新型分離技術(shù)（第三版）

第1章緒論1
1.1分離技術(shù)及其在過程工程中的意義1
1.1.1分離技術(shù)的地位與作用1
1.1.2新型分離技術(shù)開拓與發(fā)展的必要性2
1.2分離過程的分類3
1.2.1機(jī)械分離4
1.2.2傳質(zhì)分離4
1.2.3反應(yīng)分離與轉(zhuǎn)化5
1.3新型分離技術(shù)的進(jìn)展5
1.3.1膜分離技術(shù)6
1.3.2基于傳統(tǒng)分離的新型分離技術(shù)8
1.3.3耦合與集成技術(shù)9
1.4分離技術(shù)選擇的一般規(guī)則11
1.4.1選擇的基本依據(jù)11
1.4.2工藝可行性與設(shè)備可靠性12
1.4.3過程的經(jīng)濟(jì)性13
1.4.4組合工藝排列次序的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則13
習(xí)題14
參考文獻(xiàn)15

第2章分離過程的基礎(chǔ)理論16
2.1分離過程的熱力學(xué)基礎(chǔ)16
2.1.1熱力學(xué)基本定義與函數(shù)16
2.1.2偏摩爾量和化學(xué)位17
2.1.3克拉貝龍方程和克-克方程18
2.1.4相律19
2.1.5滲透壓與唐南平衡理論19
2.1.6非平衡熱力學(xué)基本定律22
2.2分離過程中的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)24
2.2.1分子傳質(zhì)及其速度與通量24
2.2.2質(zhì)量傳遞微分方程26
2.2.3質(zhì)量傳遞微分方程特定式27
2.3分離過程中的物理力27
2.3.1分子間和原子間的作用力27
2.3.2溶解度參數(shù)30
2.3.3滲透系數(shù)31
2.4分離因子33
2.4.1平衡分離過程的固有分離因子33
2.4.2速率控制過程的固有分離因子34
2.4.3分離因子與過程能耗的定性關(guān)系35
2.5分離過程的能耗分析36
2.5.1有效能的基本概念36
2.5.2分離過程的分析39
習(xí)題41
參考文獻(xiàn)42

第3章反滲透與正滲透、納濾、超濾與微濾43
3.1反滲透與正滲透44
3.1.1滲透、反滲透與正滲透44
3.1.2反滲透基本機(jī)理及模型46
3.1.3反滲透操作特性參數(shù)計(jì)算48
3.1.4反滲透工藝流程49
3.2納濾52
3.2.1納濾膜發(fā)展歷程52
3.2.2對(duì)氯化鈉的截留作用53
3.2.3對(duì)單價(jià)或多價(jià)化合物的截留作用53
3.2.4對(duì)混合物離子的截留作用53
3.2.5對(duì)水中微量有機(jī)物的截留作用55
3.2.6納濾恒容脫鹽55
3.3超濾57
3.3.1超濾的基本原理57
3.3.2超濾傳質(zhì)模型57
3.3.3超濾過程工藝流程61
3.4微濾66
3.4.1微孔過濾模式66
3.4.2濾餅過濾式通量方程67
3.4.3通量衰減模型68
3.5膜組件71
3.5.1膜組件種類71
3.5.2各種膜組件比較75
習(xí)題76
參考文獻(xiàn)78

第4章氣體滲透、滲透汽化與膜基吸收79
4.1氣體分離79
4.1.1氣體在膜內(nèi)的傳遞機(jī)理79
4.1.2影響氣體滲透性能的因素83
4.1.3氣體分離的計(jì)算88
4.1.4級(jí)聯(lián)操作的形式和級(jí)數(shù)計(jì)算91
4.1.5氣體膜分離的經(jīng)濟(jì)性比較93
4.2滲透汽化與蒸汽滲透94
4.2.1滲透汽化及蒸汽滲透原理94
4.2.2滲透通量和分離因子95
4.2.3滲透汽化膜過程的設(shè)計(jì)計(jì)算98
4.2.4影響工藝設(shè)計(jì)的主要因素99
4.2.5滲透汽化級(jí)聯(lián)計(jì)算101
4.2.6滲透汽化與蒸汽滲透的經(jīng)濟(jì)分析102
4.3膜基吸收103
4.3.1膜基吸收及其氣液傳質(zhì)形式103
4.3.2膜基吸收的傳質(zhì)104
4.3.3膜基吸收的設(shè)計(jì)參數(shù)的確定106
4.3.4膜基吸收過程的應(yīng)用106
習(xí)題107
參考文獻(xiàn)108

