2022年化工分离工程试卷 .pdf

《2022年化工分离工程试卷 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年化工分离工程试卷 .pdf（14页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、优秀学习资料欢迎下载一 、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

2、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 （

3、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）

4、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

5、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. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载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

6、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

7、，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

8、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载三、简答题（24）1、离子交换树脂对离

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载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

14、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 : . 液体混合物沿加热板流动并被加热. 轻、重分子会逸出液面而进入气相. 由于轻、重分子的自由程不同. 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

15、等； 3）萃取剂的种类。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压力：压力越高，密度越大，溶解性越高，得率越高夹带性：相似相容原理，可提高溶解度CO2流量：流量越大，外扩散速率越快，残留越少萃取时间：时间越长，得率越高，生产能力下降原料颗粒度：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

16、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）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载14,超临界流体萃取过程一般分两步（以超临界C

17、02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

18、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载17，液膜分离技术的应用。液膜分离的应用研究面极广，如废水处理，生物制品的分离提纯，湿法冶金（废水）中金属的回收，浓缩，气体的分离等。液膜分离萃取有机酸；液膜分离萃取氨基酸；液膜分离萃取抗生素；液膜分离进行酶反应。18，液膜分离的机理。液膜的分离机理：单纯迁移渗透机理：待分

19、离的不同组分仅由于其在膜中的溶解度和扩散系数的不同导致透过膜的速度不同来实现分离。I 型促进迁移渗透机理：在溶质的接受相内加入能与溶质发生化学反应的试剂，通过化学反应促进溶质的迁移，从而提高分离效率，这种方法称为I 型促进迁移，又称滴内化学反应。型促进迁移渗透机理19，电渗析的原理和迁移过程。电渗析是指在直流电场作用下，溶液中的荷电离子选择性的定向迁移透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术。电渗析中使用的是阳离子交换膜（简称阳膜， 以符号 CM表示）和阴离子交换膜（简称阴膜，以符号 AM表示）。阴、阳离子交换膜具有带电的活性基团，能选择性地分别使阴离子或阳离子透过。电渗析过程的原理如图所示电

20、渗析中离子定向迁移：在正负两电极之间交替地平行放置阳离子和阴离子交换膜，依次构成浓缩室和淡化室。当两膜形成的隔室中充入含离子的溶液并接上直流电源后，溶液中带正电荷的阳离子在电场力作用下向阴极方向迁移，穿过带负电荷的阳离子交换膜，而被带正电荷的阴离子交换膜所挡住。这种与膜所带电荷相反的离子透过膜的现象被称为反离子迁移。同理，溶液中带负电荷阴离子在电场力作用下向阳极运动，透过带正电荷的阴离子交换膜，而被阻于阳离子交换膜。其结果是使第2、4 浓缩室的水中离子浓度增加，而与其相间的第3 淡化室的浓度下降。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6

21、页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载20，离子交换膜的组成和性质。离子交换膜的组成离子交换膜的性质：高选择性渗透率、低电阻力、 优良的化学和热稳定性以及一定的机械强度。21， 离子交换工艺过程与设备, 离子交换分离过程一般分三步进行：?料液与（再生清洗过的）离子交换树脂进行交换反应。?用再生液进行树脂的再生常用的再生液：5-7 的 HCl、2-4 的 NaOH 、10-15%的 NaCl 等。?树脂的清洗：用清水洗去再生液。如此循环离子交换设备有搅拌槽、固定床、流化床、移动床等。22，离子交换的应用：?水的脱盐、软化、高纯水制备去除水中的Ca2、Mg2 、Cl 、SO42 、SiO32等， 占

