《分离技术》课件

分离技术课程目标和内容1掌握分离原理理解各种分离技术的基本物理化学原理2了解应用领域熟悉分离技术在工业生产中的实际应用3设备操作掌握主要分离设备的工作原理与操作方法实验技能分离技术的重要性工业生产科学研究环境保护产品纯化的关键步骤样品前处理必备技术污染物处理的核心方法分离技术的基本原理相平衡理论扩散传质物理特性差异基于不同组分在不同相中溶解度差异组分在界面间的迁移过程利用沸点、密度等物性差异实现分离分离技术的分类先进分离技术1膜分离、超临界萃取生物分离技术2电泳、色谱等化学分离技术3萃取、离子交换物理分离技术4蒸馏、过滤、沉降物理分离技术重力沉降利用密度差实现分离过滤通过多孔介质阻留颗粒离心分离离心力加速密度差分离沉淀改变条件使溶质析出化学分离技术萃取利用溶解度差异提取目标物蒸馏基于沸点差异实现气液分离结晶通过相变使溶质有序排列析出吸附组分选择性吸附于固体表面生物分离技术电泳1带电分子在电场中迁移速率不同层析2利用吸附性差异进行分离膜分离3通过半透膜筛分生物分子超速离心4分离体积小、密度接近的生物颗粒膜分离技术简介优点1能耗低、无相变、环保分离基础2选择性膜阻挡部分组分通过驱动力3压力、浓度、电位差膜分离的基本原理进料分离1混合物接触膜表面某些组分选择性透过2浓缩渗透43未透过组分浓度增加组分穿过膜孔道膜的类型和特性聚合物膜液膜成本低、易成型、化学稳定性好选择性高、传质速率快无机膜耐高温、耐溶剂、机械强度高微滤超滤1孔径范围

