有效成分的方法工藝復(fù)雜、產(chǎn)品純度不高, 而且易殘留有害物質(zhì).萃取分離是一種新型的分離技術(shù), 即在原料液中加入一個與其基本不相混溶的液體做為溶劑, 造成第二相;利用原料液中各組分在兩個液相之間的不同分配關(guān)系來分離液體混合物.萃取分離是重要單元操作之一, 具有提取率高、產(chǎn)品純度好、能耗低等優(yōu)點.這項技術(shù)除了用在化工、醫(yī)藥等行業(yè)外, 還可用在煙草、香料、食品等方面.隨著各種新技術(shù)的發(fā)展, 萃取分離技術(shù)不斷改進(jìn)優(yōu)化, 新型萃取分離技術(shù)不斷出現(xiàn)并完善, 這項技術(shù)在未來具有廣闊的發(fā)展前景.以下對溶劑萃取精餾分離技術(shù)和超臨界流體萃取分離的原理、特點和應(yīng)用進(jìn)行闡述.5.2萃取精餾[29-30]

萃取精餾是通過向精餾系統(tǒng)中加入適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分離劑(MSA)來顯著增大相對揮發(fā)度很小或者易形成共沸物的混合物組分之間的相對揮發(fā)度,使分離易于進(jìn)行, 從而獲得產(chǎn)品的一種特殊精餾技術(shù).最近幾年, 世界各國化學(xué)工業(yè)公司都在嘗試如何將萃取精餾技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)過程改進(jìn)、解決化學(xué)工業(yè)中難題, 以提高化工工業(yè)效益.溶劑的好壞是萃取精餾成敗的關(guān)鍵, 工業(yè)生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效果如何,與溶劑的選擇密切相關(guān).為了適用于工業(yè)化生產(chǎn),溶劑的選擇要考慮其選擇性、沸點、溶解度、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性及適宜的物性.此外, 無毒、無腐蝕、來源豐富也是選擇溶劑要考慮的因素.選擇溶劑的一般方法是先采用性質(zhì)約束法(試驗法、經(jīng)驗篩選法和活度系數(shù)法)劃定分離混合物系所需溶劑的大致范圍, 對于一個被分離物系, 通過這種方法往往可以得到多個適用的溶劑, 然后應(yīng)用計算機(jī)優(yōu)化方法(計算機(jī)輔助分子設(shè)計方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法)尋求最佳溶劑已成為研究的方向.一般的萃取精餾過程采用塔工藝流程, 設(shè)備主要由萃取塔和溶劑回收塔組成.目前,萃取精餾技術(shù)的研究重點之一就是進(jìn)一步提高萃取劑的選擇性、改進(jìn)工藝過程, 減少單元操作和建設(shè)成本.萃取精餾塔采用是板式塔型式, 由于浮閥塔板具有高效率、高彈性和高生產(chǎn)能力等優(yōu)點, 所以目前在國內(nèi)外是采用最為廣泛的塔板之一.5.3超臨界流體萃取技術(shù)

[31-33]

超臨界流體萃取(Supercritical Fluid Extraction,SFE)是近幾年來迅速發(fā)展起來的一門新興的高效分離技術(shù).在化工、食品、香料、工業(yè)方面已有工業(yè)化應(yīng)用規(guī)模.當(dāng)氣體超過一定的溫度壓力時, 便進(jìn)入臨界狀態(tài), 此時的流體成為超臨界流體(如二氧化碳、乙烯、氨、丙烷、水等).目前, 超臨界流體應(yīng)用較多的是二氧化碳,因其臨界溫度 31.26℃,臨界壓力7.2MPa, 臨界條件易達(dá)到, 并且具有化學(xué)性質(zhì)不活潑、對大部分物質(zhì)不反應(yīng)、無色無毒無味、不燃燒、安全性好、價格便宜、純度高、容易獲得等優(yōu)點, 因此, 在超臨界萃取中常用.超臨界流體兼有氣液兩重性的特點, 它既具有氣體相當(dāng)高的滲透能力, 又兼有與液體相近的密度和對物質(zhì)優(yōu)良的溶解能力.這種溶解能力能夠隨著體系參數(shù)(溫度和壓力)而發(fā)生變化, 因而可以通過改變體系的溫度和壓力使被提取物的溶解度發(fā)生變化而分離出來,從而達(dá)到分離提取的目的.5.4萃取分離展望