22、离子交换树脂用量的大部分。?废水处理：如含汞、铬、铅及放射性物质的废水处理。?糖液净化：去除原糖液中的色素、 Ca2 、 Mg2 等离子。?制药工业：维生素B12、链霉素、生物碱、氨基酸、蛋白质等的提取分离。23,离子交换膜的选择透过性可由以下几个方面加以说明：孔隙作用只有当被选择的离子的水合半径小于孔隙半径时，该离子才能透过膜。静电作用根据同电性相斥、异电性相吸的静电作用规律，阳膜选择吸附阳离子；阴膜选择吸附阴离子。扩散作用 - 膜对溶解离子具有传递迁移能力。由吸附 解吸 迁移的方式， 把离子从膜的一端输送到另一端。离子交换膜组成膜的主体增强材料 (保证膜的强度和尺寸稳定性) 活动部分固定部

23、分高分子骨架 (基膜 ) 离子交换基团 (固定荷电基团 ) 反离子唐纳渗透离子溶剂 (如水 ) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载24,电渗析器的操作模式电渗析器的组装方式有串联、并联及串并联相结合几种方式，常用术语“级”和“段”来表示。“级 ”是指电极对数目，一对电极称为一级；“段 ”是指水流方向，每改变一次水流方向称为一段。一级一段即并联形式。特点是若膜对数目多，则产水量大； 整台设备的脱盐率就是一张隔板流程长度的脱盐率。多用于大中型制水场地。一级多段即串联形式。特点是脱盐率较高，压降较大，

24、但单台产水量较小。适用于中小型制水场地。多级多段即串并联式。特点是能获得更高的脱盐率。多用于小型海水淡化器和小型纯水装置。25,电渗析过程的基本传质过程对流传质离子在隔室主体溶液和扩散边界层之间的传递；扩散传质离子在膜两侧的扩散边界层中的传递；这是控制电渗析传质速率的主要因素。电迁移传质离子通过离子交换膜的传递。26, 电渗析技术的应用. 应用1、水的纯化海水、苦咸水、普通自然水纯化生产：饮用水，初级水（锅炉或医用）或纯水。电渗析不适用于含盐高的海水淡化；适用与含盐低的苦咸水。优点：操作方便，设备简单。2、海水、盐泉卤水浓缩制盐优点：占地小，投资省，劳动力省，不受地理条件的限制。3、医药、食品

25、工业中应用1）脱出有机物有机物：在电场中不为离子，不能通过膜。(2) 有机物中酸的脱出和中和 H+：在阴极生成H2排除；酸根：渗析出去后排除。例：除去果汁中过量的柠檬酸将原料通入两侧都为阴膜的脱酸室4. 废水处理5. 离子膜电解电解食盐制造NaOH 6. 电渗析劈裂硫酸钠回收碱和硫酸精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载27,膜材料的种类以及特点：天然高分子材料种类：纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维和再生纤维优点： 醋酸纤维的阻盐能力最强，常用于反渗透膜，也可作超滤膜和微滤膜；再生纤维素可用于制造

26、透析膜和微滤膜。缺点：醋酸纤维膜最高使用温度和pH范围有限，在45-50 C，pH3-8。合成高分子材料种类：聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯晴、聚烯类和含氟聚合物，其中，聚砜最常用，用于制造超滤膜。优点：耐高温 (70-80C，可达 125 C)，pH1-13，耐氯能力强，可调节的孔径宽(1-20nm) ；聚酰胺膜的耐压较高，对温度和pH稳定性高，寿命长，常用于反渗透。缺点：但聚砜的耐压差，压力极限在0.5-1.0MPa 。无机材料种类：陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等。目前实用化有孔径0.1um 微滤膜和截留10kD的超滤膜， 其中以陶瓷材料的微滤膜最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化铝、硅胶、 氧

