新型分离技术（第三版）

　　《新型分离技术》（第三版）基于第二版教材修订而成。首先介绍了分离过程分类、技术进展、应用前景与工艺选择原则等，同时归纳了一般分离与传递过程中的热力学、动力学及其平衡过程与推动力的基础知识；待分离物质间、分离物与分离剂间的相互作用力与分离系数等计算基础，分离因子及其与过程能耗的定性关系；分离过程的能耗分析等。 然后重点介绍了已开始规模化应用的新技术，如反渗透、纳滤、气体渗透、膜电解与双极膜水解离等膜分离技术；已有成熟应用案例的特种萃取、恒沸和反应精馏，以及近年来开发的分子蒸馏与膜蒸馏技术；应用于特种场合的超临界流体萃取、凝胶萃取与膜基溶剂萃取技术，以及吸附、离子交换与色谱分离等分离技术；正在涌现出来的印迹色谱、印迹手性拆分、印迹固相萃取、印迹与免疫膜分离等新技术；仍然在发展阶段的泡沫分离、液膜分离；正在高速开发应用的高梯度与超导磁分离新技术。最后提出了不同分离技术与装备的耦合、集成及其过程建模与优化设计等。本书每章均穿插有相关例题，以助理解概念和深化知识点；章后附有适量习题，通过练习以巩固设计基础和掌握计算方法；章后所列参考文献，读者可对相关新技术进行深入了解与探索研究。 《新型分离技术》（第三版）可作为普通高校化工、环境、生物、食品、材料、资源与能源等专业的本科生和研究生教材，同时也可供从事化工过程及其相关工程设计和产品开发人员自学参考。

　　陈欢林，浙江大学化工学院，教授，1949年9月生，浙江萧山市人，硕士。现任浙江大学材料化工学院教授、博士生导师；中国化工学会非均相分离专业委员会委员、《膜科学与技术》编委、浙江省膜学会常务理事、浙江省海洋与渔业局海水资源利用专家组成员。曾任浙江大学生物工程研究所副所长，教育部膜材料与技术工程中心（筹）副主任，曾任国家科技部新材料领域863项目初审、终审专家。《Ind.& Eng.Chem. Resch.》、《J of Membrane Sci.》、《Desalination》、《J applied polymer Sci》《Colliod and surface》等国际杂志特约评审人。

第1章绪论1
1.1分离技术及其在过程工程中的意义1
1.1.1分离技术的地位与作用1
1.1.2新型分离技术开拓与发展的必要性2
1.2分离过程的分类3
1.2.1机械分离4
1.2.2传质分离4
1.2.3反应分离与转化5
1.3新型分离技术的进展5
1.3.1膜分离技术6
1.3.2基于传统分离的新型分离技术8
1.3.3耦合与集成技术9
1.4分离技术选择的一般规则11
1.4.1选择的基本依据11
1.4.2工艺可行性与设备可靠性12
1.4.3过程的经济性13
1.4.4组合工艺排列次序的经验规则13
习题14
参考文献15

第2章分离过程的基础理论16
2.1分离过程的热力学基础16
2.1.1热力学基本定义与函数16
2.1.2偏摩尔量和化学位17
2.1.3克拉贝龙方程和克-克方程18
2.1.4相律19
2.1.5渗透压与唐南平衡理论19
2.1.6非平衡热力学基本定律22
2.2分离过程中的动力学基础24
2.2.1分子传质及其速度与通量24
2.2.2质量传递微分方程26
2.2.3质量传递微分方程特定式27
2.3分离过程中的物理力27
2.3.1分子间和原子间的作用力27
2.3.2溶解度参数30
2.3.3渗透系数31
2.4分离因子33
2.4.1平衡分离过程的固有分离因子33
2.4.2速率控制过程的固有分离因子34
2.4.3分离因子与过程能耗的定性关系35
2.5分离过程的能耗分析36
2.5.1有效能的基本概念36
2.5.2分离过程的分析39
习题41
参考文献42

