第一篇：分離工程試卷

試卷A

一、填充題（40分，每小題2分）

1.生物產品的分離包括R Removal of insolubles，I Isolation，P Purification, 和P Polishing。

2.發酵液常用的固液分離方法有 離心 和 過濾 等。

3.離心設備從形式上可分為 管式，碟片式

套筒式 等型式。

4.膜分離過程中所使用的膜，依據其膜特性（孔徑）不同可分為 微濾膜，超濾膜，納濾膜 和 反滲透膜 ；

5.多糖基離子交換劑包括 葡聚糖離子交換劑 和 離子交換纖維素兩大類。6.工業上常用的超濾裝置有 板式，管式，螺旋卷式 和 中空纖維式。

7.影響吸附的主要因素有 吸附質的性質，溫度，溶液pH值，鹽濃度，吸附物濃度 和 吸附劑用量。

8.離子交換樹脂由 載體，活性基團 和 可交換離子 組成。9.電泳用凝膠制備時，過硫酸銨的作用是 引發劑 ； 甲叉雙丙烯酰胺的作用是 交聯劑 ； TEMED的作用是 增速劑 ； 影響鹽析的因素有 溶質種類，溶質濃度，pH值 和

溫度 ； 11.在結晶操作中，工業上常用的起晶方法有 自然起晶法，刺激起晶法 和 晶種起晶法 ；

12.簡單地說，離子交換過程實際上只有 外部擴散，內部擴散 和

化學交換反應 三個步驟；

13.在生物制品進行吸附或離子交換分離時，通常遵循Langmuir吸附方程，其形式為

Q＝q0C/(k+C)；

14.反相高效液相色譜的固定相是 非極性 的，而流動相是 極性 的；

常用的固定相有 C18 和 C8 ；常用的流動相有 甲醇 和 乙睛 ；

15.超臨界流體的特點是與氣體有相似的 粘度（擴散系數），與液體有相似的 密度 ； 16.離子交換樹脂的合成方法有 共聚（加聚）和 均聚（縮聚）兩大類；

17.常用的化學細胞破碎方法有 滲透壓沖擊，增溶法，脂溶法，酶消化法

和 堿處理法 ；

18.等電聚焦電泳法分離不同蛋白質的原理是依據其 等電點（pI）的不同； 19.離子交換分離操作中，常用的洗脫方法有 pH梯度 和 離子強度（鹽）梯度 ； 20.晶體質量主要指 晶體大小，晶體性狀 和 晶體純度三個方面； 二.討論題（30分）

1.請結合圖示簡述凝膠排阻色譜（分子篩）的分離原理。（6分）

答：凝膠排阻色譜的分離介質（填料）具有均勻的網格結構，其分離原理是具有不同分子量的溶質分子，在流經柱床是，由于大分子難以進入凝膠內部，而從凝膠顆粒之間流出，保留時間短；而小分子溶質可以進入凝膠內部，由于凝膠多孔結構的阻滯作用，流經體積變大，保留時間延長。這樣，分子量不同的溶質分子得以分離。

2.繪制結晶過程中飽和曲線和過飽和曲線圖，并簡述其意義。（6分）答：結晶過程中的飽和溫度曲線和不飽和溫度曲線的簡圖如右圖所示：

S-S曲線為飽和溫度曲線，在其下方為穩定區，在該區域溶液為不飽和溶液，不會自發結晶；

T-T曲線為過飽和溫度曲線，在其上方為不穩定區，能夠自發形成結晶；

S-S曲線和T-T曲線之間為亞穩定區，在該區域，溶液為過飽和溶液，但若無晶種存在，也不能自發形成晶體；

3.何謂親和吸附，有何特點？（6分）

答：親和吸附是吸附單元操作的一種，它是利用親和吸附劑與目標物之間的特殊的化學作用實現的高效分離手段。親和吸附劑的組成包括：惰性載體、手臂鏈、特異性親和配基。親和吸附的特點是高效、簡便、適用范圍廣、分離速度快、條件溫和，但載體制備難度大，通用性差，成本較高。

4.簡述結晶過程中晶體形成的條件（6分）

答：結晶過程包括過飽和溶液的形成、晶核的形成及晶體的生長三個過程，其中溶液達到過飽和狀態是結晶的前提，過飽和度是結晶的推動力。

5.試比較常規聚丙稀酰胺凝膠電泳與SDS PAGE的分離原理。（6分）

答：常規聚丙烯酰胺凝膠電泳和SDS-PAGE均為凝膠電泳的一種。

聚丙烯酰胺凝膠電泳分離蛋白質是依據其電荷（性質、荷電量）、分子形狀和分子大小（分子量）差異實現分離的；

SDS-PAGE由于加入了SDS和強還原劑（DTT等），破壞了蛋白質分子的高級（二級、三級、四級）結構，并與蛋白質形成荷大量負電荷的聚合物，消除了不同蛋白質分子電荷及分子形狀差異，而僅將分子量差異作為分離依據，常用于測定未知蛋白質的亞基分子量。

三.計算題（30分）

1、用醋酸戊酯從發酵液中萃取青霉素，已知發酵液中青霉素濃度為0.2Kg/m，萃取平衡常數為K=40，處理能力為H=0.5m/h，萃取溶劑流量為L=0.03m/h，若要產品收率達96%，試計算理論上所需萃取級數？（10分）解：由題設，可求出萃取系數E，即：E?3

33kL40?0.03??2.4 H0.5En?1?E根據P?n?1?96%，得n＝4 E?

12、應用離子交換樹脂作為吸附劑分離抗菌素，飽和吸附量為0.06 Kg（抗菌素）/Kg（干樹脂）；當抗菌素濃度為0.02Kg/m時，吸附量為0.04Kg/Kg；假定此吸附屬于Langmuir等溫吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m時的吸附量（10分）

解：由題設，根據Langmuir吸附等溫式可求出K值，即： q?33q0C0.06?0.02??0.04,k?0.01

K?Ck?0.023則當料液含抗菌素0.2Kg/m時的吸附量可計算如下：

3、一種耐鹽細胞其能積累細胞內低分子量鹵化物，適應高滲透壓，能在含有0.32mol/LNaCl, 0.02mol/LMgCl2, 0.015mol/LCaCl2, 0.01mol/LFeCl3 的培養基這培養，當其從含鹽量高的培養基中轉移至清水中，在數分鐘內能將胞內產物釋放出來，試估計細胞膜所受滲透壓的大小。（設操作溫度為25℃）（10分）

解：細胞所受滲透壓按照下式計算： q?0.06?0.2?0.057kg/kg0.01?0.2

Pout-Pin＝-RTCi

＝ －8.314×298×(0.32×2＋0.02×3＋0.015×3＋0.01×4)×10＝－1.94×10 Pa

6試題

（B）卷

一、填充題（40分，每小題2分）1.生物產品的分離包括 Removal of insolubles，Isolation，Purification, 和 Polishing。

2.發酵液常用的固液分離方法有: 離心 和 過濾 等。

3.離心設備從形式上可分為 管式，套筒式，碟片式 等型式。4.親和吸附原理包括 吸附介質的制備，吸附 和 洗脫 三步。5.多糖基離子交換劑包括 葡聚糖離子交換劑 和 離子交換纖維素 兩大類。6.工業上常用的超濾裝置有 板式，管式，螺旋卷式 和 中空纖維式。7.影響吸附的主要因素有 吸附質的性質，溫度，溶液pH值，鹽濃度，吸附物濃度 和 吸附劑用量。

8.離子交換樹脂由 載體，活性基團 和 可交換離子 組成。9.電泳用凝膠制備時，過硫酸銨的作用是 引發劑 ； 甲叉雙丙烯酰胺的作用是 交聯劑 ； TEMED的作用是 增速劑 ； 影響鹽析的因素有 溶質種類，溶質濃度，pH值 和 溫度 ； 11.根據分離機理的不同，色譜法可分為 吸附色譜，分配色譜，離子交換色譜 和 凝膠色譜。

12.鹽析實驗中用于關聯溶質溶解度與鹽濃度的Cohn方程為 lgS＝β－KsI ；當 保持體系溫度、pH值不變，僅改變溶液離子強度進行的鹽析操作 稱為Ks鹽析法；當

保持離子強度不變，改變溫度、pH值進行的鹽析操作 稱為β鹽析法。

13.過飽和溶液的形成方式有： 熱飽和溶液冷卻，蒸發溶劑，真空蒸發冷卻，化學反應結晶 和 鹽析。

14.蛋白質分離常用的色譜法有 金屬螯合色譜，共價色譜，離子交換色譜

和 疏水作用色譜。15.離子交換樹脂的合成方法有 共聚（加聚）和 均聚（縮聚）兩大類； 16.離子交換分離操作中常用的洗脫方法有 pH梯度 和 離子強度（鹽）梯度。17.SDS PAGE電泳制膠時，加入十二烷基磺酸鈉（SDS）的目的是消除各種待分離蛋白的 電荷 和 分子形狀 差異，而將 分子量 作為分離的依據。

18.工業上常用的起晶方法有 自然起晶法，刺激起晶法 和 晶種起晶法。19.高效液相色譜分離方法中，液-液色譜是以 液體 作為流動相；以 固定在固相載體表面的液體 作為固定相。

20.常用的蛋白質沉析方法有 鹽析，等電點沉析 和 有機溶劑沉析。

二、討論題（30分）

1、何謂超臨界流體萃取，并簡述其分離原理

答：超臨界流體萃取是利用超臨界流體具有的類似氣體的擴散系數，以及類似液體的密度（溶解能力強）的特點，利用超臨界流體為萃取劑進行的萃取單元操作。其特點是安全、無毒、產品分離簡單，但設備投資較大。

2、何謂免疫親和層析，簡述親和免疫層析介質的制備過程

答、免疫親和層析是利用親和技術和色譜分離集成產生的一種高效色譜分離技術，其分離原理是通過抗原-抗體之間特異性的相互作用，從而實現高效的分離。層析介質的制備過程包括：抗體的制備、抗體提取、載體活化，手臂鏈的連接、抗體的連接等步驟。

3、簡述SDS PAGE電泳測定未知蛋白分子量的方法

答：SDS-PAGE是凝膠電泳的一種，其分離原理是基于不同分子量的蛋白質（亞基）在電場中的遷移率不同，因此利用該技術測定未知蛋白質（亞基）的分子量是十分方便的，具體的方法是利用標準分子量MARK，與樣品一同電泳，染色后根據標準分子MARK中已知分子量蛋白質的遷移率與其分子量的對數值作圖，可得一標準曲線并擬合方程，再結合未知蛋白質的遷移率即可計算得到大致的分子量。

4、何謂等電點沉析法

答：蛋白質再等電點下的溶解度最低，根據這一性質，再溶液中加入一定比例的有機溶劑，破壞蛋白質表面的水化層和雙電層，降低分子間斥力，加強了蛋白質分子間的疏水相互作用，使得蛋白質分子得以聚集成團沉淀下來。

5、繪制結晶過程中，飽和曲線和過飽和曲線圖，并簡述其意義 答：結晶過程中的飽和溫度曲線和不飽和溫度曲線的簡圖如右圖所示：

S-S曲線為飽和溫度曲線，在其下方為穩定區，在該區域溶液為不飽和溶液，不會自發結晶；

T-T曲線為過飽和溫度曲線，在其上方為不穩定區，能夠自發形成結晶；

S-S曲線和T-T曲線之間為亞穩定區，在該區域，溶液為過飽和溶液，但若無晶種存在，也不能自發形成晶體；

三.計算題（30分）

1.用管式離心機從發酵液中分離大腸桿菌細胞，已知離心管的內徑為0.15m，高0.8m，轉速為18,000 r/min，生產能力為Q=0.3m/h。求細胞的離心沉降速度V。（10分）

