水合分离技术

水合分离技术（精选四篇）

水合分离技术篇1

天然气水合物的俗称为可燃冰, 是CH4等烃类气体在高压低温条件下与水作用形成的笼形化合物, 其主要分布在北极冻土带和沿海大陆架300~3000m的深水区, 其储量是全球含碳化合物的两倍, 可能会成为储量丰富的接替能源。因此, 加强对天然气水合物开采技术的研究具有积极的意义。下面将对天然气水合物的研究内容以及各类型的开采技术展开探讨。

2 天然气水合物的研究内容

目前, 天然气水合物的主要研究内容包括: (1) 明确控制天然气水合物储存及稳定性的地质参数; (2) 估算储存于各种天然气水合物储层中的天然气储量; (3) 深入分析天然气水合物产生CH4的过程与特点; (4) 准确识别、预测、评估水合物影响环境和气候的程度; (5) 探究在油气钻井过程中天然气水合物的安全影响。

3 天然气水合物开采技术现状

当下, 开采天然气水合物的方法涵盖了热激法、降压法、注化学试剂法, 以及研发出的气体置换法与固体开采法等新型方法, 下面将对这些技术展开探讨。

3.1 热激法

该方法的原理是通过维持天然气水合物稳定带的压力不变, 将水合物地层的温度提高, 破坏其氢键, 进而分解为水和天然气, 分解后的天然气主要利用集气井来收集。该过程的反映原理如下:

式中, M为水合物中的气体分子;n为水分子数。

热激法所用的加热方式包括将高温度的热水或盐水通过采气管道注入到水合物的储层中, 利用海底地热、电磁加热技术、微波加热、太阳能供热等。不同加热方式的优缺点如表1所示:

热开采技术是一种强化措施, 有效提高了开采的效率, 并且其可以循环利用注入的热流体。但利用热开采技术加热水合物的储层时, 会改变沉积物的力学性质, 对沉积物的孔隙度、渗透率等开采因数产生影响, 稍有不当就会破坏大面积的储层, 甚至引发灾难性事件。因此, 需要深化开采技术与成本以及热开采数学模型等方面的研究。

3.2 降压开采法

该方法对天然气水合物的分解是通过降低其储层压力来实现的。目前, 降压的方法有2种: (1) 利用低密度泥浆钻井; (2) 利用泵压将水合物储层下方存在的游离气体和其他流体抽出。降压开采法具有成本低、无须连续激发, 适合大面积开采, 是最有前景的开采方法。但其也有不足, 例如效率低、速度慢等, 在天然气水合物矿藏位于温压平衡边界时才能体现出其经济效益。

3.3 化学试剂注入法

该方法是将如盐水、甲醇、乙醇等水合物抑制剂注入到水合物储层中, 通过破坏矿藏相平衡条件和水合物分子间的氢键, 使储层的孔隙压力与温度发生变化来达到水合物的目的。但该方法存在诸多的弊端, 例如成本高、作用时间长、效果偏差等, 同时化学制剂会危害地下水和海洋环境, 所以应用投入较少。

3.4 置换法

置换法也叫作气举法, 根据水合物的稳定带压力条件, 注入CO2或其他气体, 形成低于甲烷相平衡条件的流体, 进而置换出甲烷气体。天然气水合物在一定温度条件下保持稳定需要较高的压力, 所以天然气水合物在一定的压力范围内会分解。另外, 置换反应会释放大量的热来进一步分解水合物, 扩散气体会填充原来的地层孔隙。该方法使用的CO2能储存于地下, 有利于缓解温室效应, 环境效益较高, 同时也降低了开采时井喷、井塌事故的发生概率。但也存在一定的不足, 例如置换效率低、导致气液分离以及CO2收集、运输的安全问题。

3.5 固体开采法

该方法也叫水利提升法, 直接挖掘采集水合物储层, 将其固体拖至浅水区, 之后利用搅拌或者其他物化手段进行控制性分解。近年来, 固体开采法逐步过渡到混合开采法或泥浆开采法: (1) 在原地将水合物分解为气液混合相, 采集混合泥浆; (2) 深度处理导入作业船和海上平台的泥浆。该方法弥补了海底水合物分解效率低的弊端。但是该方法涉及复杂的三相流动且耗能较大, 因此, 还需积极努力攻克许多技术瓶颈。

4 结语

综上所述, 天然气水合物的开采技术具有多样化的特点, 各项技术都有自身的优缺点, 在未来的发展中必须积极攻克技术难点, 进一步提高天然气水合物的开采效率和质量。

参考文献

[1]张焕芝, 何艳青, 孙乃达, 李万平.天然气水合物开采技术及前景展望[J].石油科技论坛, 2013 (6) :15-19+64-65.

新型分离技术篇2

科技论文写作课程论文

专业班级：姓名：学号：指导老师：

写作日期：

2013年6月5日

成绩：

新型分离技术的应用及研究现状

摘要本文对膜分离技术、色谱分离技术、吸附分离技术、离心分离技术、萃取分离技术等新型分离技术的应用和研究现状进行了阐述

Abstract In this discourse , the author introduces the status oftheapplicationandresearch of some new separation technology such as membrane separation technology, chromatography, adsorption separation technology, centrifugal separation, extraction separation technology and so on.分离技术是研究生产过程中混合物的分离、产物的提取或纯化的一门新型学科,随着社会的发展,对分离技术的要求越来越高,不但希望采用更高效的节能、优产的方法,而且希望所采用的过程与环境友好.正是这种需求,推动了人们对新型分离技术不懈的探索.近十余年来,新型分离技术发展迅速,其应用范围已涉及化工、环保、生化、医药、食品、电子、航天等领域,不少技术已趋成熟.下面一一进行阐述.[1]1 膜分离技术

1.1 分离膜的种类

随着科学技术的发展，膜的种类得到发展，按材料性质，可以分为高分子膜、金属膜、无机膜.根据结构可分为均质膜、非对称膜、复合膜、离子交换膜、荷电膜、液膜.按成膜方法不同，分为三类，微孔膜(即核孔膜)、控制拉伸膜和海绵状结构膜.1.2 膜分离过程

微滤是最早使用的膜分离技术，是在压力差作用下进行的筛孔分离、使不溶物浓缩的过程，主要用于滤除 0． 05 ～ 10 μm 的悬浊物质颗粒.主要应用于截留颗粒物、液体澄清以及除菌.超滤是在压力差作用下进行的筛孔分离过程.纳滤是从水溶液中分离除去中小分子物质的过程(分子量为 300 ～ 500).其原理是在超滤和反渗透间提供了一种选择性媒介，在浓缩有机溶质的同时，也可脱盐.1.3国外分离技术的发展及研究进展

[2］

早在上世纪 30 年代，硝酸纤维素微滤膜已商品化，近年来开发出聚四氟乙烯为材料的微滤膜新品种，它使用范围非常广，销售额居于各类膜的首位.从上世纪 70 年代，超滤应用于工业领域，现在应用领域非常广泛.上世纪 80 年代，新型含氟离子膜在氯碱工业应用成功.第三代低压反渗透复合膜，性能大幅提高，已在药液浓缩、化工废液、超纯水制造等领域得到广泛应用.1979 年 Monsanto 公司成功研制出 H2/N2分离系统.渗透汽化于 80 年代后期进入工业应用，主要用于醇类等恒沸物脱水，该过程节约能源，不使用挟带剂，使用起来比较经济.此外，用渗透汽化(PV)分离有机混合物，近年也有中试规模研究的报道.1.4国内分离技术的发展及研究进展

［3-4］

我国膜技术始于上世纪 50 年代末，1966 年聚乙烯异相离子交换膜在上海化工厂正式投产.1967年用膜技术进行海水淡化工作.我国在 70 年代对其它膜技术相继进行研究开发(电渗析、反渗透、超

滤、微滤膜)，80 年代进入应用推广阶段.中国科学院大连化物所在 1985 年首次研制成功中空纤维N2/H2分离器，现已投入批量生产.我国在 1984 年进行渗透汽化(PV)研究，1998 年我国在燕山化工建立第一个千吨级苯脱水示范工程.中国科技部把渗透汽化透水膜、低压复合膜、无机陶瓷膜及天然气脱湿膜等列入“九五”重点科技攻关计划，分别由清华大学、南京化工大学及中科院大连化物所、杭州水处理中心承担，进行重点开发公关.1998 年 10月国家发改委在大连投资兴建国家膜工程中心，技术上以中国科学院大连化物所为依托.1.5在医药用水制备中的应用

