化工分离工程试卷

一 、填空题（31*1）

1、化工分离过程按照被分离物系的性状可分为机械分离和传质分离，传质分离过程根据物理化学原理的不同可分为平衡分离和速率控制分离两大类。

2、吸附全过程包括外扩散、内扩散、吸附、脱附和反应等五个过程，影响吸附速率的主要因素是体系性质、操作条件和两相组成。

3、常用的极性吸附剂有硅胶、活性氧化铝、有机树脂等几种，非极性吸附剂主要有活性炭和炭分子筛，目前选择性最好的是吸附树脂。

4、离子交换树脂主要有强酸型阳离子交换树脂、弱酸型阳离子交换树脂、强碱型阴离子交换树脂、弱碱型阴离子交换树脂和复合型离子交换树脂等几类（按活性基团性质），大孔型的树脂主要是用于吸附和分离纯化。具有解盐能力的树脂是强碱型阴离子交换树脂和强酸型阳离子交换树脂。

5、进行反渗透的两个必要条件是压差和半透膜；而进行电渗析的两个必要条件是直流电场和离子交换膜。

6、超临界流体具有近似于液体的密度与溶解能力和近似于气体的粘度与扩散性能。

7,反渗透是利用反渗透膜选择性的只透过 溶剂 的性质，对溶液施加压力，克服 溶剂的渗透压 ，是一种用来浓缩溶液的膜分离过程。 8. 超滤是以压力差为推动力，按粒径不同 选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作。

9,分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程 ）的逆过程。 10,泡沫分离技术是根据（表面吸附）原理来实现的，而膜分离是根据（ 膜的选择渗透作用）原理来实现的。

11,新型的节能分离过程有（膜分离）、（吸附分离）。 12,分离剂可以是（能量）和（物质）。

13,超临界流体具有类似液体的（溶解能力）和类似气体的（扩散能力）。 14,常用吸附剂有（硅胶），（活性氧化铝），（活性炭）。

15,物理吸附一般为（多层）吸附。16,化学吸附一般为（单层）吸附。 17,化学吸附选择性（ 强 ）。 18,物理吸附选择性（ 不强 ）

19,吸附负荷曲线是以（距床层入口的距离）横坐标绘制而成。

20,吸附负荷曲线是以（吸附剂中吸附质的浓度）为纵坐标绘制而成。 21,吸附负荷曲线是分析（吸附剂 ）得到的。 22,透过曲线是以（时间）横坐标绘制而成。

23,透过曲线是以（流出物中吸附剂的浓度）为纵坐标绘制而成。 24,透过曲线是分析（流出物）得到的。

25,透过曲线与吸附负荷曲线是（镜面对称）相似关系。

26,膜组件的种类:折叠式组件,管式膜组件,板框式膜组件,螺旋卷式膜组件,毛细管式膜组件,中空纤维式. 膜组件：由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及容纳这些部件的容器构成的一个单元称为膜组件。

27,分子蒸馏设备:静止式分子蒸馏器,降膜式分子蒸馏设备,离心式分子蒸馏器,多级式分子蒸馏装置.

28,液膜分离法：液膜分离法又称液膜萃取法, 是一种以液膜为分离介质、以浓度差为推动力的膜分离操作。

29液膜组成：液膜通常由溶剂(水和有机溶剂)，表面活性剂(乳化剂)，添加剂(如载体)制成.

30，液膜分离的操作过程分为四个阶段：制备液膜，液膜萃取，澄清分离，破乳。 二、名词解释（3*5） 1,吸附平衡：吸附剂与流体充分接触后吸附剂中的吸附质浓度与流动相中吸附质的浓度均维持恒定,实质是吸附速率等于脱附速率.

2,离子交换剂：具有离子交换功能的物质称为离子交换剂。

3,交换容量：一般指单位质量的干树脂所能交换的离子的当量数或摩尔数。

4,反渗透：借助半透膜对溶液中溶质的截留作用，在高于溶液渗透压的压差的推动力下，使溶剂渗透通过半透膜，达到溶液脱盐的目的。

5,速率传质分离过程：依据被分离组分在均相中的传递速率差异而进行分离的。

6，平衡分离：依据被分离混合物各组分在不互溶的两相平衡分配组成不等的原理进行分离的过程。

7，吸附等温曲线：在一定温度下溶质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。

8，工作交换容量：指树脂在给定工作条件下实际可利用的交换能力。

9，超滤：通过膜的筛分作用将溶液中大于膜孔的大分子溶质截留，使这些溶质与溶剂及小分子组分分离的膜过程。

10，微滤：利用微孔膜孔径的大小，在压差为推动力下，将滤液中大于膜孔径的微粒，细菌以及悬浮物质等截留下来，达到除去滤液中微粒与澄清溶液的目的。

11，膜分离：利用膜的选择性透过的性能实现混合物不同组分的分离，纯化，浓缩的过程。 12，超临界流体：指物质处于其临界温度和临界压强以上而形成的一种特殊状态的流体。处于超临界状态时，气液两相性质非常接近。

