生物分离2.ppt

第二章 下游技术的理论基础 生物工业下游技术：尚无一个严格意义上的定义，本课程中所涉及的内容有许多在本质上属于物质分离的范畴。因此，本章及后续内容将会经常使用“分离”一词。 第一节 下游技术中的物理学过程 第二节 下游技术中的化学过程 第三节 下游技术中的生物学过程 第一节 下游技术中的物理学过程 一、基础物性 “分离”可利用各种物质固有性质的差异。物性差异越大，利用价值越大。 二、分类 以物理学过程为基础的分离操作，大致可分为以下三类： 1．平衡分离过程 建立在相平衡关系上的。利用相的组成差别进行混合物体系的分离。表2—1为平衡分离的代表性单元操作。 2．拟平衡(速度差)分离操作 在混合物体系本身所占有的空间之外加一个能引起物质 分离的势能场，在它的作用下，形成分离场。如表2—2所示。 3 ．非平衡分离操作 1、2以外均划归其中，利用物质移动速度差和广义的、基于“屏蔽效应”的分离操作。如表2—3所示。 三、平衡论 1．相平衡基础 多组分混合物体系达到气液、液液、固液、气固二相平衡的条件是各相温度、压力相等，各相中各成分的逸度相等。 F=C – P + 2 F—自由度； C—组分数； P—相数。 2 ．气液平衡 非理想溶液： pi＝ pi*ai= pi*ri xi ； 式中： pi* —纯组分i的饱和蒸气压； a i—组分i的活度，而ai ＝ ri xi ； ri—组分i的活度系数．可由有关公式求得。 当ri ＝1时，即为理想溶液，则； pi ＝ pi* xi （即拉乌尔定律） 3．溶解度 (1)气体在液相中的溶解度： pi＝ y i p＝H xi 式中： pi—组分i的气相分压 p—总压 H—亨利常数 xi, ， y i —分别为组分i的液相和气相摩尔分数 (2)固体在液相中的溶解度(ci) △H T -In(ri ci)＝ —— (1 - — ) R Tm 式中 Tm—固体熔点，详情可参考有关专著 R —摩尔气体常数 △ H —固体摩尔融解热焓 4．高压气体中的溶解度 超过临界温度和临界压力的气体称为超临界气体，其特征是各种物质在超临界气体中的溶解度较大，而且在临界点附近溶解度变化很大，利用这个性质的萃取技术称为超临界萃取技术。 5．液液平衡 XA rB 分配系数 K = —— = —— XB rA XA ,XB — 溶质在A、B两相的平衡浓度。 rA、 rB — 活度。 6．吸附平衡 物质从流体相(气、液)浓缩到固体表面从而达到分离的过程称为吸附过程。 气相： Q＝kp1/n 液相： Q＝kc1/n Q — 吸附量(mol/kg吸附剂) k— 吸附平衡常数 p— 吸附质分压 c — 吸附质浓度 n— 大于1的常数。 7．固体吸收平衡 气体、液体成分移向固体的过程称为(固体)吸收。 p