现代分离技术

现代分离技术医药学院

绪论何为分离技术，分离技术的研究对象和任务

1.1分离法的任务1.2分离法的研究对象2.分离工程的起源与发展2.1分离法的发展过程2.2分离法的发展趋势3.分离技术的分类与特点概述分离工程：将混合物分离成两种或者两种以上较纯物质的一门工程技术科学。包括提取与除杂两个部分，手段可以是物理的，也可以是化学的，或者是两者的结合。分离的任务：浓集和纯化物质传统的分离方法：分离方法及其机理，分离介质及其工艺流程现代分离技术：分离组分在空间移动和再分布的宏观变化规律分离过程伴随着分离与混合、定向迁移扩散、浓集与稀释等过程，要研究表面无联系的各种分离方法之间共同的规律，强化对分离的有利因素，抑制不利因素，将现代科技中最先进的技术和材料加以利用，优化分离条件，最终提高经济效益。分离工程的起源与发展：工匠时期：苦水变甜、信天翁鸟——经验熬制食盐、煎熬中药、炼制丹药——酿酒、制糖等家庭作坊技术时期：18世纪欧洲工业革命以后的现代化学工业中间体和产品的分离（索维尔制碱法中纯碱碳化塔的使用）——1876年Gibbs描述相率（F=C-P+n）——1906年Tsweet的色层吸附分离技术——化工工程手册——1932年刘易斯的化工原理20世纪70年代以后的新型分离技术绪论绪论1112

排出产品22废物废物现代分离技术的发展趋势：膜分离技术、膜分离-传统技术的改进、传统分离技术的新应用、反应-分离技术的耦合。分离产品：纯度越来越高分离材料：无污染、绿色环保分离手段：微观、精细新型分离技术受到材料的开发、生产成本的及其他学科发展的限制，工业化应用程度还不高

现代分离技术分类分离过程有相产生或添加的分离过程有分离介质的分离过程外加分离介质外加能量分离剂采用固体分离剂的分离过程有外加场的分离过程外加固体分离剂外加场或者梯度响应分离技术的分类与特点目前工业上分离技术的形势多种多样，随着放大技术和工业规模的扩大，将会有更多的现代分离技术从实验室规模扩大到生产中。分离过程有相产生或添加的分离过程有分离介质的分离过程外加分离介质外加能量分离剂采用固体分离剂的分离过程有外加场的分离过程外加固体分离剂外加场或者梯度响应根据分离过程物质的性质物理分离法：以被分离组分所具有的不同物理性质为依据，如蒸馏，萃取化学分离法：按照被分离组分化学性质的差异，通过化学反应过程实现，如电镀，电渗析、沉淀等生物分离法：根据生物学亲和力、吸收平衡及生物学反应速率常数等进行分离纯化目标产物，如膜分离，层析等。分离技术分类根据分离过程所采用的装置（机械分离法）如过滤、沉降、旋风分离等根据分离过程中被分离物质在相中的传质（传质分离）平衡分离过程是指借助分离媒介（热能、溶剂、吸附剂），使均相混合物系统变成两相系统，再以各组分在媒介中的不同分配系数为依据而实现分离的过程。分离技术分类分离机械分离传质分离速率分离平衡分离速率分离则主要是根据混合物中各组分扩散速度的差异来实现分离的过程，分离过程所处理的原料通常属于同一相态，仅仅是组成上存在差异，利用浓度差，压力差以及温差等作为分离推动力。根据分离过程中的化学反应（反应分离法）：使用化学反应将混合物中的反应物转化为目的产物的过程。（如沉淀分离、离子交换、生物反应等）。根据被分离的对象：无机分离、有机分离、天然物和次生物分离。根据采用的分离手段：沉淀分离、萃取、蒸馏、离子交换、泡沫分离、膜分离等。分离技术分类第二章：料液的预处理及固液分离

