制药分离工程习题册.pdf

第第 1 1 章章绪论绪论1-1 分离技术在制药过程中的任务和作用是什么？1-2 与化工分离过程相比，制药分离过程有哪些特点？1-3 试说明化学合成制药、生物制药和中药制药三种制药过程各自常用的分离技术以及各有什么特点。1-4 根据过程的原理，分离过程共分为几大类？1-5 分离过程所基于的被分离物质的分子特性差异、以及热力学和传递特性包括哪些？1-6 针对分离任务，决定选用哪一种分离技术时需考虑的主要因素有哪些？1-7 试按照过程放大从易到难的顺序，列出常用的8 种分离技术。1-8 结晶、膜分离和吸附三种分离技术中，最容易放大的是哪一种？最不容易放大的又是哪一种？1-9 吸附、膜分离和离子交换三种分离技术中，技术成熟度最高的是哪一种？最低的又是哪一种？1-10 试说明选择分离方法的步骤。第第 2 2 章章精馏技术精馏技术2-1 精馏技术在制药过程中主要应用于哪些方面？2-2 为什么制药过程中主要采用间歇精馏方式？2-3 与连续精馏相比，间歇精馏有哪些优点？2-4 试分析简单蒸馏和精馏的相同点和不同点，并说明各自的适用场合。2-5 什么是间歇精馏的一次收率和总收率？这两个值在什么情况下相等？2-6 试比较间歇共沸精馏和间歇萃取精馏的优缺点。2-7 试比较萃取精馏和加盐精馏的优缺点。2-8 试说明间歇变压精馏的操作方法。2-9 为什么塔顶存液量的增大会使间歇精馏的操作时间变长？2-10 试说明间歇精馏操作过程中塔顶温度和塔釜温度的变化规律。2-11 水蒸汽蒸馏的应用条件是什么？2-12 已知某理想气体的分子直径为910-9 米，试求操作压力为 1 帕，操作温度为 100时，该物质在平衡条件下的分子平均自由程？2-13 求水在 100进行分子蒸馏时，理想情况下的蒸发速率。2-14 由理论塔板数为 20 的间歇精馏塔分离二组元混合物，轻组分A 含量 48.6%（摩尔百分数），重组分 B 含量 51.4%。采用恒回流比操作，回流比为9.8。组分 A 和组分B 的相对挥发度为 1.2。（1）若初始投料浓度为75%，试计算当馏出总量为初始总投料量的90%时的产品平均浓度；（2）若处始总投料量为100 摩尔，塔釜蒸发速率为100 摩尔/小时，试计算完成上述操作所需的时间。2-15 氯苯和水的蒸气压如下表所示蒸气压(kN/m2)13.3 6.7 4.0 2.7(mmHg)100 50 30 20温度(K)氯苯 343.6 326.9 315.9 307.7水 324.9 311.7 303.1 295.7进行水蒸汽蒸馏的操作压力为18kN/m2，水蒸汽持续输入釜内。如果釜内始终存在液态水，试计算釜内液相的组成和蒸发温度。2-16 一间歇精馏塔经无数批次重复操作，达到“拟稳定状态”，其每批新鲜投料为 95kmol，原料组成为 A（甲醇）29.95%（摩尔百分数）、B（乙醇）31.21%、C（丙醇）38.84%，各组分的产品和相应的过渡馏分的量和组成如下表所示：馏馏分分量量产产品品或或过过渡渡馏馏分分(kmol)(kmol)25251010202010103030A A999935351 10 00 0B B1 16565989830301 1C C0 00 01 170709999组组成成（mol%mol%）试计算各产品的一次收率和总收率。第第 3 3 章章萃取分离萃取分离3-1 固-液浸取与液-液萃取各有何特点？它们在操作过程中的影响因素有何相同与不同点？3-2试结合固液提取速率公式说明提高固液提取速率的措施应包括哪些？并说明浸取的总传质系数公式中各项的物理意义。3-3 试根据索氏提取法工艺流程图写出应用该法进行中药提取的操作步骤。3-4 在液-液萃取过程，选择萃取剂的理论依据和基本原则有哪些？3-5 试说明单级液-液萃取图解法三角相图中各点的物理意义。