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1、現(xiàn)代分離技術第1章緒論1.1分離過程的演變歷史1.2分離工程學科1.3分離過程的分類化工分離工程是化學工程學科的重要組成部分?；し蛛x工程是研究化工及其它相關過程中物質的分離和純化方法的一門技術科學。許多天然物質都以混合物的形式存在，要從其中獲得具有使用價值的一種或幾種產品，必須對混合物進行分離。在許多加工工業(yè)中，例如化工、石油化工、煉油、醫(yī)藥、食品、材料、冶金、生化等，必須對中間體和產物進行分離和提純，才能使加工過程進行下去，并得到符合使用要求的產品。分離過程還是環(huán)保工程中用于污染物脫除的一個重要環(huán)節(jié)。1.1分離過程的演變歷史一、分離工程的起源早在數(shù)千年前，人們已利用各種分離方法制作許多人們
2、生活和社會發(fā)展中需要的物質。例如，利用日光蒸發(fā)海水結晶制鹽；農產品的干燥；從礦石中提煉銅、鐵、金、銀等金屬；火藥原料硫磺和木炭的制造；從植物中提取藥物；釀造葡萄酒時用布袋過濾葡萄汁；制造蒸餾酒等等。這些早期的人類生產活動都是以分散的手工業(yè)方式進行的，主要依靠世代相傳的經驗和技藝，尚未形成科學的體系。1.1分離過程的演變歷史近代化學工業(yè)是伴隨著十八世紀開始的工業(yè)革命而崛起的。于十九世紀末開始了大規(guī)模的發(fā)展。當時，三酸二堿和以煤焦油為基礎的基本有機化工等都有了一定的規(guī)模。在生產中，需要將產品或生產過程的中間體從混合物中分離出來，才可供使用。例如，當時著名的索爾維制堿法中，使用了高達二十余米的純堿碳
3、化塔，在其中同時進行化學吸收、結晶、沉降等分離過程，這是一項了不起的成就。但在當時，這項成就是由化學家在進行化學工藝過程開發(fā)的同時完成的，他們并沒有意識到他們同時在履行著化學工程師的職責。這時的分離技術是結合在具體的化工生產工藝的開發(fā)過程中，單獨而分散地發(fā)展的。1.1分離過程的演變歷史隨著大量的工業(yè)實踐，人們逐漸認識到，各種化工生產工藝，除了其中的核心即反應過程外，大都是由為數(shù)不多的一些基本操作組成的。這些基本操作的知識對于化工過程的正確開發(fā)和化工流程、裝置的正常運行經濟性有重要的作用。在二十世紀初提出的單元操作的概念指出：任何化工生產過程不論規(guī)模如何，皆可分解為一系列名為單元操作的過程，例如
4、粉碎、混合、加熱、吸收、冷凝、浸取、沉降、結晶、過濾等。單元操作的概念包含了流體動力過程、傳熱過程、傳質分離過程、熱力過程、粉體工程等許多化工生產過程中常見的操作和過程，傳質分離過程是其重要組成部分。1.1分離過程的演變歷史單元操作概念的建立對化學工程的發(fā)展起了重大的作用。它對用于不同的化學工藝中的同樣的操作，以單元操作的概念抽象出來，對其共同規(guī)律進行研究。通過對其基礎研究、單元操作所用設備的結構、操作特性、設計計算方法及應用開發(fā)等多方面的研究，為分離過程在化工工藝開發(fā)、化工過程放大、化工裝置設計和在化工生產中的正確應用提供了較為完整的理論體系和經濟高效的分離設備，對促進化學工業(yè)的發(fā)展起到了重
5、要的作用。同時，以此為基礎發(fā)展起來了以因次分析和相似論為基礎的實驗研究方法和以數(shù)學模型方法為基本的理論結合實際的化學工程研究方法，也對化學工程學本身的發(fā)展作出了很大的貢獻。1.1分離過程的演變歷史二、分離工程的發(fā)展自二十世紀五十年代以來，通過對化學工程的深入研究，提出了三傳一反（動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞、化學反應工程）的概念。使分離工程建立在更基本的質量傳遞的基礎上，從界面的分子現(xiàn)象和基本流體力學現(xiàn)象進行分離工程中各單元操作的基礎研究，并用定量的數(shù)學模型描述分離過程，用于分析已有的分離設備，并用于設計新的過程和設備。由于計算機技術的飛速發(fā)展，使得從較基礎的理論角度出發(fā)對分離過程和設備進行研
6、究成為可能，減少了誤差和失真。對一些復雜的數(shù)學模型的開發(fā)并用于分離過程的優(yōu)化，使化工過程更趨成熟和完善。1.1分離過程的演變歷史二十世紀下半葉掀起的新技術革命浪潮在人類文明和社會發(fā)展上將具有重大的意義。在現(xiàn)代生物技術、環(huán)境科學、資源與能源科學、信息技術與材料科學等高新科技的發(fā)展對分離工程提出了新的、更高的要求，有許多是傳統(tǒng)分離技術所無能為力的，分離工程發(fā)展與高新科技的結合是現(xiàn)實的迫切需求，也是分離工程面臨的新的機遇和挑戰(zhàn)?？梢燥@著提高生活質量的實例NO.1食品果汁超濾主要目的是除去易引起果汁發(fā)生渾濁沉淀的大分子物質。血橙是重要的甜橙品種，除富含維生素C外，還含有豐富的維生素E、β一胡蘿卜素、花
7、青素苷和類黃銅等多酚化合物，蘇學素等采用管式聚偏氟乙烯超濾膜(PVDF)對血橙進行超濾澄清實驗，在室溫條件下跨膜壓差超濾血橙汁，獲得了較高的膜滲透通量，較好地保留了營養(yǎng)物質。大豆分離蛋白生產過程中的乳清一直是環(huán)保治理的難點，乳清中的乳清蛋質，大豆低聚糖和鹽類，排放到自然水體會造成污染，回收利用則變廢為寶。借助于對濃縮相不斷稀釋的全過濾，則可以獲得蛋白質含量更高的乳清蛋白粉。此外，引入超濾和反滲透組