萃取溶劑選取方法已經(jīng)由被動的選取向有目的的合成新化合物轉(zhuǎn)變,由單一溶劑向混合溶劑轉(zhuǎn)變, 篩選的范圍更廣泛, 篩選的溶劑更合理、準(zhǔn)確, 前期試驗工作量大大減少.隨著近年來萃取劑選取范圍擴(kuò)大, 混合溶劑的選用, 萃取精餾工藝過程及塔板結(jié)構(gòu)的改進(jìn), 萃取精餾技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)的場合范圍擴(kuò)大.對于解決現(xiàn)今化工生產(chǎn)中存在的問題或難題, 采取萃取精餾是一種值得優(yōu)先考慮的技術(shù).萃取分離技術(shù)發(fā)展至今, 其發(fā)展方向已經(jīng)從常規(guī)萃取分離轉(zhuǎn)向解決普通萃取分離過程無法分離的問題, 通過物理或化學(xué)的手段改變物系的性質(zhì), 使組分得以分離, 或通過特殊技術(shù)促進(jìn)分離過程, 并且要求低能耗、低成本, 向清潔分離發(fā)展.在基礎(chǔ)研究方面, 研究深度由宏觀平均向微觀、由整體平均向局部瞬態(tài)發(fā)展;研究目標(biāo)由現(xiàn)象描述向過程機(jī)理轉(zhuǎn)移;研究手段逐步高技術(shù)化;研究方法由傳統(tǒng)理論向多學(xué)科交叉方面開拓.參考文獻(xiàn)： [1]王中海,羅小茍,劉亮,張曉暉,黃向陽.新型分離技術(shù)的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀[B].礦業(yè)快報2007,9(9).[2]王從厚，吳鳴． 國外膜工業(yè)發(fā)展概況［J］． 膜科學(xué)與技術(shù)，2002，22(1): 65-72．

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第五篇：新型分離技術(shù)復(fù)習(xí)重點

學(xué)渣根據(jù)老師講的重點整理出來的，希望對大家有用

考試題型 填空20分 共10題 簡答20分 共4題

設(shè)計20題 共2題（其中一題雙極膜3室制備酸堿，圖、原理，另外一題凈水器5級結(jié)構(gòu)百度上有）

計算40分 共3題

第一章

1.分離技術(shù)的定義

分離技術(shù)是指利用物理、化學(xué)或物理化學(xué)等基本原理與方法將某種混 合物分成兩個或多個組成彼此不同的產(chǎn)物的一種手段。2.分離技術(shù)的作用于意義

（1）分離技術(shù)在過程工程中的意義：分離工程通常貫穿在整個生產(chǎn)工藝過程中，包括從原料、產(chǎn)物和副產(chǎn)物中脫除雜質(zhì)；循環(huán)物料的分離；從廢物中脫除污染物，是獲得最終產(chǎn)品必不可少的一個重要環(huán)節(jié)，也是化學(xué)家和化學(xué)工程師必須具備的基本知識。

（2）在日常生活中的作用：飲用水、自來水大多都通過對來自江河湖海的水處理后獲得的；每天食用的果汁、生啤、白糖、食言等分別通過蒸發(fā)、膜慮、結(jié)晶、電滲析等方法制得；每天開車所用的汽油、煤油等都是通過對原油加氫反應(yīng)除去硫磺并經(jīng)分餾制得的。（3）在環(huán)境中的保護(hù)作用：家庭生活污水所含成分十分復(fù)雜，直接排放將會嚴(yán)重污染環(huán)境，需通過富集、吸收、降解或轉(zhuǎn)化等方式將有毒、有害污染物除去。

（4）在人類健康與保健中的作用：分離技術(shù)在醫(yī)療上做出杰出的貢獻(xiàn)，人工腎、人工肺人工肝具有的功能都是利用膜的篩分作用通過透析、濾過方法凈化血液、供氧和去除CO2使血液氧合，或通過置換等，達(dá)到調(diào)節(jié)人體平衡、維持生活、延長壽命的目的。（5）在能源再生與新能源利用方面的作用。3．分離劑的概念

