分离工程答案

1高等分离技术复习题（2016）1．判断萃取剂萃取能力强弱顺序并分析原因：（1）（C4H9O）3PO；（C4H9O）2（C4H9）PO；（C4H9O）（C4H9）2PO；（C4H9）3PO；（2）（C4H9O）2P（O）OH；（C4H9O）（C4H9）P（O）OH；（C4H9）2P（O）OH；（3）（C8H17）3N；（C8H17）2NH；（C8H17）NH2；1、判断萃取剂萃取能力强弱顺序并分析原因：(1)中性含磷萃取剂:以上萃取剂其萃取作用的关键是磷酰基（≡P=O），磷酰基（≡P=O）中O原子上的电荷密度越大，其萃取能力越强。因为C4H9O-的电负性大于C4H9-，故C4H9O-的吸引电子能力大于C4H9-，C4H9-一般看做给电子基团。故萃取能力为：（C4H9O）3PO（C4H9O）2（C4H9）PO（C4H9O）（C4H9）2PO（C4H9）3PO；(2)酸性含磷萃取剂：对于含有=PO(OH)磷（膦）酸萃取剂来说，酸性含磷萃取剂的pKa（离解常数Ka的负对数）是一个重要的参数，pKa越小，萃取剂的酸性越强，萃取剂的萃取能力就越大。由于酸性（C4H9O）2P（O）OH（C4H9O）（C4H9）P（O）OH（C4H9）2P（O）OH，故其萃取能力为（C4H9O）2P（O）OH（C4H9O）（C4H9）P（O）OH（C4H9）2P（O）OH。(3)胺类萃取剂：在胺类萃取剂的分子结构中，起萃取作用的活性基团是能够给出电子、具有相当“碱性”的氮原子。胺类萃取剂的结构对萃取能力的影响，不仅要考虑分子中烷基的诱导效应，也要考虑由于取代烷基造成的空间效应。靠近氮原子的烷基出现支链，由于空间效应会降低胺类萃取能力。伯胺和仲胺的分子结构中，既有亲电子的氢原子，又有亲核的氮原子。机胺的碱性强度可用pKb（碱的离解常数Kb的负对数）表示，其值愈小，碱性愈强，则萃取能力愈大。其碱性大小为（C8H17）3N（C8H17）2NH（C8H17）NH2；2．为下列分离过程选择分离技术（可以不止一项），并说明理由：（1）玫瑰花中提取玫瑰精油；（2）从含铜工业废水中回收铜；（3）稀土元素的分离；（1）玫瑰花中提取玫瑰精油分子蒸馏法：该技术是运用不同物质的分子运动自由程度之差别而实现分离的，可以在远离沸点下操作，具备蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护热敏性物质。故分子蒸馏技术特别适合于高沸点、热敏性的物料,尤其是挥发油类、有效成分对温度极为敏感的天然产物的分离,如玫瑰油、藿香油等。（2）从含铜工业废水中回收铜电解-电渗析串联分离技术：电解法是一种化学方法，其在处理含高浓度金属离子废水的过程中可有效回收90%的金属，但电解废液不能直接排放到环境中；而电渗析是一种物理方法，可以高效处理低浓度金属离子的废水，并且渗析后的出水可达到直接排放水平。将这两种方法结合，建立了一种新型的化学-物理串联技术，先利用电解法处理高浓度金属离子废水，然后利用电渗析法处理电解产生的低浓度金属离子的电解液，进一步回收金属并将电解液处理为可直接排放的废水。3稀土元素的分离离子交换法：首先将阳离子交换树脂填充于柱子内，再将待分离的混合稀土吸附在柱子入口处的那一端，然后让淋洗液从上到下流经柱子。形成了络合物的稀土就脱离离子交换树脂而随淋洗液一起向下流动。流动的过程中稀土络合物分解，再吸附于树脂上。就这样，稀土离子一边吸附、脱离树脂，一边随着淋洗液向柱子的出口端流动。由于稀土离子与络合剂形成的络合物的稳定性不同，因此各种稀土离子向下移动的2速度不一样，亲和力大的稀土向下流动快，结果先到达出口端,达到分离的目的.3.计算0.01mol/L的FeCl3溶液中（其中加入了足量的HClO4以防水解）各组风的浓度。