解：由題設，根據

3vg?Qg2?lR2?2?(0.3/3600)?9.81－92??0.8?0.152?(18000?2?/60)2＝2.038×10m/s 2.應用離子交換樹脂作為吸附劑分離抗菌素，飽和吸附量為0.06 Kg（抗菌素）/Kg（干樹脂）；當抗菌素濃度為0.02Kg/m時，吸附量為0.04Kg/Kg；假定此吸附屬于Langmuir等溫吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m時的吸附量（10分）

解：由題設，根據Langmuir吸附等溫式可求出K值，即：

3q?q0C0.06?0.02??0.04,k?0.01則當料液含抗菌素0.2Kg/m3時的吸附K?Ck?0.02量可計算如下：

q?0.06?0.2?0.057kg/kg 0.01?0.233.用醋酸戊酯從發酵液中萃取青霉素，已知發酵液中青霉素濃度為0.2Kg/m，萃取平衡常數為K=40，處理能力為H=0.5m/h，萃取溶劑流量為L=0.03m/h，若要產品收率達96%，試計算理論上所需萃取級數？（10分）

解：由題設，可求出萃取系數E，即E?3

kL40?0.03??2.4 H0.5根據P?En?1?EEn?1?1?96%，取n＝4

第二篇：分離工程

第二章 多組分分離基礎 1填空題

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

1、分離過程涉及的變量數減去描述該過程的方程數即為該過程的（）。

2、設計變量是指在計算前，必須由設計者（）的變量。

3、一個含有4個組分的相平衡物流獨立變量數有（）個。

4、一個裝置的設計變量的確定是將裝置分解為若干進行（），由（）計算出裝置的設計變量數。

5、常用的汽液相平衡關系為（）。

6、相對揮發度的定義為兩組分的（）之比，它又稱為（）。

7、活度系數方程中A可用來判別實際溶液與理想溶液的（）。

8、用于泡點計算的調整公式為（）。

9、一定壓力下加熱液體混合物，當液體混合物開始汽化產生第一個汽泡時的溫度叫（）。

10、一定溫度下壓縮氣體混合物，當開始冷凝產生第一個液滴時的壓力叫（）。

11、計算泡點溫度時，若，溫度應調（）。

12、平衡常數與組成有關的露點計算，需迭代露點溫度或壓力外，還需對（）進行試差。

13、在分離流程中常遇到的部分汽化和冷凝過程屬（）。

14、單級分離是指兩相經（）后隨即引離的過程。

15、等溫閃蒸計算目標函數對收斂速度和穩定性有很大影響，采用Newton-Raphson法時，較好的目標函數為（）。

16、若組成為zi的物系, ∑Kizi＜1時其相態為（）。

17、在進行閃蒸計算時，需判斷混合物在指定溫度和壓力下是否處于（）。

18、閃蒸按體系與環境有無熱量交換分為（）和（）兩類。

19、絕熱閃蒸與等溫閃蒸計算不同點是需要考慮（）。

2選擇題

1、約束變量關系數就是（）

? a.過程所涉及的變量的數目；b.固定設計變量的數目；

? c.獨立變量數與設計變量數的和；d.變量之間可以建立的方程數和給定的條件。

2、每一單股進料均有（）個設計變量。? a.c ；b.c +1；c.c +2；d.c +3

3、一般吸收過程，可調設計變量數為（）： ? a.5個；b.4個；c.1個；d.2個

4、絕熱操作的簡單平衡級設計變量數為（）：

? a.2c +3個；b.2 c +4個；c.c +5個；d.2 c +5個。

5、多組分精餾裝置的可調設計變量數與進料中組分數的關系為（）： ? a.隨進料中組分數的增加而增加；b.隨進料中組分數的增加而減少； ? c.與進料中組分數無關；d.以上三種關系都不成立。?

6、平衡常數計算式

在()條件下成立。

? a.氣相是理想氣體，液相是理想溶液；b.氣相是理想氣體，液相是非理想溶液；

? c.氣相是理想溶液，液相是理想溶液；d.氣相是理想溶液，液相是非理想溶液；

7、汽液相平衡K值越大，說明該組分越（）? a.易揮發；b.難揮發；c.沸點高；d.蒸汽壓小

8、當汽相為理想氣體混合物，液相為非理想溶液時，其汽液相平衡關系為（）

0?Vy?p??Lxp?py ?ip ? a.i? c.iiipyi ? pi0xi；b.i? ixi；d.i?iVpy?i0 pi0x；i?

9、關于溶液的蒸氣壓大小說法正確的是（）：

? a.只與溫度有關；b.不僅與溫度有關，還與各組分的濃度有關； ? c.不僅與溫度和各組分的濃度有關，還與溶液的數量有關；d.與上述因素均無關

10、當把一個氣體溶液冷凝時，開始產生液滴的點叫作（）? a.露點；b.臨界點；c.泡點；d.熔點

?1?0?

11、計算溶液泡點時，若? K x，則說明（）

? a.溫度偏低；b.正好泡點；c.溫度偏高； d.正好露點

?1 ?0，且1?，0?ixi ?

12、在一定溫度和壓力下，由物料組成計算出的 K

z

i? ?i/Ki?1i?1該進料狀態為（）

? a.過冷液體； b.過熱氣體； c.汽液混合物；d.飽和液體 ?

13、進行等溫閃蒸時，對滿足（）條件時系統處于兩相區 ? a.TBT；c.TD>T>TB； d.TB=T ?

14、系統溫度小于泡點時，體系處于（）

? a.飽和液相；b.過冷液體；c.飽和汽相；d.汽液兩相 ?

15、閃蒸是單級蒸餾過程，所能達到的分離程度（）

? a.很高；b.較低；c.只是冷凝過程，無分離作用；d.只是氣化過程，無分離作用

16、下列哪一個過程不是閃蒸過程（）

? a.部分汽化；b.部分冷凝；c.等焓節流；d.純組分的蒸發 ?

17、等焓節流之后（）

? a.溫度提高；b.壓力提高；c.壓力降低，溫度也降低；d.有氣化現象發生，壓力提高

18、下列分離過程可看為等焓過程的是（）a.精餾；b.吸收；c.等溫閃蒸；d.絕熱閃蒸

iii?1?

? ? 第二章 答 案（填空題）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

填空題

1、設計變量數

2、指定 3、6

4、簡單過程的單元；單元的設計變量數

?Vy?f0L?x?V y ? p ?L

5、或

p?p??xiiiiiiiii6、汽液組成；分配系數

7、偏離程度

K8、K ?(?Kx)

9、泡點溫度

10、露點壓力

11、低再試差計算

12、（活度系數）

13、等溫閃蒸過程

14、一次緊密接觸達到平衡

15、F(v)?(yi?xi)?016、過冷液體

17、兩相區

18、等溫閃蒸；絕熱閃蒸

19、焓平衡

（二）選擇題

1、d；

2、c；

3、c；

4、d；

5、c；

6、a；

7、a；

8、c；

9、a；

10、a；

11、c；

12、b；

13、c；

14、b；

15、b；

16、d；

17、c；18 d

GGMm?1ii?

第三章 精餾

(1)填空題

1、多組分精餾根據指定設計變量不同可分為（）型計算和（）型計算。

2、在塔頂和塔釜同時出現的組分為（）。

3、非清晰分割法假設各組分在塔內的分布與在（）時分布一致。

4、精餾塔計算中每個級由于（）改變而引起的溫度變化，可用（）確定。

5、萃取精餾塔在萃取劑加入口以上需設（）

6、采用液相進料的萃取精餾時，要使萃取劑的濃度在全塔內為一恒定值，所以在（）。

7、當原溶液為非理想型較強的物系，則加入萃取劑主要起（）作用。

8、要提高萃取劑的選擇性，可（）萃取劑的濃度。

9、最低恒沸物，壓力降低使恒沸組成中汽化潛熱（）的組分增加。

10、在一定溫度和組成下，A,B混合液形成最低沸點恒沸物的條件為（）。

11、不加恒沸劑可完成恒沸物分離的方法有（）和（）兩種。

12、由耳波和馬多克思關聯圖求理論級數時要求進料狀態必須是（）。

13、分配組分是指在餾出液和釜液（）；非分配組分是指僅在（）出現的組分。

14、多組分精餾中，關鍵組分是指（）的組分。

?HK,W?

15、回收率 是釜液W中（）與進料中HK的流率之比，?LK,D是餾出液D中（）與進料中LK的流率之比。回收率

16、清晰分割是指餾出液中除了（）外，沒有其他重組分，釜液中除了（）外，沒有其他輕組分。

17、精餾塔中，溫度分布主要反映物流的（），而總的級間流量分布則主要反映（）的限制。

18、若加入的新組分和被分離系統的一個或幾個組分形成最低恒沸物從（）蒸出。這種特殊精餾叫恒沸精餾。加入的新組分叫（）。

19、若加入的新組分不與原系統中任一組分形成恒沸物，而其沸點又較原系統任一組分高，從釜液離開精餾塔。這類特殊精餾叫（），所加入的新組分叫作（）。

? 20、在萃取精餾中所選的萃取劑希望與塔頂餾出組分形成具有（）偏差的非理想溶液。

21、在萃取精餾中所選的萃取劑希望而與塔釜組分形成具有（）偏差的非理想溶液。?

22、在萃取精餾中所選的萃取劑使A1S值越大，溶劑的選擇性（）。

23、萃取精餾塔中，萃取劑是從塔（）出來。

24、恒沸劑與組分形成最高沸點的恒沸物時，恒沸劑從塔（）出來。

25、均相恒沸物在低壓下其活度系數之比γ1 / γ2應等于（）與（）之比。

26、精餾過程的關鍵組分是指由設計者（）的那兩個組分。?

27、特殊精餾是既加入（），又加入（）的精餾過程。?

28、加鹽萃取精餾是綜合了（）和（）的優點，把鹽加入溶劑而形成的新的萃取精餾方法。

(2)選擇題

1、A（輕組分）、B兩組分的相對揮發度αAB越小（）

a.A、B兩組分越容易分離；b.原料中含輕組分越多，所需的理論級數越少；

c.A、B兩組分越難分離；d.與A、B兩組分的分離難易程度無關；

2、多組分精餾裝置的可調設計變量數與進料中組分數的關系為（）

a.隨進料中組分數的增加而增加；b.隨進料中組分數的增加而減少；

c.與進料中組分數無關；d.以上三種關系都不成立。?

3、當普通精餾塔的產品不合格時，可以考慮（）a.提高進料量；b.降低回流比； c.提高塔壓； d.提高回流比。

4、多組分精餾過程，當進料中的非分配組分只有重組分而無輕組分時，恒濃區出現于（）

a.上恒濃區出現于精餾段中部，下恒濃區出現于進料級下； b.恒濃區出現于進料級上下；

上恒濃區在進料級上，下恒濃區出現于提餾段中部； d.上、下恒濃區分別出現于精餾段和提餾段的中部。

5、吉利蘭關聯圖，關聯了四個物理量之間的關系，下列哪個不是其中之一（）

a.最小理論級數；b.最小回流比；

c.壓力； d.理論級數。?