3-6 试比较液-液萃取和萃取精馏的相同点和不同点，并说明两者的适用场合。3-7 比较多级逆流萃取和多级错流萃取，说明两种操作方式各自的优缺点。3-8 简述超临界流体的特性，从能量利用观点分析超临界萃取-分离的几种模式。3-9 试根据超临界流体萃取的工艺流程图写出过程的操作步骤。3-10 试结合夹带剂的作用机理说明使用夹带剂的超临界萃取的优点和不足。3-11 溶质在超临界流体中溶解度的计算的理论依据及方法有哪些？3-12 超临界流体从固体（如中草药）中萃取有效成分的传质过程中一般应经过哪些步骤？试比较植物药的浸取过程并说明异同处。3-13 结合超临界二氧化碳的特性说明超临界二氧化碳萃取技术优势与局限性。3-14 试比较水蒸气蒸馏和超临界流体萃取用于中药有效成分提取时各自的优缺点。3-15 分别说明超声波协助浸取、微波协助浸取、反胶束萃取、双水相的基本原理和特点？举例说明它们在制药领域中的适用范围？第第 4 4 章章结晶过程结晶过程4-1结晶技术的特点是什么？适合分离哪些混合物？4-2什么是溶解度？如何根据溶解度曲线选择结晶工艺？4-3简要说明精馏和结晶耦合工艺的优势？4-4饱和氯化钾溶液，从360K 降温至 290K，如果溶液的密度为1200kg/m3，且氯化钾溶液的溶解度在 360K 是为 53.55，290K 时为 34.5，计算：所需要的能量所得的晶体量，忽视水的蒸发4-510 吨含有 0.3kgNa2CO3/kg 的溶液缓慢降温至 293K，结晶出Na2CO310H2O，那么如果当 Na2CO3 在 293K 时的浓度为：21.5kg/100kg 水、且蒸发的损失量为 3%时的产量为多少？4-61kmolMgSO47H2O 在 291K 时在大量水中等温溶解，吸收热量为 13.3MJ，问单位质量盐的结晶热。4-71500kg的氯化钾溶液，从360K冷却到290K，如果KCl的溶解度分别为53、34kg/100kg，且忽略水的蒸发量，问结晶的产率。4-8哪些因素对晶体的成长有利？4-9如何说明在结晶工程中存在着晶核的生成和晶体的成长两个子过程？4-10 一般的传递过程都希望有较大的推动力，结晶过程是否也是如此？为什么？4-11 何为稳定区、介稳区和不稳区？各有何特点？实际的工业结晶过程需控制在哪个区域内进行？结晶过程的推动力是什么？4-12简述晶体成长的扩散理论。第第 5 5 章章非均相分离非均相分离5-1什么叫非均相系？非均相系分离操作通常有哪几种方式？5-2过滤操作的操作原理是什么？影响过滤操作的因素有哪些？5-3根据过滤的推动力不同，过滤操作可分为哪几种？它们各自受到哪些条件的限制？5-4制药工业中常用的液固非均相过滤设备有哪些？试简述它们的结构、特点及操作过程。5-5什么叫做离心分离因数？写出它的计算式。5-6旋风分离器的工作原理是什么？5-7离心机有哪些类型？5-8离心沉淀与离心过滤有什么不同？5-9已知颗粒尺寸为 510-6m。密度为S=2640kg/m3,试求该颗粒在密度为 1000kg/m3，黏度为 10-3kg/（ms）的水中的重力沉降速度Vg（m/s）？若处于分离因子 F=1000、转鼓直径为 1000mm 的离心场中，试问该颗粒从自由液面半径R=350mm 沉降到转鼓壁共需多少时间（s）？5-10 某离心机转鼓直径为 800mm，转速为 1450r/min，试求其最大分离因素？5-11 求下列各种形状尺寸的固定颗粒在30C、常压下空气中的自由沉降速度，已知固体颗粒为 2670kg/m3：直径为 50um 的球形颗粒；直径为 1mm 的球形颗粒。5-12一直径为 0.1cm，密度为2500kg/m3 的玻璃球，在20C 水中沉降，试求其沉降速度。