13，分子蒸馏：又称短程蒸馏，是在高真空（一般为10的负四次方帕数量级）下进行的一种蒸馏过程。

14，超临界流体萃取：利用超临界条件下的流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的的一种化工新技术。

15，电渗析：指在直流电场作用下，溶液中的荷电离子选择性地定向迁移透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术。

16,萃取剂的选择性：加溶剂时的相对挥发度与未加溶剂时的相对挥发度的比值。

17,半透膜：能够让溶液中的一种或几种组分通过而其他组分不能通过的这种选择性膜叫半透膜。

18,分子运动自由程:一个分子在相邻两次分子碰撞之间所经过的路程.

19,分子平均运动自由程:在某时间间隔内自由程的平均值称为平均自由程. 20, 离子交换是应用离子交换剂（最常见的是离子交换树脂）分离含电解质的液体混合物的过程。

三、简答题（24）

1、离子交换树脂对离子的选择性如何？

离子交换树脂对溶液中的不同离子有不同的亲和力,对它们的吸附有选择性,各种离子受树脂交换吸附作用的强弱程度有一般的规律.

离子的水化半径:离子在水溶液中通常发生水化作用,离子在水溶液中的实际大小以水化半径来表示,水化半径越小的离子越易被交换.

离子的化合价:离子的化合价越高,其与树脂的亲和力越强,越易被树脂交换.

同价离子的亲和力与其水合离子半径成反比.若浓度增高,树脂对不同离子的选择性差别变大.

是离子交换树脂对不同反离子亲和力强弱的反映,与树脂亲和力强的离子选择性高, 在树脂上的相对含量高,可取代树脂上亲和力弱的离子。 在室温、低浓度水溶液中，选择性顺序为：

? 一般高价离子优先于单价离子；

? 对等价离子，一般原子序数大的优先于原子序数小的（但H＋ 和OH- 比一般的单价

离子优先交换，属于例外）；

? 选择性一般随树脂交联度的增大而升高；

? 离子交换是可逆反应，遵循质量作用定律（离子交换平衡），所以高浓度亲和力弱的

离子可将低浓度亲和力强的离子交换出来。

2、反渗透与电渗析的分离条件有何不同？两种膜有何区别？ 动力不同,反渗透以压差为推动力,电渗析以电位差为推动力.

反渗透：借助半透膜对溶液中溶质的截留作用，在高于溶液渗透压的压差的推动力下，使溶剂渗透通过半透膜，达到溶液脱盐的目的。 电渗析：指在直流电场作用下，溶液中的荷电离子选择性地定向迁移透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术。

渗透膜是一种半透膜,膜孔径非常小,只能透过水分子而不能透过盐分子.电渗析所用的膜是离子交换膜,它是将水溶液中的带电组分的盐类与非带电组分的水分离. 3、液膜分离技术中液膜溶液的组成是什么，各组分分别起什么作用？

液膜通常由溶剂(水和有机溶剂)，表面活性剂(乳化剂)，添加剂(载体)制成.膜溶剂是构成膜的基体,含量为90%以上.表面活性剂是液膜的主要成分之一,不仅对液膜的稳定性起决定作用,而且对组分通过液膜的扩散速率和乳液的破乳,油相回用等都有显著影响.在液膜内加入载体,利用组分与载体间的可逆络合反应的选择性来促进传质过程.