生产过程中的原料液组成：原料液由目的产物、杂质、催化剂、反应中间产物及副产物、未完全反应物等组成，如何得到目的产物？原料液中各个组成成分的特性？形态？尺寸？存在方式？2.1.1组分分离、回收因子、分离因子和纯度根据被分离物质组成比例的不同分为富集、浓缩、纯化回收因子Ri：Ri为分离后所测得的回收两Q占样品Q0的比例分离因子:混合物中的A、B两种组分，分离程度用分离因子表示，表示被测组分与干扰组分的分离程度。纯度：分离产物中含杂质的多少。2.1化学分离中的基本概念浓缩率：目标产物的分离纯化程度用分离因子表示，即2.1.2分离状况评价FCCTC+CXCFWCTW+CXWFPCTP+CXP在平衡分离过程如蒸馏、萃取中，分离因子用平衡后的两相溶液中溶质之比表示：目标产物的回收率：间歇操作的生物分离中，回收率为:若分离对象为具有活性的蛋白质，则纯化程度用纯化因子表示为：其中A称为比活，2.1.2分离状况评价混合物中目标产物与其他杂质的性质差异是选择分离方法的主要依据，是单一的，也可以是多种性质共同作用的结果。待处理混合物的物理性质差异目标产物的特性目标产物的价值与规模2.2分离方法选择的一般原则和依据2.3料液的预处理改善料液中非均相组成的分布特性及料液的流体特性，以利于非均相物系的分离，同时除去对下游分离操作有影响的杂质，使后续的分离提纯过程顺利进行。加热：降低液体粘度，改善固液分离条件，促进蛋白质絮凝，改变微生物活性等。加热对料液黏度的影响：一般情况下，随着温度的升高，液体的粘度变小，气体黏度增大。b）加热产生的灭菌作用：不同的微生物对温度的耐受性不同，综合料液温度与目标产物的耐热性的关系，改变料液温度而达到料液纯化的效果你凝聚和絮凝对料液中颗粒较小的固形物，采用凝聚和絮凝的技术来增大体积，加快固体颗粒沉降，提高分离速度。在特定电解质的作用下，破坏悬浮固体颗粒、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。当胶体在溶液中移动时，溶液中总有一薄层液体会随着一起滑动，形成一个滑移面。在这一结构模型中，不同界面上有不同的点位，胶核表面的电位为ΦS，扩散层表面的电位为ΦD，滑移面上的电位为ξ，三种电位中，只有ξ能实际测得，因此用它来表征整个双电子层的特性，并成为研究凝聚机理的重要参数。在研究凝聚机理的过程中，升高温度，会加快微观粒子的运动速度，不同的电解质溶液，凝聚作用的产生也不一样，其中影响凝聚作用的主要因素有电解质的种类、化合价和电解质的用量。根据静电学基本定律，推导出ξ电位的基本公式为：

由此可知，ξ电位与电荷密度q和扩散层厚度δ有关，而δ与溶液中离子浓度及化合价有关。凝聚剂主要为一些无机类电解质，工业上常用的凝聚剂大多为无机盐、金属氧化物等。根据米哈第法则，带相反电荷的离子化合价越高凝聚值就越小，凝聚能力越强，阳离子对带负电荷的胶体离子的凝聚能力的次序为：AL3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+此外，改变溶液的PH值，可以使离子的荷电性发生改变，随着荷电量的减少，粒子倾向于凝聚，反之，当粒子所带的电荷总量随着PH值的调节而增大时，粒子则倾向于分散。同时，PH值会影响料液的过滤性能，由于凝聚后粒子尺寸会发生改变，粒子间的相互作用也会发生改变，过滤速率会受到一定影响。当PH调整到适当的范围，会产生等电点沉淀。絮凝絮凝是指使用絮凝剂，在悬浮颗粒之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。

絮团生成动力学③.其他处理方法a)溶解法：将带分离物质制成溶液：水溶液酸溶b)熔融法：将待分离物质与固体熔剂混合，高温加热使其全部转化为易溶于水或者酸的化合物。c)烧结法：将待分离物质与固体熔剂在低于熔点的温度下反应收缩成整块然后浸取分离有效成分。d）物质的浸出：通过物理或者化学手段，使混合物中有效成分（目标产物）浸出的方法。直接浸出法：用溶剂直接浸取转换浸取：针对不能直接浸取的物质，采用一定的方法使其转换为易溶于溶剂的物质。通常通过溶度积常数来表征转换条件。（如常温下用碳酸钡浸取硫酸钡）细菌浸出：利用某些细菌及其代谢产物的作用，使矿石中的有效组分进入溶液e)有机物分解：包括干法灰化法和湿法硝化法f)有机物的溶解与提取：分离预处理方法2.2.1影响固液分离的因素固液分离即将料液中存在的杂质、细胞、催化剂颗粒、蛋白质絮凝体等的固形物中分离出去的过程,以实现澄清料液或获得固体产品的操作目的。化学工程中常用的离方法包括沉降、离心和过滤等单元操作。对于大多数待分离的固液悬混物而言,影响固液分离过程及其分离效果的因素主液的黏度和固形物的外形尺寸。对于沉降和离心等以场作用产生的重力或离心力驱动分离过程,固相与液相的密度差是影响分离效果的重要因素;而对于过滤等压力驱动分离过程,固形物的可压缩性也是影响分离效果的重要因素一般地说,待分离液中通常含有如下固形物或大分子:悬浮固体(104~106nm)最小可见粒子(25000~50000nm)胶体粒子(100~1000nm)菌体(300~10000nm)蛋白质/多聚糖(2~10nm,104~106Da)有机酸和糖等小分子(0.4~1.2nm,100~1000Da)无机离子(0.2~0.4nm,10~100Da)水(0.2nm,18Da)

2.2固液分离2.2.2沉降沉降过程中，固体颗粒会受到重力、浮力、摩擦阻力的作用假设颗粒为球形，则各作用力表达式为：

在离心力场的推动下,固体颗粒会发生类似在重力场中的沉降过程，如果沉降颗粒到转中心的距离为r,旋转角速度为ω,离心转速为N,则有单位质量物体受到的离心力为Fc=rω2=4𝜋2N2r

2.2.4过滤