第5章透析、電滲析與膜電解109
5.1透析109
5.1.1透析過程機(jī)理109
5.1.2透析過程的通量模型110
5.1.3透析液的種類及其組成111
5.1.4透析過程的種類及其清除率112
5.2電滲析114
5.2.1電滲析過程原理114
5.2.2電滲析的基本理論115
5.2.3電滲析過程中的傳遞現(xiàn)象117
5.2.4電滲析器工藝參數(shù)計(jì)算117
5.2.5電滲析器及其脫鹽流程設(shè)計(jì)122
5.2.6電滲析中的濃差極化現(xiàn)象127
5.2.7倒極電滲析過程設(shè)計(jì)及應(yīng)用128
5.2.8交換樹脂填充式電滲析裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用130
5.3雙極膜水解離131
5.3.1雙極膜的特性132
5.3.2雙極膜水解離理論電位和能耗132
5.3.3雙極膜電滲析水解離原理133
5.3.4雙極膜過程設(shè)計(jì)參數(shù)134
5.3.5雙極膜水解離應(yīng)用135
5.4離子膜電解135
5.4.1膜電解基本原理135
5.4.2離子電解膜135
5.4.3膜電解槽中的電化學(xué)反應(yīng)及物料平衡137
5.4.4膜電解槽中的物料衡算138
5.4.5電解定律139
5.4.6膜電解槽陽(yáng)極電流效率139
5.4.7膜電解的槽電壓139
5.5電滲析的經(jīng)濟(jì)性比較141
習(xí)題141
參考文獻(xiàn)142

第6章特種精餾與蒸餾143
6.1混合物組分的相圖143
6.1.1三組分相圖與蒸餾邊界143
6.1.2剩余曲線圖144
6.1.3蒸餾曲線圖147
6.1.4全回流下的產(chǎn)物組成區(qū)（蝶形領(lǐng)結(jié)區(qū)）148
6.2萃取與恒沸精餾149
6.2.1萃取與恒沸精餾特征及其差異149
6.2.2溶劑選擇原則150
6.2.3萃取精餾的分離因子152
6.2.4萃取精餾理論板數(shù)計(jì)算153
6.2.5恒沸精餾理論板數(shù)計(jì)算156
6.3反應(yīng)精餾157
6.3.1反應(yīng)精餾的基本特點(diǎn)158
6.3.2反應(yīng)精餾的相平衡與化學(xué)平衡158
6.3.3反應(yīng)蒸餾的動(dòng)力學(xué)160
6.3.4反應(yīng)精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算161
6.3.5反應(yīng)精餾選型與應(yīng)用163
6.4分子蒸餾166
6.4.1分子蒸餾的原理167
6.4.2分子蒸餾的傳熱與傳質(zhì)169
6.4.3分子蒸餾器及其工藝設(shè)計(jì)170
6.4.4分子蒸餾器特征及其應(yīng)用171
6.5膜蒸餾174
6.5.1膜蒸餾的基本原理174
6.5.2膜蒸餾中的傳熱和傳質(zhì)175
6.5.3膜蒸餾用膜及裝置177
習(xí)題179
參考文獻(xiàn)179

第7章超臨界流體與特種溶劑萃取181
7.1超臨界流體萃取181
7.1.1超臨界流體及其性質(zhì)182
7.1.2超臨界流體萃取中的相平衡186
7.1.3超臨界流體的傳遞性質(zhì)189
7.1.4超臨界流體萃取工藝及設(shè)備計(jì)算193
7.1.5超臨界流體萃取分離方法及典型流程196
7.1.6超臨界萃取操作條件選擇197
7.1.7超臨界流體萃取過程的能耗198
7.2雙水相萃取198
7.2.1雙水相分配原理199
7.2.2雙水相系統(tǒng)中的作用力200
7.2.3影響雙水相分配的主要因素202
7.2.4雙水相系統(tǒng)的選擇205
7.2.5雙水相萃取工藝設(shè)計(jì)206
7.2.6雙水相萃取的應(yīng)用207
7.3凝膠萃取208
7.3.1凝膠的種類及其特性208
7.3.2凝膠的相變溫度209
7.3.3凝膠的溶脹與收縮機(jī)理209
7.3.4凝膠的篩分作用211
7.3.5凝膠萃取設(shè)計(jì)參數(shù)211
7.3.6典型的凝膠萃取工藝212
7.3.7凝膠萃取的應(yīng)用215
7.4膜基溶劑萃取216
7.4.1膜基萃取基本原理216
7.4.2膜基萃取傳質(zhì)方程式217
7.4.3影響膜基萃取傳質(zhì)的因素218
7.4.4萃取劑選擇原則219
7.4.5膜與膜組件的選擇原則221
習(xí)題221
參考文獻(xiàn)222