Taylor［5］和Transen

［6］

采用离子交换、反渗透与炭吸附、荷电吸附材料及终端除菌滤器等技术，做成医药用水生产装置，生产无菌注射用水.丁绍敏等［7］比较了去离子水与超滤水的质量，结果使用超滤生产的输液的澄明度有了明显的提高.2 色谱分离技术

2.1 色谱技术简介

色谱是从混合物中分离组分的重要方法之一.色谱技术甚至能够分离物化性能差别很小的化合物,当混合物各组成部分的化学或物理性质十分接近,而其它分离技术很难或根本无法应用时,色谱技术愈加显示出其实际有效的优越性.如在消旋体处理等许多方面,所要求的产品纯度标准只有使用色谱技术才能达到.因而在医药、生物和精细化工工业中,发展色谱技术进行大规模纯物质分离提取的重要性日益增加.下面,通过几个实际中的例子来说明色谱分离技术在实际中的应用.2.2 色谱分离技术在淀粉糖工业中的应用

淀粉糖经水解后的产品液中还存在许多其他的单糖、多糖、聚合糖和/或多元醇.在我国,许多厂家没有采用组分分离工艺,或采用的分离工艺只能分离出其中的一个主要组分,在提取出部分产品后由于杂糖、醇和/或其他杂质在母液中的畜集而无法继续利用.如能将它们分离纯化可得到各种产品,大大增加产品价值.如用阳离子交换色谱柱法将麦芽糖生产的糖浆分为麦芽糖和麦芽三糖.[9][8]

如麦芽糖生产中产生的大量含麦芽糖70%,麦芽三糖以上糖分为30%的高麦芽糖浆,便可采用阳离子交换色谱柱法分离成两部分.一部分中麦芽糖含量纯度为97.5%,用于直接生产结晶麦芽糖;另一部分含麦芽三糖65%以上,麦芽糖30%左右,再经处理后可生产麦芽三糖产品.国外使用色谱技术于糖醇分离,已变得非常普遍,几乎为所有公司采用.有些公司甚至专门从我国或其他地方收购纯度低的糖醇产品,通过色谱分离获得高纯度产品高价销售.[10]

2.3 蛋白质组学研究中的色谱分离技术

目前,用于“海量”蛋白质混合物的高效分离方法主要有二维电泳和高效液相色谱两种方法.其中因分离度高并具有直观图谱而被普遍采用的方法为二维电泳,即2DE方法.[11]

2DE与质谱联用技术已经成为蛋白质组学研究中一个较为成熟的技术平台,被广泛应用于蛋白质组学研究的各个方面.但由于该技术伴随其诞生所固有的缺陷,因此近几年对该方法进行了一些改进,如对电泳前生物样品进行预浓缩和预分离、分步提取以及对凝胶的染色过程进行优化,但都未有实质性的进展.为了解决这种方法存在的问题,另一种高效分离方法,[12]

即高效液相色谱方法(HPLC)获得了愈来愈多的应用,特别是各种模式色谱联用组成多维色谱分离技术逐渐被采用,并与质谱联用以克服二维凝胶电泳存在的缺陷.通常与质谱联用的多维色谱分离方法是基于两种或两种以上不同分离机理方法的优化和组合,其峰容量为最后一种模式色谱对前一种(或几种)模式色谱分离所得的所有馏分进一步分离的色谱峰的总和.分离方法的选择除了根据分离对象和目的的不同考虑不同分离方法以及组合方式外,还应考虑质谱鉴定的要求以及最后从蛋白质数据库检索的需要.由于蛋白质组的庞大和复杂,通常需要对其进行预分离以缩小分离范围,再进一步进行高效分离.[13]

2.4展望

综上所述,尽管不同色谱分离方法还存在一些不足之处,但它们以引人注目的各种优点,如高分辨率、快速、低成本等,赢得了人们的青睐.色谱分离方法不仅会在实验室得到广为应用,而且在大规模制备色谱领域内也具有极大的潜力.此外,各种色谱分离方法的合理组合技术方法,也是今后研究的重要内容和方向.3吸附分离技术

3.1 吸附与吸附分离技术

吸附是一表面现象,在流体(气或液)与固体表面(吸附剂)相接触时,流固之间的分子作用引起流体分子(吸附质)浓缩在表面.对一流体混合物,其中某些组分因流固作用力不同而优先得到浓缩,产生选择吸附,实现分离.吸附分离过程依据流体中待分离组分浓度的高低可分为净化和组分分离,一般以质量浓度10%界限

[14],小于此值的称为吸附净化.吸附是自发过程,发生吸附时放出热量,它的逆过程(脱附)是吸热的,需要提供热量才能脱除吸附在表面的吸附分子.吸附时放出热量的大小与吸附的类型有关:发生物理吸附时,吸附质吸附剂之间的相互作用较弱,吸附选择性不好,吸附热通常是在吸附质蒸发潜热的2~3倍范围内,吸附量随温度升高而降低;而发生化学吸附时,吸附质吸附剂之间的相互作用强,吸附选择性好且发生在活性位上,吸附热常大于吸附质蒸发潜热的2~3倍.在吸附分离技术的实际应用中,吸附剂要重复使用,吸附与脱附是吸附分离过程的必要步骤.吸附剂脱附再生的实现方式主要有两种:提高吸附剂温度和用低吸附质浓度的流体.早期的吸附分离技术主要用于吸附净化方面,随着20世纪50年代合成沸石分子筛的出现,使吸附分离技术得到快速发展,在化工、石化、生化和环保等领域得到广泛应用,其中变温吸附(TSA)、用于气体组分分离的变压吸附(PSA)和用于液体组分分离的模拟移动床(SMB)分离技术成为应用的主流.3.2 吸附材料[15] 开发吸附分离技术应用的一个关键是吸附剂——具有各种微孔结构和表面性质的大比表面固体材料(150~1 500m2/g),用于流体混合物中组分的吸附分离.吸附剂主要有活性炭、沸石分子筛、氧化铝、硅胶、高分子吸附剂和离子交换树脂.常用吸附剂的主要特性见表2.硅胶、氧化铝和沸石分子筛都可以用作为吸附干燥剂,但由于各自性质不同,适用的场合也不一样.一般来说,在干燥程度要求不高时,使用硅胶较普遍,因硅胶要求的再生温度较低;分子筛适用于要求深度干燥的场合,但需较高的再生温度,不适用PSA模式,因分子筛与水的相互作用强,仅靠变化流体浓度不能实现再生.如在仪表风等气体的PSA干燥中,适合的吸附剂是氧化铝而不是硅胶,因硅胶的强度稍差,其落粉率不能满足要求.活性炭为非极性材料,对有机物有较强的吸附能力,故一般有机挥发物(VOC)的脱除和回收都使用活性炭作为吸附剂.空气的PSA制氧过程是利用了分子筛吸附剂的吸氮量大于其吸氧量的特性,而空气的PSA制氮过程则利用了N2在炭分子筛上的吸附速率大于O2的几十倍的特性,这正好反映了实现吸附分离的主要依据:利用不同流体在吸附剂上吸附量或吸附速率的差异.吸附剂的性能决定着吸附分离技术的应用,因此吸附剂的开发一直是吸附分离技术的研发重点.针对吸附分离体系的特性,吸附剂的研发有多种方式:(1)改进现有的吸附剂,以提高过程的经济性和效果,如PSA制氧过程采用的吸附剂由CaA、10X到LiNaLSX(LSX代表低硅铝比的八面沸石型分子筛),增加分子筛的局部电场,提高其吸氮容量,而吸附过程则由PSA发展到真空变压吸附(VSA),节省过程的能耗;(2)通过合成新型的吸附剂和吸附分离用的材料,如各种新的分子筛被合成出来,并在吸附分离过程中得到应用;(3)结合现有吸附材料的性质,开发出具有应用新特点的吸附材料和过程,如针对不同的流体干燥场合,利用氧化铝、硅胶和分子筛等常用干燥剂的特性(见图1),来开发满足特定应用领域的各种干燥剂有着广阔的空间;(4)利用吸附剂和吸附质的某些性质,开发有应用针对性的吸附分离技术,这是吸附剂发展的主要方向.3.3现状分析及展望

随着21世纪各种吸附剂的不断出现和改进,吸附理论得到了长足的发展,吸附分离过程成为了具有广泛和重要应用的单元操作.新吸附剂的研制开发与应用是吸附理论与吸附分离技术取得进展的主要推动力,其中实验与理论方法和计算机模拟更紧密地结合对这样的进展会起着关键的作用;而可持续的社会发展需求为吸附理论与吸附分离技术的发展提供了广阔的空间,值得有志者去努力.4离心分离技术

4.1离心技术简介

虽然分离技术种类繁多

[16-19]