已知Fe(Ⅲ)-Cl-配合体系中逐级稳定常数为：k1=4.2,k2=1.3,k3=0.04,k4=0.012(25℃,μ=1.0)Fe3++Cl-FeCl2+2.4132ClFeFeClkFeCl2++Cl-Fe2Cl3.1222ClFeClFeClkFe2Cl+Cl-Fe3Cl04.0323ClFeClFeClkFe3Cl+Cl-Fe4Cl012.0434ClFeClFeClk01.01*2*3*41*2*31*214333233343223ClFekkkkClFekkkClFekkClFekFeFeClFeClFeClFeClFe4322432FeClFeClFeClFeClCl01.01*2*3*4*41*2*3*31*2*214333233ClFekkkkClFekkkClFekkClFekCl313-2.51E09-2.09E06-5.24E0403.401.00359.943223FeClFeClFeClEFeClClEFe4.简述液膜的结构、分离过程及其应用4567百度它利用选择透过性原理，以膜两侧的溶质化学浓度差为传质动力，使料液中待分离溶质在膜内相富集浓缩，分离待分离物质。基本概念一种以液膜为分离介质，以浓度差为推动力的膜分离操作。液膜分离涉及三种液体：通常将含有被分离组分的料液作连续相，称为外相；接受被分离组分的液体，称为内相；成膜的液体处于两者之间，称为膜相。在液膜分离过程中，被分离组分从外相进入膜相，再转入内相，浓集于内相。如果工艺过程有特殊要求，也可将料液作为内相，接受液作为外相。这时被分离组分的传递方向，则从内相进入外相。液膜分离与液8液萃取虽然机理不同，但都属于液液系统的传质分离过程。液膜分离也有称为液膜萃取的。水溶液组分的萃取分离，通常需经萃取和反萃取两步操作，才能将被萃组分通过萃取剂转移到反萃液中。液膜分离系统的外相、膜相和内相，分别对应于萃取系统的料液、萃取剂和反萃剂。液膜分离时三相共存，使相当于萃取和反萃取的操作在同一装置中进行，而且相当于萃取剂的接受液用量很少。1）液膜的结构：液膜是由一层很薄的液体组成，该液体可以是水溶液也可以是有机溶液。液膜把两个组成不同又可以互溶的溶液隔开，而组成液膜的溶液与这两个溶液是不互溶的。被隔开的两相中的一些组分可以通过液膜的选择渗透或转移来达到分离的目的。液膜结构：②开两个水溶液的液膜是有机溶液，常用W/O/W即“水相/有机相/水相”来表示；②隔开两个有机溶液的液膜是水溶液，即用O/W/O即“有机相/水相/有机相”来表示。（2）分离过程包括：制乳化液、传质、澄清、破乳等步骤。即：首先将选择好的膜溶剂、表面活性剂、流动载体和膜增强剂以及待包封的内相试剂制成油包水或水包油型乳状液。再将此乳状液加入料液相中形成W/O/W或O/W/O型乳化液。其中间一层即为液膜。料液中的待分离溶质便通过液膜渗入内相。经过一定时间后，经澄清，实现乳状液与料液的分相，富集了待分离组分的乳化液经破乳后回收内相浓缩液。而膜相物质仍可返回去重新作为成膜物质循环使用。（3）废水处理：除去水中的有害金属离子和有毒有机物。湿法冶金：应用前景好。医学上：用途广泛，液膜人工肾等用于临床外，还可以做成液膜解毒剂及缓释药物。液膜解毒剂是用膜内包裹的药剂捕集膜外有毒物质。若将药物包在膜内就可以做成缓释药。在药物的分离上，如对生物碱、黄连素、氨基酸的分离纯化很有用。制备新型固定化酶：将酶包在液滴内即成。主要用于生化反应，也可以将外相中酶的底物转移到内相实现分离5.设计分离工艺：（4）图（a）为A、B、C三种酶在AOT反胶团溶液中溶解度随pH变化的关系曲线，请设计用反胶团萃取来分离这三种酶的工艺路线。（5）图（b）为某有机物D在超临界CO2中溶解度随压力变化的关系曲线（温度50℃），请设计用超临界CO2萃取从含D的固体物料分离提取D的工艺路线。