6、下列關于簡捷法的描述那一個不正確（）a.計算簡便；b.可為精確計算提供初值；

7、下列說法正確的是（）

a.多組分精餾中，回流比小于最小回流比時滿足分離要求將需要無窮多的理論級；

b.多組分精餾中，回流比小于最小回流比時無論多少理論級都不能滿足分離要求；

c.回流比R的值趨于零時的回流比叫最小回流比； ? d.多組分精餾中，回流比小于最小回流比時整個精餾塔將無分離作用。

c.所需物性數據少；d.計算結果準確。?

8、全回流操作不能用于（）

a.正常生產穩定過程； b.開車時；

c.當產品不合格時進行調節；d.實驗室研究傳質過程。?

9、用芬斯克公式求全塔理論級數時，式中相對揮發度應為（）a.塔頂處的相對揮發度；b.進料處的相對揮發度；

c.塔底處的相對揮發度；d.全塔相對揮發度的平均值。?

10、全回流操作時，精餾塔進料F、餾出液D和釜液W的流率應為（）

a.W = 0，D = 0，F = 0； b.W = 0，D = 0，F ≠ 0； c.W ≠ 0，D ≠ 0，F ≠ 0； d.W = 0，D ≠ 0，F ≠ 0。

11、如果二元物系，A12>0 ,A21>0，則此二元物系所形成的溶液一定是（）

a.正偏差溶液；b.理想溶液； c.負偏差溶液；d.不確定。

12、如果二元物系，>1, >1，則此二元物系所形成的溶液一定是（）

a.正偏差溶液；b.理想溶液； c.負偏差溶液；d.不確定。

13、如果二元物系，=1, =1,則此二元物系所形成的溶液一定是（）

a.正偏差溶液；b.理想溶液； c.負偏差溶液；d.不確定。

14、關于萃取精餾塔的下列描述中，那一個不正確（）

a.氣液負荷不均，液相負荷大；b.回流比提高，產品純度提高；

c.恒摩爾流不太適合；d.是蒸餾過程。

15、如果二元物系有最低壓力恒沸物存在，則此二元物系所形成的溶液一定是（）

a.正偏差溶液；b.理想溶液； c.負偏差溶液；d.不一定。

16、萃取精餾過程選擇的萃取劑最好應與沸點低的組分形成（）

a.正偏差溶液；b.理想溶液； c.負偏差溶液；d.不一定。

17、萃取精餾時若飽和液體進料，萃取劑應該從（）： a.精餾段上部； b.進料級； c.精餾段上部和進料級；d.精餾段下部。?

18、“ ” 是加入溶劑在任何脫溶劑濃度（為任何值）時均能增加原溶液的相對揮發度（提高選擇性）的（）

a.充分條件；b.必要條件；c.充要條件；d.以上三項都不是。

19、在萃取精餾中，當進料為飽和液體進料時，下列說法正確的是（）

a.全塔范圍內液相中溶劑濃度可近似看為不變； b.精餾段液相中溶劑濃度可近似看為不變；

c.塔釜和塔底第一個級上液相中溶劑濃度可近似看為不變； d.溶劑回收段液相中溶劑濃度可近似看為不變。

? 20、當萃取塔塔頂產品不合格時，可采用（）方法來調節 a.加大回流比； b.加大萃取劑用量； c.增加進料量； d.減少進料量。

21、在一定溫度和組成下，A、B混合液的總蒸汽壓力為p，00?pBp?pA若，且p，則該溶液（）

a.形成最低沸點恒沸物；b.形成最高恒沸物； c.不形成恒沸物； d.理想溶液。

22、對于最高沸點恒沸物，壓力增加使恒沸組成中汽化潛熱小的組分（）

a.增加；b.不變；c.減小。

24、在下列單元操作中屬于雙向傳質過程的是（）a.吸收過程；b.蒸出過程；

c.精餾過程；d.以上三種操作過程。

25、關于恒沸精餾塔的下列描述中，不正確的是（）a.恒沸劑用量不能隨意調整； b.恒沸劑為塔項產品；

c.恒沸劑可能是塔頂產品，也可能是塔底產品 d.恒沸精餾可用于間歇操作過程。

26、對一個恒沸精餾過程，從塔內分出的最低溫度的恒沸物，則有較純組分的產品應從（）

a.塔釜得到；b.塔頂得到；

c.可能是塔項得到，也可能是塔底得到； d.視具體情況而變。

27、對形成恒沸物的體系，下列說法不正確的是（）

a.在恒沸點其氣相組成必等于液相組成；b.經過恒沸點輕重組分互換；

c.在恒沸點，其露點溫度和泡點溫度相等；d.其恒沸組成將隨著氣化率的大小而變。

28、對形成恒沸物的某體系，下列說法不正確的是（）a.當壓力確定后，其恒沸溫度和恒沸組成確定； b.二元恒沸物的壓力確定后，則恒沸溫度和恒沸組成確定，而? 三元恒沸物則不然；

c.除恒沸點外，在其余組成下，精餾仍具有分離作用； d.體系在恒沸點的自由度數目與恒沸物的組分數無關。?

29、對某一恒沸體系，隨著外壓增大，其恒沸組成變化趨勢為（）

a.摩爾汽化潛熱大的組分的濃度增大； b.摩爾汽化潛熱小的組分的濃度增大；

c.對最高恒沸物，摩爾汽化潛熱大的組分的濃度增大；對最低恒沸物，摩爾汽化潛熱小的組分的濃度增大；

d.對最低恒沸物，摩爾汽化潛熱大的組分的濃度增大；對最高恒沸物，摩爾汽化潛熱小的組分的濃度增大。? 30、容易形成恒沸物的為（）

a.各組分的化學結構相似，其沸點差較大 b.各組分的化學結構相似，其沸點差較小； c.各組分的化學結構不相似，其沸點差較大； d.各組分的化學結構不相似，其沸點差較小

31、在下列單元操作中，氣液兩相近似看成恒摩爾流而誤差較小的是（）

a.吸收過程；b.蒸出過程；

c.精餾過程；d.以上三種操作過程。

32、分離同一混合物采用萃取精餾與采用普通精餾相比有（）a.汽液比更大些； b.級效率更低些； c.級效率更高些； d.精餾溫度更低些。

? 第三章 答 案（填空題）

填空題

1、設計；操作 ?

2、分配組分 ?

3、全回流

4、組成；泡露點方程 ?

5、萃取劑回收段

6、進料時補加一定量的萃取劑 ?

7、稀釋 ?

8、增大 ?

9、小

00?

10、p?pA?pB?

11、變壓精餾；非均相恒沸物的精餾 ?

12、泡點進料

13、均出現的組分；餾出液或釜液

14、由設計者指定濃度或提出分離要求

15、重關鍵組分HK的流率；輕關鍵組分LK的流率 ?

16、重關鍵組分；輕關鍵組分 ?

17、組成；熱量衡算 ?

18、塔頂；恒沸劑 ?

19、萃取精餾；萃取劑 ? 20、正 ?

21、負 ?

22、越好 ?

23、釜 ?

24、釜 00pp?

25、； 12?

26、指定濃度或提出分離要求 ?

27、能量分離媒介（ESA）；質量分離媒介（MSA）?

28、普通萃取精餾；溶鹽精餾

? 答 案（選擇題）

1、c；

2、c；

3、d；

4、a；

5、c；

6、d；

7、b；

8、a；

9、d；

10、a ；

11、a；

12、a；

13、b

14、b ；

15、c ；

16、a ；

17、c ；

18、a；

19、b；20、b；

21、a；

22、a；

23、a；

24、c；

25、c；

26、a；

27、d；

28、b；

29、d；30、d；

31、c；

32、b

? 第四章 氣體吸收

? 填空題

1、用于吸收的相平衡表達式為（），當（）降低，（）升高時有利于吸收。

2、應用平均吸收因子法進行計算時，假設各平衡級的（）相等。

3、通常多組分精餾有（）個關鍵組分，多組分吸收有（）個關鍵組分。

4、吸收過程在塔頂的限度為（），它決定了尾氣中（）。?

5、吸收操作中，最小液氣比下，關鍵組分的吸收因子和關鍵組分的吸收率在數值上（）。

6、多組分吸收過程液氣比一般取最小液氣比的（）~（）倍。

7、吸收操作中，最小液氣比是指在無窮多塔級下，達到規定分離要求時，1kmol進料氣所需要（）的kmol數。

8、吸收過程主要由（）完成的。?

9、蒸出因子定義式為（），其值可反映蒸出過程（）。?

10、相對吸收率與吸收率相等的條件是（）。?

11、吸收劑的再生常采用的是（）,（），（）。?

12、吸收過程中通常氣體為（），液體為（）。

13、化學吸收的增強因子就是與相同條件下化學吸收與物理吸收的（）之比，其定義式為（）。

14、化學吸收按反應類型又分為為（）和（）兩類。

? 選擇題

1、平均吸收因子法的適用范圍是（）

? a.單組分吸收； b.恒摩爾流； c.貧氣吸收；d.富氣吸收。?

2、吸收作用發生的條件為（）

? a.pi

pi* ；c.yi

3、吸收由于是單向傳質，吸收塔每個級的溫度的變化主要由（）引起。

? a.熱量變化；b.組成改變； c.流率變化；d.其他原因。?

4、吸收操作中，若要提高關鍵組分的相對吸收率應采用最有效措施是（）

? a.提高壓力；b.升高溫度；c.增加液汽比；d.增加塔級數。?

5、多組分吸收過程采用圖解梯級法的依據是（）

? a.恒溫操作；b.恒摩爾流； c.貧氣吸收；d.富氣吸收。?

6、吸收過程各組分的吸收量主要發生在（）

? a.每個級均勻吸收；b.主要在塔頂一級和塔釜一個理論級； ? c.主要在塔釜；d.塔中部。?

7、當體系的yi=yi*時（）

? a.發生解吸過程；b.發生吸收過程；c.發生精餾過程；d.沒有物質的凈轉移。

8、關于吸收的描述下列哪一個不正確（）

? a.根據溶解度的差異分離混合物；b.適合處理大量氣體的分離；

? c.效率比精餾低；d.能得到高純度的氣體。

9、通常對物理吸收操作最有利的操作條件是（）

? a.高溫高壓；b.低溫高壓；c.低溫低壓；d.高溫低壓。?

10、在多組分吸收中，吸收主要發生于塔頂附近幾個級的組分是（）

? a.易溶組分；b.難溶組分；c.關鍵組分；d.所有組分。?

11、在多組分吸收中，吸收發生于全塔所有塔級的組分是（）? a.易溶組分；b.難溶組分；c.關鍵組分；d.所有組分。?

12、吸收塔的氣、液相最大負荷處應在（）

? a.塔的底部；b.塔的中部；c.塔的頂部；d.不確定。?