:有机械的、化学的、电分离和热分离等(其中包括离心分离、过滤、超滤、反渗透、结晶和渗析等技术),但离心分离技术与其它技术相比,有下述几个方面的特点:(1)占地面积小;(2)停留时间短;(3)无需助滤剂;(4)系统密封好;(5)放大简单;(6)过程连续;(7)分离效率易于调节;(8)处理量大.故自1836年第一台三足式离心机在德国问世后,迄今分离技术有了很大的发展.各类离心机种类繁多,正在向高参数、系列化、专用机、多功能、新材料及自动化等方面发展,并已广泛用于化工、食品、轻工、医药、军工、造船、环保、生物工程等近三十个工业领域.目前,随着计算机技术的发展,计算机辅助设计(CAD)技术与模块化设计的普遍应用,全球市场竞争愈加激烈、多样化、个性化的客户需求为离心分离机械实施大规模定制奠定了基础,故大规模定制设计(DFMC)已成为设计方面的新动向.4.2国内技术现状

我国离心分离行业尚属正在发展中,总体水平不高.随着社会进步,人们对环保、能源以及装备对品质的影响有了新的认识.同时,通过国外技术交流和合作以及成套项目的引进、消化与吸收,促进了我国离心分离技术的迅速发展,主要体现在:(1)已基本形成了一个科研、设计和制造的体系.(2)成立了分离领域的学术组织.(3)在基础理论与应用方面进行了研究.(4)目前已能生产三足、上悬、活塞、螺旋、离心力卸料,振动、进动卸料、刮刀及虹吸刮刀、翻袋及旁滤等离心机;分离机则有碟式、室式及管式.上述产品不仅遍及全国且远销国外,且技术特性较“九五”期间有所提高.(5)为满足特殊工艺要求(防污染、密闭、防爆等),一些新型离心机亦先后问世.例如,笔者曾研制一种适合于GMP的新型离心机,并获国家专利.还有内旋转子过滤离心机的研制,立式密闭螺旋机及复合机等亦已投产.(6)自控技术与CAD技术的应用.(7)各种相关标准的制订.(8)同国外著名离心机厂商的技术合作.4.3国外离心分离技术的进展

[20-26]

瑞典Alfa-laval公司,在碟片流道研究中发现,碟片间隙横断面上的速度分布取决于一个无量纲数λ,而工业离心机的λ通常在5~28之间.随着λ值的增加,碟片的转速增加,薄层减少,可提高雷诺数并缓和涡流.通过对碟片间隔件和分布孔的巧妙设计,进料量可增加20%.此外,还对相分离技术进行了研究.近年来,研究人员为选择最佳方案,采用流场分离法、有限元模拟法、大梯度密度梯级法、反模态分析法等,对离心机的工作性能和关键零件进行研究,为设计优良性能的离心机提供了理论依据.并对带内洗涤的卧螺离心机中堰池深度以及卧螺离心机技术参数之间的关系等进行了最佳化研究.为提高产品的纯度,及满足能源和环保的要求,高参数已成为国外机型的发展特点.由于生物工程需要分离极细的颗粒,如细菌、酶及胰岛素等,故最新碟式机已可处理0.1Lm微粒,且分离因数可达15000.如德国Westfalia公司的CSA160机型和瑞典Alfa-laval公司的BTAX510机型均属此例.随着工艺要求的提高,新机型不断问世.美国Dorr-Oliver公司的BH-46型碟式机,转鼓内径已达1.2 m,转鼓重量为4.5 t,用2个功率为220 kW的电机驱动,最大生产能力为450 m3/h,当量沉降面积已达250,000 m2,为碟式机之最.瑞典Alfa-laval公司用于生物技术的BTUX510型碟式机,具有自动调节的涡流喷嘴.利用喷嘴进料黏度和浓度的关系,可提供恒定的固相浓度,与进料速度和固体含量的变化无关.而具有10000分离因数的卧螺离心机,可从某种程度上弥补管式分离机的不足.BTNX3560-A机型的特点是先进的旋转动态设计:主轴承改为弹性安装,可延长寿命,降低机器噪音与振动.德国Krauss-Maffei公司最新研制的SZ型活塞机,尺寸虽小,却更能有效进行固相分离.还有德国Flottweg公司用于处理难分离物料的双锥体卧螺离心机等.4.4 新材料的应用[27-28] 为了提高分离机械的性能、强度、刚度、耐磨性和抗腐蚀性,一批新型材料不断涌现.如,工程塑料、硬质合金以及性能优良的耐磨耐蚀不锈钢材料.法国曾研制一种用硬质陶瓷制成的转子,英国也曾研制由合成树脂构成的连续纤维复合材料转子.但在碟式机中,由于需要高强度和一定的耐腐性能,双相组织的不锈钢广泛采用.最近,俄国研制成功一种双相钢04X25H5M2(即04Cr25Ni5Mo2),有足够的强度和塑性.德国的Wischnouskii等研制的分离机转鼓新材料,具有强度高、塑性和耐腐蚀性好的特点.为弥补耐蚀和强度之间的矛盾,一些先进的制造商普遍采用了转鼓的自增强技术.4.5 结语

综上所述,新材料和新型离心机正在不断研发出:世界离心机行业正在进一步探索和研究,深信国内将会向国际水平不断努力.5 萃取分离技术

5.1萃取分离技术概括

传统的提取物质中有效成分的方法工艺复杂、产品纯度不高, 而且易残留有害物质.萃取分离是一种新型的分离技术, 即在原料液中加入一个与其基本不相混溶的液体做为溶剂, 造成第二相;利用原料液中各组分在两个液相之间的不同分配关系来分离液体混合物.萃取分离是重要单元操作之一, 具有提取率高、产品纯度好、能耗低等优点.这项技术除了用在化工、医药等行业外, 还可用在烟草、香料、食品等方面.随着各种新技术的发展, 萃取分离技术不断改进优化, 新型萃取分离技术不断出现并完善, 这项技术在未来具有广阔的发展前景.以下对溶剂萃取精馏分离技术和超临界流体萃取分离的原理、特点和应用进行阐述.5.2萃取精馏[29-30]

萃取精馏是通过向精馏系统中加入适当的质量分离剂(MSA)来显著增大相对挥发度很小或者易形成共沸物的混合物组分之间的相对挥发度,使分离易于进行, 从而获得产品的一种特殊精馏技术.最近几年, 世界各国化学工业公司都在尝试如何将萃取精馏技术应用于工业过程改进、解决化学工业中难题, 以提高化工工业效益.溶剂的好坏是萃取精馏成败的关键, 工业生产过程的经济效果如何,与溶剂的选择密切相关.为了适用于工业化生产,溶剂的选择要考虑其选择性、沸点、溶解度、热稳定性和化学稳定性及适宜的物性.此外, 无毒、无腐蚀、来源丰富也是选择溶剂要考虑的因素.选择溶剂的一般方法是先采用性质约束法(试验法、经验筛选法和活度系数法)划定分离混合物系所需溶剂的大致范围, 对于一个被分离物系, 通过这种方法往往可以得到多个适用的溶剂, 然后应用计算机优化方法(计算机辅助分子设计方法、人工神经网络方法)寻求最佳溶剂已成为研究的方向.一般的萃取精馏过程采用塔工艺流程, 设备主要由萃取塔和溶剂回收塔组成.目前,萃取精馏技术的研究重点之一就是进一步提高萃取剂的选择性、改进工艺过程, 减少单元操作和建设成本.萃取精馏塔采用是板式塔型式, 由于浮阀塔板具有高效率、高弹性和高生产能力等优点, 所以目前在国内外是采用最为广泛的塔板之一.5.3超临界流体萃取技术

[31-33]

超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction,SFE)是近几年来迅速发展起来的一门新兴的高效分离技术.在化工、食品、香料、工业方面已有工业化应用规模.当气体超过一定的温度压力时, 便进入临界状态, 此时的流体成为超临界流体(如二氧化碳、乙烯、氨、丙烷、水等).目前, 超临界流体应用较多的是二氧化碳,因其临界温度 31.26℃,临界压力7.2MPa, 临界条件易达到, 并且具有化学性质不活泼、对大部分物质不反应、无色无毒无味、不燃烧、安全性好、价格便宜、纯度高、容易获得等优点, 因此, 在超临界萃取中常用.超临界流体兼有气液两重性的特点, 它既具有气体相当高的渗透能力, 又兼有与液体相近的密度和对物质优良的溶解能力.这种溶解能力能够随着体系参数(温度和压力)而发生变化, 因而可以通过改变体系的温度和压力使被提取物的溶解度发生变化而分离出来,从而达到分离提取的目的.5.4萃取分离展望