02468101214020406080100ABC溶解率/%pH051015202530020406080100120140160溶解度/（g/L)P/MPa(a)(b)（1）通过调节PH来实现分离。先把PH调为9，A酶的溶解度很小，保留在水相中而与其它两种酶分离，把相分离后得到的反胶团相（含B、C两种酶）的PH调到11，B酶的溶解度很小被反萃取到水相，而C酶留在反胶团相中。C酶预PH值为13的水相接触后，将C酶饭萃至水相中。图（b）为某有机物D在超临界CO2中溶解度随压力变化的关系曲线（温度50℃），请设计用超临界CO2萃取从含D的固体物料分离提取D的工艺路线。96.阅读以下材料并回答问题（20分）一种乳状液膜萃取提取铜的工艺乳状液制备：以20%（重量）ENJ-3029（分子量为2000的聚酰胺衍生物）作表面活性剂和加强剂，10%（重量）Lix64N为载体，88%Sioon（异烷烃）为溶剂组成膜相溶剂，按O/W比2/19重量比）滴加反萃剂（Cu30g/L，H2SO4150g/L），在室温下以1000-2000r/min搅拌停留10-20min。制备好的乳状液与料液（2.5g/Lcu,pH=2.0）以流比2/1（W：300ml/min，O：150ml/min）泵入第一个混合室，混合液依次通过四个混合室，从最后一个混合室溢流到澄清室，在此两相分离，萃余液排放，含富铜液的乳状液流入静电破乳器。铜的萃取率可达98%。问：（1）分别写出内相、膜相、外相的组成。内相:外相：含Cu2+的料液，乳状液滴内相：包含较高浓度的酸膜中流动载体：Li×64N(以HA表示)（2）膜相添加表面活性剂的原因?答：能显著改变液体表面张力或两相间界面张力的物质，是制造液膜固定油水分界面的最重要组分（3）如果改成普通溶剂萃取法，画出简单流程图。参与萃取的水相和有机相组成分别是什么？参与反萃的水相组成，有机相大概组成？参与萃取的水相是含铜的料液，有机相是LIX984+煤油,反萃取的水相是废电解质，有机相是富铜液。（4）乳状液膜法萃取效率高于普通溶剂萃取法的原因是？传质推动力大，速率高，且试剂用量少。液膜的选择性好。液膜萃取可同时实现萃取和反萃取。液—液萃取分离法又称溶剂萃取分离法，简称萃取分离法。这种方法是利用与水不相混溶的有机溶剂同试液一起震荡，这时，一些组分进入有机相中，另一些组分仍留在水相中，从而达到分离富集的目的，液膜萃取技术结合了固体膜分离法和溶剂萃取法的特点,是一种新型的膜分离方法.液膜是乳状液滴分散在另一水相或油相中聚集成平均直径为1mm的聚集体时形成的(W/O)/W或(O/W)/O型复相乳液体系。在前一种情况,两种不同的水相(分别称为内相、外相)被一层油膜隔开,后一种情况是两种不同的油相被一层水膜隔开,液膜本身的厚度为1～10Lm。由于液膜的厚度只有人工固体薄膜的十分之一,所以物质穿过液膜的迁移速度更快。液膜萃取就是利用液膜的选择透过性,使料液中的某些组分透过液膜进入接受液,然后将三者各自分开,从而实现料液组分的分离。液膜萃取过程是由三个液相所形成的两个相界面上的传质分离过程,实质上是萃取与反萃取的结合。（1）外相：pH=2.0的2.5g/LCu料液膜相：以20%（重量）ENJ-3029（分子量为2000的聚酰胺衍生物）作表面活性剂和加强剂，10%（重量）10Lix64N为载体，88%Sioon（异烷烃）为溶剂组成膜相内相：含Cu3.Og/L和含H2SO4150g/L的溶液（2）能显著改变液体表面张力或两相间界面张力的物质，是制造液膜固定油水分界面的最重要组分。（3）（4）液膜萃取是一项新的萃取技术。以水为连续相，分散以表面活性剂和有机相包覆有水相内核的液滴，形成一乳状液。在外水相中某些组分被液滴外的有机相萃取后进入液滴内的水相，实现萃取分离。由于液滴的直径只几微米，液膜的比表面大，加以被萃取组分很快从有机相转入内水相，传质推动力大