新型分离技术习题解答第10章

第十章其它分离技术（习题解答）10-1泡沫分离的原理是什么？适用哪类体系的分离？答：泡沫分离是以气泡作分离介质来浓集表面活性物质的一种新型分离技术。其原理为：当溶液中需要分离的溶质本身为表面活性组分时，利用惰性气体在溶液中形成的泡沫，即可将溶质富集到泡沫上，然后将这些泡沫收集起来，消泡后即可得到溶质含量比原料液高的泡沫液。适用于热敏性及化学不稳定性物质的分离和溶液中低浓度组分的分离回收。10-2影响泡沫分离的因素有哪些？答：影响泡沫分离效率的因素很多，而每种影响因素的重要性则取决于具体的分离体系。各种影响因素又可以分为基本因素（如表面活性剂、辅助试剂的性质、浓度、溶液PH值、黏度、温度等）及操作变数（如气体流速、料液流速、回流比、泡沫层高度、密度、泡的大小以及设备的设计等）。10-3推导泡沫分离塔设计中的“平衡线”方程式（10-12），说明平衡线方程的物理意义。解：根据式（10-11）：GSccU如果表面浓度与c的关系是：kc，代入式（10-11）可得：1GSkcGSkcccUU在平衡状态下，1GSkUDccD10-4使用简单的连续泡沫分馏塔脱除废水中某中离子。废水处理量为3.785m3/h，鼓泡池中气泡直径为0.1cm。若塔底排出液中离子浓度为进料的1/10，塔顶破泡液的体积不大于0.189m3/h，求所需气体流速和塔径。假定用于吸附离子的表面活性剂的高梯度磁分离技术浓度控制在线性等温吸附范围内，平衡常数为0.09cm，如果要将鼓泡池内表面活性剂浓度控制在2×10-4mol/l，表面活性剂的加入速度应为多少？解：1WFcc，塔顶破泡液的体积不大于0.189m3/h∵WWFGSccF3110113.785100.16308.3/66/60.09FWF近似用水的黏度为510/()gscm，密度为31/gcm，表面黏度一般取710/()gscm∴62222380.189109800.1514.5360016.7630.76308.310103600ADAgdAAG33532286308.3101036000.179109801suGgAAA式中A单位为2cm，用示差法求得A，后即可求得加入速度；10-5直径为7cm的精馏型泡沫塔，在室温下从水溶液中脱除表面活性剂-200，吸附平衡关系可表示成△pw=0.009cw，进料速率为54cm3/s，塔底通气速率为90cm3/s，求残液脱除率（气泡直径为0.1cm）。解：根据精馏段方程111DRcccRR0DRcc在泡沫层浓度保持不变，没有分离，整个塔相当于一块板的泡沫塔物料横算：0.0090.0091WWFWFWFWGSGSccGSccccFFcF∴6.59900.0090.0090.111254FWcGScF即脱除率为2；10-6用一多级提馏型泡沫塔脱除废水中表面活性物，废水处理量为10m3/h，其中表面活性物浓度为500mg/l，塔顶泡沫液流量为0.9m3/h（以脱气体计），通气量为1cm3/h，吸附平衡常数为0.25cm，求该泡沫塔的级数。解：310/Fmh31/GmhFu50/FcmgL∴39.1/WFDmhFDWFcDcWc∴lnFWcFGSKWFWcFNGSKWGSKGSKFW，代入数据即可求解；10-7何谓高梯度磁分离技术，适用于哪些分离体系？答：高梯度磁分离技术是利用不同物质在磁场中具有不同的磁性的特点来分离混合物的技术。可用于强磁性物质的分离，如磁铁矿富集、某些原料中含铁物质的去除等；也可用于弱磁性物质的分离，如煤的脱硫、脱灰，生活污水和工业废水的处理，化学工业中氧化钴催化剂的回收等。目前工业上应用最多的是细粒弱磁性铁矿、钛铁矿等金属矿物的选矿，以及高岭土、长石、石英等非金属矿物的提纯。10-8什么叫聚磁感应介质？在高梯度磁分离中起什么作用？