萃取溶剂选取方法已经由被动的选取向有目的的合成新化合物转变,由单一溶剂向混合溶剂转变, 筛选的范围更广泛, 筛选的溶剂更合理、准确, 前期试验工作量大大减少.随着近年来萃取剂选取范围扩大, 混合溶剂的选用, 萃取精馏工艺过程及塔板结构的改进, 萃取精馏技术应用于化学工业的场合范围扩大.对于解决现今化工生产中存在的问题或难题, 采取萃取精馏是一种值得优先考虑的技术.萃取分离技术发展至今, 其发展方向已经从常规萃取分离转向解决普通萃取分离过程无法分离的问题, 通过物理或化学的手段改变物系的性质, 使组分得以分离, 或通过特殊技术促进分离过程, 并且要求低能耗、低成本, 向清洁分离发展.在基础研究方面, 研究深度由宏观平均向微观、由整体平均向局部瞬态发展;研究目标由现象描述向过程机理转移;研究手段逐步高技术化;研究方法由传统理论向多学科交叉方面开拓.参考文献： [1]王中海,罗小苟,刘亮,张晓晖,黄向阳.新型分离技术的应用及研究现状[B].矿业快报2007,9(9).[2]王从厚，吴鸣．国外膜工业发展概况［J］．膜科学与技术，2002，22(1): 65-72．

[3]郭有智．中国膜工业发展战略研究［J］．化工新型材料，2002，30(6): 4-8．

[4]黄加乐，董声雄．我国膜技术的应用现状与前景［J］．福建化工，2000(3): 3-6．

[5]Taylor M A． Portable intravenous solution preparation ap-paratus and method: US，5259954［P］． 1993-11-09．

[6]Transen B． Portable intravenous salutations and water for injection apparatus and method: US，4810388［P］． 1989-03-07．

[7]丁绍敏，张辉．超滤法在制备注射用水上的应用［J］．黑龙江医药，2000，13(3): 163-164．

天然气水合物抑制技术研究篇3

1 天然气水合物生成条件及影响因素

管道及设备中天然气水合物生成的条件如下: (1) 具有较高的管道或设备运行压力; (2) 在管道输送或者设备运行过程中温度较低; (3) 无论是在管道输送或者是设备运行中的天然气的含水量要达到饱和状态, 因为液态水的存在从根本上决定了水合物的生成, 前三点是水合物生成的必要因素, 除了以上三点原因之外, 水合物生成还是需要一些其他的附加条件, 如压力波动等[4,5]。

通常情况下破坏水合物生成条件是水合物抑制技术的核心部分, 升高天然气输送温度或者降低天然气管道及设备压力均会影响天然气水合物的生成效果。除此之外, 天然气内部水的含量及天然气输送过程中压力的波动也对天然气水合物的生成具有一定的影响, 内部水含量越低, 压力波动越大, 水合物生成越困难[6]。

2 天然气水合物抑制方法

2.1 脱水法

脱水技术主要在预防天然气水合物生成的环节进行应用, 主要途径是通过减少天然气内部的游离水, 充分降低水露点从而达到降低水的活度[7]。

在目前的工艺环节中, 无论是从海底天然气开采还是从陆地油气井开采出的天然气, 在进行长距离管道输送之前都要在已经规划好的处理站或者联合站内进行最基本的脱水处理, 一般情况下此时脱水会使得水露点大大降低, 水的分逸度下降, 最终导致天然气水合物生成温度的大幅度降低, 管道和设备内部生成天然气水合物的机会变小[8]。在联合站脱水过程中, 分子筛脱水法和三甘醇脱水还有乙二醇脱水都属于常见的天然气进站后脱水方法。由于管道积水主要发生在管道接口和管道底部, 有可能会存在管道不够干燥, 清管效果不够理想, 在管道长距离输送过程中仍有数量可观的自由水存在, 一旦在输送过程中环境温度在某些地区较低的时候, 天然气水合物仍有可能会生成, 不同季节环境温度发生变化的时候, 天然气内脱水工作将会难以控制, 单独使用脱水法存在较大问题, 管道依旧有阻塞风险。

2.2 加热法

除在联合站对天然气进行脱水处理, 在管道输送过程中针对管线进行有计划加热使管线温度升高至天然气水合物的生成温度, 破坏天然气水合物的生成条件, 也可以达到抑制水合物生成的目的。在现有工程技术条件下, 在现场实际工作中采用物理加热的方法对长输管线加热。该方法不同于脱水法, 除预防水合物生成之外还可以针对已经由天然气水合物导致阻塞的管线进行疏通, 如果运用此方法需要施工人员对天然气水合物在管线中的堵塞位置有着非常精准的判断, 技术难度较高, 除此之外在应用过程中还应该注意天然气水合物在温度升高时会分解, 导致管道内部压力迅速升高进而出现破损或裂隙[9]。一般情况下, 对堵塞的管道进行加热时, 应从两端向堵塞中心处缓缓升温, 随着温度升高而产生的分解水应及时排出, 否则容易造成水合物的二次形成导致前功尽弃。

2.3 降压控制法

在天然气输送过程中管道内部天然气的输量是已经规定好的, 输量有定量要求, 不能轻易改变天然气输送管道压力, 尤其是在长距离输送管道中必须保证一定的输送压力, 否则会造成巨大的资源浪费, 所以在天然气水合物的抑制过程中降压方法只起到理论指导作用。但是降压法可以在天然气水合物堵塞管道的时候起到解堵作用。在进行降压解堵操作时, 要注意水合物阻塞两端的压力要保持平衡, 压力要从水合物堵塞处的两侧同时降低。如果在操作过程中出现问题, 水合物两端的管道压力差过大会导致输送管道的破损, 进而引发运行事故和财产损失[10]。由于降压操作原理的特殊性, 天然气水合物会发生降解, 同时沿线输送管道温度下降分解产生的自由水很容易冷凝, 所以在进行降压操作的过程中也要对管道进行相应的升温调整[11]。

2.4 热力学抑制剂

在天然气水合物刚被发现的时候, 人们对于化学抑制方法就进入了研究阶段, 热力学抑制剂就是最早进入人们视野的化学抑制方法[12]。热力学抑制剂的工作原理是破坏天然气水合物生成平衡条件, 导致天然气水合物生成时所需压力更高, 或者温度更低, 从而在一般长输管道输送条件下不易生成天然气水合物, 最终达到抑制天然气水合物形成的作用。在天然气水合物的分解曲线中呈现向低温高压方向移动的趋势。在解堵方面, 热力学抑制剂也可以直接作用在天然气水合物上, 导致天然气水合物结构不稳定进而分解达到解堵目的。

在实际油田工作中, 经常使用的热力学抑制剂种类很多, 例如:甲醇 (Me OH) 、乙二醇 (EG) 、二甘醇 (DEG) 、三甘醇 (TEG) 还有电解质等等。但是在实际应用过程中发现, 氯化物电解质作为热力学抑制剂具有一定的腐蚀性, 进而与管道或者设备表面产生反应导致沉积, 对管道输送有一定的影响。如果在抑制剂溶液质量浓度保持相同的前提下, 甲醇对天然气水合物的抑制作用效果最好, 相比于其他抑制剂, 甲醇不受温度影响, 作用范围更广, 除此之外甲醇的使用也非常方便。

虽然热力学抑制剂应用效果较好, 但是缺点也十分突出。因为热力学抑制剂的使用用量是根据天然气含水量而选择的, 目前油气田开采至今, 含水率处在居高不下的位置, 热力学抑制剂用量不断攀升, 从而导致成本不断上升, 严重影响天然气应用所带来的实际收益。除此之外, 在热力学抑制剂应用的技术方面, 部分油田或者海上作业平台设置回收装置非常困难, 除去设备资金外, 含水率的上升直接导致了抑制剂用量加大, 随之而来回收后的抑制剂配套清除工作量也加大, 从技术角度来说很多油田短期无法完成巨大吸附回收工作任务。从环境角度考虑, 无论是甲醇还是乙二醇在应用后都必须按照要求回收, 两者均具有毒性不能直接排放, 否则周边环境会造成不可逆的破坏[13]。这些都导致了热力学抑制剂在使用过程中的局限性。

2.5 动力学抑制剂

动力学抑制剂的诞生是由于热力学抑制剂在现场使用中遇到瓶颈, 在1990年后, 国际石油行业为了迎合当下天然气开采输送趋势而产生的。国内目前还是以热力学抑制剂的使用为主, 关于热力学抑制剂上文提到过, 热力学抑制剂用量逐步上升, 在目前大环境下人们希望得到低剂量水合物抑制剂, 而动力学抑制剂就是低剂量抑制剂的一种, 通过延缓甚至阻止天然气水合物的成核过程从而达到抑制天然气水合物生成的目的。