加到分離系統(tǒng)中使過程得以實現(xiàn)的能量或物質(zhì)。4.三大類新型分離技術(shù)

第一類—— 對傳統(tǒng)技術(shù)或方法加以改良的分離技術(shù)：超臨界 流體萃取、液膜萃取、雙水相萃取以及色譜分離等； 第二類—— 基于材料科學(xué)發(fā)展形成的分離技術(shù)：反滲透、超 濾、氣體滲透、滲透汽化等膜分離技術(shù)；

第三類—— 膜與傳統(tǒng)分離相結(jié)合形成的分離技術(shù)：膜吸收、膜萃取、親和超濾、膜反應(yīng)器等。

第二章 計算題都在這一章 1.第一種類型：混合熵（作業(yè)有做過）

S mix＝－ R n i lnx i 摩爾混合熵的計算： 0?S mix = Smix /n(n為體系的總摩爾數(shù))=－ R x i lnx ?i

（這只是PPT里的例題）

分離理想氣體或溶液的最小功（W min）W min = T S? mix ? 摩爾最小功

W min ? T?S mix ?? RT?x i lnx i o o

2.第二種類型題：滲透壓

?=C R T(非電解質(zhì)溶液)?是滲透壓 單位KPa C單位是mol/L(一定要換成mol/L)?=RT

當(dāng)溶液的濃度增大時，溶液偏離理想程度增加，對電解質(zhì) 水溶液常需引入滲透壓系數(shù)來校正偏離程度。

? Ci(電解質(zhì)溶液)

Ci為水中離子的濃度 注意離子的下標(biāo)

? i?? i C i RT 溶液的濃度較低時，絕大部分電解質(zhì)的滲透壓系數(shù)接近于1，隨著溶液濃度的增加而增大。

對NaCl，KCl等一類液，其系數(shù)基本上不隨濃度而變；而Na SO , 2 4 K2 SO 4 等一類溶液則隨溶液濃度的降低而增大。

3.第三種類型：唐南平衡（課本第20頁）

假定一種分子或離子大得不能通過膜，而溶劑小分子和普通離子能 自由通過，這時若系統(tǒng)中有這類分子電解質(zhì)存在并達(dá)到平衡時，膜 兩側(cè)電解質(zhì)濃度并不相等，這種現(xiàn)象即為唐南平衡。

4.第四種類型：火用（詳細(xì)請見2.2PPT第67頁開始，課本例2-1）

5.范德華力

色散力：非極性分子之間

誘導(dǎo)力：極性分子與非極性分子之間 取向力：極性分子之間

在非極性分子之間只有色散力，在極性分子和非極性分子之間有誘導(dǎo)力和色散力，在極性分子之間則有取向力、誘導(dǎo)力和色散力的作用。

6.第三章

1.常用的膜材料

2.膜的分類 按膜的材料分類：纖維素酯類、非纖維素酯類

按膜的分離原理及使用范圍分類：微孔膜、超過濾膜、反滲透膜、納濾膜、滲析膜、電滲析膜、滲透蒸發(fā)膜等 按膜的形態(tài)分類：平板膜、管式膜、中空纖維膜 按膜的結(jié)構(gòu)分類：對稱膜、非對稱膜、復(fù)合膜

3.膜的制備工藝

（1）相轉(zhuǎn)變法：L-S型制模法（2）復(fù)合制膜工藝

4.反滲透滿足的兩個條件：（1）存在選擇性透過膜（2）工作壓力大于滲透壓

5.滲透滿足的兩個條件：（1）存在選擇性透過膜（2）存在濃度差

6.有孔學(xué)說與無孔學(xué)說

7.反滲透的應(yīng)用領(lǐng)域

(1)海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水軟化制備鍋爐用水，高純水的制備。

（2）在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥液、果汁、咖啡浸液等。與常用的冷凍干燥和蒸發(fā)脫水濃縮等工藝比較，反滲透法脫水濃縮成本較低，而且產(chǎn)品的療效、風(fēng)味和營養(yǎng)等均不受影響。

