《轻化工分离与技术》知识点

1、轻化工分离过程与技术知识点1. 基本的分离过程包括：原料（混合物）、分离剂（能量或质量）、产品（不同组分的物流）及分离装置（分离场或分离介质）。2. 混合物的分离过程就是在混合物内、外因的作用下，在分离场或分离介质内发生组分物质选择性的反应、相变、传递、迁移或截留而相互分开，得到组成不同的两种或几种产品的操作，以达到产品的提取、提纯、净化、浓缩、干燥或三废（废水、废气或废渣）处理等要求。3. 分离剂是分离过程的辅助物质或推动力,包括能量分离剂和质量分离剂.常见分离剂如下:能量分离剂:机械能(重力、离心力、压力等)光能、电能、磁能、热能(热、冷)等.质量分离剂:溶剂、吸收液、吸附剂、交换树脂、表

2、面活性剂、酸、碱、化学反应物、过滤介质、助滤剂、膜、微生物等.4. 分离过程的分类方法有多种，主要有：(1)扩散式分离与非扩散式分离,传质分离与机械分离;(2)平衡分离过程与速率控制分离过程;(3)能量分离剂过程与质量分离剂过程;(4)相平衡分离、速度差分离与反应分离过程;(5)相变分离与非相变分离过程;(6)按分离过程的功能要求分,有提取、净化(澄清、提纯或精制)、浓缩、干燥、洗涤、分级等;(7)按分离过程的程度或精度分:有粗分离(压榨筛分旋流分离等)、细分离(重力沉降细过滤等)和精分离(精过滤离心分离蒸发蒸馏膜分离等)三个级别.5. 分离因子是反应分离程度的一个重要指标.组分i和组分j之间

3、的分离因子为二组分在产品流1中摩尔分率的比值xi1/xj1除以 在产品流2中的比值xi2/xj2,即 sij= (xi1/xj1) / (xi2/xj12) 上式中各组分的摩尔分率也可以用相应的重量分率、分子流量或质量流量代替.6. 分离过程的功能 (1)提取; (2)澄清; (3)增浓; (4)脱水或脱液; (5)干燥; (6)洗涤; (7)净化或精制; (8)分级.7. 分离过程的用途(1)产品的提取、浓缩; (2)提高产品纯度; (3)回收有用物质; (4)延长产品保藏寿命; (5)减少产品重量或体积,便于贮运; (6)三废处理; (7)提高机器或设备的性能.8. 根据混合物内是否有相界

4、面,混合物可分为均相混合物和非均相混合物两大类. 物质互相溶解后形成的混合物称为均相混合物,由溶质和溶剂组成. 由互不相溶的物质组成的或物质以不同的形态或相形成的混合物称为非均相混合物,有分散相和连续相,即分散质和分散介质组成.9. 混合物的分类及特性.同一颗粒系统,粗粒级的球形系数往往与细粒级的不同.一般说来,颗粒越细,球形系数越大.10. 传质分离过程是以物质的扩散传递为主的分离过程，而机械分离过程是不以扩散传递为主的分离过程。前者涉及物质从进料流向产品流的扩散传递，而后者则主要是完成相的分离.11. 非均相混合物的分离可利用相间的密度差使具有不同密度的相在重力作用下发生下沉或上浮来进行。

5、这种分离过程统称为重力沉降分离过程.12. 重力沉降分离的依据是分散相和连续相之间的密度差，其分离效果还与分散相颗粒的大小、形状、浓度、连续相（或介质）的黏度、凝聚剂和絮凝剂的种类及用量、沉降面积、沉降距离以及物料在沉降槽中的停留时间等因素有关。13. 离心机是一种利用转鼓带动物料高速旋转产生的离心力来强化分离过程的分离设备，是工业上主要的分离设备之一，可用于澄清、增浓、脱水、洗涤或分级.14. 按操作原理，离心机可分为过滤式离心机和沉降式离心机。15. 旋流分离技术包括旋流分离器及其与之配套的技术与设备，如供料系统动力源（泵或风机）、流程系统、检测和控制系统等。16. 根据过程的机理，可分为