第3章反渗透与正渗透、纳滤、超滤与微滤43
3.1反渗透与正渗透44
3.1.1渗透、反渗透与正渗透44
3.1.2反渗透基本机理及模型46
3.1.3反渗透操作特性参数计算48
3.1.4反渗透工艺流程49
3.2纳滤52
3.2.1纳滤膜发展历程52
3.2.2对氯化钠的截留作用53
3.2.3对单价或多价化合物的截留作用53
3.2.4对混合物离子的截留作用53
3.2.5对水中微量有机物的截留作用55
3.2.6纳滤恒容脱盐55
3.3超滤57
3.3.1超滤的基本原理57
3.3.2超滤传质模型57
3.3.3超滤过程工艺流程61
3.4微滤66
3.4.1微孔过滤模式66
3.4.2滤饼过滤式通量方程67
3.4.3通量衰减模型68
3.5膜组件71
3.5.1膜组件种类71
3.5.2各种膜组件比较75
习题76
参考文献78

第4章气体渗透、渗透汽化与膜基吸收79
4.1气体分离79
4.1.1气体在膜内的传递机理79
4.1.2影响气体渗透性能的因素83
4.1.3气体分离的计算88
4.1.4级联操作的形式和级数计算91
4.1.5气体膜分离的经济性比较93
4.2渗透汽化与蒸汽渗透94
4.2.1渗透汽化及蒸汽渗透原理94
4.2.2渗透通量和分离因子95
4.2.3渗透汽化膜过程的设计计算98
4.2.4影响工艺设计的主要因素99
4.2.5渗透汽化级联计算101
4.2.6渗透汽化与蒸汽渗透的经济分析102
4.3膜基吸收103
4.3.1膜基吸收及其气液传质形式103
4.3.2膜基吸收的传质104
4.3.3膜基吸收的设计参数的确定106
4.3.4膜基吸收过程的应用106
习题107
参考文献108

第5章透析、电渗析与膜电解109
5.1透析109
5.1.1透析过程机理109
5.1.2透析过程的通量模型110
5.1.3透析液的种类及其组成111
5.1.4透析过程的种类及其清除率112
5.2电渗析114
5.2.1电渗析过程原理114
5.2.2电渗析的基本理论115
5.2.3电渗析过程中的传递现象117
5.2.4电渗析器工艺参数计算117
5.2.5电渗析器及其脱盐流程设计122
5.2.6电渗析中的浓差极化现象127
5.2.7倒极电渗析过程设计及应用128
5.2.8交换树脂填充式电渗析装置的设计及应用130
5.3双极膜水解离131
5.3.1双极膜的特性132
5.3.2双极膜水解离理论电位和能耗132
5.3.3双极膜电渗析水解离原理133
5.3.4双极膜过程设计参数134
5.3.5双极膜水解离应用135
5.4离子膜电解135
5.4.1膜电解基本原理135
5.4.2离子电解膜135
5.4.3膜电解槽中的电化学反应及物料平衡137
5.4.4膜电解槽中的物料衡算138
5.4.5电解定律139
5.4.6膜电解槽阳极电流效率139
5.4.7膜电解的槽电压139
5.5电渗析的经济性比较141
习题141
参考文献142

第6章特种精馏与蒸馏143
6.1混合物组分的相图143
6.1.1三组分相图与蒸馏边界143
6.1.2剩余曲线图144
6.1.3蒸馏曲线图147
6.1.4全回流下的产物组成区（蝶形领结区）148
6.2萃取与恒沸精馏149
6.2.1萃取与恒沸精馏特征及其差异149
6.2.2溶剂选择原则150
6.2.3萃取精馏的分离因子152
6.2.4萃取精馏理论板数计算153
6.2.5恒沸精馏理论板数计算156
6.3反应精馏157
6.3.1反应精馏的基本特点158
6.3.2反应精馏的相平衡与化学平衡158
6.3.3反应蒸馏的动力学160
6.3.4反应精馏塔的设计计算161
6.3.5反应精馏选型与应用163
6.4分子蒸馏166
6.4.1分子蒸馏的原理167
6.4.2分子蒸馏的传热与传质169
6.4.3分子蒸馏器及其工艺设计170
6.4.4分子蒸馏器特征及其应用171
6.5膜蒸馏174
6.5.1膜蒸馏的基本原理174
6.5.2膜蒸馏中的传热和传质175
6.5.3膜蒸馏用膜及装置177
习题179
参考文献179

