第5章-II新型传质分离浅析.pptVIP

5.4 新型传质分离技术与特殊传质分离过程简介 ;超临界流体是指温度和压力高于临界温度和临界压力的流体。;① 超临界流体在传递特性与溶解能方面兼有液体和气体的两重性特点：它既有与液体相当的密度、溶解能力，又有与气体相近的粘度、扩散系数和渗透能力。 ② 超临界流体的另一特点是其物性对压力和温度的变化十分敏感，微小的变化就会引起流体密度、溶解能力等的显著改变。溶质在超临界流体中的溶解度随密度的增大而增大。;CO2 是最常用超临界萃取剂，临界温度和临界压力为31.1℃和7.387 MPa。 在 61.5 ℃ 下，如将压力由11.0MPa升至22.1MPa，密度将从398 kg·m-3增加到860kg·m-3； 在14 . 77 MPa 下，温度由61.5℃降至40.2℃，密度将从335kg·m-3增加到839kg·m-3。 ; 超临界流体萃取过程由萃取阶段和分离阶段组合而成。在萃取阶段，溶质被超临界流体溶解；分离阶段，通过变化某个参数或其它方法，使溶质从超临界流体中分离出来，并使萃取剂循环使用。 ;根据分离方法的不同有如下几种工艺流程： 超临界萃取相经加热升温，超临界萃取相经膨胀阀降低压力，使溶质在超临界流体中的溶解度降低而析出，从而得到分离； 变温分离，超临界萃取相经加热升温，同样使溶解度降低而使溶质与萃取剂分离； 吸附吸收分离，采用吸附剂或吸收剂将溶质吸附或吸收下来而实现分离。;用超临界CO2萃取咖啡豆中的咖啡因，可将咖啡豆中的咖啡因从0 . 6 ％~ 3 ％降低至 0.02 ％。 ; 在装有咖啡豆的萃取塔中通以超临界二氧化碳，咖啡因被萃取出来，将溶解有咖啡因的萃取相送入吸收塔，与逆向流下的水进行质量交换，大部分咖啡因被水所吸收。脱除了咖啡因的 CO2送回萃取塔循环使用。水相经膨胀减压后进入脱气器，溶解的 CO2在此从水相中脱出，经压缩后重新进入吸收塔底部，含有咖啡因的水溶液则送入蒸发结晶器分离出咖啡因，冷凝水用泵送回吸收塔重复使用。 ;与一般的萃取过程相比，超临界流体萃取具有如下的特点： ;③ 萃取剂在常温常压下为气体，操作一般在低温高压下进行，特别适合于热敏性、易氧化物质的分离； ;超临界流体萃取从 20 世纪 50 年代开始用于工业分离操作，由于它在许多万优于传统分离方法，发展很快，在石油、医药、食品、香料与化妆品等领域得产广泛的应用。概括起来，有以下几类： ;③在反应工程和生物技术中的应用。在一些反应中，超临界流体既可作反应溶剂，又可作催化剂，例如用超临界 CO2萃取发酵生产乙醇； ;2．膜分离;;;两者都是以压力差为推动力的过程，两者的分离机理都是膜孔对溶液中微粒的筛分作用。在压力差的作用下，小于孔径的微粒随溶剂一起透过膜孔，大于孔径的微粒被截留。被截留的微粒子不形成滤饼，仍以溶质的形式保留在滤余液中。 ; 用一张选择性透过溶剂的膜把两种浓度不同的溶液分开，如膜两侧的静压力相等，则溶剂将从稀溶液侧透过膜到浓溶液侧，此为渗透现象。 随着溶剂的渗透，浓溶液侧的液面逐渐升高，静压力增加，当达到渗透平衡时，膜两侧的压力是不同的，此压力差为渗透压差，若稀溶液以纯溶剂代替，此压差即为渗透平衡时浓溶液的渗透压。 渗透压与溶液的种类、浓度和温度有关。 若浓溶液侧与稀溶液侧的压差大于溶液的渗透压差，溶剂将从浓度高的一侧透过膜流向浓度低一侧，这就是反渗透现象。 ; 进行反渗透过程必须满足两个条件：一是有选择性透过溶剂的膜；二是在膜两侧施加的压差必须大于其渗透压差。 实际中膜两侧的压差还必须克服透过膜的阻力，通常为渗透压差的 2 一 3 倍或更高。 反渗透膜主要是非对称膜、复合膜，目前工业应用的可分为三类：高压海水脱盐反渗透膜、低压苦咸水脱盐反渗透膜和超低压反渗透膜。反渗透可分离相对分子量小于 500 的小分子物质，大规模的应用主要是苦咸水和海水的淡化、纯水制清水处理方面。 ; 渗析是在浓度差作用下，使一种或几种溶质通过膜，从一股液流传递到另－股液流的膜分离过程。 渗析操作中，料液和渗析液（接受液）分别从膜两侧通过，在膜两侧浓度差的推动下，料液和渗析液中的小分子溶质通过膜扩散相互交换，大分子则被膜截留。 渗析所用的膜为非对称膜与复合膜。渗析主要用于脱除溶液中的低分子量组分，制造人工肾是其最主要的应用。; 电渗析是指利用直流电场的作用，使溶液中的带电离子选择性地透过离子交换膜的分离过程。如表 5-1 中的示意图所示，在两电极间交替地放置阳离子交换膜（阳膜）和阴离子交换膜（阴膜）（图中只画出一对作示意，实际中为若干对）。; 阳膜通常含有带负电荷的酸性活性基团，能选择性地使溶液中的阳离子透过，阴离子则因受负电荷基团的同