《分离科学与技术》PPT课件.ppt

第一章绪论 一 分离科学及研究内容二 分离科学的重要性三 分离过程的本质四 分离方法的分类五 分离方法的评价六 分离技术的进展 Copyright 2012DalianPolytechnicUniversitySongJianguo 分离科学与技术 1 1分离科学及研究内容 分离的概念 分离的形式 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 纯化 组分离 得到性质相近的一族物质 单一分离 得到纯物质 相关概念 富集 增加目标组分浓度 缩小混合物体积 浓缩 单一分离 组分离 除去杂质 除去溶剂 所有溶质浓度都提高 分离科学 研究从混合物中利用纯化 浓缩或富集某种 或某类 物质的规律及应用 2 分离的目的 特点与内容 1 1分离科学及研究内容 分析样品前处理 确认目标物质的结构 除去有害物质 分离过程共有规律 分离方法 设备及应用 得到单一 或某类 物质 目的 内容 特点 种类多 目的不同 规模差异大 技术多样 1 2分离科学的重要性 略 1 3分离过程的本质 混合 熵 S 增加的过程 有时可自发进行 判断过程能否自发进行的依据 分离 熵 S 减少的过程 有时不能自发进行 总自由能 G 总自由能 G 降低的过程可自发进行 熵 1 4分离方法的分类 过滤 机械分离 沉降 离心 旋风 分离 静电除尘 蒸发 蒸馏 吸收 电泳 膜分离 离子交换 生物降解 反应萃取 吸收 结晶 溶剂萃取 色谱分离 分离剂 1 4分离方法的分类 按被分离物质的性质分 沉降 离心 旋风 分离 静电除尘 沉淀 离子交换 蒸馏 膜分离 溶剂萃取 色谱分离 物理分离 电泳 1 4分离方法的分类 溶剂萃取 按分离过程的本质 沉降 离心 旋风 分离 静电除尘 速度差分离 液体蒸馏 物理吸收 电泳 反应分离 膜分离 离子交换 生物降解 反应萃取 吸收 利用两相界面上的平衡 非均相系 利用化学反应 中和沉淀 平衡分离 过滤 电渗析 均相系 利用特殊梯度场 1 5分离方法的评价 1 回收率 R 被分离物实际回收量与理论回收总量之比 实际回收量 理论回收量 通常 常量组分 浓度 1 痕量组分 浓度 0 0001 R 99 R 90 回收因子 微量组分 0 0001 浓度 1 R 95 精馏 塔顶回收率 吸收 回收率 1 5分离方法的评价 2 分离因子 S 表征两种物质被分离的程度 RA 目标组分回收率 RB 共存组分回收率 共存组分 组成混合物的组分之一 两组分混合液精馏 相对挥发度 1 5分离方法的评价 液液萃取 选择性系数 3 富集倍数 目标组分回收率与基体组分回收率之比 基体组分 混合物中除去目标组分之外的所有组分 选择性系数 分配系数k 分离因子可以用摩尔分数 质量分数 摩尔流率 质量流率表示 例 100mL溶液中的溶质被富集到1mL溶液中 富集倍数为100 1 6分离技术的进展 1 变革传统分离方法 过程 形成的 超临界萃取 双水相萃取 液膜分离 萃取 膜分离 超滤 反渗透 气体渗透 2 基于材料科学发展而形成的分离技术 3 膜与传统分离方法相结合形成的 膜吸收 膜萃取 膜蒸馏 膜式燃料电池 色谱分离 吸附 分子蒸馏 第一章作业 请指出纯净水生产过程主要采用了哪几种分离方法 并说明这些分离方法分别依据被分离物质的哪些性质 其中哪些属于速度差分离法 请列举一个日常生活中你认为尚未很好解决的分离问题 如果这个分离问题得以解决 人们的日常生活质量将会明显改善 分离过程依据练习 实例分离方法依据除去澄清石灰水中的碳酸钙精馏溶解度随温度变化的差异用CCl4提取溴水中溴单质过滤在溶剂中溶解度的差异分离醋酸与乙醇混合液分液挥发度的差异分离汽油和水结晶互不相溶井盐 海盐 精制萃取物质在水中溶解度的不同 纯化实例 太空的庆祝酒会 航天员们喝的什么 国际空间站ECLSS废水循环利用系统 昨日咖啡 自己的 尿液 耗资大约2 5亿美元 水好贵 每升水11000美元 关于熵 熵表达的是什么 1850年 德国物理学家鲁道夫 克劳修斯任何一种能量在空间中分布的均匀程度能量分布得越均匀 熵就越大 熵增原理 绝热系统的熵永不减少在不可逆绝热过程中单调增大 熵判据 隔离系统中 判断一过程能否自发进行的依据 隔离系统中 实际发生的过程都是熵增加的过程 关于自由能 吉布斯自由能 G 在热力学过程中 系统减少的内能中可以转化为对外作功的部分 它衡量系统可对外输出的 有用能量 等温等压 G 0 过程自发 G 0 过程不自发 逆过程自发 G 0 达到平衡态 系统做有用功的能力度量 也就是系统过程自发性的度量 G H T S 约西亚 威拉德 吉布斯 JosiahWillardGibbs 课堂练习1 衡量分离过程的难易程度用表示 分离剂可以是或 有时也可以两种并用 分离因子 物质 能量 分离剂过程的特征是 A熵增过程 B熵不变过程 C熵减少过程 D自发过程 C 下列哪个不是机械分离过程 A重力沉降 B过滤 C离心分离 D吸收 D 当分离因子为 时表示组分A及B没有被分离 A S 1 B S 1 C S0 B 课堂练习1 分离过程的特点是 和 合成橡胶生产中 在反应液中产生一种蜡状副产物 其挥发性很小 可忽略不计 混合液相对挥发度 1 请指出下列三种分离操作对回收溶液是可行的 说明原因 并指出其他方法不适用的原因 种类多 A精馏 B蒸发 C过滤 B可行 混合液中有不挥发性组分 目的不同 规模差异大 技术多样