动力学抑制剂目前的主要应用还是集中在预防天然气水合物的形成上, 对于已经形成的管道堵塞动力学抑制剂无法解堵。除此之外, 动力学抑制剂应用范围小, 单独应用的机会并不多, 实际操作的时候会将其与热力学抑制剂联合使用, 从而达到更好的使用效果。

3 结论

生物分离技术篇4

吸附架桥效果好;②分子过小`絮凝剂在水中溶解度小.⑵絮凝剂用量:①浓度较低时增加用量有助于架桥充当,絮凝效果提高;②絮凝剂浓度过多时,引起吸附饱和,胶粒上形成覆盖层,失去与其他胶粒架桥作用.⑶pH值:影响离子型絮凝剂官能团电离度,提高电离度`使分子链上同电荷间斥力增大,链伸展,提高架桥能力.⑷搅拌速率和时间:剪切力会打散絮凝团,要注意搅拌.7.过滤设备及其结构:按推动力的不同可分为以下四类:⑴重力过滤:

应用较少.⑵加压过滤:操作繁杂,拆装不便.⑶真空过滤:可实现连续化生产.⑷离心过滤:略 8.重力沉降:当静置悬浮液时,密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐

下沉.离心沉降见10 9.重力沉降受重力:Fg=πd3

s 固体颗粒介质密度[kg/m3g/6 d—微粒半径[m].2

ρ].g—微粒加速度[m/s].s—

10.离心沉降:基于固体颗粒和周围液体密度存在差异,在离心场中使不

同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程.11.分离因数:Z=FC/g=4π2N2r/g.12.超离心技术分类:⑴制备型超离心.⑵分析型超离心.13.制备型离心:⑴离子差速离心法[分布离心法]:①逐渐增加离心速度.②高速与低速交替进行,使沉降粒子在不同离心速度及不同离心时间内分批分离出来.⑵一般密度梯度离心法[区带离心]:先将样品ag置于一个由梯度材料形成的密度梯度液体柱中,离心后被分离组分以区带层分布于梯度柱中,是粒子在完全沉降之前,液体梯度中形成不连续的分离区带,前提是要控制好粒子分离的时间.⑶等密度离心法:当不同离子存在密度差时,在离子力场作用下,粒子向上浮起,或向下沉降,一直移动到与它们密度正好相等的位置上,并形成区带.①预形成梯度等密度离心.②自形成梯度等密度离心.14.细胞破碎原理:动`植物及微生物长生的天然产物,有胞外型和胞内型两种.为回收胞内产物,需用利用外力破坏细胞膜和细胞壁,使细胞内含物释放出来,然后再进行分离纯化.15.选择细胞破碎方法所考虑因素:⑴细胞壁的坚韧长度.⑵产物的性质[承受剪切力`耐酸`耐热].16.化学破碎法: 渗透冲击法`增溶法`碱溶法`酶溶法`脂溶法.17.[化学破碎]渗透冲击法:适用范围:⑴细胞破碎难易程度决定于其类型,红血球细胞非常适合采用渗透冲击法溶破,快速改变介质中盐浓度,将十分有效地破碎红血球细胞.⑵①动物细胞只有当其组织被机械切碎或匀浆后才易溶破;②植物细胞很难溶破,因其细胞中含有大量木质成分,通过渗透流很难渗透.18.[化学破碎]增溶法:⑴方法:将2倍细胞体积的某浓度表面活性剂加入到细胞中,表面活性剂溶解细胞壁中的脂类成分,从而破碎细胞,胞内物释放.⑵表面活性剂通常是两性的,结构中含有亲水基团[离子及疏水基团[烃基],既能和水作用也能和脂作用.19.[化学破碎]碱溶法:⑴原理:细胞壁外层和浆膜上有Pro成分,利用Pro在碱性条件下溶解的特性,调节溶液pH值,实现Pro溶解,细胞壁破碎.⑵①优点:成本低廉,反应速度快;②缺点:反应剧烈,不具选择性,碱的加入,与细胞壁产生多种反应,包括磷脂皂化等.20.[化学破碎]酶溶法:⑴加酶法:将溶解细胞壁的酶加入体系中,细胞壁受到部分或完全破坏后,再利用渗透压冲击等方法破坏细胞壁,进一步增大胞内产物通透性.⑵自溶法:通过调节温度`pH值或添加有机溶剂,诱使细胞产生溶解自身的酶的方法.⑶①优点:条件温和`具有选择性,可催化细胞壁反应,而不破坏细胞内的其他物质;②缺点:价格昂贵,限制大规模生产中的使用.21.[化学破碎]脂溶法:⑴原理:选择适当溶剂,加入细胞悬浮液中,细胞壁脂质吸收后导致细胞壁膨胀`裂开,细胞质释放.⑵选择理想的溶剂应选和细胞壁脂溶解度相配,而与细胞质相差较大的.22.物理破碎法:匀浆法`超声法`研磨法`珠磨法.23.[物理破碎]匀浆法:影响高压破碎的主要因素:操作压力`破碎次数`

阀型设计`操作温度`细胞浓度.24.[物理破碎]超声:影响因素:⑴振幅:振幅直接声能有关,影响目标产

物的释放量.⑵细胞悬浮液的黏度:黏度过大会抑制空穴现象.⑶被处理悬浮液的体积:体积越大需要的能量也越大.⑷珠粒的体积和直径:添加细小的珠粒有助于形成空穴,同时可以辅助研磨效应.随着珠粒直径的变化,目标K有最大值出现.⑸超声条件:破碎时间`温度`细胞种类`pH值`料液比.25.[物理破碎]高速搅拌珠研磨法:过程:⑴研磨仓为一个密封系统,有

垂直和水平两种设计:①垂直仓的研磨介质载量为50-60%,可减少珠的磨损,但效率低.②水平仓的研磨介质装载量80-85%,研磨效率高,但磨损大.⑵搅拌设计:主要是给研磨珠的推动力,搅拌盘与驱动轴有同心的,也有偏心的,有垂直的,也有倾斜的.⑶研磨珠:有无铅玻璃`钢珠`陶瓷珠等,直径在0.1-1.5mm范围内.①使用研磨珠的大小主要由细胞的大小决定:细菌菌体--用小的研磨珠,直径0.1mm;;酵母菌菌体--用大的研磨珠,直径0.5mm.②另外目标产物在细胞内的位置也影响研磨珠的选择:用大直径可以有效释放游离在细胞之中的目标产物,在细胞质中的产物,不必把细胞完全破碎;;在细胞核中的目标产物须完全破碎,用小直径的珠.⑷研磨珠的装载量:一般在80-90%之间.①太低,提供的碰撞率和剪切力不够,增加装载量提高细胞破碎率.②过大,研磨珠之间产生相互干扰,研磨珠会过度磨损,同时产生的温度会很高,能量消耗大,对目标产物也有影响.细胞破碎率与流速成反比关系.26.吸附:利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力,使其富集在吸附剂表面的过程.27.吸附过程[四过程]:料液与吸附剂混合→吸附质被吸附→料液流出

→吸附质解吸附吸附剂再生.28.吸附剂种类:⑴活性炭:活性炭粉末[效力强`需带压];颗粒活性碳[效力中`效率高];棉纶活性炭[效力弱`易洗脱].⑵大孔网状吸附剂:①吸附机理:大孔树脂属属非离子型共聚物,借助范德华力从ag中吸附各种有机物,其吸附能力与树脂的化学结构`物理性能以及与溶质`ag性质有关.②遵循规律:非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质;;极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质;;中等极性吸附剂兼有以上两种能力.29.影响吸附的主要因素:⑴吸附剂的性质:①比表面积大,吸附容积大:因此,颗粒度越小,微孔越发达,吸附速率越快,吸附能力越强.②孔结构:孔径太大,比表面积小,吸附能力差;;孔径太小,不利于吸附质向空隙中扩散.⑵吸附质的性质:①表面张力越小,液体被固体吸附越多;②在ag中溶解度大时,吸附量少;③相似相吸;④相对分子量大易吸附.⑶操作条件:①温度:吸附是放热过程,还要兼顾吸附质的稳定性.②溶液pH值:影响吸附质的解离,进而影响吸附量.最佳pH值需通过实验来确定.③盐浓度:有影响,或阻止或促进吸附,依情而定.30.亲和吸附:利用溶质和吸附剂之间特殊的可你亲合作用[静电`氢键`疏水`金属配位],从而实现分离.31.离子交换:利用离子交换树脂树脂作为吸附剂,将ag中的待分离组分,依据其电荷差异,依靠库仑力吸附在树脂上,然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来,达到分离目的.32.主要的多糖基离子交换树脂:⑴离子交换纤维素:①树脂骨架为纤维素,根据活性基团的性质可分为阳离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类.②特点:骨架松散`亲水性强`表面积大`交换容量大`吸附力弱`交换和洗脱条件温和`分辨率高.③常用的:甲基磺酸纤维素`羧甲基纤维素`二甲基氨基乙基纤维素.⑵葡聚糖凝胶离子交换树脂:①骨架为葡聚糖凝胶,根据功能集团的不同,亦可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂.②命名方法:交换活性基团+骨架+(阳C/阴A)原骨架编号.③如:DEAE-sephadex A-25为二乙基氨基乙基葡聚糖阴离子树脂;CM-sephadex C-25为羧甲基葡聚糖阳离子树脂.33.离子交换树脂分类:⑴按活性基团性质:阳离子交换树脂[含酸性基