0.001-

0.1μm2操作压力

0.1-

0.5MPa3分离对象大分子、胶体、蛋白质4应用领域生物制药、食品工业、水处理纳滤孔径范围操作压力分离机理

0.001μm以下

0.5-

1.5MPa筛分效应与荷电效应结合反渗透原理克服自然渗透压力方向压力要求2-8MPa高压操作膜孔径

0.0001μm以下，拦截离子主要应用海水淡化、超纯水制备电渗析原理膜类型应用电场驱动离子通过选择性膜阳离子交换膜和阴离子交换膜交替排列海水淡化、废水处理、盐的纯化膜分离技术的应用水处理食品工业制药领域饮用水净化、废水回收乳品浓缩、果汁澄清抗生素提纯、蛋白质分离吸附分离技术概述定义溶质分子在固体表面富集的过程驱动力表面能最小化与分子间作用力特点选择性强、回收率高、能耗低关键因素吸附剂性质、操作条件、吸附质特性吸附剂的种类和特性吸附剂需具备高比表面积、适宜孔结构、选择性及再生性能吸附等温线平衡浓度朗缪尔模型弗罗因德利希模型吸附动力学外部传质1吸附质从液相扩散至吸附剂表面内部扩散2在吸附剂孔道内扩散表面反应3吸附质与活性位点结合达到平衡4吸附速率等于解吸速率吸附床设计固定床移动床12操作简单，常用于批处理连续操作，吸附剂循环使用脉冲床流化床适合快速循环吸附-解吸过程43传质效率高，压降小吸附分离技术的应用水处理气体净化糖液脱色活性炭去除有机物和异分子筛分离空气组分离子交换树脂去除色素味贵金属回收活性炭吸附金、银等贵金属萃取分离技术原理定义理论基础影响因素利用溶质在两互不相溶液相中分配系数奈恩斯特分配定律温度、pH值、盐效应、协同萃取剂差异萃取剂的选择1溶解能力2选择性对目标组分有高分配系数对目标物与杂质有良好分离因子3密度差异4安全环保与水相有足够密度差便于分层低毒性、低挥发性、可回收液液萃取-反萃分层从有机相回收溶质传质两相分离混合溶质迁移至有机相两相充分接触超临界流体萃取脱咖啡因天然产物环境分析超临界CO2萃取咖啡因提取植物精油和活性成从土壤中提取有机污染分物萃取设备混合澄清器喷雾塔脉冲萃取塔结构简单，分离效率低连续操作，传质效率一般机械搅动，提高传质效率萃取分离技术的应用石油化工金属冶炼2芳烃与烷烃分离1稀有金属提取分离制药工业抗生素纯化35环境工程食品工业废水中污染物去除4天然色素提取蒸馏分离技术基础基本原理1利用组分沸点差异气液平衡2遵循拉乌尔定律和道尔顿定律理想溶液3相图与操作线分析简单蒸馏加热混合物温度升至沸点气化低沸点组分优先气化冷凝蒸气冷却液化收集获得富集低沸点组分的馏分精馏塔板提供气液接触面积回流提高分离度填料增加传质效率分子蒸馏原理在高真空下利用分子平均自由程差异特点超低操作温度，避免热敏物质分解设备刮膜式、离心式分子蒸馏器应用维生素提取、精油纯化、高分子材料分离共沸蒸馏A组分摩尔分数温度°C蒸馏设备蒸馏设备从实验室小型玻璃装置到工业大型塔器蒸馏分离技术的应用石油分馏酒精生产香精制备原油分离为各种馏分发酵液提纯浓缩精油分离提纯海水淡化多效蒸馏制淡水结晶分离技术原理原理过饱和晶体生长溶液冷却或蒸发使溶质析出成晶体溶质浓度超过平衡溶解度核形成与晶体长大过程结晶动力学形核1溶质分子聚集形成晶核晶体生长2晶核长大成宏观晶体二次晶种3已有晶体碰撞破碎产生新晶核团聚4小晶体聚集成大颗粒结晶器设计间歇结晶器连续结晶器导流管结晶器操作灵活，适合小批量生产生产能力大，稳定性好混合均匀，晶体粒度分布窄结晶分离技术的应用1制糖工业蔗糖结晶2制药工业药物纯化与精制3盐化工无机盐生产4材料制备高纯材料制备离子交换技术原理交换基团离子交换1树脂上固定的活性官能团水相离子与树脂上离子交换2再生吸附43强酸/碱洗脱，恢复树脂活性目标离子被树脂固定离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂螯合树脂含-SO₃H或-COOH基团含-NH₃OH或季铵基含特定金属配位基团离子交换过程装柱树脂装入交换柱交换溶液通过树脂床洗涤除去机械夹带物洗脱回收吸附物质再生恢复树脂交换能力离子交换技术的应用水处理软化水、除盐、纯水制备食品工业果汁脱酸、糖液纯化制药工业抗生素纯化、氨基酸分离冶金工业稀有金属提取、废水处理色谱分离技术概述分离原理1基于组分在固定相和流动相中分配系数差异重要特点2高选择性、高分离度、高灵敏度应用范围3分析、制备、纯化和检测色谱分离的基本原理1保留时间组分从进样到检出所需时间2理论塔板数衡量色谱柱分离效率3分离度相邻组分峰的分离程度4分配系数组分在两相中的浓度比气相色谱流动相固定相检测器氮气、氢气或氦气等载气毛细管柱或填充柱中的固定液FID、TCD、ECD、MS等液相色谱常压液相色谱1利用毛细管力和重力高效液相色谱2高压泵提供流动相动力超高效液相色谱3更高压力，更小颗粒填料超临界流体色谱4超临界CO₂作流动相离子色谱1分离机理基于离子交换和排阻效应2固定相离子交换树脂或硅胶基质3流动相缓冲液或弱酸/碱溶液4应用无机离子和小分子有机酸分析凝胶色谱原理固定相12基于分子大小分离多孔凝胶颗粒优势应用温和条件保持生物活性大分子和聚合物分析43色谱分离技术的应用药物分析环境监测食品安全纯度检测、杂质鉴定水质、空气污染物检测农药残留、添加剂分析电泳分离技术等电聚焦根据蛋白质等电点分离凝胶电泳DNA、蛋白质分离鉴定毛细管电泳高效分离小样品量沉淀分离技术调节pH加入沉淀剂1改变溶解度使目标物析出形成难溶化合物2共同离子温度变化43利用共同离子效应利用溶解度温度系数离心分离技术低速离心分离细胞、大颗粒高速离心分离细胞器、大分子超速离心分离蛋白质、核酸密度梯度离心根据密度差精确分离新型分离技术展望分子印迹技术磁性分离微流控分离高选择性识别特定分子利用磁性微粒快速分离微通道中实现高效分离等离子体分离利用带电粒子运动特性分离技术的工业应用化工制药石化食品环保分离技术在环境保护中的应用水处理膜过滤去除污染物废气处理吸附分离有害气体土壤修复萃取分离重金属资源回收从废弃物中回收有价值组分分离技术的经济性分析30%能耗占比分离过程占化工能耗比例40%成本占比产品成本中分离环节占比25%投资占比工厂总投资中分离设备占比15%节能潜力采用新技术可节能比例课程总结创新应用1跨学科融合与新兴领域探索综合设计2分离工艺系统化与集成优化原理掌握3各类分离技术的理论基础基础知识4热力学、传质学和动力学基础未来发展方向1绿色分离2智能控制低能耗、无污染新技术开发AI与大数据优化分离过程3微型化4高选择性微型分离设备与即时分析分子级精确分离技术。