（3）印染、食品、造紙等工業(yè)中用于處理污水，回收利用廢業(yè)中有用的物質(zhì)等。

8.反滲透膜的組件

有四種：板框式、管式、螺旋卷式、中空纖維式。

9．級與段的概念

段： 前段膜組件的濃水流經(jīng)下一膜組件進(jìn)行再處理，流經(jīng)幾組膜組件即稱為幾段。

級： 膜組件的產(chǎn)品水再經(jīng)下一膜組件進(jìn)行處理，產(chǎn)品水流經(jīng)幾次膜組件處理即稱為幾級。

10.膜的濃差極化概念、影響、減緩的措施 概念：在膜分離操作中，所有溶質(zhì)均被透過液傳送到膜表面上，不能完全透過膜的溶質(zhì)受到膜的截留作用，在膜表面附近濃度升高。這種在膜表面附近濃度高于主體濃度的現(xiàn)象稱為濃度極化或濃差極化。影響：

1.使膜表面溶質(zhì)濃度增高，引起滲透壓的增大，從而減小傳質(zhì)驅(qū)動力； 2.當(dāng)膜表面溶質(zhì)濃度達(dá)到其飽和濃度時，便會在膜表面形成沉或凝膠層，增加透過阻力；

3.膜表面沉積層或凝膠層的形成會改變膜的分離特性；

4.當(dāng)有機(jī)溶質(zhì)在膜表面達(dá)到一定濃度有可能對膜發(fā)生溶脹或惡化膜的性能；

5.嚴(yán)重的濃差極化導(dǎo)致結(jié)晶析出，阻塞流道，運(yùn)行惡化。概括地說，就是分離效果降低，截留率改變，通量下降。措施：

①選擇合適的膜組件結(jié)構(gòu)； ②加入紊流器； ③料液橫切流向設(shè)計； ④料液脈沖流動； ⑤螺旋流； ⑥提高流速；

⑦適當(dāng)提高進(jìn)料液溫度以降低粘度，增大傳質(zhì)系數(shù)。

11.膜的污染定義、影響、措施，與濃差極化的區(qū)別 定義：是指處理物料中的微粒，膠體或溶質(zhì)大分子與膜存在物理化學(xué)作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附，沉積造成膜孔徑變小或堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化現(xiàn)象。措施：1.水通量逐步下降（膜通量下降）；

2.通過膜的壓力和膜兩側(cè)的壓差逐漸增大（進(jìn)料壓力和△P逐漸增大）；

3.膜對溶解于水中物質(zhì)的透過性逐漸增大。措施：

1.料液預(yù)處理(熱處理、pH調(diào)節(jié)、離子交換、預(yù)過濾、加入穩(wěn)定劑)2.膜材料的選擇(考慮膜的親疏水性、荷電性。親水性膜及膜材料電荷與溶質(zhì)電荷相同的膜較耐污染；對膜表面進(jìn)行改性)3.膜孔徑或截留分子量的選擇(通過實驗選擇最佳孔徑的膜)4.膜結(jié)構(gòu)選擇（不對稱結(jié)構(gòu)膜較耐污染）5.組件結(jié)構(gòu)選擇

6.溶液pH控制(分離、濃縮蛋白質(zhì)、酶時，一般把pH調(diào)至遠(yuǎn)離其等電點，使其溶解度增加，并帶電荷)7.溶液中鹽濃度的控制(以改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度)8.溶液溫度的控制

9.溶質(zhì)濃度，料液流速與壓力的控制 與濃差極化的區(qū)別

膜污染與濃差極化有內(nèi)在聯(lián)系，盡管很難區(qū)別，但是概念上截然不同。濃差極化加重了污染，但濃差極化是可逆的，即變更操作條件可使之 消除，而污染是不可逆的，必須通過清洗的辦法，才能消除。

