化工单元操作同步测试题解答 - 图文

(3) 截留物的相对分子质量 截留率大、截留相对分子质量小的膜往往透过通量低。因此，在选择膜时需在两者之间做出权衡。

(4) 分离因数 对于气体分离和渗透汽化过程，分离因数的大小反映该体系分离的难易程度，其值越大，表明两组分的透过速率相差越大，膜的选择性越好，分离程度越高

８．影响反渗透速率的主要因素有哪些？ 答：

① 膜的性能 膜的材料及制膜工艺是影响膜分离速率的主要因素。

② 混合液的浓缩程度 浓缩程度高，膜两侧浓度差大，则渗透压力差也大，使反渗透的有效推动力降低而使溶剂的透过通量减小。另外，料液浓度高易于引起膜的污染。

③ 浓差极化 反渗透过程中，大部分溶质在膜表面截留，从而在膜的一侧形成溶质的高浓度区，料液侧膜表面溶液的浓度显著高于主体溶液浓度，这一现象称为浓差极化，由于浓差极化使膜面溶质浓度增高，渗透压力增大，在一定压差Δp下将使溶剂的透过速率下降。另外，膜面溶质浓度的升高，还可能导致溶质沉淀，额外增加了膜的透过阻力。浓差极化是反渗透过程中的一个不利操作因素。减轻浓差极化的根本途径是提高传质系数。

三、分析讨论题

１．怎样选择萃取设备？

分析：在满足生产的工艺要求的条件下使生产成本较低。但迄今为止，人们对各种萃取设备的性能研究还很不充分，在选择时往往要凭经验。

在液液萃取中，系统的物理性质对设备的选择比较重要。在无外能输入的萃取设备中，液滴的大小及其运动情况与界面张力和两相密度差的比值有关。若此比值大，液滴较大，两相接触界面减少，降低了传质系数。因此，无外能输入的设备仅宜用于此比值较小，即界面张力小、密度差较大的系统。当此比值较 ，即界面张力大、密度差较小时，应选用有外能输入的设备，提高传质系数。对密度差较大的系统，离心萃取器比较适用。

对于腐蚀性强的物系，宜选取结构简单的填料塔，或采用耐腐蚀金属或非金属材料(如塑料、玻璃钢内衬或内涂制作)的萃取设备。对有固体悬浮物存在的物系，为避免设备堵塞，可选用转盘塔或混合澄清器。对某一液液萃取过程，当所需的理论效数为2～3，各种萃取设备均可选用。当所需的理论效数4～5级时，一般可选择转盘塔、往复振动筛板塔和脉冲塔。当需要的理论效数更多时，一般只能采用混合澄清器。根据生产任务和要求，如果所需设备的处理量较小时，可用填料塔、脉冲塔；处理量较大时，可选用筛板塔、转盘塔以及混合澄清器。

在选择设备时也要考虑物系的稳定性与停留时间，如在抗生素生产中，由于稳定性的要求，物料在萃取器中要求的停留时间短，这时离心萃取器是合适的。但若萃取物系中伴有慢的化学反应，要求有足够的停留时间，选用混合澄清器较为有利。

四、简述题

１．下面为多级间歇逆流萃取器组的示意图，试根据图示简述操作流程。

茶饮料连续萃取装置

（a） 第三槽进料；（b）第三槽出料

（b）

答：该萃取装置以多个萃取器串联组成萃取器组，该设备较典型的应用是在制糖工业中从甜菜中提取糖的工艺、食品工业中茶饮料的生产以及单宁及药物的生产。萃取剂逆流依次通过各个萃取器对其中的固体原料进行萃取，以得到浓度较高的萃取液，而当某一萃取器中的固体原料被多效萃取达到要求以后，通过阀门操作从管路中切换出来，取出其中的萃余残渣，重新装入新的原料，再通过阀门操作切入到管路中被溶剂萃取。各个萃取器中，萃取剂从较早装入的萃取器依次串联流过较后装入的萃取器，最后流过最新装入的萃取器。

２．简述题：如下图所示为超临界CO2萃取的等温降压流程示意图，简述操作流程。并举例说明超临界流体萃取在工业上的应用。

超临界CO2萃取的等压降温流程示意图

答：被萃取原料加入萃取器，采用CO2为超临界溶剂。CO2气体经压缩达到较大溶解度状态（即超临界流体状态），然后经萃取器与原料接触。萃取得溶质后，二氧化碳与溶质的混合物经减压阀进人分离器。在较低的压强下，溶质在二氧化碳中的溶解度大大降低，从而分离出来。离开分离器的二氧化碳经压缩后循环使用。

在工业上的应用有渣油超临界萃取脱沥青，从煤及煤衍生物中超临界萃取提取精细化学品，从咖啡、茶中脱咖啡因，啤酒花的萃取，从植物中萃取风味物质，从各种动植物中萃取各种脂肪酸、提取色素，从奶油和鸡蛋中去除胆固醇等。

３．简述反渗透操作的基本原理。

答：反渗透膜分离技术是利用反渗透膜（半透膜）选择性地只能透过溶剂（通常是水）而截留物质的离子的性质，以膜两侧静压差为推动力，克服溶剂的渗透压力，使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物分离的膜分离过程。用一个半透膜将水和盐水隔开，若初始时两侧液面高度相同，则纯水将透过膜向盐水侧移动，使盐水侧的液面不断升高，这一现象称为渗透。待水的渗透过程达到定态后，盐水侧的液位升高不再变动，此时两液面之差所代表的压差即表示盐水的渗透压力Π。若在膜两侧施加一个反向的压差Δp，且Δp>Π，则水将从盐水侧向纯水侧作反向移动，此过程即为反渗透。由此可见，利用反渗透现象可截留盐（溶质）而获取纯水（溶剂），从而达到混合物分离的目的。