特殊精餾演示文稿當(dāng)前第1頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.1

恒沸精餾（共沸精餾）1.1.1恒沸現(xiàn)象對于非理想溶液，在汽化時出現(xiàn)氣液相組成相同的現(xiàn)象（在相圖中平衡線與對角線相交，此時

y=x）。xy當(dāng)前第2頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.1.2恒沸精餾基本原理（1）當(dāng)物料的α12≈1時，選擇加入一種恒沸劑，使α12增大；（2）該恒沸劑能與物料中的一個或多個組分形成恒沸物；（3）該恒沸物應(yīng)為物系的最低恒沸物或最高恒沸物。當(dāng)前第3頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.1.3恒沸精餾流程（1）變壓精餾：圖1-5，圖1-6。（2）二元非均相恒沸精餾：圖1-7。（3）三元非均相恒沸精餾：圖1-8。（4）二元均相恒沸精餾：圖1-9。當(dāng)前第4頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.1.4恒沸精餾參數(shù)計算

1.恒沸劑用量的確定圖解法——三角相圖SABFDP2.恒沸劑的加入位置由恒沸劑的揮發(fā)性大小（沸點(diǎn)高低）決定。原料F組成：單位進(jìn)料F中恒沸劑S的適宜用量：恒沸物D組成：xA=FB/ABxB=AF/ABS

=(PF/PS)FS/A

=AD/DSQQ’RR’當(dāng)前第5頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.1.5恒沸劑的選擇理想的恒沸劑應(yīng)具備以下性質(zhì)：（1）能與被分離組分形成最低或最高恒沸物；（2）恒沸劑容易分離和回收；（3）用量少，汽化潛熱低；（4）熱穩(wěn)定性好，不與其他組分起化學(xué)反應(yīng)；（5）無毒，無腐蝕性；（6）價廉易得。當(dāng)前第6頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.2

萃取精餾1.2.1特點(diǎn)（1）通過加入某種溶劑S(萃取劑)，使αS>α；

圖1-17(a)（2）所加溶劑不與被分離組分形成恒沸物；（3）所加溶劑的沸點(diǎn)比所有組分的沸點(diǎn)高。1.2.2基本流程

圖1-18A,BBASS圖1-19圖1-20當(dāng)前第7頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.2.3溶劑的選擇（1）能明顯改變原組分的相對揮發(fā)度；（2）溶劑沸點(diǎn)足夠高，不與原組分形成共沸物，溶劑易于回收。（3）溶劑與原組分有較大互溶性，溶劑流動性好。（4）良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。（5）安全無毒，無腐蝕性。（6）價廉，易得。當(dāng)前第8頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.2.4萃取精餾與恒沸精餾的區(qū)別（1）物質(zhì)媒介的作用原理不同：恒沸劑與被分離組分形成恒沸物，而萃取劑不形成恒沸物；（2）物質(zhì)媒介的加入量不同：恒沸劑的加入量受恒沸組成限制，而萃取劑的用量范圍較寬（xS=0.5~0.9）；（3）能耗不同：萃取精餾一般能耗較小；（4）物質(zhì)媒介進(jìn)塔位置不同：萃取劑要求在靠近塔頂部位加入，而恒沸劑則依據(jù)其揮發(fā)性大小（沸點(diǎn)高低）決定其加入位置。當(dāng)前第9頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.3

加鹽精餾1.3.1鹽效應(yīng)對氣液平衡的影響鹽效應(yīng)：改變?nèi)芤旱娜埸c(diǎn)沸點(diǎn)、溶解度、蒸汽壓、氣液相平衡等。圖1-26、圖1-27：加鹽對氣液平衡線的影響鹽濃度越高，鹽效應(yīng)越明顯1.3.2加鹽精餾流程（1）溶鹽精餾圖1-28溶鹽精餾的特點(diǎn)（2）加鹽萃取精餾圖1-30特點(diǎn)當(dāng)前第10頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.4

水蒸氣精餾

1.4.1塔釜蒸汽蒸餾

圖1-31

優(yōu)點(diǎn)

1.4.2塔釜內(nèi)水-有機(jī)溶液蒸餾適用于與水不互溶的高沸點(diǎn)混合物的分離，可降低體系的沸點(diǎn)。

圖1-32

水蒸氣精餾的應(yīng)用當(dāng)前第11頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.5

反應(yīng)精餾

1.5.1反應(yīng)-精餾

——以化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)精餾實例：利用活性金屬與芳香烴異構(gòu)體的選擇性反應(yīng)來精餾分離間二甲苯和對二甲苯圖1-331.5.2精餾-反應(yīng)

——以精餾促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)實例：乙酸乙酯的合成圖1-35當(dāng)前第12頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.6