6、滤饼过滤与深层过滤。17.蒸发过程的两个必要组成部分是加热溶液使水沸腾汽化和不断除去汽化的水蒸气。18.多效蒸发的优点是可以节省加热蒸汽的消耗量。但效数越多，有效传热温差就越小，再者，多效蒸发还增加了设备投资，因此，多效蒸发的效数是有限的，不能无限增加，以56效为限。19. 各类蒸发设备的结构特点及使用范围20. 晶体是化学组成均一、具有规则形状的固体。晶体结构是原子、离子或分子等质点在空间按一定规律排列的结果。21. 晶体具有以下重要性质：（1）自范性：即自发地生长成为结晶多面体的特性。（2）各向异性：晶体的几何特性和物理性质随方向的不同而变化的特性。（3）均匀性：晶体的每一宏观质点的物理性

7、质和化学性质都相同。 此外，晶体还具有几何形状和物理效应的对称性，具有最小内能，以及在熔融过程中熔点保持不变等特性。22. 结晶包括晶核的形成和晶体的成长两个过程。这两个过程都需要一个浓度差作为推动力，这个浓度差就是溶液的过饱和度。23. 工业生产中，产生晶核的方法有三种： （1）自然起晶法：在不稳定区自然形成晶核，已少用。 （2）刺激起晶法：在介稳区突然给予刺激(温度、真空度、搅拌等)，晶核便形成。优点是起晶快，晶粒整齐；缺点是不易控制晶核数目和大小。 （3）种子起晶法：在介稳区较低的过饱和状态下投入晶种，溶质便在晶种表面上生长析出。生成的晶粒整齐，可以控制晶核数目和大小，应用广泛。24.

8、影响晶体生长的主要因素有：(1)温度：常温表面反应控制，高温时转入扩散控制。(2)过饱和度：一般而言，过饱和度低时，晶核生成受到抑制，易形成大晶体；反之，易形成小晶体。(3)杂质：通常改变结晶物质的晶形和纯度。(4)溶剂：不同溶剂中往往得到不同的晶形。25. 利用混合物中各组分挥发度的不同，通过加入或取出热量的方法，使混合物形成气、液两相系统，易挥发组分在气相中浓集，难挥发组分在液相中浓集，从而实现混合物的分离，这种方法称为蒸馏。26. 相律公式（ F = C - P + 2）及其应用。27. 相对挥发度可用以判断某混合物能否用蒸馏方法分离和分离的难易程度。 越大，混合物越易用蒸馏方法分离，当

9、1时，两组分的挥发度相等，混合物不能用普通蒸馏方法分离，如恒沸物。29. 为了把混合液中的组分进行完全分离，必须引入另外的相塔顶的回流液与塔釜的上升蒸气，形成两相系统，采用逆流接触的操作方式。30将一定组分的液体加热至泡点以上，使其部分气化，或将一定组分的蒸汽冷却至露点以下，使其部分冷凝，便形成气、液两相，达到相平衡后将两相分离。这一过程称为平衡蒸馏，又称闪蒸。闪蒸的结果是易挥发组分在气相中富集，难挥发组分在液相中富集。31. 简单蒸馏，又称微分精馏，为不稳态过程，系统的温度和浓度均随时间而变。在每一瞬间气液两相平衡，但得到的产品的总组成并不与剩余的液体平衡。32. 对于组成一定的料液和分离要

10、求，增加回流比，两相间传质的推动力增大，结果所学的理论塔板数减少。当R增大到无穷大时，其含义是馏出液量为零，即上升蒸气在冷凝器中冷凝后全部回流，故称全回流，显然这是回流比的极限，因此，此时分离所需的理论塔板数为最少理论塔板数。33. 最小回流比：对于一定的料液和分离要求，减小回流比，两相间传质的推动力减小，所以分离所需的理论塔板数增大，当R减小到一定值时，分离所需的塔板数为无穷多，此时的R值叫做最小回流比。34. 实际采用的回流比必须大于最小回流比，否则不论用多少理论塔板都不能达到规定的分离要求。最小回流比可由图解法求得。根据经验，最佳回流比一般为最小回流比的1.1-2倍。35. 对于普通精馏

