《分離技術(shù)》課件

分離技術(shù)課程目標和內(nèi)容1掌握分離原理理解各種分離技術(shù)的基本物理化學原理2了解應用領域熟悉分離技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的實際應用3設備操作掌握主要分離設備的工作原理與操作方法實驗技能分離技術(shù)的重要性工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品純化的關鍵步驟科學研究樣品前處理必備技術(shù)環(huán)境保護污染物處理的核心方法分離技術(shù)的基本原理相平衡理論基于不同組分在不同相中溶解度差異擴散傳質(zhì)組分在界面間的遷移過程物理特性差異利用沸點、密度等物性差異實現(xiàn)分離分離技術(shù)的分類1先進分離技術(shù)膜分離、超臨界萃取2生物分離技術(shù)電泳、色譜等3化學分離技術(shù)萃取、離子交換4物理分離技術(shù)蒸餾、過濾、沉降物理分離技術(shù)重力沉降利用密度差實現(xiàn)分離過濾通過多孔介質(zhì)阻留顆粒離心分離離心力加速密度差分離沉淀改變條件使溶質(zhì)析出化學分離技術(shù)萃取利用溶解度差異提取目標物蒸餾基于沸點差異實現(xiàn)氣液分離結(jié)晶通過相變使溶質(zhì)有序排列析出吸附組分選擇性吸附于固體表面生物分離技術(shù)1電泳帶電分子在電場中遷移速率不同2層析利用吸附性差異進行分離3膜分離通過半透膜篩分生物分子4超速離心分離體積小、密度接近的生物顆粒膜分離技術(shù)簡介1優(yōu)點能耗低、無相變、環(huán)保2分離基礎選擇性膜阻擋部分組分通過3驅(qū)動力壓力、濃度、電位差膜分離的基本原理進料混合物接觸膜表面1分離某些組分選擇性透過2滲透組分穿過膜孔道3濃縮未透過組分濃度增加4膜的類型和特性聚合物膜成本低、易成型、化學穩(wěn)定性好無機膜耐高溫、耐溶劑、機械強度高液膜選擇性高、傳質(zhì)速率快微濾超濾1孔徑范圍0.001-0.1μm2操作壓力0.1-0.5MPa3分離對象大分子、膠體、蛋白質(zhì)4應用領域生物制藥、食品工業(yè)、水處理納濾孔徑范圍0.001μm以下操作壓力0.5-1.5MPa分離機理篩分效應與荷電效應結(jié)合反滲透原理克服自然滲透壓力方向壓力要求2-8MPa高壓操作膜孔徑0.0001μm以下，攔截離子主要應用海水淡化、超純水制備電滲析原理電場驅(qū)動離子通過選擇性膜膜類型陽離子交換膜和陰離子交換膜交替排列應用海水淡化、廢水處理、鹽的純化膜分離技術(shù)的應用水處理飲用水凈化、廢水回收食品工業(yè)乳品濃縮、果汁澄清制藥領域抗生素提純、蛋白質(zhì)分離吸附分離技術(shù)概述定義溶質(zhì)分子在固體表面富集的過程驅(qū)動力表面能最小化與分子間作用力特點選擇性強、回收率高、能耗低關鍵因素吸附劑性質(zhì)、操作條件、吸附質(zhì)特性吸附劑的種類和特性吸附劑需具備高比表面積、適宜孔結(jié)構(gòu)、選擇性及再生性能吸附等溫線平衡濃度朗繆爾模型弗羅因德利希模型吸附動力學1外部傳質(zhì)吸附質(zhì)從液相擴散至吸附劑表面2內(nèi)部擴散在吸附劑孔道內(nèi)擴散3表面反應吸附質(zhì)與活性位點結(jié)合4達到平衡吸附速率等于解吸速率吸附床設計固定床操作簡單，常用于批處理1移動床連續(xù)操作，吸附劑循環(huán)使用2流化床傳質(zhì)效率高，壓降小3脈沖床適合快速循環(huán)吸附-解吸過程4吸附分離技術(shù)的應用水處理活性炭去除有機物和異味氣體凈化分子篩分離空氣組分糖液脫色離子交換樹脂去除色素貴金屬回收活性炭吸附金、銀等貴金屬萃取分離技術(shù)原理定義利用溶質(zhì)在兩互不相溶液相中分配系數(shù)差異理論基礎奈恩斯特分配定律影響因素溫度、pH值、鹽效應、協(xié)同萃取劑萃取劑的選擇1溶解能力對目標組分有高分配系數(shù)2選擇性對目標物與雜質(zhì)有良好分離因子3密度差異與水相有足夠密度差便于分層4安全環(huán)保低毒性、低揮發(fā)性、可回收液-液萃取混合兩相充分接觸傳質(zhì)溶質(zhì)遷移至有機相分層兩相分離反萃從有機相回收溶質(zhì)超臨界流體萃取脫咖啡因超臨界CO2萃取咖啡因天然產(chǎn)物提取植物精油和活性成分環(huán)境分析從土壤中提取有機污染物萃取設備混合澄清器結(jié)構(gòu)簡單，分離效率低噴霧塔連續(xù)操作，傳質(zhì)效率一般脈沖萃取塔機械攪動，提高傳質(zhì)效率萃取分離技術(shù)的應用金屬冶煉稀有金屬提取分離1石油