13、在板式塔的吸收中，原料中的平衡常數小的組分主要在（）被吸收

? a.塔上部少數幾塊板；b.塔下部少數幾塊板；c.塔中部少數幾塊板；d.全塔所有板。

14、在板式塔的吸收中，原料中關鍵組分組分主要在（）被吸收

? a.塔上部少數幾塊板；b.塔下部少數幾塊板；c.塔中部少數幾塊板；d.全塔所有板。

15、當關鍵組分的相對吸收率大于其吸收因子A時，應有結論（）

? a.吸收塔無論有多少個理論級也完不成給定的分離任務； ? b.吸收塔需有無窮多個理論級才能完成給定分離任務； ? c.吸收塔有限多個理論級即可完成給定的分離任務； ? d.上述結論均成立。

16、一般吸收過程，可調設計變量數為（）? a.5個；b.4個；c.1個；d.2個。

17、在吸收操作過程中，任一組分的吸收因子Ai與其吸收率在數值上相應是（）

Ai??i? a.；b.Ai??i；c.Ai??i；

d.以上三種情況均有可能。

18、下列吸收的有利條件的是（）

? a.提高溫度；b.提高原料氣流率量；c.提高壓力；d.減少吸收劑流率。

19、平衡常數較小的組分是（）

? a.難吸收的組分；b.最較輕組分；

? c.揮發能力大的組分；d.吸收劑中的溶解度大的組分。? 20、難吸收組分主要在塔的（）被吸收

? a.塔頂級；b.進料級；c.塔釜級； d.全塔平均吸收。? 第四章 答 案（填空題）

1、l = Av；溫度；壓力 ?

2、吸收因子 ? 3、2；1 ?

4、yi,1≧Kixi,0；該組分的最低濃度 ?

5、相等

? 6、1.2；2.0 ?

7、吸收劑

8、塔頂釜兩個級

9、S=KV/L；分離的難易程度 ?

10、吸收劑中不含溶質

11、用蒸汽或惰性氣體的蒸出塔；用再沸器的蒸出塔；用再沸器的精餾塔

12、過熱蒸汽；過冷液體 ?

13、傳質系數；E=KL/KL0 ?

14、可逆反應；不可逆反應

選擇題

1、c；

2、b；

3、a；

4、a；

5、c； ?

6、b；

7、d；

8、d；

9、b；

10、b；

11、c；

12、a；

13、b；

14、d；

15、a；

16、c；

17、c；

18、c；

19、d；20、a

? ? 第五章 多組分多級分離的嚴格計算

填空題

1、僅有一股進料且無側線出料和中間換熱設備的塔型稱為（）。

2、描述多級分離過程的數學模型為（）。

3、對窄沸程的精餾過程，其各級的溫度變化由（）決定，故可由（）計算各級的溫度。

4、用精餾或吸收的方法分離含有c個組分的混合物，描述一個平衡級的M方程有（）個，E方程有（）個，S方程有（）個，H方程有（）個。

5、三對角矩陣法沿塔流率分布和溫度的初值分別假定為（）。?

6、三對角矩陣法在求得xij后，由（）求 Tj，由（）求Vj。

7、三對角矩陣法在用S方程計算新的溫度分布，在未收斂前xij1,則采用（）的方法。

8、逐級計算起點選擇應從組成（）的一端算起。

9、逐級計算合適的進料位置定義為達到規定分離要求所需（）的進料位置。

10、逐級計算法求平衡級數中交替使用（）關系和（）關系。

11、逐級計算法從上到下采用（）計算多組分精餾的各級溫度。

12、CMB矩陣法用物料衡算來校正圓整后的液相組成，使之（）。

13、松弛法的開發是仿照精餾過程由不穩態趨向穩態的進程來求解，故其中間計算結果可模擬精餾過程的（）。

選擇題

1、下面哪種塔型不是復雜精餾塔（）

? a.設有中間再沸換熱設備的精餾分離裝置；b.有多股進料的精餾分離裝置；

? c.僅有一股進料且無側線出料和中間換熱設備的精餾分離裝置；

? d.設有中間冷凝換熱設備的精餾分離裝置。

2、下面哪個關系或方程不屬于MESH方程組（）

? a.物料平衡關系；b.化學平衡關系；c.相平衡關系；d.熱量平衡方程

3、流量加和露點法選擇的迭代變量為（）? a.xi，j；b.yi，j；c.li，j；d.vi，j

4、當兩個易揮發組分為關鍵組分時，則以何處為起點逐級計算（）

? a.塔頂往下 b.塔釜往上 c.兩端同時算起

5、當采用逐級計算法從上到下計算多組分精餾的理論級數時，第j級為適宜進料位置應滿足下條件（）

? 當采用逐級計算法從下到上計算多組分精餾的理論級數時計算結束判據為（）

7、流量加和法在求得xij后由什么方程來求各級的溫度（）? a.熱量平衡方程； b.相平衡方程； c.物料平衡方程；d.摩爾分率加和式

8、同時校正法在求得xij后由什么方程來求各級的溫度（）? a.熱量平衡方程； b.相平衡方程； c.物料平衡方程；d.熱量平衡方程和摩爾分率加和式同時求解

9、三對角矩陣法在求得xij后，若∑xij≠1則（）? a.直接用S方程計算溫度；

? b.硬性歸一后用 S方程計算溫度；

? c.組分物料衡算校正后用S方程計算溫度

10、矩陣求逆法與三對角矩陣法不同之處在于（）? a.迭代變量不同；b.迭代變量的組織方法不同；

? c．解三對角矩陣求xij的方法不同；d.xij的歸一方法不同 ?

11、三對角矩陣法在求得xij后由什么方程來求各級的流率（）? a.熱量平衡方程；b.相平衡方程；c.物料平衡方程；d.摩爾分率加和式

12、采用三對角線矩陣法對多組分多級分離進行嚴格計算，適用于（）

? a.操作計算；b.設計計算；c.設計計算和操作計算 ?

13、CMB矩陣法在求得xij后，若∑xij≠1，則（）：a.直接用S方程計算溫度；

? b.硬性歸一后用 S方程計算溫度；

? c.組分物料衡算校正后用S方程計算溫度

? ? 第五章 答 案（填空題）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

1、常規塔或普通塔或簡單精餾塔；

2、MESH方程；

3、組成，ES方程；

4、Nc；Nc；2N；N

5、恒摩爾流和線性分布；

6、ES方程，H方程；

7、硬性歸一；

8、精確；

9、理論級數最少；

10、相平衡；物料平衡

11、露點溫度

12、不僅滿足S方程，也盡量符合M方程；

13、開車

? 答 案（選擇題）

? ? ?

1、c；

2、b；

3、d；

4、b；

5、a；

6、b；

7、a；

8、a；

9、b；

10、c；

11、a；

12、c；

13、c

第六章 分離過程及設備的效率與節能綜合

填空題

1、影響氣液傳質設備的處理能力的因素有（）、（）、（）和()。

2、精餾中液體在降液管內停留時間一般≮（）秒。

3、氣液傳質設備可分為（）和（）兩大類。?

4、板式氣液分離設備常見的表示方法有（）、（）、（）。?

5、當板上液體達到完全混合時，點效率（）氣相默弗里板效率。

6、可用（）準數表示板上液體的混合情況，當板上完全不混合時，則該準數（）。

7、霧沫夾帶是氣液兩相在傳質后分離（）引起的。?

8、實際板上液相為（），板上液相各點濃度（）。

9、一般精餾過程的效率高于吸收過程，主要是因為精餾過程的（）。

10、等溫最小分離功與被分離組成的相對揮發度（）。?

11、分離最小功表示（），最小分離功的大小標志著（）。?

12、等溫分離低壓液體混合物，除溫度外最小功僅決定于（）。?

13、若分離過程的產品溫度與原料溫度不同時，分離過程所需的最小功用該過程的（）變化來表示。

14、分離過程消耗的凈功與環境溫度有關，一般夏天的同一分離過程消耗的最小功（）。

15、要提高分離過程的熱力學效率，應通過減少分離過程的（）來實現。

16、精餾過程的不可逆性主要表現在（）、（）、（）方面。

17、多效精餾過程將高壓塔（）作為低壓塔（）的加熱介質，使能耗下降。

18、熱泵精餾是將溫度較低的塔頂蒸汽（）后作為塔底再沸器的熱源。

19、采用簡單精餾塔將c個組分所組成的溶液分離成c個產品需要（）個塔。

? 20、含有質量分離劑的分離方法不作為首選的方法，是因為該法需（）。

21、對多組分物系的分離，（）的組分和（）的組分要先分離。

22、從節能的角度分析最難分離的組分應放在（）分離；分離要求高的組分應放在（）分離；進料中含量高的組分應（）分離。

選擇題

1、下面有關塔板效率的說法中哪些是正確的（）？ ? a.全塔效率可大于1； b.點效率不必小于1；

? c.Murphere板效率可大于1； d.板效率必小于點效率 ?

2、當板上液體達到完全混合時，則（）： ? a.Pe = 0；b.Pe =；c.0 < Pe <；d.Pe < 0 ?

3、當板上液體存在返混時，點效率與板效率的關系為（）： ? a.EMV>EOG b.EMV=EOG c.EMV

4、從液體粘度對流體狀態的和液相傳質阻力的影響來看，精餾過程的效率比吸收過程的效率（）

? a.更大；b.相等；c.更小

5、與板式塔相比，填料塔常具有的特點是（）：

? a.塔效率較高且穩定；b.液氣比適應范圍較大；c.用于大直徑塔較適宜；d.壓降小

6、與填料塔相比，不屬于板式塔的特點的是（）：

? a.塔效率較高且穩定；b.安裝檢修較困難；c.較適用于處理含有固體懸浮物的物系；d.壓降小。

7、適合于選用填料塔的情況為（）：

? a.物料具有腐蝕性時；b.要求具有較大操作彈性時；c.有多個進料口和側線采出的精餾塔；d.需要從塔的分離段移入或移出較多熱量時

8、適合于選用填料塔的情況為（）：

? a.欲分離物料為易發泡物系；b.要求具有較大操作彈性時；c.有多個進料口和側線采出的精餾塔；d.需要從塔的分離段移入或移出較多熱量時。

9、不適合于選用填料塔的情況為（）： ? a.物料具有腐蝕性時；b.要求具有較大操作彈性時；c.間歇操作，塔持液量較小時；d.欲分離物料為易發泡物系。

10、汽液接觸板式塔中，液泛隨（）而增大：

? a.L/ V減小和板間距減小；b.L/ V減小和板間距增大；c.L/ V增大和板間距減小；d.L/ V增大和板間距增大

11、塔板上液層越厚，氣泡越分散，表面湍動程度越高，則點效率（）。

? a.越高；b.越低；c.無必然聯系；d.不變

12、等溫下將同組成的二元混合物分離分離成兩個純組分，分離最小功最小的情況是（）：

? a.分離理想溶液；b.分離具有正偏差的非理想溶液；c.分離具有負偏差的非理想溶液；d.分離完全不互溶的液體。

13、分離最小功是指下面的過程中所消耗的功（）

? a.實際過程；b.可逆過程；c.完全可逆過程；d.不可逆過程 ?

14、在相同的組成下，分離成純組分時所需的功與分離成兩非純組分時所需的功（）

? a.更大；b.相等；c.更小

15、分離過程消耗的凈功與環境溫度有關，一般冬天的同一分離過程消耗的最小功比夏天消耗的最小功（）

? a.更大；b.更小；c.相等

16、要提高分離過程的熱力學效率，應通過下列方法來實現（）： ? a.加大回流比；b.減少分離過程的不可逆性；c.增大關鍵組分間的相對揮發度 ?

17、熱泵精餾是將溫度較低的塔頂蒸汽經下面的過程后作為塔底再沸器的熱源（）

? a.壓縮升溫；b.節流降溫a.壓縮降溫；b.節流升溫

18、采用簡單精餾塔將c個組分所組成的溶液分離成c個產品需要幾個塔（）：

? a.c－1；b.c ；c.c + 1 ?

