分离技术概论.pdf

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1、分离技术概论杨刚2017年10月一、分离科学及研究内容1.1什么是分离（separation）?分离是利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异，通过适当的装置或方法，使各组分分配至不同的空间区域或者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。（与时间相关的空间重新分布）通俗地讲分离就是利用理化性质的差异，将某种（或某类）物质从复杂的混合物中分离出来，使之以相对纯的形式存在。分离科学指研究从混合物中分离、富集或纯化某些组分以获得相对纯物质的规律及其应用的一门学科。2一、分离科学及研究内容•相关概念•纯化：除去杂质，使纯度提高（摩尔分数>0.9）•浓缩：除去溶剂，所

2、有溶质浓度都提高（0.1-0.9）•富集：增加目标组分浓度，缩小混合物体积（<0.1）•分离的形式•单一分离：得到纯物质•多组分相互分离---多次操作•特定组分分离---高选择性，难度大•组（族）分离：得到性质相近的一族物质•★组分离往往是单一分离的基础3一、分离科学及研究内容1.2分离特点1.对象物质种类繁多---天然、合成的2.目的各不相同---分析、制备3.规模差别很大---工业、实验室4.分离技术形形色色5.应用领域十分广泛4一、分离科学及研究内容1.3分离科学研究内容传统分离技术理论上更注重各种分离方法及其机理，手段上更注重分离所采用的材料和工艺过程。而现

3、代分离科学更注重研究被分离组分在空间移动和再分布的宏观和微观变化规律。分离过程中伴随着分离与混合（或定向迁移与扩散）、富集与稀释。分离科学实质上是研究如何将热力学第二定律所说的自发过程以相反方向进行到最大限度的科学。即如何给体系增加能量和降低体系的熵值以便增强分离效果。5一、分离科学及研究内容•用热力学原理讨论分离体系的功、能量和热的转换关系，以及物质输运的方向和限度；•用动力学原理研究各种分离过程的速度与效率；研究分离体系的化学平衡、相平衡和分配平衡。建立分离方法阐明方法原理了解分离效率优化分离条件6二、分离科学的重要性1.认识物质世界的必经之路----纯物质2.

4、各种分析技术的前提----样品前处理3.延伸分析方法的检出下限----富集和浓缩4.防止环境污染的有效工具----化工业“三废”5.其他科学发展的基础----物理、化学、环境、医学、生物、材料、化工、食品、等等6.提高人类的生活品质—纯净水、色拉油、精盐、各种方便服用的药剂等等7三、分离过程的本质分离过程分离剂（能量或物质）目标产物原料（混合物）分离装置残余物添加物料：吸收剂、溶剂、表面活性剂、离子交换剂、液膜、吸收物质等引进能量：电、热、磁、静压力、离心力等能够分离，物质的物理、化学、或生物学性质必有差异。三、分离过程的本质实例:1.蔗糖-水：溶解（自发混合），蒸

5、发制糖（分离，需做功）；2.油-水：溶解难，做功能混合乳化，放置油水自然分离；3.Fe3+、Ti4+的6M盐酸溶液混合均匀，该溶液与乙醚混合后分层，Fe3+被萃取到乙醚层。(CH)OHFeCl2524罗尼认为：分离过程要克服混合和稀释两个自发过程，因此分离过程必须做功（耗能）。三、分离过程的本质如何判断能否自发进行？无论混合、分离，是否自发进行，需看体系的自由能如何变化.分离过程一般是熵减小的过程，需要外界对体系做功。G势能熵RTln总iiG0势能包括各种相互作用。均相体系只存在浓度差，熵效应驱使体系自发混合形成均匀体系。非均相体系

6、除浓度差外，还存在相互作用（势能差），组分趋向分配在低势能相。四、分离方法的分类1.按分离方法的性质不同分为：物理分离法：离心、电磁分离等物理手段化学分离法：沉淀、萃取、色谱、选择性溶解等化学过程物理化学分离法：蒸馏、挥发、电泳、膜分离、区带熔融等物理化学性质差异四、分离方法的分类2.按分离过程的原理不同分为：过滤沉降能量机械分离离心分离非均相旋风分离电除尘蒸发能量+物质化工平衡分离蒸馏非均相吸收分离传质分离膜分离过程速度差分离电泳能量+物质渗析非均相/均相泡沫分离离子交换、反应萃取物质反应分离反应吸收、反应结晶非均相/均相生物降解四、分离方法的分类常见平衡分离方法

7、第一相第二相超临界气相液相固相流体相汽提、蒸气相升华、脱附发、蒸馏吸收、液－液萃区带熔融、液相超临界蒸馏取固相萃取流体吸吸附、结晶、吸固相收逆升华附超临界超临界流体萃取13流体相四、分离方法的分类速度差分离方法：能量种类化学机械能热能电能场能压力重力离心力分子超速离心质谱、电真空蒸馏旋风分离集尘沉降均匀热扩分离旋液分离空间气相散扩散电泳离心液相浮选超速离心磁力分离气体扩散气相多孔过滤集尘非均滤材匀空液相过滤过滤离心过滤间多孔凝胶渗透气体透过电泳透析膜固相汽化反渗透电渗析14四、分离方法的分类反应分离方法：反应体类型反应类型分离方法可逆或平衡离子交换、螯合交换、再