12.超濾、納濾、反滲透、微濾的區(qū)別（作業(yè)有做過，也可以看PPT3.4第99頁）

第四章

1.氣體分離的定義和工作機(jī)理

氣體膜分離過程是一種以壓力差為驅(qū)動力的分離過程。在膜兩側(cè)混合氣體各組分分壓差的驅(qū)動下，氣體分子透過膜的現(xiàn)象。

目前常見的氣體通過膜的分離機(jī)理有兩種：其一，氣體通過多孔膜的微孔擴(kuò)散機(jī)理；其二，氣體通過非多孔膜的溶解/擴(kuò)散機(jī)理。

2.傳統(tǒng)的氣體分離方法 深冷分離法 吸附分離法 吸收分離法

3.氣體分離膜的應(yīng)用

（1）從合成氨中的尾氣回收氫氣（2）富氧氣的制造（3）水果保鮮（4）天然氣脫水

4.分子流與粘性流

膜孔直徑(dp)遠(yuǎn)小于氣體分子平均自由程(λ)時，氣體分子與孔壁之間的碰撞幾率遠(yuǎn)大于分子之間的碰撞幾率，此時氣體通過微孔的傳遞過程屬努森擴(kuò)散，又稱自由分子流。

孔徑大于操作條件氣體分子的平均運(yùn)動自由程，孔內(nèi)分子流動受分子之間碰撞作用支配，分子與孔壁之間的碰撞可以忽略，稱為粘性流。氣體處于粘性流狀態(tài)是沒有分離性能的。

5.滲透汽化（PV）、蒸氣滲透（VP）的定義與區(qū)別

滲透汽化（或滲透蒸發(fā)）是指液體混合物在膜的一側(cè)與膜接觸時，其中易透過組分較多地溶解在膜上，并擴(kuò)散通過膜，在膜的另一側(cè)氣化而被抽出，從而達(dá)到分離的膜過程。

蒸發(fā)滲透(vapor permeation)，與滲透汽化過程不同之處在于其進(jìn)料為氣相，相變過程發(fā)生在進(jìn)裝置前或在膜上游蒸發(fā)汽化，在過程中蒸汽相滲透通過膜。兩者相同點

1)推動力均是組分在膜兩側(cè)的蒸氣壓差； 2)分離相同體系使用同種膜；

3)膜后側(cè)的情況完全相同，均為真空，采用相同的方法移去滲透物； 4)膜內(nèi)的狀態(tài)以及滲透物擴(kuò)散通過膜的規(guī)律基本相同。兩者的不同點

1)VP的加料為蒸氣，氣體在膜組件中的流動狀況較液體好，分布均勻，物質(zhì)在汽相中的擴(kuò)散系數(shù)大，濃差極化的影響小；

2)PV過程中滲透物有相變，過程中料液的溫度不斷下降，從而導(dǎo)致滲透通量的下降，通常采用級間加熱的方式來維持料液的溫度；而VP過程無相變，過程中加料溫度基本不變，VP的平均滲透通量比PV大，所以完成相同的分離任務(wù)，VP所需要的膜面積小。

3)VP的操作溫度通常比PV高，溫度高滲透通量大，所需膜面積小； 4)VP的蒸氣加料比PV的液體加料，雜質(zhì)含量小，由于VP的滲透通量大，因此在VP法比PV法節(jié)省設(shè)備投資費用，因而總成本比較低。

6.滲透汽化的操作方式

冷凝法 抽真空法 冷凝與抽真空結(jié)合法 載氣吹掃法 溶劑吸收法

7.滲透汽化膜的種類和應(yīng)用 滲透汽化膜可分為：優(yōu)先透水膜、優(yōu)先透有機(jī)物膜和有機(jī)物分離膜。（無水乙醇）

應(yīng)用：1.有機(jī)溶劑脫水 2.水中脫除有機(jī)物 3.有機(jī)混合物的分離

8.膜基吸收的原理

膜基吸收(membrane-based absorption)是以疏水或親水微孔膜作為氣、液兩相間的介質(zhì)，并利用膜的多孔性實現(xiàn)氣、液兩相接觸的一種新型分離技術(shù)。原理

一般采用雙膜理論來研究膜基吸收的傳質(zhì)過程，傳質(zhì)過程的推動力為組分在膜兩側(cè)流體中的活度差(濃度差)。其傳質(zhì)過程主要經(jīng)歷四個過程:(1)氣相中的物質(zhì)在氣相邊界層中的擴(kuò)散過程;(2)膜孔中物質(zhì)的傳遞過程;(3)氣液兩相界面的物質(zhì)溶解一吸收過程;(4)液相界面的物質(zhì)向液相主體擴(kuò)散過程。