分子蒸餾1.6.1基本原理利用不同分子的運(yùn)動平均自由程的差異來分離不同組分。平均自由程：一段時間內(nèi)的分子在兩次碰撞間的路程。圖1-36分子蒸餾的特點(diǎn)：1.操作溫度低于物料沸點(diǎn)2.壓強(qiáng)小3.受熱時間短當(dāng)前第13頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)第2章特殊萃取2.1化學(xué)萃取2.4雙水相萃取2.2超臨界萃取2.5凝膠萃取2.3液膜分離2.6反膠團(tuán)萃取當(dāng)前第14頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.2超臨界流體萃取2.2.1超臨界流體

1.定義超臨界流體臨界點(diǎn)升華線熔點(diǎn)線沸點(diǎn)線Tp2.性質(zhì)（表2-2）

密度接近液體，粘度接近氣體，擴(kuò)散系數(shù)介于二者之間。當(dāng)前第15頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.特點(diǎn)

傳質(zhì)速率高，溶解能力強(qiáng)，萃取平衡快。pρT1T2TcT3T1>T2>Tc>T3等溫線氣液共存區(qū)CO2的p~ρ圖③①②當(dāng)前第16頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.2.2超臨界萃取的基本原理和原則流程壓縮器壓縮升溫

T2→T1冷卻T1→T2

恒壓萃取超臨界流體萃取產(chǎn)物萃余物原料萃取器恒溫減壓溶劑分離溶劑補(bǔ)充溶劑分離器①②③當(dāng)前第17頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.2.3超臨界萃取的特點(diǎn)1.超臨界流體密度與液體相近，同時又具有近似于氣體的擴(kuò)散能力，比一般溶劑傳質(zhì)速率高，溶解能力強(qiáng)，萃取平衡快。2.超臨界萃取的控制參數(shù)主要是壓力和溫度，萃取過程操作容易控制。3.在接近臨界點(diǎn)處，溫度、壓力的微小變動都會使流體的溶解能力發(fā)生明顯改變，因此萃取后溶質(zhì)與溶劑易于分離。當(dāng)前第18頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.2.3超臨界萃取的特點(diǎn)4.超臨界萃取過程要求在高壓下進(jìn)行，設(shè)備投資費(fèi)用較高。5.超臨界狀態(tài)下物質(zhì)的非理想性較強(qiáng)，物性參數(shù)較缺乏，相平衡關(guān)系復(fù)雜，工藝設(shè)計難度較大。當(dāng)前第19頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.2.4超臨界萃取在工業(yè)上的應(yīng)用1.石油化工：渣油脫瀝青2.食品醫(yī)藥：咖啡豆脫除咖啡因可可豆中提取可可脂木漿廢液中提取香草醛從啤酒花、胡椒、肉豆蔻中提取有效成分3.環(huán)境保護(hù)：三廢處理當(dāng)前第20頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.3

液膜分離技術(shù)2.3.1基本原理和液膜形式三相體系：原料液→膜液→接受液具有平衡分離（萃取）特征，非典型的速率分離。1.乳狀液膜：由內(nèi)包相、膜相、連續(xù)相（外相）組成乳狀液滴。圖2-16（a）2.支撐液膜：由固體多孔支撐材料浸潤膜液而成。圖2-16（b）當(dāng)前第21頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.3.2液膜分離傳質(zhì)機(jī)理圖2-17：（1）選擇性滲透；（2）滴內(nèi)反應(yīng)；（3）液相反應(yīng)；（4）萃取和吸附。當(dāng)前第22頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.3.3液膜分離工藝流程1.間歇式2.連續(xù)式：圖2-23

以轉(zhuǎn)盤塔取代混合槽和沉降槽，進(jìn)行連續(xù)逆流接觸傳質(zhì)分離。內(nèi)相液膜液制乳混合原料液沉降破乳內(nèi)相液殘液（外相）當(dāng)前第23頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.3.4液膜分離影響因素

1.膜液的性質(zhì)：穩(wěn)定性：與內(nèi)外相不互溶；維持液膜不破裂（加表面活性劑）。對溶質(zhì)的選擇性（溶解性）：添加傳遞載體。傳質(zhì)速率：膜液的粘度（圖2-19）、擴(kuò)散系數(shù)；添加表面活性劑的影響（表2-5）。當(dāng)前第24頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.3.4液膜分離影響因素2.攪拌速度（1）制乳（2）混合槽：最佳轉(zhuǎn)速（圖2-21）。3.接觸時間4.料液濃度5.操作溫度當(dāng)前第25頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.4

膜萃取2.4.1膜萃取的優(yōu)點(diǎn)1.不需要兩相分散接觸2.對萃取劑的物性要求不高3.沒有返混和液泛影響4.可實現(xiàn)同級萃取反萃過程（圖2-36）當(dāng)前第26頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.5