5-13含有质量分率为 13.9%CaCO3 粉末水悬浮液，用板框压滤机在20C 下进行过滤，过滤面积为 0.1m2，实验过滤数据列表如下，试求过滤常数K 与 qe，下表中表压即压差。表表压压p/Np/N m-2m-23.431043.43104滤滤液液量量过过滤滤时时间间V/dm3V/dm32.922.927.807.80t/st/s146146888888表表压压p/Np/N m-2m-210.310410.3104滤滤液液量量V/dm3V/dm32.452.459.809.80过过滤滤时时间间t/st/s50506606605-14用一台板框压滤机过滤CaCO3 粉末悬浮液，在表压 10.3104N/m2、20C 条件下过滤3h 得 6m3 滤液，所用过滤介质与上题相同，试求所需的过滤面积。K=1.5710-6m2/s，qe=3.7210-2m3/m2第第 6 6 章章吸附过程吸附过程6-1 吸附作用机理是什么？6-2 吸附法有几种？各自有何特点？6-3 大孔网状聚合物吸附与活性炭吸附剂相比有何优缺点？6-4 影响吸附过程的因素有那些？6-5 已知 80g 的活性炭最多能吸附 0.78 mol 腺苷三磷酸（ATP），这种吸附过程符合兰缪尔等温线。其中 b=1.910E5 mol/L,请问在 1.2L 的料液浓度为多少时才能使活性炭吸附能力达90%?6-6 气体在固体上的物理吸附一般都是热过程？6-7 物理吸附与化学吸附的主要区别？6-8 选择题1.下列关于吸附过程的描述哪一个不正确（）。(A)很早就被人们认识，但没有工业化(B)可以分离气体混合物(C)不能分离液体混合物(D)是传质过程2.下列关于吸附剂的描述哪一个不正确（）。(A)分子筛可作为吸附剂(B)多孔性的固体(C)外表面积比内表面积大(D)吸附容量有限3.易吸收组分主要在塔的什么位置被吸收（）。(A)塔顶板(B)进料板(C)塔底板(D)不确定4.吸附等温线是指不同温度下哪一个参数与吸附质分压或浓度的关系曲线。（）。(A)平衡吸附量(B)吸附量(C)满吸附量(D)最大吸附量5.液相双分子吸附中，U 型吸附是指在吸附过程中吸附剂（）。(A)始终优先吸附一个组分的曲线(B)溶质和溶剂吸附量相当的情况(C)溶质先吸附，溶剂后吸附(D)溶剂先吸附，溶质后吸附6-9 直径为 15nm 密度为 2290kg/m3 的球形颗粒被压缩，77K 时氮的吸附数据如表，求其表面积和几何面积。77K 时液体氮的密度为 808 kg/m3P/P00.10.20.30.40.50.60.70.80.9m3 liq N2*106/kg solid66.775.283.993.4108.4130.0150.2202.0348.06-10一立方米的丙酮与空气的混合物，温度为 303K，压力为 1par，丙酮的相对饱和度为40%，问用多少活性炭吸附到 5%？如果实际应用 1.6kg 的活性炭，那么在温度不变的情况下，饱和度是怎样变化的。303K 时的吸附平衡数据为：丙丙酮酮分分压压丙丙 酮酮kg/kg/活活 性性 炭炭0 00.140.140.190.190.270.270.310.310.350.350 05 51010303050509090kgkg6-11含有 0.03 kmol/m3 脂肪酸的溶液通过活性炭吸附，在等温操作情况下，保持液体与固体间的平衡，当液体流速为 1*10-4m3/s，一小时后，计算直径为 0.15m 的床的长度。床位自由吸附，空间间隙为0.4，应用平衡理论、固定床原理获得三个等温方程：（a）CS=10C（b）CS=3.0C0.3（c）CS=104C2第第 7 7 章章离子交换离子交换7-1何谓离子交换法?一般可分为那几种?7-2离子交换树脂的结构、组成？按活性基团不同可分为那几大类？7-3离子交换树脂的命名法则是什么？7-4离子交换树脂有那些理化性能指标？