团]`阴离子交换树脂[含碱性基团].⑵具体分为:强阳`弱阳&强阴`弱阴.34.离子交换树脂的理化性能:⑴外观:球形浅色为宜,粒度大小16-60

目>90%.⑵机械强度:>90%.⑶含水量:0.3-0.7g/g树脂.⑷交换容量:重量交换容量`体积交换容量`工作交换容量`表观交换容量.⑸稳定性:化学稳定性`热稳定性.⑹膨胀度:交联度`活性基团的性质与数量`活性离子的性质`介质的性质和浓度`骨架结构.⑺湿真密度:单位体积湿树脂的重量.⑻吸附性能指标:孔度`孔径`比表面积.⑼滴定曲线:表征树脂官能团.35.离子交换机理:⑴A+自ag中扩散到树脂表面.⑵A+从树脂表面进入

树脂内部的活性中心.⑶A+与R-B在活性中心上发生复分解反应.⑷解吸附离子B+自树脂内部扩散至数值表面.⑸B+离子从树脂表面扩散到ag中.36.扩散控制步骤:⑴内部扩散:液相浓度越快,搅拌越激烈,浓度越浓,颗

粒越大,吸附越弱.⑵外部扩散:液体流动慢,浓度稀,颗粒细,吸附强.37.离子交换速度方程:⑴外部扩散控制:ln(1-F)=-K1t

K1--外扩散速

度常数;F—时间为t时,树脂的饱和度.⑵内部扩散控制:F=1-6/π2

*∑[1/n2×e(-Din2π2t/r02)].38.影响交换速度的因素:⑴颗粒大小:愈小愈快,无论对内`外扩散.⑵

交联度:交联度小,树脂易膨胀,交换速度快.⑶温度:越高越快.⑷离子化合价:化合价越高`越快.⑸离子大小:越小越快,大分子阻力大,与骨架碰撞.⑹搅拌速度:在一定程度上`越大越快.⑺ag浓度:当交换速度为外扩散控制时,浓度越大,交换速度越快.39.应用实例—硬水软化:如果水质要求高,不仅要去除阳离子,还要出去阴离子.一般采用阳离子树脂和阴离子树脂.利用氢离子交换阳离子,而以氢氧根离子交换阴离子;以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子[如Na+`Ca2+`Al3+].同样的,以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到各种阴离子[如Cl-].从阳离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水.40.蛋白质离交分离的基本步骤:⑴平衡:以平衡缓冲液冲洗装填好的分离柱,目的是使离子交换树脂表面的碱性[或酸性]配基完全被平衡缓冲液中的反离子所饱和,确保分离柱处于稳定的状态.⑵吸附:样品ag进入分离柱,各组分依据离子交换亲和力大小与离子交换剂作用,目标物分子吸附于树脂上,并释放出反离子.⑶洗脱:媳妇完成后,以洗脱剂洗脱.洗脱剂含有高浓度反离子,通过竞争性吸附实现目标物洗脱.⑷再生:通过高浓度洗脱剂使离子交换树脂重新获得吸附能力.41.泡沫分离定义:以通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体,液相中的溶质或颗粒在表面活性的作用下吸附于气泡上进行的分离,人们通常把凡是利用气体在ag中鼓泡,以达到分离或浓缩目的的这类方法总称为泡沫吸附分离技术.42.泡沫分离技术须在低于CMC浓度下进行.见48的⑶

43.泡沫分离效率的衡量指标:富集比`回收率.富集比=消泡液中的表面活性物质浓度/液相中初始料液浓度.回收率=(初始液浓度*初始液体积--剩余液浓度*剩余液体积)/(初始液浓度*初始液体积).44.泡沫的形成:⑴当气体在含表面活性剂的水ag中发泡时,首先在液体内部形成被气裹的气泡,与此同时,ag表面活性剂分子立即在气泡表面排成单分子膜,亲油基指向气泡内部,亲水基指向ag.⑵气泡借助浮力上升,冲击ag表面的单分子膜.⑶某些情况下,气泡可以跳出液体表面,此时,该气泡表面的水膜外层上,形成与液体内部单分子膜的分子排列完全相反的单分子膜,从而构成了较为稳定的双分子层气泡体,形成接近于球体的单个气泡.45.泡沫分离法的分类:⑴泡沫分离:按分离对象是ag还是含有固体粒

子的悬浮液`胶体ag,泡沫分离可分成:①泡沫分离:用于分离溶解物质,他们可以是表面活性剂,或者可与表面活性剂结合的物质,当料液鼓泡时,能进入液层上方泡沫层,从而与液相主体分开.②泡沫浮选:用于分离不溶解物质,按被分离对象是分子/胶体,是大颗粒/小颗粒.又被称作分子浮选`粒子浮选`胶体浮选等.应用较多的是对于Pro`酶的分离,目前还处于实验室阶段,最初用于胆酸和胆酸钠混合物中分离胆酸,泡沫中胆酸浓度为料液的3-6倍,活性增加65%,还有大豆蛋白质的分离也在实验室阶段成功提取.⑵无泡沫分离:用鼓泡进行分离,但不一定形成泡沫层,按是否存在萃取层,可分为:①鼓泡分离:从设备底部通气鼓泡,表面活性物质被气泡富集并上升至塔顶,和液相主题分离,使溶质得到浓缩,液相主体被净化.②萃取浮选:在ag顶部设置有一种与其互不相容的溶剂,用它来萃取或富集有塔底鼓出的气泡所吸附的表面活性物质.应用与贵重金属的分离辅机,如采用乙基二甲二硫代氨基甲酸酯将尾矿中的黄金由每吨5g左右提高到每吨2250g以上.46.气泡间当膜间夹角为120°时,压力差最小,泡沫稳定.47.泡沫的稳定性影响因素:⑴泡径大小:泡径小,利于稳定,合成大气泡的历程长,且泡膜中含液量相对较大,较能经受液体流失造成的稳定性损失.另方面,泡径小,在液相中的上升速度慢,为表面活性剂的吸附提供充足的时间,增加了稳定性.⑵起泡液粘度:一定的黏度有利于泡沫稳定,某些ag,[如Pro溶液,虽然表面张力较高,但因粘度大,对于外力的冲击起到缓冲作用,所以产生的泡沫稳定].⑶温度:基本条件是应达到表面活性剂的气泡温度,但随温度升高,ag粘度降低,表面弹性降低,排液速度加快,泡沫稳定性下降.⑷离子强度:表面电荷离子型表面活性剂,水解后带电荷,泡沫的定向吸附层为双电层结构,由于离子间延缓泡沫变薄过程,使泡沫稳定.48.泡沫分离操作的影响因素:⑴待分离物质的种类:不同分离物质其理化性质不同,表面活性也不同,因此是对分离影响最大的因素.⑵pH值:不同的pH值对分离效果有影响,对于天然表面活性物质,[如:Pro的泡沫分离,在等电点时,Pro在泡沫表面的吸附量最大]这些条件下进行分离,分离效率最高.⑶表面活性剂浓度:一般要在CMC以下,过高引起排液阻力大;;太低,泡沫层不稳定,太高,分离效率下降.⑷温度:温度应达到表面活性剂的气泡温度,保持泡沫稳定性;还要根据吸附平衡类型来选择分度高低.⑸气流速度[气体流量]:上升,泡沫形成速度↑,单位时间的去除率也↑,泡沫停留时间短,影响分离选择性;;过低时,泡沫又停留时间过长,效率低,且物质易变性.⑹泡沫柱高度:足够高的柱体才能保证泡沫层高度,使泡沫在柱中有适当的停留时间,满足目标分离需求.49.萃取分类:⑴按萃取对象分:①液-液:用选定的溶剂分离液体混合物中的某种组分.溶剂与被萃取混合液体不相溶具有选择性的溶解能力,有好的热稳定性和化学稳定性,并有小的毒性和腐蚀性.②固-液:也叫浸取,用溶剂分离固液混合物中组分,如用水浸取甜菜中的糖类;用正乙烷浸取黄豆中的豆油;用水从药中浸取有效成分叫做”渗沥”或”浸沥”.⑵按萃取机理分:①物理萃取:利用溶剂对欲分离组分有较高溶解能力,分离过程为物理过程.②化学:溶剂首先在选择性与溶质化合或络合,从而在两相中重新分配而达到分离目的.50.有机溶剂萃取法:[溶剂萃取]利用样品中不同组分分配在两种互不相容的溶剂中的溶解度或分配比不同来达到分离`提纯或纯化的目的.51.萃取分离原理:分配定律:在一定T`P下,溶质在两个互不相溶的溶剂中分配,平衡时,如果在两相中的相对分子质量相等,溶质在两相中平衡浓度之比为成熟,成为分配系数K,表征平衡的两个共存相中溶质浓度的关系.k=y/x;;y—平衡时溶质在萃取相中的浓度.x—平衡时溶质在萃余相中的浓度.52.萃取步骤方法:⑴单机萃取.⑵多级萃取:①错流接触.②逆流接触[多用].53.多级萃取设备流程:待分离液经去杂后进入第一级萃取罐,在此与第二级沉降器来的萃取相[含目标物]混合接触,然后流入第一级沉降器分成上`下两液层,上层萃取相富含目的产物送去蒸馏回收溶剂及产物进一步精制;下层萃余相,含目的产物浓度较低,送第二级萃取.54.有机溶剂萃取的影响因素:⑴有机溶剂的选择.⑵乳化与去乳化.⑶