雙水相萃取2.5.1雙水相現(xiàn)象2.5.2雙水相系統(tǒng)的類型

1.非離子型聚合物/非離子型聚合物/水

2.聚電解質(zhì)/非離子型聚合物/水

3.聚電解質(zhì)/聚電解質(zhì)/水

4.高聚物/無機(jī)鹽/水

5.高聚物/低分子量有機(jī)物/水當(dāng)前第27頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.5.3雙水相萃取原理在成相條件下，溶質(zhì)在兩水相間存在分配差異。體系總組成足夠大時，體系可分出上相與下相。2.5.4雙水相萃取的特點(diǎn)1.適用于生物大分子的分離2.可在非均相直接分離3.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便當(dāng)前第28頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)第3章吸附3.1概述3.4固定床吸附3.2吸附平衡3.5移動床吸附3.3吸附速率3.6模擬移動床當(dāng)前第29頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.1

概述3.1.1吸附過程

吸附：固體多孔物質(zhì)表面對流體物質(zhì)的作用

吸附劑(固相)吸附質(zhì)(氣或液相)解吸(脫附、再生)：吸附的逆過程吸附物理吸附化學(xué)吸附｛作用力：主要是范德華力可形成多分子層吸附｛可逆不可逆作用力：離子鍵、氫鍵、配位鍵作用力:共價鍵｝形成單分子層吸附當(dāng)前第30頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.1.2吸附劑固相吸附劑的性能要求：1.比表面積大；2.孔徑范圍窄；3.化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好；4.機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨損。

當(dāng)前第31頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)常用吸附劑：1.硅膠：比表面積800m2/g，孔徑10~400?2.活性氧化鋁：比表面積300m2/g，孔徑20~50?3.活性炭：比表面積300~1200m2/g，孔徑

10~1000?4.天然粘土：硅藻土、漂白土等。比表面積

~250m2/g5.合成樹脂：聚苯乙烯,聚丙烯胺,聚丙烯酸酯等。6.分子篩：比表面積600~1000m2/g，孔徑3~10?當(dāng)前第32頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.1.3吸附分離操作方式1.間歇式操作：固定床吸附攪拌槽吸附2.連續(xù)式操作：移動床吸附模擬移動床吸附當(dāng)前第33頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.1.4吸附分離技術(shù)特點(diǎn)（1）對吸附質(zhì)選擇性高，專一性強(qiáng)。（2）吸附平衡快。（3）操作條件溫和，能耗小。局限性：（1）吸附容量小。（2）固體吸附劑不利于裝填、輸送。3.1.5吸附分離技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用表3-1吸附分離的工業(yè)應(yīng)用實例當(dāng)前第34頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.2吸附平衡

相平衡：吸附相(固定相)與流體相(流動相)吸附等溫線圖3-1：吸附量w~吸附質(zhì)濃度c(或分壓p)wc優(yōu)惠型吸附等溫線線性吸附等溫線非優(yōu)惠型吸附等溫線當(dāng)前第35頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.2.1氣相單組份吸附平衡圖3-2：溫度T一定時，組分的氣相分壓p

p↗，則吸附量w↗；p一定時，T↗則w↘。3.2.2氣相兩組份吸附平衡圖3-4：氧氮混合氣吸附的三角形相圖在R點(diǎn)(流動相)與E點(diǎn)(固定相)上氧、氮的比例有差異，即相對吸附度α≠1。當(dāng)前第36頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.4

固定床吸附3.4.1固定床吸附器的操作特性

1.穿透曲線：

y0

yb

流出物組成

θ當(dāng)前第37頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.吸附負(fù)荷曲線θb——穿透點(diǎn)θbθb床層長度Lw當(dāng)前第38頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.吸附等溫線對吸附波的影響(a)優(yōu)惠吸附等溫線(b)線性吸附等溫線(c)非優(yōu)惠吸附等溫線c

——流動相中吸附質(zhì)濃度q

——吸附量z

——床層長度（吸附床利用率較高）當(dāng)前第39頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.4.2固定床吸附的特點(diǎn)1.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；2.床層裝填細(xì)密，吸附劑分布均勻；3.操作不連續(xù)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；4.處理能力小，生產(chǎn)效率低，吸附劑用量大。當(dāng)前第40頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.4.3吸附劑的再生1.高溫解吸：圖3-182.惰性介質(zhì)解吸：圖3-193.置換解吸：圖3-204.低壓解吸：圖3-21當(dāng)前第41頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.4.4固定床吸附流程：變溫吸附循環(huán)特點(diǎn)：低溫吸附，高溫再生。