19、對多組分物系的分離，應將分離要求高的組分（）： ? a.最先分離；b.中間分離；c.最后分離；d.與順序無關 ? 20、在多組分物系的分離中，若有腐蝕的組分存在應將該組分（）： ? a.最先分離；b.中間分離；c.最后分離；d.與順序無關 ?

21、一般來說，下列分離過程中效率最低的是（）

? a.只靠外加能量的過程；b.同時具有能量分離劑和質量分離劑的過程；c.速率控制的分離過程；

第六章答案

答

案（填空題）

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

答

案 ? ? ? ? ? ?

1、液泛；霧沫夾帶；壓力降；液體在降液管的停留時間； 2、3～5；

3、板式塔；填料塔；

4、全塔效率；默弗利板效率；點效率；

5、等于；

6、彼克來（Peclet）；Pe=∞；

7、氣速較高時；

8、完全不混合；不相等；

9、溫度比吸收過程更高；

10、無關；

11、分離過程耗能的最低限；物質分離的難易程度；

12、物料組成及性質；

13、有效能變化；

14、更大；

15、不可逆性；

16、流體流動；傳熱；傳質；

17、塔頂蒸汽；塔釜再沸器；

18、經壓縮升溫；

19、c－1；

20、須增設質量分離劑的回收設備；

21、易分離；易揮發；

22、最后；最后；優先

1、c；

2、a；

3、a；

4、a；

5、d；

6、d；

7、a；

8、a；

9、b；

10、c；

11、a；

12、d；

13、c；

14、a；

15、b；

16、b；

17、a；

18、a；

19、c；b； 20、a；

21、c（選擇題）

第三篇：化工分離工程

化工分離工程

第一章 緒論 1.1概述

1.1.1 分離過程的發展與分類

隨著世界工業的技術革命與發展,特別是化學工業的發展,人們發現盡管化工產品種類繁多,但生產過程的設備往往都可以認為是由反應器、分離設備和通用的機、泵、換熱器等構成。其中離不開兩類關鍵操作: 一是反應器,產生新物質的化學反應過程,其為化工生產的核心;于是研究化學工業中具有共同性的過程和設備的規律,并將之運用于生產的“化學工程”這一 學科應運而生。

分離過程可分為機械分離和傳質分離兩大類。機械分離過程的對象都是兩相或兩相以上的非均相混合物,只要用簡單的機械方法就可將兩相分離,而兩相間并無物質傳遞現象發生傳質分離過程的特點是相間傳質,可以在均相中進行,也可以在非均相中進行。傳統的單元操作中,蒸發、蒸餾、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、結晶等單元操作大多在兩相中進行。依據處于熱力學平衡的兩相組成不相等的原理,以每一級都處于平衡態為手段,把其他影響參數均歸納于效率之中,使其更符合實際。它的另一種工程處理方法則是把現狀和達到平衡之間的濃度梯度或壓力梯度作為過程的推動力,而把其他影響參數都歸納于阻力之中,傳遞速率就成為推動力與阻力的商了。上述兩種工程處理方法所描述的過程,都稱作平衡級分離過程。分離行為在單級中進行時,往往著眼于氣相或液相中粒子、離子、分子以及分子微團等在場的作用下遷移速度不同所造成的分離。熱擴散、反滲透、超過濾、電滲析及電泳等分離過程都屬此類,稱速率控制分離過程,都是很有發展潛力的新分離方法。綜上所述,分離過程得以進行的基礎是在“場”的存在下,利用分離組分間物理或化學性質的差異,并采用工程手段使之達到分離。顯然,構思新穎、結構簡單、運行可靠、高效節能的分離設備將是分離過程得以實施乃至完成的保證。

1.1.2 分離過程的地位

廣泛的應用、科技的發展、環境的需要都說明分離過程在國計民生中所占的地位和作用,并展示了分離過程的廣闊前景:現代社會離不開分離技術,分離技術發展于現社會。

1.2 分離分子

組分 i和J的通用分高因一fαl11為二組分在嚴品l中的摩爾分率的比値除以在產品2中的比值。顯然，r的單位可以用組分的質量分率、摩爾流量或質量流量,其所得的分離因子值不變。1.3過程開發及方法

(1)開發基礎研究:針對項目的應用性基礎研究和工藝特征研究,以實驗室研究為主體

(2)過程研究:進行工藝、產品、設備等的工程放大試驗,包括模型試驗、徽型中試、中間試驗、原型裝置試驗及工業試驗的全部過程或部分過程。

(3)工程研究:包括技術經濟評價、概念設計、數學模型、放大技術及基礎設計等 所以,化工新技術開發不外乎三個關鍵環節:概念形成到課題的選定、技術與經濟論證(可行性)和放大技術。其中,放大技術是研究開發的核心。1.逐級經驗放大

其基本步驟是:進行小試,確定操作條件和設備形式,以及可望達到的技術經濟指標。確定的依據是最終產品質量、產量和成本,并不考慮過程的機理。小試之后進行規模稍大的中試,以確定設備尺寸放大后的影響(放大效應),然后才能放大到工業規模的大型裝置。

2.數學模型方法

此法基于對過程本質的深刻理解,將復雜過程分解為多個較簡單的子過程,再根據研究的目的進行合理簡化,得出物理模型。

1.4 分離方法的選擇 1可行性

要選擇合適的分離方法,首先應考查它的可行性。也就是說,應用該方法是否可能獲得所期望的結果。通過可行性判斷,可以篩選合適的分離方法。

第二章 精餾

蒸餾（Distillation）：借助液體混合物中各組分揮發性的差異而進行分離的一種操作方法。簡單蒸餾（simple distillation)：混合液受熱部分汽化，產生的蒸汽進入冷凝器種冷凝，分批收

集不同組成的餾出液產品。

平衡蒸餾（equilibrium distillation)：釜內液體混合物被部分汽化，使氣相與液相處于平衡狀態，然后將氣相與液相分開，是一種單級蒸餾操作。

精餾（rectification)：液體混合物多次進行部分冷凝或部分汽化后，最終可以在氣相中得到較純的易揮發組分，而在液相中得到較純的難揮發組分。精餾計算：物料衡算，熱量衡算，相平衡關系

計算方法：雙組份常用圖解法；多組分常用簡捷法、嚴格計算法 普通精餾不適用下列物料的分離：

（1）待分離組分間的相對揮發度很接近于1。此時，它們的分離需要很多理論板數和很大的回流比，因此設備投資和操作費用很大，不經濟。一般認為，當分離所需的理論板數大于100時，精餾已不適用。

（2）待分離組分形成恒沸物，此時相對揮發度等于1，平衡的汽液兩相組成一樣，普通精餾無法實現分離。

（3）待分離物料是熱敏性的，或是在高溫下易發生聚合、結垢、分解等不良反應的。（4）待回收的組分是難揮發組分，且在料液中含量很低。此時能量消耗太大，不經濟。理論板、板效率和填料的理論板當量高度

理論板：進入該板的不平衡的物流發生了充分的接觸傳質，離開了兩相的物流間達到了平衡；在該板上發生傳質接觸的汽液兩相各自完全混合，板上各點的汽相和液相濃度各自一樣；該板上充分接觸后的汽液兩相實現了機械上的完全分離，離開該板的汽流中不夾帶霧滴，液流中不夾帶氣泡，也不存在漏液。板效率： EMV?yj?yj?1y*j?yj?1

式中，分子為汽相經實際板接觸傳質后的增濃值；分母則為經理論板后的增濃值；效率為兩者之比值。

點效率、莫夫里板效率（干板效率）、濕板效率、總板效率

理論板數只與相平衡關系、規定的分離要求和精餾操作參數（進料熱狀況、回流比和液氣比）有關，表征物料達到規定分離要求的難易。系統物性對板效率的影響

液相粘度：粘度高產生的氣泡大，兩相接觸差，液相擴散系數小，效率低； 相對揮發度：相對揮發度大則氣相溶解度低，液相阻力大，板效率低； 表面張力：表面張力對板效率影響相當小。

二元精餾計算

圖解法：在x－y圖上作出平衡線和操作線、對角線和曲，精餾段在 精餾段操作線與平衡線之間畫得的梯級即為精餾段的理論板數，在提餾段操作線與平衡線畫出的梯級數為提餾段的理論板數。汽液平衡關系；相鄰兩板之間汽液兩相組成的操作關系；原料液的組成；進料熱狀況；操作回流比；分離程度 精餾段

各組分的摩爾汽化焓相等； 氣液接觸時因溫度不同而交換的的顯熱可以忽略不計；塔的熱損失可以忽略不計 操作線方程 y?(R1)x?()xD R?1R?1提餾段操作線方程 y?(VB?11)x?()xB VBVBFeed stage considerations 冷液進料、飽和液體、氣液混合進料、飽和蒸汽進料、過熱蒸汽進料 進料熱狀態參數q：q?飽和蒸汽的摩爾焓－原料的摩爾焓

飽和蒸汽的摩爾焓－飽和液體的摩爾焓q線方程：y?(qz)x?(F)q?1q?1平衡級與進料板位置的確定

精餾的簡捷計算（多組分精餾）

關鍵組分：進料中按要求選取的兩個組分（大多是揮發度相鄰的兩個組分它們對物料的分離起控制作用。揮發度大的稱為輕關鍵組分（LK），它在塔釜中的濃度必須加以控制，不能大于某個規定值；兩組分中揮發度大的稱為重關鍵組分（HK），為達到分離要求，它在塔頂產品中的含量必須加以控制。料液中比輕關鍵組分更易揮發的組分為輕非關鍵組分（LNK），簡稱為輕組分；比重關鍵組分更難揮發的組分稱為重非關鍵組分（HNK），簡稱為重組分。

在多組分精餾中，只在塔頂或塔釜出現的組分為非分配組分；而在塔頂和塔釜均出現的組分則為分配組分。LK和HK肯定同時在塔頂和塔釜出現，是當然的分配組分。多組分精餾過程特性：

對二組分精餾，設計變量值被確定后，很容易用物料衡算式，汽液平衡式和熱量衡算式從塔的任何一端出發作逐板計算，無需進行試差。

但在多組分精餾中，由于不能指定餾出液和釜液的全部組成，要進行逐板計算，必須先假設一端的組成，然后通過反復試差求解。

精餾塔的分離要求通常有兩個，它們可以是產品的純度和流量（或回收率），但至少有一個應是純度。多組分精餾與二組分精餾在含量分布上的區別：

在多組分精餾中，關鍵組分的含量分布有極大值；非關鍵組分通常是非分配的，即重組分通常僅出現在釜液中，輕組分僅出現在餾出液中；重、輕非關鍵組分分別在進料板下、上形成幾乎恒濃的區域；全部組分均存在于進料板上，但進料板含量不等于進料含量，塔內各組分的含量分布曲線在進料板處是不連續的。

在精餾塔中，溫度分布主要反映物流的組成，而總的級間流量分布則主要反映了熱量衡算的限制。最小理論板數Nmin：精餾塔在操作過程中，將塔頂蒸氣全部冷凝，其凝液全部返回塔頂作為回流，稱此操作為全回流(total reflux)，回流比R為無窮大(R=∞)。此時通常不進料，塔頂、塔底不采出。故精餾塔內氣、液兩相流量相等，L = V，兩操作線斜率均為1，并與對角線重合。由于全回流操作時，使每塊理論板分離能力達到最大，完成相同的分離要求，所需理論板數最少，并稱其為最小理論板數Nmin。芬斯克方程

lg[(Nmin?xAx)D/(A)W]xBxB

lg?ABNmin?LK,D??HK,Wlg[](1??LK,D)(1??HK,W)?lg?LK?HK最小回流比Rmin：Rmin?xD?ye

ye?xe?iBxFi?1?q?i?iB??恩特伍德方程（估算最小回流比）：

?iBxDiRm???1i?iB??適宜回流比

??R?Rmin?0.5668?N?Nmin?0.75?1??吉利蘭關聯式：??