第8章吸附、離子交換與色譜分離224
8.1吸附與交換劑結(jié)構(gòu)及其性能224
8.1.1常用吸附劑224
8.1.2離子交換樹脂225
8.1.3特種色譜用固定相與流動(dòng)相227
8.1.4吸附劑的選擇原則229
8.2吸附分離229
8.2.1吸附平衡及等溫吸附方程229
8.2.2吸附擴(kuò)散傳質(zhì)機(jī)理232
8.2.3吸附分離特性參數(shù)234
8.2.4吸附分離工藝237
8.3離子交換244
8.3.1離子交換平衡與動(dòng)力學(xué)關(guān)系244
8.3.2離子交換過程設(shè)計(jì)248
8.3.3離子交換器及其設(shè)計(jì)要求250
8.4色譜分離252
8.4.1色譜的分類和特點(diǎn)252
8.4.2色譜分離平衡關(guān)系及操作方法254
8.4.3色譜分離的基本參數(shù)255
8.4.4色譜分離的放大設(shè)計(jì)與優(yōu)化259
習(xí)題262
參考文獻(xiàn)262

第9章分子識(shí)別與印跡分離264
9.1弱相互作用與分子識(shí)別264
9.1.1分子間弱相互作用264
9.1.2分子識(shí)別及其專一性條件264
9.1.3分子識(shí)別的基本尺度265
9.1.4互補(bǔ)性和預(yù)組織原則265
9.1.5分子識(shí)別的鍵合常數(shù)266
9.1.6分子識(shí)別體系267
9.2分子識(shí)別理論及模型269
9.2.1分子識(shí)別的熱力學(xué)基礎(chǔ)269
9.2.2分子識(shí)別的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)269
9.2.3分子識(shí)別過程的鍵能270
9.3分子印跡聚合物的制備271
9.3.1制備材料的篩選271
9.3.2印跡聚合物制備方法272
9.3.3典型制備方法的利弊分析274
9.3.4典型印跡聚合物的特征275
9.4印跡分離過程建模及估算275
9.4.1印跡分離過程建模275
9.4.2分子印跡擴(kuò)散吸附模型與相互作用能差277
9.4.3客體結(jié)合常數(shù)與最大結(jié)合量估算278
9.4.4影響分子識(shí)別效應(yīng)的因素280
9.5印跡聚合物的應(yīng)用281
9.5.1印跡色譜分離281
9.5.2印跡手性拆分282
9.5.3印跡固相萃取284
9.5.4印跡與免疫膜分離289
習(xí)題294
參考文獻(xiàn)294

第10章泡沫、液膜與磁分離296
10.1泡沫分離296
10.1.1泡沫分離基本原理297
10.1.2泡沫分離的設(shè)備及流程300
10.1.3影響泡沫分離的因素302
10.1.4過程設(shè)計(jì)與理想泡沫模型305
10.1.5泡沫分離新發(fā)展310
10.2液膜分離311
10.2.1液膜的形狀和分類311
10.2.2促進(jìn)傳遞機(jī)理及載體的選擇312
10.2.3液膜分離機(jī)理及傳質(zhì)方程313
10.2.4液膜制備及其分離操作過程317
10.2.5液膜分離的應(yīng)用322
10.3磁分離324
10.3.1磁場(chǎng)及其磁性材料特性324
10.3.2磁分離計(jì)算基礎(chǔ)327
10.3.3高梯度磁分離329
10.3.4超導(dǎo)磁分離331
10.3.5磁分離機(jī)及其處理系統(tǒng)332
10.3.6磁分離機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)335
習(xí)題338
參考文獻(xiàn)339

第11章耦合與集成技術(shù)341
11.1反應(yīng)-分離的耦合集成過程341
11.1.1催化膜反應(yīng)器341
11.1.2滲透汽化膜反應(yīng)器343
11.1.3膜生物反應(yīng)器346
11.2分離-分離集成工藝及過程348
11.2.1膜與吸收、汽提的集成349
11.2.2精餾-滲透汽化的集成350
11.3耦合與集成過程建模353
11.3.1平推流集成過程建模354
11.3.2全混流集成過程建模355
11.3.3間歇式集成過程建模356
11.4集成過程的設(shè)計(jì)優(yōu)化358
11.4.1Aspen Plus軟件模擬設(shè)計(jì)358
11.4.2McCabe-Thiele圖解法設(shè)計(jì)359
習(xí)題363
參考文獻(xiàn)363

附錄365
附錄A電解質(zhì)水溶液的滲透壓系數(shù)365
附錄B聚合物膜材料的溶解度參數(shù)366
附錄C常用溶劑的溶解度參數(shù)367
附錄D無(wú)機(jī)離子和離子對(duì)的自由能參數(shù)368
附錄E堿金屬陽(yáng)離子和鹵族陰離子的自由能參數(shù)369
附錄F有機(jī)離子的自由能參數(shù)369
附錄G結(jié)構(gòu)基團(tuán)對(duì)Ecoh，i和Vi的貢獻(xiàn)369
附錄H結(jié)構(gòu)基團(tuán)對(duì)溶解度參數(shù)的貢獻(xiàn)371