11、塔（仅有一个进料口、塔顶和塔底出料口），以连续精馏方式将n组分溶液分离为n个纯组分，则需要（n1）个塔；若不要求将全部组分都分离为纯组分，或原料液中某些组分的性质及数量差异较大时，可以采用具有侧线出料口的塔，此时塔数可减少。此外，若分离少量的多组分溶液，可采用间歇蒸馏，塔数也可减少。36. 所谓轻关键组分，是指在比其还要轻的组分（即挥发度更高的组分）及其自身的绝大部分进入馏出液中，而它在釜液中的含量应该加以限制。所谓重关键组分，是指进料中比其还要重的组分（即挥发度更低的组分）及自身的绝大部分进入釜液中，而它在馏出液中的含量应加以限制。37. 恒沸精馏是在沸点相近或具有恒沸点的溶液中加入新组分（

12、恒沸剂或挟带剂），使新的组分与混合液中某一个或几个组分形成恒沸物，然后用精馏的方法进行分离。38. 萃取精馏：萃取精馏过程中加入的新组分（萃取剂或溶剂）与原物系中轻重关键组分的作用不同，因而改变了关键组分之间的相对挥发度，使得采用普通的精馏方法在技术上可行，在经济上合算。39. 溶盐精馏与加盐萃取精馏：两者均是利用盐效应（即不挥发的盐使平衡物系的平衡点发生移动）使物系中的某组分的挥发度增大（盐析效应）或减小（盐溶效应）来改变物系的平衡。40. 根据塔板上气液两相的相对流动状态，板式塔分为穿流式与溢流式（即错流式）两类。目前板式塔大多采用溢流式，在这种塔板上，气、液错流流动，液体从上一块塔板的降

13、液管流入该塔板，横向流过塔板，再从板上的溢流装置流到下一块板，气体由下向上穿过塔板上液层。而穿流式由于操作不稳定，很少使用。41. 常用塔板及新型塔板的类型。42. 根据堆放方式不同，填料可分为散装填料（课粒填料）和规整填料（整砌填料）两大类。43. 填料的特性及对填料的要求：无论是散装填料还是规整填料的制造材质均可用陶瓷、金属和塑料。工业上的常用填料及特性参数主要为尺寸、比表面积和空隙率。常用填料的特性等数据可查阅有关书籍。对填料的要求 比表面大 空隙率大 堆积密度小 机械强度高，稳定性好 价格便宜44. 板式塔和填料塔的性能比较：（1）填料塔不宜于处理易聚合或含固体悬浮物的物料，而某些类型

14、的板式塔则可以有效地处理这种物质。另外，板式塔比填料塔便于清洗。（2）当有侧线出料或多股进料的复杂精馏，板式塔要比填料塔方便、可靠。同理当气液接触过程需要冷却以移除反应热或溶解热时，填料塔因涉及液体均匀分布问题而使结构复杂化，板式塔可方便地在塔板上安装冷却盘管。（3）下降液量远大于上升气量地蒸馏，若用板式塔，则降液管面积占用过多地塔板截面，所以采用填料塔较为适宜。（4）填料塔的压降比板式塔小，因而对真空操作更为适宜；对热敏性物系宜采用填料塔，因为填料塔压降低，可控制在较低温度下操作，同时因填料塔内的持液量比板式塔少，物料在塔内的停留时间短。（5）对于腐蚀性物系，填料塔更适合，因可采用瓷质填料、

15、塑料填料或浸防腐材料；对易起泡物系，填料塔更适合，因填料对泡沫有限制和破坏作用。（6）不宜安装塔板的小直径塔，填料塔较适宜，填料塔因结构简单而造价便宜。板式塔直径一般不小于0.6m。45. 干燥过程中按热能传给湿物料方式的不同，可将干燥分为以下几类：（1）传导干燥：传导加热的热能利用率高，但干燥湿度比对流干燥高。（2）对流干燥：传热传质同时发生，干燥介质（如热空气、烟道气等）既是载热体又是载湿体，干燥介质载干燥过程中是降温增湿过程。（3）辐射干燥：分电能辐射器和热能辐射器，干燥过程中热能比较集中，适于干燥扁平状物料。（4）介电加热干燥：内部加热，加热效率高，时间短，但费用大，应用受到一定限制4