N?1R?1??????多組分精餾的FUG簡捷計算方法

①首先用芬斯克方程計算最少理論板數；②計算給定條件下的最小回流比；③應用吉利蘭經驗關聯式估算所需理論板數。

FUG法適合于新塔的設計計算，習慣需要指定以下三個變量：實際回流流率與最小回流流率之比；參考組分（通常是重關鍵組分）的切割程度；另一組分（通常為輕關鍵組分）的切割程度。精餾的簡捷計算例題-見課件

嚴格的多組分精餾計算 精餾的定態數學模型

MESH方程：組分物料衡算（M），相平衡關聯（E），摩爾分率加和歸一（S），熱量衡算（H）組分物料衡算（M）方程： uij+wij+lij+vij-vi,j+1-li,j-1-fij=0(i=1,?,c;j=1,?,N)

Lj相平衡關聯（E方程）：(i=1,?,c;j=1,?,N)

vij?KijVjlij?L??V??Fijijilijvijfijj?16

摩爾分率加和歸一（S）方程：(j=1,?,N)

(Uj?Lj)hj?(Wj?Vj)Hj?Vj?1Hj?1?Lj?1hj?1?FjhFj?Qj?0熱量衡算（H）方程：

(j=1,?,N)為進行精餾的嚴格計算，除MESH模型方程組外，Kij，hj和Hj的關聯式必須知道。

基于上述定態數學模型的操作型算法可歸并為兩大類：1）分塊求解；2）聯列解。王-亨克（Wang-Henke）的三對角矩陣法屬于分塊解法。王-亨克算法的計算框圖 泡點法（BP法）

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第三章 吸收 吸收的定義

吸收分離過程的用途：獲得產品、分離氣體混合物、氣體的凈化、回收有用組分

吸收劑不需要解吸再生的吸收裝置：如硫酸吸收SO3制H2SO4、水吸收HCl制鹽酸、吸收甲醛制福爾馬林、堿液吸收CO2或SO2制碳酸氫鹽或硫酸鹽等。（流程圖）吸收劑進行解吸的吸收裝置：

1． 吸收劑價廉，但必須解吸后再棄去的吸收裝置（液化廢氣中提取氯）； 2． 減壓冷再生流程（合成氨中CO2的解吸）3． 氣提冷再生流程（氧化法吸收H2S）4．間接蒸汽再生流程 吸收過程的分類：

物理吸收: 吸收劑與溶質之間沒有化學反應發生;化學吸收: 液相中發生化學反應。

塔設備：

填料塔：結構簡單，造價低廉，制造方便，體積大，重量大，傳質效率不高，操作穩定性差，容易發生溝流現象

板式塔：單位處理量大，重量小，清理檢修方便，制造麻煩，投資費用大（泡罩塔、篩板塔、浮伐塔）

板式塔特性的比較 填料塔（本章重點）填料的要求

? 比表面積要大；

? 能夠提供大的流體通量； ? 液體的再分布性能要好；

? 填料裝填后，床層結構均勻

? 堆放的形狀有利于液體向四周均勻分布 ? 既能垂直上下傳遞，而且能夠橫向傳遞

? 要有足夠的機械強度。填料塔中的傳質速率

滲透論

傳質開始時，氣液兩相各自內部的濃度是一致的，兩者一開始接觸就開始傳質，氣相溶質不斷溶解到液相中，接觸時間愈長，累積在液膜內的溶質越多，傳質速率趨于穩定；

液相主體中任一元素都有可能被主體內的流動帶到氣液接觸界面上，進行不穩定的傳質，直到另一個漩渦把它拉回到液相主體。可假定微元停留在界面的停留時間相同； 界面無阻力，氣液兩相達到平衡。雙膜理論

在氣液接觸界面的兩側，存在著一層穩定的滯留膜；

膜兩側的主體流動區內由于湍流的激烈程度已使主體內物質的濃度趨于一致，滯流膜內傳質方式將以分子擴散來實現，傳質阻力集中在界面兩側的液膜和氣膜； 對于界面，氣液兩相立即達到平衡，界面無阻力。

姓名：何趙平

學號：1509010234 班級：15應用化工技術

第四篇：分離工程計算題

1、溶菌酶在2.8mol/L和3.0mol/L硫酸溶液中的溶解度分別為1.2g/L和0.26g/L，試計算溶菌酶在3.5mol/L硫酸銨溶液中的溶解度？ 解：由Cohn經驗方程lgS???KsI,I?1?CiZi2，得 2I1?1/22.8?2?1?2.8???2?2?2??8.4mol/L??9mol/L

lg1.2???KsI1，有Ks=1.1070lg0.26???KsI2，有?=9.3781I2?1/23.0?2?12?3.0???2?I3?1/23.5?2?12?3.5???2??2當在3.5mol/L硫酸銨溶液中的溶解度為：

?2??10.5mol/L，lgS???KsI3?5.568?10?3g/L

2、溶劑萃取分離A和B兩種抗生素，初始水相中A和B的質量濃度相等，A和B的分配系數與其濃度無關，分別為10和0.1.利用混合、澄清式萃取操作，設每級萃取均達到分配平衡，并且萃取前后各相體積保持不變。（1）若采用一級萃取，萃取水相中90%的A，所需相比（有機相與水相的體積比）為多少？此時有機相中A的純度（即A占抗生素總質量的百分比）是多少？（2）若采用多級錯流接觸萃取，每級萃取用新鮮的有機相，相比均為0.5，計算使A在有機相中的收率達到99%以上所需的最小萃取級數，并計算有機相中A的實際最大收率和平均純度？（3）若采用三級逆流萃取，計算使A在有機相中的收綠城達到與第（2）問相同所需的相比。

解：（1）由1??A?EA/1?EA=0.9，所以EA?9 又EA?KAVS/VF,且EA=9，KA=10;所以VS/VF=0.9

同理：EB=KBVS/VF=0.1?0.9=0.09

所以1??B?EB/1?EB?0.083 又因初始水相質量濃度A=B，故A的純度為：0.9/(0.9?0.083)?91.6%（2）EA?KAVS/VF?10?0.5?

5，EB=KBVS/VF=0.1?0.5=0.05

E?1??由1??n?nn?1(1?E)n6n-11,得1-?A=n=1-n?0.99

66則6?100,n?3，即可，故最小萃取級數為3 當n大于等于3時，有機相中A的最大實際收率為：1??3A?1?1/6?99.5% 此時B的收率為1??3B?1?1/1.05?13.6% 故平均純度為0.995/(0.995?0.136)?0.88

33En?1?E?99.5%,EA?KAVS/VF，所以,故此時相比為0.55（3）1??3?n?1E?1F?m2?m1?N1/2，VR?V0(1?mF)RS?2?2?m1F?m2F?

3、某凝膠過濾介質的排阻極限為200000，填充柱體積為100ml，用其測得的A和B兩種蛋白質的洗脫體積分別為58ml和64ml，相對分子質量2×10 6的藍色葡聚糖的洗脫體積為40ml。（1）試計算A和B的分配系數；（2）若在流速下用A和B兩種蛋白質溶液測得該凝膠過濾色譜柱的理論板當量高度為0.3mm，且洗脫曲線呈Gauss分布，在此流速下要使微量的AB混合溶液的分離度達到1.3，此GFC柱的最小填充高度應為多少？ 解：（1）由公式VR?V0?m(Vt?V0)，又由題意得Vt?100mL,V0?40mL，故 A：VR?58mL，由58?40?mA(100?40)?mA?0.3 B：VR?64mL，同理64?40?mB(100?40)?mB?0.4

（2）由洗脫曲線呈Gauss分布，則有：RS?2(?R2??R1)/W1?W2 又因為平均洗脫時間QR?HMF?VR/V0，得QR1?VR/V0?58/40?1.45

QR2?VR/V0?64/40?1.6

又因為底線處切線峰寬W?4VR4(1?mF)?NV0NN，W2?4VR/V0N?6.4/N 計算得：W1?4VR/V0N?5.8/將上訴代入分離度公式有：RS?又因為HETP?2(1.6?1.45)?1.3?N?2795

5.8/N?6.4/NL，則L?HETP?H?0.3?2795?838.5mm H

第五篇：分離工程_論文

分離工程大作業 專業：化學工程與工藝班級：化工姓名：馬金龍學號： 0904 0901010423

萃取精餾技術的研究進展及其應用

摘 要:萃取精餾是近沸點混合物分離的主要方法, 本文對萃取精餾技術及其在分離過程中的研究與應用進行了討論。結合國內外萃取精餾技術中溶劑選取方法、萃取工藝及設備改進方面取得的研究進展,介紹了近年來萃取精餾技術的應用新情況。

萃取精餾作為一種分離絡合物、近沸點混合物及其他低相對揮發度混合物技術，在石油化學工業中的1,3-丁二烯的分離、芳烴抽提、乙醇/水分離、環己烷提純等過程得到廣泛的應用。它是通過向精餾塔中加入1種或2種可以與分離混合物相溶的溶劑，提高了待分離組分的相對揮發度，從而達到分離沸點相近組分的目的[1]。

萃取精餾中溶劑的選擇占有十分重要的地位，早期的溶劑選取方法決定了其選擇的范圍較窄，從而使萃取精餾技術的應用受到限制。萃取精餾采用的溶劑具有沸點高、相對不易揮發,并與其他組分不易形成絡合物的特點。隨著萃取溶劑探索方法的發展、萃取精餾系統的進一步優化及高效設備的采用，提高了萃取精餾系統的適用性、可控制性和操作性，使其與其他精密分離技術和液液萃取技術相比，顯示出了越來越明顯的優越性。1萃取精餾的原理

在基本有機化工生產中，經常會遇到組分的相對揮發度接近于1，甚至組分之間能形成共沸物。若采用普通精餾的方法進行分離，將很困難，或者不可能。對于這類物系，可以采用特殊精餾方法，向被分離物系中加入第三種組分(稱為溶劑)，改變被分離組分的活度系數，增加組分之間的相對揮發度，達到分離的目的[2]。

如果加入的溶劑與原系統中的一些輕組分形成最低共沸物，溶劑(也稱共沸劑，挾帶劑)與輕組分將以共沸物形式從塔頂蒸出，塔底得到重組分，這種操作稱為共沸精餾；如果加入的溶劑不與原系統中的任一組分形成共沸物。其沸又較任一組分的沸點高，溶劑(也稱萃取劑)與重組分將隨釜液離開精餾塔，塔頂得到輕組分，這種操作稱為萃取精餾。萃取精餾過程中，由于溶劑的沸點大大高于進料組分的沸點，且溶劑又不與組分形成共沸物，所以，只要利用普通精餾即可回收溶劑，過程較簡單；同時，由于溶劑的引入。增加了各組分問的相對揮發度，萃取精餾過程所需的塔板數急劇減少，從而降低了能耗。