7-5大孔径离子交换树脂有那些特点？7-6pH 值是如何影响离子交换分离的？7-7各类离子交换树脂的洗涤、再生条件是什么？7-8软水、去离子水的制备工艺路线？7-9对生物大分子物质，离子交换剂是如何选择的？第第 8 8 章章色谱分离色谱分离8-1色谱分离技术有何特点，适用于哪些产品的生产过程？8-2Van Deemter 方程是如何对色谱分离效率进行解释的？如何确定最佳色谱移动相流速？8-3按移动相特点，色谱可以划分为哪两类？8-4毛细管色谱柱与一般填充柱相比具有哪些优点？8-5如何认识色谱分离技术工业应用过程中的关键技术问题。8-6最具工业应用价值的色谱技术有哪些?。8-7如何理解动态轴向压缩色谱技术的重要性?8-8模拟移动床色谱技术的特点及其意义是什么?8-9说明灌注色谱分离法的优势。8-10 说明影响色谱分离效率的参数。8-11 举例说明制备性色谱在工业生产中的应用。8-12 某二组分混合物在 1m 长的柱子上初试分离，所得分离度为 1，若通过增加柱长使分离度增大到 1.5，问：（1）柱长应变为多少？（2）有无变化？为什么？8-13 组分 1 和组分 2 在柱上的保留时间分别为120s 和 150s，谱带宽度分别为0.5cm和 1cm，求其分离度 Rs。8-14 某二组分混合物在 2m 柱上的初试分离，分离度为1.5，若通过增加柱长使分离度增为2.0，问：（1）柱长增加多长？（2）有无变化，为什么？第第 9 9 章章膜分离膜分离9-1膜分离技术的特点是什么？9-2什么是浓差极化？它对膜分离过程有什么影响？9-3用反渗透过程处理溶质浓度为3%（质量比）的溶液，渗透液含溶质为0.15ml/L（1ppm=10-6）.计算截留率。9-4用膜分离空气（养 20%，氮 80%），渗透物氧浓度为 75%，计算截留率。9-5现有 A、B 两种未知膜，为区别这两种膜的种类，在一个测试池中进行纯水通量测量。池面积为 50cm2，操作条件为 0.3MPa 和 20C。膜 A：在 80min 内收集到水量为 12ml。膜 B：在 30min 内收集到 125ml 水。分别计算水渗透系数。9-6在不同压力下测量直径为 7.5cm 的膜的纯水通量，得到以下结果：p/MPap/MPa0.50.51.01.01.51.52.02.02.52.5通通量量103103202202287287386386501501/ml/ml h-1h-1利用作图法求水渗透系数。9-725C 下通过聚酰亚胺 UF 膜的纯乙醇通量为 1.2ml/（m2hPa），计算甲苯通量。已知乙醇和甲苯的黏度分别为1.1310-8Pas 和 0.5810-8Pas。9-8血浆取出法是将血浆与血细胞分离的方法。对水渗透系数为3.0ml/（m2Pa）的膜计算渗透压和 20kPa 下的水通量。已知血液还有相当于0.9%（质量）的 NaCl。9-9用一个 Amico 测试池来浓缩浓度为 2.5%的蛋白溶液。池直径为 10cm，搅拌速度为3500r/min。扩散系数 D=610-11m2/s。黏度和密度与水相同。计算传质系数以及极限通量条件下压力为 0.5MPa 时的通量（凝胶浓度 Cg=45%）。9-10用一单级 RO 单元由半咸水生产饮用水。原料含盐（NaCl）3ml/L，要求产品水中 NaCl含量必须小于 0.2ml/L，处理量为 10m3/h(截留率和通量是用 3ml/L 的 NaCl 溶液在 2.8MPa下测定的)，有以下四种膜器可供选择：膜膜A AB BC C截截留留率率90%90%95%95%97%97%每每个个膜膜器器的的通通量量480L/h480L/h320L/h320L/h200L/h200L/hD D98%98%80L/h80L/h设计一单程系统使膜面积最小而且回收率达75%。最大操作压强为 4.2MPa。