1.雙器流程：圖3-26當(dāng)前第42頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.串聯(lián)流程：圖3-27可消除單個吸附器的未飽和區(qū)，提高床層利用率當(dāng)前第43頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.并聯(lián)流程：圖3-28當(dāng)前第44頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.4.5變溫吸附特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

1.利用再生氣體加熱床層，升溫速度快；

2.通過溫度調(diào)節(jié)吸附和再生，操控簡單；缺點(diǎn)：

3.再生過程較長；

4.熱量消耗較大。當(dāng)前第45頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.5

移動床吸附

1.特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：能克服固定床的缺點(diǎn)，可連續(xù)操作，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，吸附劑用量少。缺點(diǎn)：動力消耗大，吸附劑磨損嚴(yán)重，產(chǎn)品純度低。當(dāng)前第46頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.流程（1）以加熱方式解吸的氣體移動床吸附分離裝置當(dāng)前第47頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.流程（2）用解吸劑來解吸的液體移動床吸附分離過程（圖3-34）當(dāng)前第48頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.移動床吸附基本原理當(dāng)前第49頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.6

模擬移動床吸附1.特點(diǎn)：同時兼有固定床和移動床的優(yōu)點(diǎn)。2.應(yīng)用舉例：分離混合二甲苯石油C8餾分催化重整混合C8芳烴：乙基苯（136.19℃）鄰二甲苯（144.41℃）間二甲苯（139.10℃）對二甲苯（138.35℃）吸附分離對二甲苯當(dāng)前第50頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)3.操作原理

（圖3-35）當(dāng)前第51頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)旋轉(zhuǎn)閥（定子）A+BA+DB+DD246181239當(dāng)前第52頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)旋轉(zhuǎn)閥（轉(zhuǎn)子）361523當(dāng)前第53頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)第4章離子交換4.1離子交換樹脂4.3工藝過程與設(shè)備4.2基本原理4.4工業(yè)應(yīng)用當(dāng)前第54頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)4.1離子交換樹脂4.1.1種類（1）強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂（2）弱酸型陽離子交換樹脂（3）強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂（4）弱堿型陰離子交換樹脂當(dāng)前第55頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)4.1.2物理化學(xué)性質(zhì)（1）交聯(lián)度（2）粒度（3）親水性（4）密度（5）溶脹性（6）穩(wěn)定性（7）交換容量（8）選擇性當(dāng)前第56頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)4.2基本原理離子交換平衡｛化學(xué)平衡相平衡當(dāng)前第57頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)4.3離子交換工藝過程與設(shè)備4.3.1離子交換過程的化學(xué)基礎(chǔ)發(fā)生在交換基團(tuán)上的各種化學(xué)反應(yīng)，其本質(zhì)都屬于帶同性電荷的離子間的置換過程。（1）分解鹽的反應(yīng)（2）中和反應(yīng)（3）離子交換反應(yīng)當(dāng)前第58頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)4.3.2離子交換過程的基本步驟（1）交換：RB+A→RA+B（2）再生：RA+B→RB+A（3）清洗：洗去流動相中的A和B當(dāng)前第59頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)4.3.3典型工藝流程與吸附分離流程相似圖4-3：交換→再生圖4-4復(fù)床：兩種樹脂串聯(lián)圖4-5混合床：兩種樹脂混合當(dāng)前第60頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)4.3.4離子交換設(shè)備（1）攪拌槽：間歇式操作（2）固定床：間歇式（3）移動床：連續(xù)式移動床的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)前第61頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)4.3.5離子交換樹脂的選用1.離子交換樹脂的一般要求2.樹脂對使用pH值范圍的要求3.再生劑用量的影響4.溫度的影響5.重金屬離子的影響當(dāng)前第62頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)4.4工業(yè)應(yīng)用1.水處理2.糖液的凈化3.制藥工業(yè)4.廢水處理當(dāng)前第63頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)新型傳質(zhì)分離技術(shù)第二版蔣維鈞余立新編著化學(xué)工業(yè)出版社ISBN7-5025-7815-3當(dāng)前第64頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)分離過程的分類非均相混合物

——機(jī)械分離：沉降、過濾、篩分……均相混合物

——傳質(zhì)分離：平衡分離、速率分離當(dāng)前第65頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)平衡分離：借助能量或物質(zhì)媒介，使均相系統(tǒng)變成兩相，利用組分在兩相間平衡時分配系數(shù)的差異來實現(xiàn)分離。如：精餾、吸收、萃取、吸附、離子交換、色譜、結(jié)晶、泡沫分離等速率分離：在濃度差、壓力差、溫度差、電勢差等外力推動下，利用各組分?jǐn)U散（遷移）速率的差異來實現(xiàn)分離。如：膜分離、電泳等當(dāng)前第66頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)第6章膜分離6.1概述6.4電滲析6.2反滲透6.5氣體膜分離6.3超濾與微濾6.6滲透汽化當(dāng)前第67頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.1