第五章

1.血液透析能取代腎臟的哪些功能 排出對肌體有害的代謝產(chǎn)物 維持水代謝平衡

維持人體內(nèi)環(huán)境酸堿度的平衡 協(xié)助維持血壓

維持人體內(nèi)環(huán)境電解質(zhì)的平衡

2.血液透析、血液濾過、血液洗濾的定義、聯(lián)系、區(qū)別（作業(yè)有做過）

3.腹膜透析

參與透析的是腹膜中的毛細(xì)血管和淋巴

4電滲析的基本條件 離子選擇性透過膜 直流電場

5.電滲析的工作原理

在陰極與陽極之間，放置著若干交替排列的陽膜與陰膜，讓水通過兩膜及兩膜與兩極之間所形成的隔室，在兩端電極接通直通電源后，水中陰、陽離子分別向陽極、陰極方向遷移，由于陽膜、陰膜的選擇透過性，就形成了交替排列的離子濃度減少的淡室和離子濃度增加的濃室。

6.陽膜的定義

凡是在高分子鏈上連接的是酸性活性基團(tuán)(例如一SO3H)的膜，稱為陽膜。只允許陽離子通過。

7.電滲析過程 反離子遷移 同名離子遷移 電解質(zhì)滲析 水的滲透 水的電滲析 水的電離 壓差滲漏

在上述幾種傳遞現(xiàn)象中，只有反離子遷移才具有脫鹽或濃縮的作用，其他過程均會影響電滲析的除鹽或濃縮效率，增加電耗。設(shè)計中，應(yīng)選擇理想的離子交換膜和最佳的操作條件，設(shè)法消除或改善這些不利影響。

8.電滲析的濃差極化的定義，影響，措施

定義：在離子耗竭層中，溶液的電阻會變得相當(dāng)大，當(dāng)恒定電流通過離子耗竭溶液層時，會引起非常大的電位降，并迫使其溶液中的水分子離解，產(chǎn)生大量的H+和OH-來彌補(bǔ)及傳遞電流，這種現(xiàn)象稱為離子交換膜的極化現(xiàn)象。影響：

(1)耗電增加； ① 部分電能消耗于水的離解和與脫鹽無關(guān)的H+和OH-遷移上；

② 極化沉淀使得液-膜界面的電阻增大，導(dǎo)致電耗上升。(2)膜的使用壽命縮短；

極化后膜的一側(cè)受堿的腐蝕，另一側(cè)受酸的腐蝕。此外，沉淀結(jié)垢(Ca(OH)

2、Mg(OH)2等)的侵蝕，會改變膜的物理結(jié)構(gòu)使膜的性能下降。

(3)膜的有效面積減少

沉淀結(jié)垢堵塞水流道，減少離子滲透膜面積。措施：

(1)最有效的方法是改善操作條件，使電滲析在極限電流以下運(yùn)行。通常取極限電流的70~90%作為操作電流。實際操作中，主要通過調(diào)節(jié)工作電壓來控制操作電流。

(2)采取有效的方法強(qiáng)化傳質(zhì)過程，提高裝置的極限電流。(3)定期酸洗，加入阻垢劑和倒換電極操作等過程來消除極化沉淀。

9.離子選擇性透過膜如何選擇性透過

凡是在高分子鏈上連接的是酸性活性基團(tuán)(例如一SO3H)的膜，稱為陽膜；凡是在高分子鏈上連接的是堿性活性基團(tuán)[例如-N(CH3)3OH]的膜，稱為陰膜。它們在水溶液中進(jìn)行如下解離: R-SO3H→R-SO3-+H+

R-N(CH3)3OH一→R-N+(CH3)3+OH-

產(chǎn)生的反離子(如H+、OH-)進(jìn)入水溶液，從而使陽膜上留下帶負(fù)電荷的固定基團(tuán)，構(gòu)成強(qiáng)烈的負(fù)電場，陰膜上留下帶有正電荷的固定基團(tuán)，構(gòu)成強(qiáng)烈的正電場。