2溶劑選取方法

溶劑的好壞是萃取精餾成敗的關鍵，工業生產過程的經濟效果如何，與溶劑的選擇密切相關。為了適用于工業化生產，溶劑的選擇要考慮其選擇性、沸點、溶解度、熱穩定性和化學穩定性及適宜的物性[3]。此外，無毒、無腐蝕、來源豐富也是選擇溶劑要考慮的因素。

影響溶劑選取的因素很多，在其篩選過程中需要對各個因素進行綜合考慮,需要大量的試驗工作為基礎。通過多年來人們在物理化學領域的深入研究，對現有化合物及官能團性能的認識已經取得了很大的進展。目前，不僅從理論上可以較準確地預測現有各種化合物的物理化學性質，同時也具備了根據目標性質設計某種功能化合物的手段。所有這些成果都大大拓寬了溶劑選取的范圍，相對提高了選取過程的準確性、可靠性, 降低了篩選試驗工作量。2.1溶劑篩選原理

溶劑篩選的主要指標是尋求溶劑對分離物系的最大選擇度，它表示溶劑使被分離組分相對揮發度改變的程度。把加入溶劑后和未加入溶劑時組分A(1)對組分B(2)的相對揮發度分別表示為a12和b12，二者的比值稱為選擇度S，比值越大，說明選擇性越好，溶劑的效果就越好。

2.2溶劑的物理特性

萃取精餾過程的實現，經濟效果如何，與選擇的溶劑密切相關。由于萃取精餾混合物多為強非理想性的系統，所以工業生產中選擇適宜溶劑時主要應考慮以下幾點：

(1)選擇性：溶劑的加入要使待分離組分的相對揮發度提高顯著，即要求溶劑具有較高的選擇性，以提高溶劑的利用率；

(2)溶解性：要求溶劑與原有組分間有較大的相互溶解度，以防止液體在塔內產生分層現象，但具有高選擇性的溶劑往往伴有不互溶性或較低的溶解性，因此需要通過權衡選取合適的溶劑，使其既具有較好的選擇性，又具有較高的溶解性；

(3)沸點：溶劑的沸點應高于原進料混合物的沸點，以防止形成溶劑與組分的共沸物。但也不能過高，以避免造成溶劑回收塔釜溫過高；

(4)其它：溶劑的粘度、密度、表面張力、比熱和蒸發潛熱等的大小都直接影響到塔板效率和熱量消耗，對過程的經濟指標產生影響。

此外，溶劑使用安全、無毒性、無腐蝕性、熱穩定性好、價格便宜及來源豐富等也都是選擇溶劑時要考慮的因素。2.3溶劑篩選方法

目前萃取精餾溶劑篩選的方法有實驗法、數據庫查詢法、經驗值方法、計算機輔助分子設計法(CAMD)等。用實驗法篩選溶劑是目前應用最廣的方法，可以取得很好的結果，但是實驗耗費較大，實驗周期較長。實驗法有直接法、沸點儀法、色譜法、氣提法等。實際應用過程中往往需要幾種方法結合使用，以縮短接近目標溶劑的時間。溶劑篩選的一般過程為：經驗分析、理論指導與計算機輔助設計、實驗驗證等。若文獻資料和數據不全，則只有采取最基本的實驗方法，或者采取頗具應用前景的計算機優化方法以尋求最佳溶劑[4]。3萃取工藝及設備的改進

一般的萃取精餾過程采用2(或3)塔工藝流程,設備主要由萃取塔和溶劑回收塔組成。目前,萃取精餾技術的研究重點是進一步提高萃取劑的選擇性、改進工藝過程,減少單元操作和建設成本。雷志剛[5]等針對C4氣體萃取精餾丁烯/丁二烯工藝流程中第一精餾塔底出料存在一定熱聚合損失、第二精餾塔液相負荷大、板效率低的問題，通過采用第一精餾塔下段汽相采出方式，解決了存在的諸多問題，改進、優化了工藝流程。Gerald Meyer 等在C4氣體分離過程開發中，為了進一步提高分離效率，在采用新分離工藝(萃取精餾—選擇加氫—丁二烯純)的過程,將萃取精餾和加氫過程耦合在同一塔中。這樣既提高了操作安全性，也提高1 ,3-丁二烯的收率，降低了建設成本。除了加氫反應精餾的耦合外，嘗試絡合萃取、恒沸精餾萃取的開發工作一直在進行，通過開發復合功能萃取塔，使得在原有低能耗基礎上，進一步拓寬了萃取精餾的使用范圍，提高了目的產品的收率和質量。

萃取精餾塔采用是板式塔型式，由于浮閥塔板具有高效率、高彈性和高生產能力等優點，所以目前在國內外是采用最為廣泛的塔板之一。隨著塔器技術的不斷進步，原塔板上存在的液流方向氣體分布不均勻、液體返混大、浮閥易磨損、脫落等缺點日益突出，導致塔板效率低，塔設備能力受到限制，增加了實際塔板數，同時也造成分離系統能量、溶劑消耗高[6]。近年來，塔板技術有了明顯的進步，國內外相繼推出了一系列結構新穎、性能優良的新板型。多溢流斜孔塔板、立體傳質塔板在國內萃取精餾塔中的應用，提高了原萃取精餾塔的生產能力，同時，回流比明顯降低，分離的質量得到提高。雖然，萃取溶劑對萃取精餾過程產生重大的影響，但是通過工藝及設備方面的改進，仍然可以在一定程度上提高該工藝的整體技術水平，降低建設成本，提高其應用范圍。4萃取精餾技術的新應用 4.1芳烴分離過程

在芳烴回收方面，液液萃取技術已經有很長的使用歷史，液液萃取技術基于組分的極性，來影響組分間的分離，而對于沸點的影響較小。因為受到溶劑選擇的限制，對于較寬沸點混合料的分離，采用萃取精餾很難實現，早先它只能對窄沸點物料使用，如采用N-甲基吡咯烷酮或N-甲酰嗎啉作為溶劑進行的C6和C7物料的分離過程。

然而，隨著萃取精餾技術的發展,采用混合溶劑進行的萃取精餾解決了以上問題。美國GTC技術公司(前身為HFM International,Inc.)的GT-BTX技術具體體現了現代萃取精餾技術在混合芳烴(苯、甲苯、二甲苯)分離過程中的應用[7]。與傳統混合芳烴分離過程相比, GT-BTX工藝具有投資成本低、所需設備單元數少、溶劑性能優異、產品被污染的風險小、產品回收率高、純度高，同時能量消耗低、操作彈性大。經過工業化(120萬t/a)技術經濟指標的考核, 苯和甲苯的純度分別達到99.995%和99.99%。總芳烴回收率高于99.19%，溶劑中抽余液和萃取液的質量分數小于10-6，每千克進料的能量消耗為798kJ。4.2催化裂化汽油的脫硫

催化裂化(FCC)汽油中所含的硫化物中50%-60%(質量分數)是噻吩及其烷基衍生物，其余為硫醇及其他硫化物。在催化裂化條件下噻吩化合物穩定性較強，國外公司普遍采用加氫脫硫方法，為了進一步降低汽油中的硫含量，目前采取的措施是提高加氫處理能力。加氫有利于進行燃料中脫硫處理，但是它存在運行費用高、深度加氫將降低汽油辛烷值等缺點。根據油品所含硫化物的特點，目前普遍采用催化氧化、絡合法、催化吸附、生物法、溶劑萃取和堿洗法等進行油品中硫化物脫除。在這些方法中，萃取精餾技術具有其自身優勢，在處理FCC汽油時，該工藝技術采用一種可以改變進料中非芳烴組分(含烯烴)和噻吩化合物相對揮發度的溶劑，在萃取噻吩化合物的同時，也萃取其他芳烴硫化物(由于這些化合物的強極性)，而不含烯烴的組分進入加氫系統進行處理。采用萃取精餾和堿洗法，具有無辛烷值損失、加氫負荷低、可處理較寬范圍硫含量的裂解料、操作彈性大的特點[8]。

通過在加氫前加入萃取精餾，解決了傳統工藝中存在的問題，芳烴中的噻吩硫化物被高選擇性的溶劑萃取，減少了抽余液中的烯烴含量，低硫、高烯烴的抽余液可以直接與含10-6噻吩硫的汽油摻混。而高含量的硫醇在進料或抽余液中可以采用傳統的堿洗方式進行處理，這樣總的硫含量很容易降低到(5-110)×10-6,同時不用降低辛烷 值。

4.3 裂解汽油回收和苯乙烯提純

裂解汽油副產品中含有豐富的石油化工化合物，如果對其進行提純并加以充分利用，將產生相當大的經濟效益。由于這些組分沸點接近，形成了絡合物，采用傳統分離方法很難將其分離。而萃取精餾技術的發展為其提供了可能，萃取精餾技術通常用于從裂解汽油的輕組分中提純丁二烯和異戊二烯，實際上也可以用于從C8料中有效分離苯乙烯。傳統的裂解過程存在一個加氫工藝步驟，該步驟中一方面存在結焦問題，同時，反應也需要大量的氫源。近年研究表明，苯乙烯是結焦的根源之一，降低苯乙烯含量是解決結焦較好的方法。采用混合溶劑進行的萃取精餾技術，可以以較小的成本實現苯乙烯的提取，因此，萃取精餾技術應用一方面使得苯乙烯從燃料產品轉化為石化產品，價值得到提升[9]。另外，加氫處理氫消耗減少，結焦問題得到解決。

超臨界萃取技術研究及應用概況

摘要：超臨界流體萃取(SFE)技術開辟了分離工業的新領域，是一種新型的分離技術。本文對超臨界萃取的基本原理進行了闡述，介紹了超臨界萃取的特點及其在天然香料工業、食品和天然中草藥等方面的應用和研究進展，并對今后的發展趨勢進行了展望。

超臨界萃取技術也叫做超臨界流體萃取技術。超臨界流體(Supercritical Fluid)是指處于超過物質本身的臨界溫度和臨界壓力狀態的流體。這種狀態下的流體具有與氣體相當的高滲透能力和低粘度，又兼有與液體相近的密度和對物質優良的溶解能力[1]。

超臨界流體萃取技術(Supercritical Fluid Extraction簡稱SEE)以超臨界狀態下的流體作為溶劑，利用該狀態下流體所具有的 y 滲透能力和 y 溶解能力萃取分離混合物的過程超臨界流體的溶解能力隨體系參數(溫度和壓力)而發生連續性變化，因而通過改變操作條件，稍微提y溫度或降低壓力，便可方便地調節組分的溶解度和萃取的選擇性

超臨界溶劑包括 CO2，NO2，SO2，N2 低鏈烴等，而 CO2 是最常用的超臨界萃取介質，這是因為它的臨界溫度(31.1)接近室溫，臨界壓力(7.3AmPa)較低，萃取可以在接近室溫下進行，對熱敏性食品原料、生理活性物質、酶及蛋自質等無破壞作用，同時又安全、無毒、無臭，因而廣泛應用于食品、醫藥、化妝品等領域中；具有廣泛的適應性。由于超臨界狀態流體溶解度特異增大的現象，因而理論上超臨界流體萃取技術可作為一種通用高效的分離技術而應用。

