新型分离技术习题解答——第1章.pdf

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1、第一章 绪论（习题解答）1-1 厨房、卧室、庭院内有哪些现象可用分离方法来改善？答：厨房、卧室、庭院内的尘埃、油烟、VOCs（VOC 是挥发性有机化合物 volatile organic compounds 的英文缩写，例如装修产生的甲醛），还有空气中的 NOx、SO2、CO 等有害物质，都可用分离方法来去除，以改善生活环境。1-2 请设计某些基于分离概念的家用电器设备，以提高人们的日常生活质量。答：例如可以设计基于“过滤”的水进化器，基于“膜分离”的油烟机、空调（除尘）、生活污水处理器等等，以提高人们的日常生活质量。1-3 汽车尾气中含有大量的 CO，有人正在探索开发一种催化分离膜，在尾气排

2、放时及时将 CO 转化为 CO2而除去，你认为这属于哪一类分离方法，有可能实现吗？请说明理由。答：这属于反应分离，有可能实现。因为 CO 可以在铂、铑和钯等贵金属催化剂或稀土催化剂等的作用下发生氧化反应转化为 CO2，所以可以设计一种膜（表面附上催化剂），它可以让 CO2直接通过，而 CO 则只有在膜上催化剂作用下转化为 CO2后才能通过，这样就可以去除尾气中的 CO。1-4 学校教室内空气质量比户外好吗？主要有哪些物质导致的？请选择并设计一种较合理的分离技术有效地将这些污染物质去除。答：学校教师内的空气质量一般比户外要差，因为教室内 CO2浓度较高，有粉笔灰等有害易吸入颗粒物，也可能存在因装

3、修而产生的甲醛等有害有机化合物。要去除这些污染物质，我们可以利用膜分离技术，即设计一种膜，使粉笔灰、甲醛等有害物质不能通过而达到去除效果。1-5 请指出自来水、饮用水、纯净水、活性水的制备方法，各自采用了哪些分离技术？答：制备方法及采用的分离技术见下表：名称 自来水 饮用水 纯净水 活性水 制备方法 多采用“老三段”的工艺，即“混凝澄清过滤”一般和自来水制备相同，只是对水的细菌含量、硬度等要求更高 自来水经过石英砂、活性炭、RO 反渗透等多道过滤，进入纯水罐，完成纯净水的制备 因活性水的种类不同，制备方法存在差异 分离技术 沉降、过滤 沉降、过滤、膜分离 沉降、过滤、吸附、反渗透 各种分离技术

4、 1-6 不少科学家认为载人航天事业发展推动科技的进步，你赞同这个观点吗？宇航员在空间站内生活与工作需要哪些新型分离技术为基础？答：是否认同观点，因人而异，只要说明理由即可。宇航员在太空中生活与工作涉及到包括 CO2的收集与浓缩、水电接产生氧、生活污水的再生回用等多方面，在这些过程中需要膜分离、渗透、超滤等新型分离技术为基础。1-7 请列出膜与传统分离技术相结合的新型分离技术，并指出这些技术的特征以及优越性。答：举以下几例:（其它更多可查阅文献资料）1、膜萃取：此分离技术传质比表面积大，且可利用化学反应和载体促进传质。膜萃取的优点还在于：没有相的分散和聚结过程，可减少萃取剂在料液相中夹带损失。

5、不形成直接接触的液液二相流动，使选择萃取剂范围可大大放宽。两相在膜两侧分别流动，使过程免受“返混”的影响和“液泛”条件的限制。可较好地发挥化工单元操作中的某些优势，提高传质效率。料液相与萃取相在膜两侧的同时存在可避免膜内溶剂的流失。2、膜蒸馏：将膜法与蒸馏法有机地结合起来的膜蒸馏。在膜蒸馏过程中既有常规蒸馏中的蒸汽传质冷凝过程，又有分离物质扩散透过膜的膜分离过程。它避免了蒸馏法易结垢、怕腐蚀和反渗透法需要高压操作的缺点。3、膜反应：具有三个特点：反应转化率不受化学平衡转化率的限制；能提高复杂反应的选择性；反应、分离设施的同一化减少了设备投资和能耗。1-8 以精馏过程为例，说明何为平衡级分离。答

6、：以平衡级精馏为例：若两股流体接触足够充分，离开时两相达到相平衡，则称一个平衡接触级，简称平衡级。经过平衡级后，离开的气、液两相的浓度都增加了，即气相和液相都得到了提浓，达到了分离的效果。一个平衡级可能达到的分离程度与物料衡算关系和相平衡关系所决定。1-9 膜分离为什么被称为速率控制的分离过程？答：因为膜分离是以对组分具有选择性透过功能的膜为分离介质，以被分离组分在均相中的传质速率差异而进行分离的过程，属于速率控制分离。1-10 何为集成技术，请举例。答：集成技术是指将分离与分离或反应与分离等两种或两种以上的单元操作结合在一起并用于工业分离的过程，例如精馏-渗透汽化集成技术、渗透汽化-萃取集成

7、技术、催化反应-蒸馏集成技术、酯化反应-渗透汽化集成技术、膜基化学吸收集成技术等。1-11 试述溶剂萃取的原理，请用应用实例指出实现其分离过程的关键因素。答：溶剂萃取的基本原理是利用萃取剂对原料液各组分的溶解度不同而达到分离的目的。实现其分离过程的关键因素是萃取剂的选择，即萃取剂要具有合适的选择性系数，例如原料 A+B（B 为稀释剂）中的 B 与萃取剂 S 不互溶时，萃取相中不含 B，萃余相中也不含 S；若 B 与 S 部分互溶，萃取相中含少量 B，萃余相中也含少量 S，此时通常还需要蒸馏方法进行分离；1-12 超临界萃取、双水相萃取、液膜萃取与常规溶剂萃取比较，有何异同？答：不同萃取异同详情见下表：名称 超临界萃取 双水相萃取 液膜萃取 常规溶剂萃取 相同点 原理相同，都是利用萃取剂对原料液各组分的溶解度不同而达到分离的目的 不同点 以超临界流体为萃取剂，萃取剂气体必须在高压或高密度下，并且可以通过调节压力、温度等来调节萃取剂的溶解能力 系统由两种聚合物或一种聚合物与无机盐水溶液组成，活性物质在其中不易失活，通常在常温常压下进行，易于连续操作 利用微孔膜的亲水性或疏水性，与萃取过程相结合。过程中萃取剂与料液分别位于膜两侧，传质过程在一个表面进行，没有相分散和聚结行为发生 采用用普通萃取剂，一般在常温常压下进行，适用于那些难以用蒸馏方法分离的混合物体系