萃取操作的因素.55.萃取操作的因素:⑴pH值:①对弱酸随pH值降低,分配系数增大.②

对弱碱随pH值降低,分配系数减少..pH值低有利于酸性物质分配在有机相;碱性物质分配在水相.⑵温度:①温度高,分子扩散速度快,萃取速度快.②温度低,使分配系数增加.⑶盐析:生化物质在水中溶解度低,有利于溶质向有机相中分配.56.常用表面活性剂及其相应的有机溶剂:⑴AOT—烃类`异辛烷`环己

烷`四氯化碳`苯.⑵CTAB—己醇/异辛烷`己醇/辛烷`三氯甲烷/辛烷.⑶TOMAC—环己烷.⑷TritonX—己醇/环己烷.⑸磷脂酰胆碱—苯`庚烷.⑹磷脂酰乙醇胺—苯`庚烷.57.水壳模型:大分子蛋白质被封闭在”水池”中,表面存在一层水化层与

胶束内表面分隔开,从而使蛋白质不与有机溶剂直接接触.依据:⑴从似弹性光散射的研究证实在Pro分子周围存在一个单分子水层.⑵反胶束中酶动力学特征与水中接近.⑶某蛋白酶在胶束中的荧光特性与主题水中相像.58.Pro溶入反胶束的推动力:⑴静电引力作用:Pro的表面电荷与表面

活性剂反胶束内表面电荷[离子型表面活性剂]之间的静电引力作用.对于阳离子表面活性剂形成的反胶束体系,萃取只发生在水溶液的pH>pI.⑵空间位阻作用:反胶束”水池”的物理性能[包括其大小`形状及其中水的活度]会影响Pro的增溶或排斥.59.反相微胶束分离过程分为3步:⑴选择有利于形成油包水和适当

W0值的表面活性剂[HLB为3-6].⑵含生物大分子的反相微胶团的形成.⑶反相微胶团的破乳及生物大分子的释放.60.反胶束萃取操作方法:⑴相转移法.⑵注入法.⑵溶解法.61.反萃取效果评估:一方面对Pro的回收率和分离度进行评估,还应对其分离过程中微观变化分子构象评估,即对其生物活性要有保证.62.双水相萃取:利用生物物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异进行分离的过程.63.双水相体系的种类:⑴两种都是非离子型高聚物(PEG/DEX`聚丙二醇/DEX等).⑵其中一种是离子型高聚物(羧甲基纤维素钠/葡聚糖DEX).⑶两种都是离子型高聚物(羧甲基纤维素钠/羧甲基葡聚糖钠).⑷其中一种是无机盐(PEG/磷酸盐或硫酸盐).64.试差实验及放大:⑴双水相体系形成判定:将一定量的高聚物P浓溶液置于试管内,然后用已知浓度的高聚物Q溶液来滴定.随着高聚物Q的加入,试管内ag由均相突然变浑浊,记录Q加入量.然后在试管内加1ml水,ag又澄清,继续滴加高聚物Q,ag又变浑浊,此时系统形成.以高聚物P浓度对高聚物Q浓度作图,为一系列双节线上的系统组成点,即可得到双节线.⑵试差实验放大:采用10ml离心管进行试验,结果可直接放大生产.操作过程:①配置高浓度的聚合物和盐的备用液,配置一系列不同浓度`pH值的双水相,每个双水相只改变一个参数[pH的调节可采用磷酸盐缓冲液].②先加入料液,再加入配置好的备用高聚物及盐液,使整个系统质量达到5-10g,离心管封口后,充分混合.③在1800-2000g离心3-5min,使两相完全分离.④小心移取上下两相,分别测定目标物含量,并与加入总量作对比.65.膜分离技术的概念:利用天然的或人工合成的`具有选择透过性的薄膜,以外界能量差作为推动力,由于ag中各组分迁移率的不同而进行分离`分级`提纯`富集的一种技术.66.膜分离技术的优势&劣势:⑴优势:①能耗低,处理量大.②分离条件温和,使用热敏物质的分离.③操作方便结构紧凑,工作方式灵活,自动化程度高.⑵劣势:①操作工程化中膜面容易发生污染,膜性能呈衰减趋势.②膜的耐药性`耐热性和耐溶剂能力有限.③多数膜组件价格昂贵,投资高.67.膜分离分类依据:⑴膜的平均孔径.⑵膜的推动力.⑶膜的状态.⑷膜的结构.⑸膜的形状.⑹膜的材质.68.膜分离技术按孔径分类:⑴微滤[MF]:以多孔细小薄膜为过滤介质,主要用于DNA`病毒截留与浓缩,也多于膜分离的前处理,孔径分布范围约在0.02-10μm之间.⑵超滤[UF]:分离介质同上,但孔径更小,约为0.001-0.1μm,适合与分离酶`Pro等生物大分子物质.⑶纳滤:从ag中截留平均分子量300-5000的物质,孔径分布在0.2-2nm.⑷反渗透[RO]:孔径范围0.0001-0.001μm之间,主要应用于汗水脱盐`超净水设备等.69.截留分子量[MWCO]:又称为切割分子量,指截留率为90%时所对

应的分子量,与膜孔径大小有关.由于直接测定超滤膜的孔径相当困难,所以使用一直分子量的球状物质进行测定.如膜对被截留物质的截留率达到90%时,就用被截留物质的分子量表示膜的截留性能,称为膜的截留分子量.实际上,所用的物质并非绝对球形,膜孔径也绝非绝对均一,所测定的截留率不能绝对表示膜的分离性能.70.膜分离过程模型:⑴浓差极化:①在操作过程中,由于膜的选择透过

性,被截留组分在膜料液侧表面积累形成浓度边界层,其浓度大大高于料液的主体浓度,在膜表面与主体料液之间浓度差的作用下,将导致溶质从膜表面向主体的反向扩散.②危害:膜面处浓度Ci增加,使得渗透压↑:在一定操作压力下,溶剂的透过速率↓,Ci增加,导致溶质的透过↑,截留率↓.③避免:可通过提高操作温度`对膜定期清洗等措施来避免浓差极化.⑵凝胶极化:膜表面的浓度超过溶质的溶解度时,溶质析出,形成凝胶层.当料液中含有菌体`细胞或其他固形物时,也会形成凝胶层.71.模装置的工作形式-超滤膜装置:一般用来完成目标物的浓缩和目标