化工芳烴與烷烴分離2制藥工業(yè)抗生素純化3食品工業(yè)天然色素提取4環(huán)境工程廢水中污染物去除5蒸餾分離技術(shù)基礎1基本原理利用組分沸點差異2氣液平衡遵循拉烏爾定律和道爾頓定律3理想溶液相圖與操作線分析簡單蒸餾加熱混合物溫度升至沸點氣化低沸點組分優(yōu)先氣化冷凝蒸氣冷卻液化收集獲得富集低沸點組分的餾分精餾塔板提供氣液接觸面積填料增加傳質(zhì)效率回流提高分離度分子蒸餾原理在高真空下利用分子平均自由程差異特點超低操作溫度，避免熱敏物質(zhì)分解設備刮膜式、離心式分子蒸餾器應用維生素提取、精油純化、高分子材料分離共沸蒸餾A組分摩爾分數(shù)溫度(°C)蒸餾設備蒸餾設備從實驗室小型玻璃裝置到工業(yè)大型塔器蒸餾分離技術(shù)的應用石油分餾原油分離為各種餾分酒精生產(chǎn)發(fā)酵液提純濃縮香精制備精油分離提純海水淡化多效蒸餾制淡水結(jié)晶分離技術(shù)原理原理溶液冷卻或蒸發(fā)使溶質(zhì)析出成晶體過飽和溶質(zhì)濃度超過平衡溶解度晶體生長核形成與晶體長大過程結(jié)晶動力學1形核溶質(zhì)分子聚集形成晶核2晶體生長晶核長大成宏觀晶體3二次晶種已有晶體碰撞破碎產(chǎn)生新晶核4團聚小晶體聚集成大顆粒結(jié)晶器設計間歇結(jié)晶器操作靈活，適合小批量生產(chǎn)連續(xù)結(jié)晶器生產(chǎn)能力大，穩(wěn)定性好導流管結(jié)晶器混合均勻，晶體粒度分布窄結(jié)晶分離技術(shù)的應用1制糖工業(yè)蔗糖結(jié)晶2制藥工業(yè)藥物純化與精制3鹽化工無機鹽生產(chǎn)4材料制備高純材料制備離子交換技術(shù)原理交換基團樹脂上固定的活性官能團1離子交換水相離子與樹脂上離子交換2吸附目標離子被樹脂固定3再生強酸/堿洗脫，恢復樹脂活性4離子交換樹脂陽離子交換樹脂含-SO?H或-COOH基團陰離子交換樹脂含-NH?OH或季銨基螯合樹脂含特定金屬配位基團離子交換過程裝柱樹脂裝入交換柱交換溶液通過樹脂床洗滌除去機械夾帶物洗脫回收吸附物質(zhì)再生恢復樹脂交換能力離子交換技術(shù)的應用水處理軟化水、除鹽、純水制備食品工業(yè)果汁脫酸、糖液純化制藥工業(yè)抗生素純化、氨基酸分離冶金工業(yè)稀有金屬提取、廢水處理色譜分離技術(shù)概述1分離原理基于組分在固定相和流動相中分配系數(shù)差異2重要特點高選擇性、高分離度、高靈敏度3應用范圍分析、制備、純化和檢測色譜分離的基本原理1保留時間組分從進樣到檢出所需時間2理論塔板數(shù)衡量色譜柱分離效率3分離度相鄰組分峰的分離程度4分配系數(shù)組分在兩相中的濃度比氣相色譜流動相氮氣、氫氣或氦氣等載氣固定相毛細管柱或填充柱中的固定液檢測器FID、TCD、ECD、MS等液相色譜1常壓液相色譜利用毛細管力和重力2高效液相色譜高壓泵提供流動相動力3超高效液相色譜更高壓力，更小顆粒填料4超臨界流體色譜超臨界CO?作流動相離子色譜1分離機理基于離子交換和排阻效應2固定相離子交換樹脂或硅膠基質(zhì)3流動相緩沖液或弱酸/堿溶液4應用無機離子和小分子有機酸分析凝膠色譜原理基于分子大小分離1固定相多孔凝膠顆粒2應用大分子和聚合物分析3優(yōu)勢溫和條件保持生物活性4色譜分離技術(shù)的應用藥物分析純度檢測、雜質(zhì)鑒定環(huán)境監(jiān)測水質(zhì)、空氣污染物檢測食品安全農(nóng)藥殘留、添加劑分析電泳分離技術(shù)凝膠電泳DNA、蛋白質(zhì)分離鑒定毛細管電泳高效分離小樣品量等電聚焦根據(jù)蛋白質(zhì)等電點分離沉淀分離技術(shù)調(diào)節(jié)pH改變?nèi)芙舛仁鼓繕宋镂龀?加入沉淀劑形成難溶化合物2溫度變化利用溶解度溫度系數(shù)3共同離子利用共同離子效應4離心分離技術(shù)低速離心分離細胞、大顆粒高速離心分離細胞器、大分子超速離心分離蛋白質(zhì)、核酸密度梯度離心根據(jù)密度差精確分離新型分離技術(shù)展望分子印跡技術(shù)高選擇性識別特定分子磁性分離利用磁性微?？焖俜蛛x微流控分離微通道中實現(xiàn)高效分離等離子體分離利用帶電粒子運動特性分離技術(shù)的工業(yè)應用化工制藥石化食品環(huán)保分離技術(shù)在環(huán)境保護中的應用水處理膜過濾去除污染物廢氣處理吸附分離有害氣體土壤修復萃取分離重金屬資源回收從廢棄物中回收有價值組分分離技術(shù)的經(jīng)濟性分析30%能耗占比分離過程占化工能耗比例40%成本占比產(chǎn)品成本中分離環(huán)節(jié)占比25%投資占比工廠總投資中分離