10.電滲析級與段的概念

級：電滲析器中一對電極之間所包含的膜堆稱為級，一臺電滲析器的電極對數(shù)就是這臺電滲析器的級數(shù)

段：電滲析器中淡水水流方向相同的膜堆稱為一段，水流方向每改變一次，段數(shù)就增加一段

11.電滲析的特點和不足之處

1.能耗低：在除鹽過程中，只是用電能來遷移水中的鹽分，而大量的水不發(fā)生相的變化。尤其適用于苦咸水淡化；

2.藥劑耗量少，環(huán)境污染小：僅在酸洗是時消耗少量酸；

3.對原水含鹽量變化適應(yīng)性強(qiáng)：可按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)一臺ED器中的段數(shù)、級數(shù)或多臺ED器的串聯(lián)、并聯(lián)或不同除鹽方式（直流式、循環(huán)式或部分循環(huán)式）來適應(yīng)；

4.操作簡單，易于實現(xiàn)機(jī)械化、自動化；

5.設(shè)備緊湊耐用，預(yù)處理簡單：預(yù)處理一般經(jīng)砂濾即可； 6.水的利用率高：ED器運(yùn)行時，濃水和極水可循環(huán)使用，水的利用度可達(dá)70%~80%，國外可高達(dá)90%左右

不足之處：只能除去水的鹽分，而不能除去其中的有機(jī)物，某些高價離子和有機(jī)物還會污染膜；易發(fā)生濃差極化而產(chǎn)生結(jié)垢（用EDR可以避免）；與RO相比，脫鹽率較低，裝置比較龐大且組裝要求高，因此它的發(fā)展不如RO快。

12.雙極膜三室制備酸堿（設(shè)計題）

第六章

1.恒沸精餾的定義

在兩組分恒沸液中加入第三組分（稱為挾帶劑），該組分能與原料液中的一個或兩個組分形成新的恒沸液，從而使原料液能用普通精餾方法予以分離。利用恒沸現(xiàn)象改變組分的相對揮發(fā)度，這種方法稱為恒沸精餾。

2.萃取精餾的定義

混合溶液中加入揮發(fā)度很小的添加劑以增大兩組分間的α。第三組分萃取劑(溶劑)一般沸點較高、不與原溶液中任一組分形成恒沸物，僅改變原組分的α從而實現(xiàn)精餾分離，這種方法稱為萃取精餾。

3.分子精餾定義、工作原理和工作過程

分子蒸餾(又叫短程蒸餾)它是依據(jù)不同物質(zhì)分子運(yùn)動平均自由程的差別，在高真空下（一般在小于1Pa），使液體在遠(yuǎn)低于沸點的溫度下蒸餾分離，受熱時間短，特別適于處理高沸點及熱敏性的物系，是一種非平衡蒸餾。工作原理：

工作工程：

1)在熱的作用下，分子從液相主體向蒸發(fā)表面擴(kuò)散，液相內(nèi)的擴(kuò)散常是控制分子蒸餾速率的主要因素；

(2)液膜表面上的分子在高真空，遠(yuǎn)低于沸點的溫度下自由蒸發(fā)；(3)基于真空抽力，蒸發(fā)分子向冷凝面飛射；(4)自由程大的分子在冷凝面上的冷凝；(5)餾出物和沒有蒸發(fā)的重組分的收集。4.分子蒸餾的兩個基本條件

①輕、重分子的平均自由程必須要有差異，且差異越大越好； ②蒸發(fā)面與冷凝面間距必須小于輕分子的平均自由程。

5.分子蒸餾的優(yōu)缺點

優(yōu)點：1.操作溫度低（遠(yuǎn)低于沸點）、真空度高、受熱時間短（以秒計）、分離效率高等，特別適宜于高沸點、熱敏性、易氧化物質(zhì)的分離；

2.可有效地脫除低分子物質(zhì)（脫臭）、重分子物質(zhì)（脫色）及脫除混合物中雜質(zhì)；

3.其分離過程為物理分離過程，可很好地保護(hù)被分離物質(zhì)不被污染，特別是可保持天然提取物的原來品質(zhì)；

4.分離程度高，高于傳統(tǒng)蒸餾及普通的薄膜蒸發(fā)器。局限性：(1)設(shè)備投資方面

由于分子蒸餾要求在高真空下進(jìn)行分離，所需要的設(shè)備成本過高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計技術(shù)要求高，相應(yīng)的配套設(shè)備也多，投資過大，國內(nèi)尚未見大規(guī)模運(yùn)用；(2)生產(chǎn)能力方面