概述

6.1.1膜分離技術(shù)的定義

利用膜的選擇透過性，以壓力差、濃度差或電位差為推動力，對多組分物系進(jìn)行分離的過程。

近幾十年來，膜分離技術(shù)已廣泛應(yīng)用于化工、輕工、食品、生物、醫(yī)藥、環(huán)保、水處理等多個領(lǐng)域。當(dāng)前第68頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.1.2膜分離技術(shù)發(fā)展史十八世紀(jì)，發(fā)現(xiàn)動物體膜的天然半透性；十九世紀(jì)，用某些天然材料制作半透膜；1918年Zsigmondy制成微孔濾膜，微濾技術(shù)誕生；50年代研制成功離子交換膜，電滲析實現(xiàn)工業(yè)化；1960年Loeb和Sourirajan研制成醋酸纖維素非對稱膜，反滲透和超濾技術(shù)得到廣泛應(yīng)用；1968年，Norman提出液膜分離技術(shù)；70年代Prism中空纖維膜問世，氣體分離技術(shù)誕生；80年代Heins發(fā)明阻力復(fù)合膜，氣體膜分離飛躍發(fā)展。當(dāng)前第69頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)

黎念之(NormanN.Li)院士是世界著名的美籍華裔科學(xué)家和發(fā)明家，膜科學(xué)與技術(shù)的奠基人之一，國際分離科學(xué)界及化工界的權(quán)威。他是美國國家工程院院士,中國科學(xué)院外籍院士,臺灣中央研究院院士。曾榮任美國政府阿波羅登月計劃項目科學(xué)顧問,北美洲膜學(xué)會主席,美國化工學(xué)會常務(wù)理事,美國化學(xué)會工業(yè)與工程部主席等職。他先后擔(dān)任過美國埃克森公司(Exxon)資深科學(xué)家,環(huán)球油品公司(UOP)分離科學(xué)與技術(shù)研究所所長,聯(lián)信公司技術(shù)研究院院長,現(xiàn)任美國恩理化學(xué)技術(shù)公司董事長兼總裁。當(dāng)前第70頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)在旅居美國的半個世紀(jì)里,黎念之院士在化工領(lǐng)域取得了卓越的成就。他發(fā)明了液體膜技術(shù),提出了高壓下氣體滲透高分子的理論,并在反滲透膜技術(shù)、表面化學(xué)及催化劑研究等方面都做出了卓越貢獻(xiàn)。他出版專著21部，發(fā)表論文100多篇,擁有美國專利45項。他的研究成果已在化工、石油化工、環(huán)境保護(hù)、資源再生利用、醫(yī)藥及生命科學(xué)等領(lǐng)域獲得了實際應(yīng)用。為表彰他在膜科學(xué)與技術(shù)、分離科學(xué)、化學(xué)工程等領(lǐng)域的開拓性的杰出貢獻(xiàn),他被授予了國際化工界的最高榮譽(yù)獎——珀金獎?wù)拢约捌渌拿绹ぁ⒒瘜W(xué)界幾乎全部最高榮譽(yù)獎。當(dāng)前第71頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)黎念之院士所獲得的榮譽(yù)獎：國際化工界最高獎：