27、化锆和钛等陶瓷微粒烧结而成，膜厚方向上不对称优点：机械强度高、耐高温、耐化学试剂和有机溶剂。缺点：不易加工，造价高。复合材料种类： 如将含水金属氧化物（氧化锆） 等胶体微粒或聚丙烯酸等沉淀在陶瓷管的多空介质表面形成膜，其中沉淀层起筛分作用。优点：此膜的通透性大，通过改变pH值容易形成和除去沉淀层，清洗容易。缺点：稳定性差。高分子材料：其中在工业上用得最广的是醋酸纤维素和聚砜。28,常用吸附剂及其相关性质用途: 活性炭是一种疏水性和亲有机物的非极性吸附剂。特点：比表面积大，吸附量大，抗酸耐碱，化学和热稳定性高，解吸容易。常用于溶剂回收，溶液脱色、除臭、净制等。 硅胶是一种坚硬无定形链状和网状结构

28、的硅酸聚合物颗粒，属极性吸附剂。主要用于气体的干燥脱水、烃类分离及作催化剂的载体等。 活性氧化铝为无定形的多孔结构物质，一般由氧化铝的水合物( 以三水合物为主) 加热、脱水和活化制得。对水具有很强的吸附能力，主要用于液体和气体的干燥。沸石分子筛是人工合成的无机吸附剂, 其组成与天然沸石相近, 是铝、 硅酸盐类的化合物。具有特定且均匀一致的孔径，只允许比其微孔孔径小的分子吸附上去，比其微孔大的分子则不能进入，故称为分子筛。是极性吸附剂，对水具有很大的亲和力。主要用于各种气体和液体的干燥，芳烃、烷烃的分离及用作催化剂及催化剂载体等。（5） 吸附树脂是一种网状结构的有机高聚物，可根据需要制成不同孔径

29、、不同比表面积、极性或非极性的吸附剂。主要用于废水中有机物的吸附、天然产物与生化产品的分离等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载29, 吸附操作过程与工艺及其应用: 吸附操作过程与工艺根据待分离物系中各组分的性质和过程的分离要求( 如纯度、 回收率、 能耗等 ) ，在选择适当的吸附剂和解吸剂基础上，采用相应的工艺过程和设备。常用的 吸附分离设备有：吸附搅拌釜、固定床吸附器、移动床（超吸附塔）、模拟移动床 ( 多柱串联 ) 、流化床1. 固定床吸附：。 当欲处理的流体通过时, 吸附质被吸附在吸附剂

30、上, 其余流体由出口流出。当吸附剂吸附接近饱和时，进行脱附（解吸）再生。2、变压吸附：即在较高压力下吸附，在较低压力 （包括真空） 下脱附， 如此周期性地进行。整个分离过程中温度基本不变。3、移动床吸附： 原水从下而上流过吸附层, 吸附剂由上而下间歇或连续移动4、模拟移动床吸附：模拟移动床中，吸附剂本身不移动，但是原料进口、脱附剂进口、产品出口则在吸附器上按顺序不断向上移动，这相当于吸附剂的向下移动而进出口不移动。应用 ：广泛应用于原料脱色、脱臭，目标产物提取、浓缩和粗分离气体的分离与净化：空气中 O2/N2 分离、 烷烃的分离，排放气中有机物的分离回收，废气中硫化物、氮化物的脱除，气体的脱湿

31、干燥，空气、H2、CH4 、合成气等的净化等。液体的分离与净化: 二甲苯异构体的分离，正烷烃与异烷烃、芳烃的分离，生化产物的分离，水的净化，废水处理（如含酚、重金属离子废水）, 液体脱色（如糖的脱色）等。30,离子交换反应一般是可逆的 , 在一定条件下被交换的离子可以解吸（逆交换） , 使离子交换剂恢复到原来的状态, 即离子交换剂通过交换和再生可反复使用。同时，离子交换反应是定量进行的， 所以离子交换剂的交换容量（单位质量的离子交换剂所能交换的离子的当量数或摩尔数）是有限的。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 14 页优秀