16、6. 各种干燥器所用的热源，总的来说有五种： 1）太阳能 2）固体燃料：煤、木材等 3）液体燃料：石油制品 4）气体燃料：石油液化气、天然气、煤气 5）电：包括器衍生出的其它不同形式的热源，如热风、微波、远红外线等47. 吸收过程是一种（气相到液相）传质过程。通常把气体混合物中能被吸收剂吸收的部分（气体）称作吸收组分或溶质，而没有被吸收的部分（气体）叫做惰性气体。48. 吸收过程存在物理吸收与化学吸收两种类型。物理吸收是指气体溶解于吸收剂中时不伴随化学反应发生，在该情况下，惰性气体和吸收剂是不消耗的，且不参与组分从一相到另一相的传递。化学吸收是指气体溶解于液体吸收剂中时伴随有化学反应发生，被吸

17、收的组分在液相中是以化合物状态结合在一起的。49. 为提高吸收效率，吸收设备应具有较大的气液接触表面，按吸收表面（界面）的形成方法，吸收设备的形式可分为：（1）表面吸收器：该吸收器中的两相界面是静止液面或流动的液膜表面，如填料吸收器和机械膜式吸收器。（2）鼓泡吸收器：该类吸收器使吸收剂呈小气泡或喷射状态分布，从而获得较大气液接触面积。（3）喷洒式吸收器：这类吸收器用喷雾器使吸收剂形成细小的液滴喷洒在气相介质中，从而形成极大的两相接触表面来高效率地完成吸收过程。50. 固体表面上的原子或分子的力场和液体一样也是不均衡的，因此，也有自发降低表面能的倾向。由于固体表面难于收缩，所以只能靠降低界面张力

18、的方法来降低表面能，这也是固体表面能产生吸附的根本原因。51. 吸附是固体表面质点与流体分子相互作用的一种结果，按作用力的性质分为物理吸附和化学吸附两种类型。52. 物理吸附的产生是基于分子间的范德华力，它相当于流体相在表面上的凝聚。物理吸附不需要活化能且速度快，物理吸附一般是可逆的。53. 化学吸附实质上是一种发生在固体颗粒表面的化学反应，固体颗粒表面与吸附质之间产生化学键的结合。化学吸附的发生需要活化能且速度较慢，化学吸附一般是不可逆的。54. 吸附过程是发生在固体颗粒（吸附剂）表面的一种表面现象，为了增大吸附容量，作为吸附剂的固体颗粒要有很大的比表面积。因此，常用具有多孔结构的固体颗粒作

19、为吸附剂。常用的吸附剂有：A. 硅胶 B. 活性炭 C. 活性氧化铝 D. 硅藻土 E. 分子筛55. 吸附的基本规律：（1）极性吸附剂易于吸附极性强的吸附质，如硅胶、活性氧化铝等极性吸附剂易于吸附极性的水、氨、乙醇等。（2）非极性吸附剂易于吸附非极性吸附质，如活性炭是非极性吸附剂，其对烃类和各种有机蒸气有较好的吸附能力。（3）无论是极性还是非极性吸附剂，吸附质分子的结构越复杂，沸点越高，则越容易被吸附。这是由于范德华力的大小与分子结构的复杂性成正比，同时沸点越高，气体的凝结越大，这些都对吸附过程有利。（4）酸性吸附剂易吸附碱性吸附质，反之亦然。如常用的分子筛、酸性白土为酸性吸附剂，故易于吸附

20、如NH3、水蒸气和烃蒸气等碱性气体。（5）吸附剂的孔结构。吸附剂的孔隙大小不仅影响吸附速率，而且直接影响吸附量的大小。56. 液液萃取是分离均相液体混合物的又一种单元操作，是利用混合物中各组分在溶剂中溶解度的差异而使各组分分离的操作。57. 萃取剂的选择是萃取操作的关键。它直接影响到萃取操作能否进行，对萃取产品的产量、质量和过程的经济性也是主要的因素。一溶剂能用于萃取操作的首要条件是当该溶剂与料液混合后能分成两个液相。除此以外，还须从以下方面考虑：（1）萃取剂的选择性：选择性系数越大，对萃取越有利。（2）萃取剂S和稀释剂B的互溶度：互溶度愈小，愈有利于萃取。（3）萃取剂回收的难易与经济性：避免