分子蒸餾受設(shè)備結(jié)構(gòu)和加熱面積的限制，設(shè)備體積比常規(guī)蒸餾設(shè)備體積大，在大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用中有不少困難。

第七章

1.超臨界流體的定義和特性 超臨界流體是指物質(zhì)處于其臨界溫度和臨界壓力以上而形成的一種特殊狀態(tài)的流體。處于超臨界狀態(tài)時，氣液兩相性質(zhì)非常接近，故稱之為SFE。特性：

（1）密度、粘度和擴(kuò)散系數(shù)的特點

密度比氣體大得多，與液體接近，使其對溶質(zhì)有較大的溶解度。粘度接近氣體, 比液體小得多。擴(kuò)散系數(shù)介于氣體和液體之間，是氣體的幾百分之一, 是液體的幾百倍。與液體相比，超臨界流體粘度小、擴(kuò)散系數(shù)大使其傳質(zhì)速率大大高于液體。（2）溶解特性

在臨界點附近，壓力和溫度的變化可引起超臨界流體密度急劇變化，相應(yīng)地使溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度發(fā)生急劇變化，因而可利用壓力與溫度的改變來實現(xiàn)萃取和分離。

2.超臨界流體萃取的工作原理和影響因素 工作原理

超臨界流體萃取分離過程是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進(jìn)行的。當(dāng)氣體處于超臨界狀態(tài)時，成為性質(zhì)介于液體和氣體之間的單一相態(tài)，具有和液體相近的密度，粘度雖高于氣體但明顯低于液體，擴(kuò)散系數(shù)為液體的10～ 100倍；因此對物料有較好的滲透性和較強(qiáng)的溶解能力, 能夠?qū)⑽锪现心承┏煞痔崛〕鰜怼Ｈ缓笸ㄟ^改變超臨界流體的溫度或壓力調(diào)節(jié)超臨界流體的溶解能力，使溶解的物質(zhì)析出，從而達(dá)到分離的目的。

影響因素：1）超臨界流體的選擇 2）操作條件 3）夾帶劑的選擇 4）原料的性質(zhì)

其中最主要的是溫度和壓力

壓力變大，溶解能力增強(qiáng)。溫度升高，溶解能力的變化不一定。

3.超臨界萃取的特點和局限性 特點：

(1)萃取時間短：由于超臨界流體強(qiáng)穿透力和高溶解度，它能快速地將提取物從載體中萃出, 既節(jié)省溶劑，又減少了能源和人力的費用。(2)萃取徹底：萃取結(jié)果更接近實際情況，從而提高了后續(xù)分析過程的準(zhǔn)確性和可靠性。

(3)有利環(huán)境保護(hù)：利用二氧化碳作為流體，解決了有機(jī)溶劑對環(huán)境的污染，也有利于保護(hù)實驗室工作人員的健康。

(4)低溫萃取：在較低溫度下萃取，解決了對熱敏感樣品的萃取難題。(5)痕量萃取：能萃取10-9 級的樣品。局限性：

（1）對脂溶性成分溶解能力較強(qiáng)而對水溶性成分溶解能力較低；（2）設(shè)備造價較高而導(dǎo)致產(chǎn)品成本中的設(shè)備折舊費比例過大；（3）更換產(chǎn)品時清洗設(shè)備較困難。

4夾帶劑的作用：

5.超臨界C02應(yīng)用廣泛的原因 溫和的臨界條件 無毒 阻燃 價廉易得

超臨界CO 2 溶解能力強(qiáng) 適用于化工、醫(yī)藥、食品等工業(yè)

6.超臨界流體萃取的應(yīng)用實例 從咖啡豆中除去咖啡因 啤酒花萃取 植物精油的萃取 中藥提取。。