32、学习资料欢迎下载31, 离子交换树脂的组成, 分类 , 和物理化学性质. 离子交换树脂是带有可交换离子的不溶性固体高聚物电解质，它由惰性的高分子骨架（常见的是苯乙烯与二乙烯苯的共聚物）和功能基团（活性基团）两部分组成， 功能基团又由固定在骨架上的固定基团和可交换的离子（活动离子、反离子）组成。分类 按照可交换的反离子是酸性（阳离子）还是碱性（阴离子）基团, 分为阳离子交换树脂与阴离子交换树脂两类。又根据酸性或碱性基团强弱的不同，分为强酸性的、弱酸性的、强碱性的、弱碱性的。根据孔结构，离子交换树脂可分为凝胶型与大孔型离子交换树脂的物理化学性质（1）交联度 : 指合成时所用单体中含交联剂的质量百分

33、数。如交联度为 8% DVB（二乙烯苯）的聚苯乙烯树脂。 交联度大 , 树脂的结构紧密, 溶胀小 ,选择性高 , 稳定性好 , 但交联度太高, 结构过于紧密, 降低了树脂内的扩散速率。对吸附树脂，一般交联度越大, 比表面积也越大（2）粒度 : 离子交换树脂通常为粒状, 颗粒半径一般在 0.31.2 mm (3) 亲水性（含水量）: 离子交换树脂都具有亲水性，所以常含有水分, 一般为 4050% （质量）,有的高达 7080%。（4）密度 : 密度随水含量而异，阳离子交换树脂真密度一般在1300 kg/m3 左右 , 视密度（表观密度、堆积密度）在 700850 kg/m3 。阴离子交换树脂真密

34、度一般在1100 kg/m3 左右 , 视密度在 600750 kg/m3 。真密度与视密度的差异反映树脂床（堆积树脂）的空隙率：空隙率 =( 真密度视密度)/ 真密度（5）溶胀性 : 离子交换树脂在水中由于溶剂化作用体积增大, 称为溶胀。溶胀变化可高达一倍（ 100） 。在离子交换器的设计时, 需考虑其溶胀性. （6）稳定性 : 包括机械稳定性、热稳定性和化学稳定性。一般阳离子交换树脂的热稳定性较好, 最高使用温度一般在 120 。阴离子交换树脂的热稳定性较差, 通常最高使用温度在4060 , 少数可达 100 。（7）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。有三种

35、交换容量：总交换容量 （理论交换容量、最大交换容量） 、再生交换容量和工作交换容量（表观容量、有效容量）。（8）选择性 : 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。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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载32, 离子交换平衡理论: 离子交换平衡理论：离子交换同样是属于平衡分离过程，离子交换树脂与电

36、解质溶液充分接触，树脂中的离子浓度（交换量）与溶液中离子浓度不再发生变化，达到平衡，即为离子交换平衡。与吸附相同，也是一种动态平衡。平衡系数K值大小反映了分离的难易，取决于该离子在树脂中的吸附选择性大小。33,离子交换过程机理：一般分五步以阳离子树脂中 H+与溶液中Na+交换为例： Na+外扩散 Na+内扩散交换（可逆、等当量）R-SO3H Na+R-SO3Na+H+ H+逆向内扩散 H+逆向外扩散通常离子交换反应进行得很快, 过程速率主要由扩散传质控制。扩散速率公式与吸附相同。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 14 页

37、优秀学习资料欢迎下载四、叙述题（30）1、反渗透与电渗析中都易出现浓度极化现象，二者有何不同？（起因、现象、危害及其防止方法）电渗析 : 起因 : 离子透过膜大于离子溶液中传质速率, 现象 : 当采用过大的工作电流时，在膜- 液界面上会形成离子耗竭层，在离子耗竭层中，溶液的电阻会变得相当大，当恒定的工作电流通过离子耗竭层时会引起非常大的电位降，并迫使其溶液中的水分子解离，产生H+和 OH-来弥补及传递电流. 危害 ( 影响 ):1,电流效率下降, 液- 膜界面的电阻增大, 导致耗电增加; 极化后膜的一侧受碱的作用 , 另一侧受酸的腐蚀,另外 , 沉淀结垢后的侵蚀也会改变膜的物理结构使膜的性能下