21、溶剂与原料液中的组分 形成恒沸物；此外，溶剂具有较小的汽化热。（4）萃取剂的其它物性：如萃取剂与原料液应有较大的密度差；两液相间应有适当的界面张力；较低的黏度和凝固点；具有化学稳定性和热稳定性；对设备腐蚀小；来源方便，价格低等等。 一般情况下，一种溶剂不可能同时满足所有要求，一定要结合实际情况，合理地予以选择，保证满足主要的要求。58. 影响动、植物性物料浸取速率的因素：（1）可浸取物质的含量：原料中溶质含量高，则浸取的推动力就大，浸取速率就大。 应指出的是，在复杂体系如动植物性原料的浸取中，溶质并不是单一的某一化学组分，而是所有可溶于溶剂中的组分。因此，溶剂的种类和温度等操作条件也可改变推动

22、力的大小。（2）原料的性质、形状和大小：原料的种类、品质及产地等性质对浸取速率均有显著影响。对于同一原料，其浸取速率随着几何尺寸的增大而显著减小。（3）温度：原料的浸取往往需要在合适的温度范围内才能取得良好的效果，温度过高或过低都不适当。（4）溶剂：溶剂的影响是对溶解度、亲和力、粘度、分子大小等各种因素的综合影响，难以得出一般的规律。59. 所谓超临界流体，是指一类压强高于临界压强pc，温度高于临界温度Tc的流体，这种流体既不是液体，也不是气体，是一类特殊的流体。（1）超临界流体的密度接近于液体密度，而比气体密度高得多。另一方面，超临界流体是可压缩的，但其压缩性比气体小得多；（2）超临界流体的

23、扩散系数与气体的扩散系数相比要小得多，但比液体的扩散系数又高得多；（3）超临界流体得粘度接近于气体的粘度，而比液体粘度低得多。60. 超临界萃取之所以受到青睐，是由于它与传统的液液萃取或浸取相比具有以下优点：（1）萃取率高；（2）产品质量好；（3）萃取剂的分离回收比较容易；（4）选择性好。但目前大型萃取装置尚不多见，其主要原因是：（1）投资和操作费用都比较高；（2）人们对物质的超临界尚缺乏足够的认识；（3）缺乏放大和设计所必需的工程数据。61. 离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子化合物，其化学稳定性良好，且具有离子交换能力。62. 离子交换树脂巨大的分子可以分成两部分： （1

24、）高分子基团：不能移动、多价，构成树脂的骨架，使树脂具有上述溶解度和化学稳定的性质； （2）活性离子：可移动的离子，在树脂骨架中的自由移动使得离子交换得以发生。63. 按照离子交换树脂可交换的功能团中的活性离子的性质和功能团的电离程度可将离子交换树脂分为以下四大类：（一）强酸性阳离子交换树脂 一般以磺酸基-SO3H作为活性基团，其电离程度不随外界溶液的pH值大小而变化，所以使用时对pH值一般没有限制。 此外，以膦酸基-PO(OH)2和次膦酸基-PHO(OH)作为活性基团的树脂具有中等强度的酸性。（二） 弱酸性阳离子交换树脂 活性基团为羧基-COOH，酚羟基-OH等。这种树脂的电离程度小，其交换

25、性能和溶液的pH值有很大关系。在酸性溶液中这类树脂几乎不能发生交换反应，其交换能力随溶液的pH值增加而提高。对于羧基树脂，应该在pH>7的溶液中操作，而对于酚羟基树脂，溶液的 pH值应>9。 这类树脂和强酸性树脂不同，其与氢离子的结合能力很强，故再生成氢型较容易，耗酸量少。（三）强碱性阴离子交换树脂 有两种强碱性阴离子交换树脂：强碱型，含有三甲胺基-N+(CH3)3；强碱型，含二甲基一-羟基-乙基胺基-N+(CH3)2(C2H4OH)。 型的碱性比型强，但再生较困难；型树脂的稳定性较差。和强酸性树脂一样，强碱性树脂的使用对pH值范围没有限制。（四）弱碱性阴离子交换树脂 功能基团可以是伯胺基-NH2、仲胺基 =NH、叔胺基