1.超臨界萃取技術概述 1.1.原理及特點

超臨界流體處于臨界溫度和臨界壓力以上，兼具氣體和液體的雙重性質和優點，粘度小，接近于氣體，而密度又接近于液體，擴散系數為液體的10～100倍，具有良好的溶解特性和傳質特性[4]。

由于在超臨界狀態下的壓力太高以及內部相平衡模擬體系等原因，所以超臨界流體的基礎理論研究還處于發展階段，尚未形成系統的理論。對于計算超臨界物質的狀 態參數，通常用的是Redich和Kwong的RK—EOS方程，同時后人又進行了一些改進，如Soave的SRK—EOS方程，Peng和Robinso的PR—EOS方程。Brenneche對SCF相平衡作了系統的應用分析，提出將SCF作為密相氣體或膨脹液體處理的模型，并指出狀態方程對臨界點和臨界區計算的局限性，尤其對于不對稱混合物組成的物系，難以找到適應性比較好的混合規則。近年來許多研究者對SCF密度、極性、溶解度、相平衡和溶劑相互作用等，利用分子動力學和蒙特卡羅等計算機模擬方法作了大量工作，但仍難以滿足要求。尋求新的和準確的模型方程和計算方法是預測SCF相行為和進行SCF反應研究的保證[5]。

1.2.超臨界下反應動力學和反應選擇性

超臨界狀態下反應動力學通常利用過渡狀態原理，許多學者利用它描述了超臨界反應速率常數和壓力、活化體積等因素的關系。Troe及其合作者、Yoshimura和Kimura在很寬的流體密度范圍內研究了簡單反應的動力學和熱力學。Troe及其合作者公式化了擴散(籠效應)對表觀速率常數的影響，并用范德瓦爾斯簇的形成解釋了他們的試驗結果。Yoshimura和Kimura在超臨界CO2流體中很寬的密度范圍內研究了2-甲基-2-亞硝基丙烷的分解動力學，發現速率常數隨密度增加而減小，但是在中等密度范圍內，密度的依賴性很小[6-7]。

超臨界狀態下壓力和粘度可以影響某些反應的選擇性或某些分解反應的途徑，同時超臨界流體的溶劑效應可以影響異構化反應的機理，對某些反應的中間態起到穩定或促進作用[8]。Hrnjez的工作表明，SCF可以改變化學反應的立體選擇性和配位選擇性，并認為是由于壓力引起的溶劑極性變化所致。Kimura研究了SCF的性質對超臨界反應平衡的影響。Peck的研究認為對可逆反應，極性超臨界溶劑有利于反應朝極性化合物的方向移動[7]。

2.超臨界革取技術的應用

2.1.臨界流體萃取技術在天然香料工業中的應用［8］

20世紀80年代以來國外的工業裝置兒乎都是以天然香料分離提取為對象。傳統的提取方法部分不穩定的香氣成分受熱變質，但在超臨界條件卜，可以將整個分離過程在常溫卜進行，萃取物的主要成分一精油和特征的星味成分同時被抽出，并且CO2無毒、無殘留現象[9-11]。從洗滌用品、化妝品中的添加劑到香水，使得植物芳香成分在精細日用化工中是不可或缺的一部分。何春茂[9]等人用超臨界CO2對桂花、茉莉花 進行了萃取研究，考察萃取時間、溫度、壓力對浸膏得率和質量的影}響。桂花萃取最佳工藝條件為：壓力12-16MPa，溫度308-318 K，時間1.5-2h，浸膏得率0.251%；茉莉花萃取最佳工藝條件為：壓力12-15MPa，溫度308-323K，時間1-1.5h，浸膏得率為0.240%。

由于液體CO2的極性較小，對果汁中的醇、酮、酯等有機物的溶解能力較強。因此，液體CO2同樣可作為蔬菜特有香味的抽提劑。具稱所得產物富含含氧成分，香氣風味俱佳。而且SFE-CO2法還有望成為一種果汁脫苦的方法。柯于家[10-11]等用0.1L超臨界CO2萃取裝置萃取生姜、芫姜籽、砂仁和八角等辛香料精油的工藝、組成成分等方面的內容，并且與傳統的水汽蒸餾法進行了比較。超臨界CO2萃取法萃取辛香料精油能提取更多的有效成分，油收率比水汽法提高3倍左右。并對辛香料精油的中試、工業化試驗的情況，用25L.200L超臨界CO2萃取裝置萃取辛香料精油的工藝、組成成分、物性指標等方面的內容進行了研究。張忠義[12]等用超臨界CO2流體萃取技術和分子蒸餾對大蒜化學成分進行萃取與分離，用氣相色譜-質譜聯用技術測定其化學成分；從超臨界CO2萃取物中鑒定出16種成分，經分子蒸餾后，得到4種主要成分。2.2.食品方面的應用

伴隨著人類利會的進步，飲食文化的內涵不斷豐富，人們對食品提出了營養性、方便性功能性等更多的要求，同時還越來越強調其安全性。我國食品工業應用超臨界萃取技術己逐步由實驗室研究走向產業化，集中用在脫咖啡因、啤酒花有效成分萃取、植物油脂的萃取、色素的分離等方面。2.2.1.脫咖啡因

超臨界流體萃取技術得到較旱大規模的工業化應用的是天然咖啡豆的脫咖啡因。咖啡因是一種較強的中樞神經系統興奮劑，富含十咖啡豆和茶葉中，許多人飲用咖啡或茶時，不喜歡咖啡因含量過高，而且從植物中脫卜的咖啡因可做藥用。已常作為藥物中的摻合劑，因此咖啡豆和茶葉脫咖啡因的研究應運而生。韓佳賓

[13]、江和源

[14]等通過正交實驗確定了超臨界流體脫除茶葉中咖啡因的最佳工藝參數。結果表明，茶樣形態對咖啡因脫除影響極大，60日磨碎茶樣的咖啡因脫除率可達85.63%，咖啡因含量<0.5%；含水率對茶葉中咖啡因的脫除率影響也較大，含水率為35%-50%時較適宜。正交實驗中，咖啡因脫除率的影響因子主次順序為壓力>溫度>動態循環時間>夾帶劑用量，而對兒茶素來說，夾帶劑的影響較為明顯。2.2.2.啤酒花有效成分萃取 啤酒花中對釀酒有用的部分是揮發油和軟樹脂中的律草酮又稱α-酸。揮發油賦予啤酒特有的香氣，而α-酸在麥芽汁煮沸過程中將異構化為異α-酸，這是造成啤酒苦味的重要物質。用超臨界二氧化碳萃取啤酒花，α-酸的萃取率可達95%以上。萃取物為黃綠色的帶芳香味的膏狀物。張侃[15]、黃亞東[16]等對啤酒花的超臨界CO2萃取物的組分進行了分析，氣相色譜圖表明了超臨界CO2和液態CO2萃取物的異同；并對超臨界CO2萃取物進行釀酒試驗，結果表明超臨界CO2萃取物不僅增加啤酒香味，還能改善日味。

2.2.3.植物油脂的萃取

超臨界二氧化碳萃取對植物油脂的應用比較廣泛成熟，呂維忠[17]等研究了大豆粗磷脂的超臨界CO2提純工藝，探討萃取壓力、萃取溫度、萃取時間對萃取率的影響。通過正交試驗得到優化工藝條件為:萃取壓20MPa，萃取溫度50度，萃取時間5h。銀建中[18]等建立了一套超臨界流體萃取實驗裝置，就大豆和花生兩種植物油超臨界流體萃取進行了較為詳細的實驗研究。在探討了壓力、溫度、顆粒度、空隙率以及時間等對萃取率的影響之后，獲得了指導實際生產的最佳工藝參數條件。2.2.4.色素的分離

超臨界CO2還可以分離天然色素，隨著合成色素的不安全性日益受到人們的重視，世界各國合成色素的種類日趨減少。天然色素不僅使用安全，而且常有一定的營養價值，深受消費者喜愛。孫慶杰等[19]采用超臨界CO2萃取技術從番茄加工副產品番茄皮中提取出番茄紅素。研究了不同的壓力、溫度、流量和萃取時間對萃取率的影響。當萃取壓力在15-25MPa，溫度40-50度，流量20kg/h，萃取1-2h，既可將番茄皮中90%以上的番茄紅素萃取出來。姜煒[20]介紹超臨界二氧化碳萃取技術提純辣椒紅色素的工作原理及工藝流程。工藝流程通過改變萃取壓力、萃取溫度、萃取時間和流速等參數確定了最佳工藝條件，在此條件下，得到的辣椒紅色素的色價達150以上，且雜質含量符合國家標準[21-22]。

2.3.在中藥研究與開發中的應用

在醫藥工業中，中藥研制與開發中，必須組遵循 “三效”(速效、高效、長效)，：“一小”(劑量小、副作用小、毒性小)，“五方便”(生產、運輸、儲藏、攜帶、使用方便)為目的原則。而超臨界流體萃取技術很大程度上避免了傳統提藥制藥過程中的缺陷，提取物中不存在有害健康的殘留溶劑，同時具有操作條件溫和與不致使生物活性物質失活變性的優點，而且對環境保護也具有十分重要的作用，已為我國的中藥現 代化、國際化提供了一條全新的途徑[23]。

根據中醫辯證論治理論，重要復方中有效成分是彼此制約、協同發揮作用的，SEF-CO2不是簡單地純化某組分，而是將有效成分進行選擇性分離，更有利十重要復方優勢的發揮[23]。

除了從動植物中提取有效成分，還包括藥用成分分析及粗品的濃縮精制等[23]。楊林等研究萃取丹參素的最佳工藝條件。且通過正交設計，用超臨界CO2流體萃取，優化出合理工藝條件，并與傳統溶劑提取工藝相對照。使得超臨界CO2流體萃取率為傳統工藝萃取率的1.1倍。鄧永智[24-26]等采用自制的CO2超臨界流體萃取系統提取了銀杏葉中聚戊烯醇酷考察了溫度、壓力、流速及時間等因素對提取效率的影響，確定了最佳的超臨界流體提取條件[24]。實驗結果表明，CO:超臨界流體提取銀杏葉中聚戊烯醇酷的最佳壓力、溫度、流速、時間分別為25MPa，65 度，8mL/min，6h。采用本方法萃取的提取物經過硅膠色譜柱純化及高效液相色譜分析，與溶劑提取法相比較，提取效率比較好。

其他將中草藥各類成分的超臨界萃取分類如下：林秀仙等對百南紅豆杉、楊蘇蓓對五味子中的木脂素、張虹對川芍的有效成分提取、史慶龍等萃取黃山藥中的薯禎皂素、姚渭溪等提取靈芝內有效成分及脫除有害成分[25]。

3.SFE的前景與展望

自20世紀70年代以來，超臨界流體技術已經取得長足的進展。超臨界流體技術正以其獨特的優點受到關注，并在萃取、化學反應、材料制備等方面得到廣泛的應用。超臨界萃取技術早己實現工業化，目前的趨勢是向大規模、高附加值和套裝工藝方向發展。在國內外，超臨界流體技術還廣泛用于高分子聚合、有機反應、酶催化反應、材料制備等方面，目前各類報道頗多，但產業化的技術卻為數不多，有望在不久的將來能形成規模生產，得到實際應用。超臨界流體技術以綠色、環保而受到人們的關注，它為綠色化學提供了全新的反應體系，相信超臨界流體技術必將得到迅速發展，應用也將有廣闊的前景[27]。