珀金獎?wù)拢≒arkinMedal）——被譽(yù)稱為化工界的“諾貝爾”獎第六屆世界化工大會：終身成就獎美國化學(xué)會：

分離科學(xué)與技術(shù)獎美國化工學(xué)會：

化學(xué)工程研究獎

化學(xué)工程實踐獎

ErnestW.Thiel獎當(dāng)前第72頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)黎念之院士是公認(rèn)的國際化工界泰斗。他被許多著名大學(xué)、科學(xué)院、研究所、城市授予特聘教授、榮譽(yù)教授、榮譽(yù)博士、客座教授、研究中心名譽(yù)主任、榮譽(yù)市民、名譽(yù)顧問等榮譽(yù)頭銜(其中包括我國的中科院、清華大學(xué)、浙江大學(xué)等)，主持過60余次美國及國際的重大學(xué)術(shù)大會,擔(dān)任8種重要專業(yè)刊物的編委，應(yīng)邀在60余所大學(xué)、24所研究院所作過演講。美國的《紐約時報》,中國的《人民日報》《參考消息》,《光明日報》《科學(xué)時報》等均多次報道過他的成就，CCTV也于2004年7月對他作了專訪報道。當(dāng)前第73頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)黎念之院士是一位熱愛祖國,有強(qiáng)烈民族自尊心的華裔科學(xué)家，非常關(guān)心、支持中國科技事業(yè)的發(fā)展,力促中美兩國化工界及膜科技界的合作與交流。他得到了我國政府給予的很高榮譽(yù),曾受到胡錦濤,江澤民,溫家寶,朱镕基,李嵐清,錢其琛,盧嘉錫,宋健，路甬祥等中央領(lǐng)導(dǎo)接見,被選為中科院外籍院士，并被中國政府授予了外國專家“友誼獎”。當(dāng)前第74頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)黎念之院士對祖國的貢獻(xiàn)：▲二十多年來親自把自己發(fā)明的液膜技術(shù)及若干應(yīng)用成果介紹到國內(nèi)研究單位和大學(xué)，幫助培養(yǎng)出一批專家，使國內(nèi)在金屬萃取劑含酚、含鋅廢水處理方面取得若干可喜成果。▲近幾年來把反滲透復(fù)合膜技術(shù)等尖端技術(shù)引進(jìn)到國內(nèi),結(jié)束了反滲透復(fù)合膜完全依賴進(jìn)口的局面。▲力促中美兩國化工界的合作與交流，擴(kuò)大了中國化工界在國際上的影響。已經(jīng)召開了三屆中美雙邊會議，每屆他都被推舉為美方主席。▲將若干先進(jìn)的石化技術(shù)介紹到國內(nèi)石化企業(yè)。當(dāng)前第75頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)當(dāng)前第76頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)當(dāng)前第77頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)黎念之院士與夫人喬家瑜博士當(dāng)前第78頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.1.3膜分離技術(shù)的種類項目反滲透納濾超濾微濾膜類型非對稱膜或復(fù)合膜非對稱膜或復(fù)合膜非對稱膜微孔膜或核孔膜推動力壓力差2~10MPa壓力差0.5~2MPa壓力差0.1~0.5MPa壓力差10~200kPa分離機(jī)理膜表面的物化性能篩分與膜物化性質(zhì)篩分篩分截留組分0.1~1nm鹽類和小分子中等分子高價離子1~20nm大分子溶質(zhì)0.02~10μm粒子透過組分溶劑（水）溶劑小分子溶液溶液、氣體當(dāng)前第79頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)項目滲析電滲析氣體膜分離滲透汽化膜類型多孔膜離子交換膜復(fù)合膜、非對稱膜復(fù)合膜、非對稱膜推動力濃度差電位差壓力差濃度差、分壓差分離機(jī)理篩分、膜孔擴(kuò)散反離子遷移膜內(nèi)溶解和擴(kuò)散膜內(nèi)溶解和擴(kuò)散截留組分>0.01μm溶質(zhì)同離子、大離子較大組分不易溶解或難揮發(fā)組分透過組分小分子溶質(zhì)反離子、小離子氣體、較小組分易溶解或易揮發(fā)組分當(dāng)前第80頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.1.4膜分離技術(shù)的特點(diǎn)1.膜分離為常溫過程，能耗低，適合熱敏性物質(zhì)的分離；2.膜分離不需添加物質(zhì)媒介，不會引入新的污染源；3.膜分離的處理規(guī)模靈活，操作方式多樣，適應(yīng)性強(qiáng)，使用方便。當(dāng)前第81頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.1.5固膜的種類1.微孔膜：平均孔徑0.02~10μm，孔道曲折，膜厚50~250μm。2.均質(zhì)膜：膜薄，致密，擴(kuò)散系數(shù)小。3.非對稱膜：表面活性層+多孔支撐層。4.復(fù)合膜：致密活性層+多孔支撐層。5.離子交換膜：離子交換樹脂制成。當(dāng)前第82頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)醋酸纖維素膜的結(jié)構(gòu)示意圖99％表皮層，孔徑0.8－1nm過渡層，孔徑20nm多孔層，孔徑100－400nm1%當(dāng)前第83頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)當(dāng)前第84頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)顯微鏡下膜的照片當(dāng)前第85頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.1.6固膜的性能要求1.滲透通量大；2.分離效率高；截留率R=(c1-c2)/c1×100%3.化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性良好；4.機(jī)械強(qiáng)度高；5.抗衰減性能良好。當(dāng)前第86頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.1.7膜分離設(shè)備（膜組件）的種類6.1.7.1板框式膜器特點(diǎn)：組裝方便，清洗容易；但膜表面積小，造價高。當(dāng)前第87頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.1.7.2螺旋卷式膜器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，膜表面積大；但清洗難，膜面無法更換。當(dāng)前第88頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)密封密封密封螺旋卷式膜器一個膜葉結(jié)構(gòu)示意圖多孔透水材料膜，上下兩層當(dāng)前第89頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)膜葉透水網(wǎng)狀材料透過水濃水進(jìn)水螺旋卷式膜器組合示意圖當(dāng)前第90頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)膜組件的組裝示意圖進(jìn)水口耐壓容器連接器膜組件密封圈端蓋透過液濃縮液當(dāng)前第91頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)卷式膜器應(yīng)用于反滲透裝置當(dāng)前第92頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置的膜組件之間的連接當(dāng)前第93頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.1.7.3管式膜器當(dāng)前第94頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)中空纖維膜結(jié)構(gòu)單內(nèi)皮層雙皮層當(dāng)前第95頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)中空纖維膜器簡圖進(jìn)水濃水透過水多孔進(jìn)水管濃水出口淡水出口密封中空纖維膜外徑20－250μm壁厚5－25μm密封耐壓容器當(dāng)前第96頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)中空纖維超濾膜設(shè)備