答：聚磁感应介质是指强磁性的细丝，该介质的直径越细，磁场梯度越大，半径越小，产生的磁场力越大。在磁场中加入聚磁感应介质，可形成非均匀磁力线，产生高梯度磁场。10-9某钢铁厂用HGMS处理排气的洗涤废水，分离罐直径2.0m，罐内磁介质的厚度为0.15m，磁感应强度为0.3T，给料速度可为60-160mm/s，试计算料液停留时间、设备处理能力以及电磁线圈的安匝数。解：已知分离罐直径2.0m，罐内磁介质的厚度为0.15m，磁感应强度为0.3T给料速度可为60-160mm/s，所以60160110/2vmms∴22320.1100.3454/44Dvmh∴料液停留时间0.151.360.110dtsv∴350700.3/2.410/410/BWbmHAmuWbmA∴'542.4100.153.610NIHdA∴'4413.61010.24.3210NINIpA10-10用HGMS从反应液中回收氧化钴催化剂，料液流速为10mm/s，停留时间15s，料液流量为0.1m3/min，磁场强度为10kOe，试求分离罐应有的高度、直径，以及电磁线圈的安匝数。解：已知料液流速为10mm/s，停留时间15s，料液流量为0.1m3/min，磁场强度为10kOe∴分离罐高度10151500.15dtvmmm∴2440.10.4640.0160DvDmv201/BWbm∴磁场强度50701810/410BHAm'558100.151.210NIHdA磁漏因子P均为0.2，产生的实际安匝数为'5511.21010.21.4410NINIpA10-11什么是分子印迹技术，其制备过程包括哪些步骤？答：分子印迹技术是指采用共价结合方式在交联聚合物中制备出分子印迹聚合物的技术。在印迹分子存在的条件下，单体和基质的共聚形成一定形式的多孔性受体通道或识别位点，从而达到所制备的聚合物具有分子识别的功能。具体制备步骤包括模板聚合、造粒或制膜、洗脱、干燥及应用。10-12影响分子印迹分离效果的因素有哪些？答：包括功能基的抑制剂、功能基空间取向的改变、静电斥力和空间位阻效应以及溶剂的影响。10-13举例说明分子印迹技术的应用。答：利用分子印迹技术制备的人工抗体具有类似生物抗体的高亲和性和高专一性，同时又耐热、耐酸、耐碱且长期稳定，已引起人们的极大兴趣。以蛋白质为模板进行分子印迹得到的纳米“孔穴”结构生物材料．可以作为抗体、酶或其它天然生物结构的替代物及细胞支架材料，在生物技术和医学领域显示出广阔的应用前景。利用分子印迹技术制备了卵清白蛋白的人工抗体，研究了其对抗原的特异性吸附能力，在此基础上，模拟竞争型免疫反应，并建立了卵清白蛋白的仿生荧光免疫分析方法。将MIP应用于膜分离的物质有氨基酸及其衍生物、肽、除草剂等。Kobayashi等采用相转化法制备了茶碱的MIP薄膜，该薄膜是丙烯腈、丙烯酸的共聚物。吸附实验发现，茶碱的吸附量远大于咖啡因，这表明在相转化的过程中，MIP“记忆”下了茶碱分子的形状。对薄膜的表征提供了茶碱和共聚物间相互作用的证据。YoshikawaLHj制备了四肽H-Asp(OCHEX)～Ile～Asp(OCHEX)-Glu(Obz1)-CH3的MIP薄膜，通过N-DL-Ac-Tryptophan的电渗析实验发现该薄膜对L异构体有选择性。Shea等¨则研究了能选择性地透过某些天然分子的MIP薄膜。10-14将以(S)-（1-萘乙基）-丙烯酰胺作为手性功能单体，(S)-邻氯扁桃酸为模板分子合成的分子印迹聚合物制备成色谱固定相，检测分子印迹聚合物对混旋物的拆分能力。已知该色谱柱对(S)和(R)-邻氯扁桃酸的保留时间分别为122.76min、92.22min，空白保留时间为18.12min，求该色谱柱对该混旋物的分离因子。解：分离因子122.7618.12104.641.4192.2218.1274.1SR