5, 在固定床吸附过程中，什么是透过曲线？在什么情况下，吸附剂失去吸附能力需再生? 当流体通过固定床吸附器时，不同时间对应流出物浓度变化曲线为透过曲线。对应馏出物最大允许浓度时间为穿透点时间tb，到达穿透点时吸附剂失去吸附能力需再生。 6,表观吸附量等于零，表明溶质不被吸附对吗？ 不一定。表观吸附量只有在溶液是稀液、溶质吸附不明显时，才能代表实际的吸附量，因此 ，不能单纯用表观吸附量等于零看溶质是否被吸附与否。 7, 吸附剂的选择原则。

a.选择性高；b.比表面积；c.有一定的机械强度；d.有良好的化学稳定性和热稳定性。 8,吸附质被吸附剂吸附一脱附分哪几步？

a.外扩散组份穿过气膜或液膜 到固体表面；b.内扩散组份进入内孔道； c.吸附；d.脱附；e.内反扩散组份内孔道来到外表面； f.外反扩散组份穿孔过气膜或液膜到气相主体流。

9,吸附过程的优点。

a.选择性高；b.吸附速度快，过程进行的完全；c.常压压操作，操作费用与投资费用少。 10,吸附过程的缺点。

a.吸附溶量小、吸附剂用量大，设备比较庞大；b.吸附剂的运输、装料、卸料较困难；c.吸附剂不容易找到，吸附理论不完善。 11,分子蒸馏的特点,原理,应用.

特点:分子蒸馏具有蒸馏温度低,受热时间短,分离程度高的特点,

应用:特别适合热敏性,易氧化的活性物质,或高分子量,高沸点,高粘度物料的分离,浓缩,纯化.近年来在天然物质提取中的应用尤为突出.

原理:１.液体混合物沿加热板流动并被加热 ２.轻、重分子会逸出液面而进入气相 ３.由于轻、重分子的自由程不同 ４.轻分子达到冷凝板被冷凝排出;重分子达不到冷凝板沿混合液排出.

12,超临界萃取的影响因素,应用领域,限制.

影响超临界流体萃取的因素：1）萃取条件，包括压力、温度、时间、溶剂及流量等； 2）原料的性质，如颗粒大小、水分含量、组分的极性等； 3）萃取剂的种类。

? ①温度：温度有利于传质，但高温时极性物质溶解度下降，非极性物质溶解度升高②压力：压力越高，密度越大，溶解性越高，得率越高③夹带性：相似相容原理，可提高溶解度④CO2流量：流量越大，外扩散速率越快，残留越少⑤萃取时间：时间越长，得率越高，生产能力下降⑥原料颗粒度：越小，内扩散越快。

? 超临界流体萃取的应用：近20年来，超临界流体萃取技术已被用于石油、医药、食品、香料中许多特定组分的提取与分离，如咖啡豆中混除咖啡因、啤酒花中提取有效成分等；植物中提取生物活性物质，如药物、生物碱、香精香料、调味品、化妆用品等；鱼油中提取EPA和DHA等特定成分；植物脱挥发成分上的应用，有机水溶液的分离，含有机物的废水处理等。优点：产品品质好，杂志含量低，无溶剂残留。 ? 限制：超临界二氧化碳萃取的局限：

（1）对油溶性成分溶解能力较强而对水溶性成分溶解能力较低； （2）设备造价较高而导致产品成本中的设备折旧费比例过大； （3）更换产品时清洗设备较困难。

( 4 )条件苛刻，设备投入大，成本消耗高 13,超临界萃取的基本流程的主要部分是：

? 萃取段（溶质由原料转移至二氧化碳流体）

? 解析段（溶质和二氧化碳分离及不同溶质间的分离）

14, 超临界流体萃取过程一般分两步（以超临界C02为例）

（1）萃取

原料装入萃取釜，超临界C02从釜底进入,与被萃取物料充分接触,选择性溶解出被萃取物。

（2）分离

含被萃取物的C02经节流阀降到临界压力以下进入分离釜，被萃取物在C02中的溶解度随着压力的下降而急剧下降,因而在分离釜中析出，定期从底部放出，C02加压后循环使用。 15, 超临界CO2萃取柑橘香精油的设备流程示意图

超临界CO2萃取柑橘香精油的设备流程示意图

1.CO2储罐 2.高压泵 3.萃取釜 4，5，6.阀门 7，8，9.分离釜 10.回流阀

超临界萃取的操作方法和条件:超临界流体萃取可采用减压,汽化,冷却,加热,吸附,添加惰性气体等操作条件和条件.

16，影响液膜分离效果的因素。 1，液膜体系组成的影响；2，液膜工艺条件的影响（包括搅拌速度的影响和接触时间的影响）；3，料液的浓度和酸度影响；4，乳水比的影响；5，操作温度的影响。

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