當(dāng)前第97頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)中空纖維膜組件的特點(diǎn)：設(shè)備緊湊，單位體積膜表面積大。制造和安裝簡單，不需要支撐物。缺點(diǎn)是不能用于處理含有懸浮物的廢水，預(yù)處理必須經(jīng)過濾處理。難以更換破損的膜。當(dāng)前第98頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)反滲透過程原理半透膜開始時兩邊液面相同由于濃度差存在，所以水透過半透膜，使鹽水一側(cè)液面升高，產(chǎn)生滲透壓在鹽水側(cè)加壓，當(dāng)壓力超過滲透壓時，則水透過半透膜，即反滲透，實現(xiàn)凈化過程6.2

反滲透與納濾6.2.1反滲透過程原理當(dāng)前第99頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)反滲透過程的機(jī)理（1）優(yōu)先吸附－毛細(xì)管流理論

該理論把反滲透膜看作一種微細(xì)多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，它有選擇性吸附水分子而排斥溶質(zhì)分子的化學(xué)特性。當(dāng)水溶液同膜接觸時，膜表面優(yōu)先吸附水分子，在界面上形成一層不含溶質(zhì)的純水分子層，其厚度視界面性質(zhì)而異，或為單分子層或為多分子層。在外壓作用下，界面水層在膜孔內(nèi)產(chǎn)生毛細(xì)管流連續(xù)地透過膜。圖6-11當(dāng)前第100頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)（2）溶解-擴(kuò)散機(jī)理

溶劑與溶質(zhì)透過膜的機(jī)理是由于溶劑與溶質(zhì)在膜中的溶解，然后在化學(xué)位差的推動下，從膜的一側(cè)向另一側(cè)進(jìn)行擴(kuò)散，直至透過膜。當(dāng)前第101頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)（1）濃差極化現(xiàn)象料液主體濃度透過液濃度膜濃度邊界層膜表面濃度溶質(zhì)擴(kuò)散方向

反滲透過程的濃差極化J當(dāng)前第102頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)（2）濃差極化影響：①由于膜表面濃度升高使?jié)B透壓升高，過程有效推動力降低，滲透通量下降；②凝膠層的形成使膜透過阻力增大。（3）減輕影響的措施：①提高料液流速，增大料液湍動程度；②提高操作溫度；③定期清洗膜面。當(dāng)前第103頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)

反滲透過程的工藝流程一級一段連續(xù)式一級一段循環(huán)式一級多段連續(xù)式當(dāng)前第104頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)一級多段循環(huán)式二級五段連續(xù)式當(dāng)前第105頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.3

超濾與微濾超濾原理：篩分作用為主濃差極化影響滲透通量的因素（1）操作壓差（2）料液濃度（3）料液流速（4）溫度（5）截留液濃度（6）操作時間當(dāng)前第106頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.3.4滲透通量衰減的防治（1）對料液預(yù)處理過濾；乳化；酸調(diào)；絡(luò)合（2）定期清洗膜面6.3.5超濾流程間歇式與連續(xù)式；圖6-25；圖6-26

單段式與多段式；圖6-276.3.6應(yīng)用當(dāng)前第107頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.3.7與普通過濾的區(qū)別

（1）反滲透和超濾屬均相分離，分離物質(zhì)為分子離子水平(含膠體)；而過濾屬非均相分離，用于固相顆粒的分離。（2）反滲透和超濾是以膜孔起選擇滲透作用；而過濾則是靠濾餅起選擇透過作用。當(dāng)前第108頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.4

電滲析6.4.1電滲析過程原理電滲析是在直流電場的作用下，以電位差為推動力，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性(即陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過），從而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程。當(dāng)前第109頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)離子交換膜陽離子交換膜：R－SO3－陰離子交換膜：R－N+(CH3)3反離子遷移——