物脱出小分子杂质,分别称为浓缩和洗滤.浓缩:①开路循环:循环液中溶质浓度不断上升,若流量和压差不变,透过通量将随操作时间不断降低.②闭路循环:循环液中溶质浓度增加更快,通过通量小于开路循环.优点是膜组件内流速可不单纯依靠料液泵供应.③连续浓缩:容易实现自动化.但透过通量很低,为改善通量,一般设计成多段串联组合.72.乳状液膜制作过程:⑴首先把两种互不相容的液体在高剪切下制成油包水小液滴;⑵其次在温和搅拌下将油包水乳液分散在第三相[料液相即外相]中;⑶乳状液滴内被包裹的相为内相,内相外相之间为液膜.73.载体促进传递机制有不同表现形式:同相迁移[促进并流]`逆向迁移[促进逆流].74.盐析:De:在高浓度的中性盐存在下,Pro[酶]等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低,产生沉淀的过程.虽然方法经典,但主要用于Pro分离与回收.75.盐析过程:是对[生物大分子在水ag中存在状态:⑴两性电解质,由于静电力的作用,分子间相互排斥,形成稳定的分散系.⑵Pro周围形成水合膜,保护了Pro粒子,避免了相互碰撞.]破坏的过程:原因:⑴盐离子与Pro表面具有相反电性的离子基团形成离子对,部分中和了Pro电性,稳定的双电层被破坏,Pro分子间斥力减弱而相互聚拢.⑵中性盐亲水性比Pro大,盐离子在水中发生水合使Pro脱去水合膜,暴露疏水区域,疏水相互作用产生沉淀.76.盐溶液对Pro溶解度影响:中性盐加入Pro溶液时可能出现:⑴”盐溶”现象:较低盐浓度(0.15-0.2mol/kg)下,Pro溶解度随盐浓度增大而增大.⑵”盐析”现象:高盐浓度下,Pro溶解度随盐浓度增大而下降.77.盐析方法分类:⑴β盐析法:在一定离子强度下,改变pH和温度进行盐析[逐步向Pro溶液中加入预先调好pH的饱和硫酸铵ag,调节温度,Pro便沉淀出来].由于溶解度随温度变化缓慢,且变化幅度小,因此分辨率更高,常用于纯化.⑵KS盐析法:在一定pH和温度下,改变体系离子强度进行盐析的方法[粗制品中逐步加入固体硫酸铵,加到一定饱和度时,Pro便沉淀出来].由于Pro对离子强度的变化非常敏感,易产生共沉淀现象,因此常用于提取液的前处理.78.影响盐析的因素:⑴Pro浓度:①高浓度Pro可节约用盐量,但过高

会发生严重沉淀.②低浓度Pro用盐量较多,共沉作用少.⑵盐种类的影响:阳离子:NH4+>K+>Na+>Mg2+.阴离子:SO42+>CHCOO->Cl->NO2->ClO3-.⑶温度:①低离子强度/纯水中:蛋白质溶解度随温度↑而↑.②高浓度:随温度↑而↓.⑷pH的影响:等电点附近Pro溶解度小,是盐析沉淀适合的pH.79.盐析沉淀操作:lg:硫酸铵步骤:

⑴取一部分料液,将其分成等体积的数份,冷却至0℃.⑵用W=[505(S2-S1)]/(1-0.285S2)式计算饱和度达到20%-100%时所需加入的硫酸铵量,并在搅拌条件下分别加到料液中,继续搅拌1h以上,使沉淀达到平衡.⑶3000g下离心40min后,将沉淀溶于2倍体积的缓冲ag中,测定其中Pro总浓度和目标Pro浓度[如有不溶物,可离心去除].⑷分别测定上清液中Pro的总浓度和目标Pro的浓度,比较沉淀前后Pro是否保持物料守恒,检验分析结果的可靠性.⑸以饱和度为横坐标,上清液中Pro总浓度和目标Pro浓度为纵坐标作图,图中纵坐标为上清液中Pro的相对浓度[与原料液浓度之比].80.@@沉淀生成过程:Pro分子通过接触而聚集,形成微细颗粒,微细颗

粒继续生长成为大颗粒沉淀.⑴扩散控制过程:生长出去,布朗粒子的扩散,推动粒子的生长.这一过程称为[异向生长].⑵剪切作用生长过程:在搅拌作用下,粒径1μm以上的粒子生长主要起因在于剪切作用引起的颗粒间互相碰撞,发生凝聚.这一过程称为[同向凝聚]…同向凝聚速率很低,是沉淀过程的控制步骤.因此,搅拌混合非常重要,沉淀放大设计时,单位体积的搅拌功率是放大的基准,一般在放大后不变.81.色谱分离法概念:是一种物理的分离方法,利用不同物质在两相[固

定相和流动相]中具有不同的分配系数,并通过两相不断的相对运动而实现分离的方法.82.色谱过程:⑴物质分子在相对运动的两相间分配平衡的过程.在混合物中,若两个组分的分配系数不等,则被流动相携带移动的速率不等,即形成差速迁移而被分离.@⑵经色谱柱的分离,各组分将分别流过检测器,检测器将流动相中各组分浓度变化转变成电信号.随时间变化的曲线,称为色谱流出曲线,或称色谱图.83.[色谱术语]色谱图和色谱峰:⑴组分流经检测器时响应的连续信号产生的曲线为色谱图.⑵流出曲线上的突起部分为色谱峰.84.[色谱术语]⑴正常色谱峰近似于对称形正态分布曲线[高斯曲线].⑵不对称色谱峰有两种:前沿峰[较少]`和拖尾峰.⑶不对称峰的原因复杂:进样体积`浓度`柱温`柱污染`样品溶液离子强度`柱极性等.85.[色谱术语]对称因子[判断是否对称]:fS=W0.55h/2A=(A+B)/2A 完全对称:fS=1.00;对称峰: fS =0.95-1.05;前沿峰: fS <0.95;拖尾峰fS >1.05.86.[色谱术语]色谱基线:色谱操作条件下,仅有流动相通过检测器时,反应检测器噪声随时间变化的曲线.稳定的基线是一条直线.87.[色谱术语]基线噪音:与被测样无关的检测器输出信号引起的基线波动,基线波动的大小就是噪声的大小.基线漂移:基线随时间的增加朝单一方向的偏离.88.[色谱术语]峰高h:从色谱峰顶点到基线的距离.峰高一般用mm或检测器输出信号单位表示.峰高可作为定量测定的依据之一.89.[色谱术语]峰底宽度W:在色谱峰两边的转折点[也叫拐点,即E和F]所画的切线与基线相交的截距IJ.两个拐点E和F之间的距离为EF=2σ,分别位于约0.607h处.峰宽直接体现出色谱条件的影响.90.[色谱术语]峰面积A:色谱峰与基线延长线所包围的面积.91.[色谱术语]保留指数:它是与被测物质具有相同调整保留时间的假想的正构烷烃的碳数乘以100.92.[色谱术语]分离度RS:相邻两个组分的色谱峰,其保留时间差与两

峰峰底宽平均值之商.93.[分配色谱]⑴正相色谱:极性固定相+非极性流动相

用于分离极

性化合物,极性小的组分先流出.⑵反相色谱:非极性固定相+极性流动相用于分离非极性化合物,极性大的组分先流出.94.载体:载体是惰性的,无吸附能力,可吸留较大固定相液体.⑴硅胶:使

用前:酸洗—水洗—醇洗—干燥—水混—调浆[展开剂]—装柱.⑵硅藻土:是目前应用最多的载体.处理方法同上,浆态上柱,压平.⑶纤维素:也较为常用,酸洗+水洗.95.选择展开剂[流动相]时,首先应选择各组分溶解度相差较大的溶剂.展开剂必须先用固定相饱和,方法是过量固定相加展开剂中,分液漏

斗分层出展开剂.96.凝胶[排阻]色谱:原理:待分离物质分子量大小不同,在凝胶柱经过

时,停留时间的不同得以分离.97.三种凝胶:⑴葡聚糖凝胶:应用最广①国外商品名Sephadex,由葡聚

糖交联而成.葡聚糖是蔗糖发酵后,分级,选取分子质量在3×104-5

×104的部分,经交联后得到不溶于水的葡聚糖凝胶.②交联度:交联

剂占原料总质量的百分比称为交联度.③常用G类Sephadex商品，Sephadex G-250含义为每克干胶吸水体积可达到25ml.⑵聚苯烯酰胺凝胶:①一种全化学合成的人工凝胶,由苯烯酰胺[单体]以亚

甲基双苯烯酰胺[双体]为交联剂,经催化聚合而成再经干燥成型处

理得到颗粒状干粉商品.②商品名:Bio-Gel P, P后编号×1000大致

反应其排阻极限.③如: Bio-Gel P-100表示其分离相对分子质量大约为100000.⑶琼脂糖凝胶:①用氯化十六烷基吡啶/乙烯醇等将海藻多糖琼脂中带负电基团的琼脂胶沉淀除去,得到中性多糖成分即为琼脂糖.②商品名:Sepharose 2B`4B`6B.表示琼脂糖浓度