38、降,两者均导致膜的使用寿命缩短; 极化后的沉淀结垢会堵塞水流道及减少离子渗透膜面积, 导致膜的有效面积减少. 防治 : 改善膜面流动状况; 取极限电流的70%-90% 作为操作电流; 预处理 , 除钙离子和镁离子;机械法或化学法除沉淀. 另外 , 提高温度 , 增加水中离子的浓度, 加快流速 , 适当减薄隔板厚度等都能在一定程度上降低浓差极化现象. 反渗透 : 起因 : 现象 : 在膜分离过程中，大分子溶质被截留下来，而在膜表面处积聚，形成大分子溶质浓度边界层， 膜表面处的溶质浓度变得比原溶液主体浓度大，形成由膜表面到主体溶液之间的浓度差，浓度差的存在导致紧靠膜面溶质反向扩散到主体溶液中，这种

39、现象称为浓差极化。危害 :(1) 膜表面附近浓度升高，增大了膜两侧渗透压差，使得有效压差减小，透过通量降低。 (2) 当膜表面附近浓度超过溶质的溶解度时，溶质析出，形成凝胶层。分离含菌体、细胞或其他固形成分的料液时，也会在当膜表面形成凝胶层。即发生了凝胶极化。凝胶层的形成，对溶剂的透过产生了额外的传质阻力(3) 超滤过程中的浓差极化，被截留的组分积累在膜的表面上，形成浓度边界层，严重时足以使操作过程无法进行。因此，浓差极化现象是超滤过程中应加以考虑的一个重要问题。防治 : 化学法：应用各种化学药剂清洗膜表面的凝胶层。常用的有酸性和碱性药剂，如酸、结合剂和碱、合成洗涤剂等。如膜孔中存在蛋白质，可

40、使用适当的蛋白酶进行消化分解。物理法：装设湍流促进装置，如管束中装吸水性强的海绵球，或采用高流速的水冲法及超声波清洗法， 或使料液以较高速度流过膜表面等。提高待处理料液温度可降低其粘度，提高凝胶物质的反扩散速率，因而提高了凝胶的临界浓度. 2、与吸附塔相比，多柱串联吸附器有何优点与限制？3、超临界流体CO2萃取技术有何特点，主要用于哪些领域? 特点 : 萃取剂在常压和室温下为气体, 萃取后易与萃余相和萃取组分分离; 在较低温度下操作, 特别适合于天然物质的分离; 可通过调节压力, 温度和引入夹带剂等调整超临界流体的溶解能力 ,并可通过逐渐改变温度和压力把萃取组分引入到希望的产品中去. 应用领域

41、 : 石油 , 医药 , 食品 , 香料中愈多特定组分的提取与分离如咖啡豆中脱除咖啡因,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 , 调味品 , 化妆用品等 ; 鱼油中提取 EPA和 DHA等特定组分 , 高分子的聚合,分级 , 脱溶剂 , 和脱挥发组分上的应用,有机水精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 14 页优秀学习资料欢迎下载溶液的分离 , 含有机物的废水处理等. 六、选择题（30）1. 下列哪一个是速率分离过程（ c ）a. 蒸馏 b.吸收 c.膜分离 d.离心分离2、 下列哪一个是机

42、械分离过程（d ）a. 蒸馏 b.吸收 c.膜分离 d.离心分离3、 下列哪一个是平衡分离过程（ a ）a. 蒸馏 b.吸收 c.膜分离 d.离心分离4, 、下列关于吸附剂的描述哪一个不正确（ c ）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5, 下列哪一个不是等温吸附时的物系特点（ d ）a. 被吸收的组分量很少b. 溶解热小c. 吸收剂用量较大d. 被吸收组分的浓度高7, 下列关于吸附过程的描述哪一个不正确（c ）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8, 下列关于吸附剂的描述哪一个不正确（c ）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. 吸附容量有限精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 14 页