攜帶與膜相反電荷的離子能透過膜。因此，陽膜只允許陽離子通過，陰膜只允許陰離子通過。當(dāng)前第110頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)淡化液濃縮液電滲析過程原理圖++++++陽極－－－－－－陰極Cl-Na＋陽膜陽極室Cl-Cl-Cl-Na＋Na＋Cl-Na＋Na＋Cl-Cl-Na＋Na＋濃縮室淡化室濃縮室陰極室陰膜陽膜陰膜原液當(dāng)前第111頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)電極反應(yīng)：陽極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：當(dāng)前第112頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.4.2電滲析過程的影響因素及對策1.由膜的選擇性能不良引起的同性離子遷移：選用合適的膜材料2.由膜兩側(cè)離子濃度差引起的電解質(zhì)擴(kuò)散和水的滲透：提高料液流速；降低濃度差3.由于濃差極化使水分子電離發(fā)生電滲析：降低電流密度；增加料液湍動以減小邊界層厚度4.因濃差極化使水電離引起的CaCO3、Mg(OH)2沉淀：預(yù)處理除去料液中的Ca2+、Mg2+；定期清洗膜面5.由膜兩側(cè)壓力差引起的滲漏：調(diào)整料液流速,降低壓差當(dāng)前第113頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.4.3電滲析對膜的性能要求1.良好的選擇透過性(反離子遷移)；2.較小的膜電阻；3.良好的化學(xué)穩(wěn)定性，較高的機(jī)械強(qiáng)度；4.良好的抗?jié)B漏性能。當(dāng)前第114頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.4.4電滲析設(shè)備與流程1.電滲析器的構(gòu)造當(dāng)前第115頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)電滲析器的組裝當(dāng)前第116頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.電滲析流程一對正、負(fù)電極之間的膜堆稱為一級當(dāng)前第117頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.4.5電滲析的應(yīng)用1.水的純化2.造紙工業(yè)廢水處理3.電鍍廢液處理4.醫(yī)藥、食品的脫鹽當(dāng)前第118頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.5

氣體膜分離6.5.1基本原理利用氣體混合物中各組分在膜中滲透速率的不同使各組分分離的過程。基本原理：溶解——擴(kuò)散模型進(jìn)氣(加壓)滲透氣滲余氣當(dāng)前第119頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)1.在膜高壓側(cè)，氣體混合物中的滲透組分溶解

在膜的表面上；2.從膜的高壓側(cè)通過分子擴(kuò)散傳遞到膜低壓側(cè)3.在低壓側(cè)解吸到氣相。6.5.2氣體膜分離設(shè)備（1）中空纖維管式（2）卷式6.5.2氣體膜分離的應(yīng)用當(dāng)前第120頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.6

滲透汽化6.6.1基本原理利用膜與被分離液體混和物中各組份的親合力不同而有選擇地優(yōu)先吸附溶解某一組份，及各組份在膜中擴(kuò)散速度不同來達(dá)到分離的目的。當(dāng)前第121頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.6.2滲透汽化設(shè)備與流程圖6-49典型流程圖6-50三段式流程圖6-51間歇循環(huán)式6.6.3滲透汽化的應(yīng)用L進(jìn)料L滲余液V(接真空)當(dāng)前第122頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)6.7

滲析6.7.1基本原理以濃度差為推動力，利用不同溶質(zhì)透過膜的擴(kuò)散速度不同使溶質(zhì)分離。原液凈化液接受液透析液6.7.2應(yīng)用：血液透析當(dāng)前第123頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)第7章其他分離方法7.1泡沫吸附分離7.2熔液結(jié)晶分離7.3電泳分離當(dāng)前第124頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)7.1

泡沫吸附分離7.1.1基本原理

1.表面活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)例：十二烷基磺酸鈉疏水基團(tuán)親水集團(tuán)利用泡沫表面吸附作用，來富集表面活性物質(zhì)，或與表面活性物質(zhì)有親和作用的其它溶質(zhì)，以凈化液相主體的分離方法。SO3–當(dāng)前第125頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)

液相中的表面活性物質(zhì)能自發(fā)聚集到相界面上。界面作用：

降低表面張力當(dāng)前第126頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)2.氣泡膜與間隙液當(dāng)前第127頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)吹氣泡沫層液相在一個穩(wěn)定的泡沫層內(nèi)，各氣泡間隙液相互溝通，構(gòu)成一個連續(xù)的流動相。氣泡膜：吸附相間隙液：流動相當(dāng)前第128頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)7.1.2工藝方法與設(shè)備1.間歇式：浮選槽：圖7-12.連續(xù)式：泡沫分離塔：圖7-2

聯(lián)合式泡沫分離塔與精餾塔工作原理的對比：1）均采用兩相逆流多級平衡分離；2）均有回流，且全回流時分離效果最佳；3）氣相流率（鼓泡氣量）過大會導(dǎo)致挾帶液增多，降低分離效果；4）均存在內(nèi)回流現(xiàn)象。當(dāng)前第129頁\共有146頁\編于星期五\5點(diǎn)7.1.3泡沫