第7章超临界流体与特种溶剂萃取181
7.1超临界流体萃取181
7.1.1超临界流体及其性质182
7.1.2超临界流体萃取中的相平衡186
7.1.3超临界流体的传递性质189
7.1.4超临界流体萃取工艺及设备计算193
7.1.5超临界流体萃取分离方法及典型流程196
7.1.6超临界萃取操作条件选择197
7.1.7超临界流体萃取过程的能耗198
7.2双水相萃取198
7.2.1双水相分配原理199
7.2.2双水相系统中的作用力200
7.2.3影响双水相分配的主要因素202
7.2.4双水相系统的选择205
7.2.5双水相萃取工艺设计206
7.2.6双水相萃取的应用207
7.3凝胶萃取208
7.3.1凝胶的种类及其特性208
7.3.2凝胶的相变温度209
7.3.3凝胶的溶胀与收缩机理209
7.3.4凝胶的筛分作用211
7.3.5凝胶萃取设计参数211
7.3.6典型的凝胶萃取工艺212
7.3.7凝胶萃取的应用215
7.4膜基溶剂萃取216
7.4.1膜基萃取基本原理216
7.4.2膜基萃取传质方程式217
7.4.3影响膜基萃取传质的因素218
7.4.4萃取剂选择原则219
7.4.5膜与膜组件的选择原则221
习题221
参考文献222

第8章吸附、离子交换与色谱分离224
8.1吸附与交换剂结构及其性能224
8.1.1常用吸附剂224
8.1.2离子交换树脂225
8.1.3特种色谱用固定相与流动相227
8.1.4吸附剂的选择原则229
8.2吸附分离229
8.2.1吸附平衡及等温吸附方程229
8.2.2吸附扩散传质机理232
8.2.3吸附分离特性参数234
8.2.4吸附分离工艺237
8.3离子交换244
8.3.1离子交换平衡与动力学关系244
8.3.2离子交换过程设计248
8.3.3离子交换器及其设计要求250
8.4色谱分离252
8.4.1色谱的分类和特点252
8.4.2色谱分离平衡关系及操作方法254
8.4.3色谱分离的基本参数255
8.4.4色谱分离的放大设计与优化259
习题262
参考文献262

第9章分子识别与印迹分离264
9.1弱相互作用与分子识别264
9.1.1分子间弱相互作用264
9.1.2分子识别及其专一性条件264
9.1.3分子识别的基本尺度265
9.1.4互补性和预组织原则265
9.1.5分子识别的键合常数266
9.1.6分子识别体系267
9.2分子识别理论及模型269
9.2.1分子识别的热力学基础269
9.2.2分子识别的动力学基础269
9.2.3分子识别过程的键能270
9.3分子印迹聚合物的制备271
9.3.1制备材料的筛选271
9.3.2印迹聚合物制备方法272
9.3.3典型制备方法的利弊分析274
9.3.4典型印迹聚合物的特征275
9.4印迹分离过程建模及估算275
9.4.1印迹分离过程建模275
9.4.2分子印迹扩散吸附模型与相互作用能差277
9.4.3客体结合常数与最大结合量估算278
9.4.4影响分子识别效应的因素280
9.5印迹聚合物的应用281
9.5.1印迹色谱分离281
9.5.2印迹手性拆分282
9.5.3印迹固相萃取284
9.5.4印迹与免疫膜分离289
习题294
参考文献294

第10章泡沫、液膜与磁分离296
10.1泡沫分离296
10.1.1泡沫分离基本原理297
10.1.2泡沫分离的设备及流程300
10.1.3影响泡沫分离的因素302
10.1.4过程设计与理想泡沫模型305
10.1.5泡沫分离新发展310
10.2液膜分离311
10.2.1液膜的形状和分类311
10.2.2促进传递机理及载体的选择312
10.2.3液膜分离机理及传质方程313
10.2.4液膜制备及其分离操作过程317
10.2.5液膜分离的应用322
10.3磁分离324
10.3.1磁场及其磁性材料特性324
10.3.2磁分离计算基础327
10.3.3高梯度磁分离329
10.3.4超导磁分离331
10.3.5磁分离机及其处理系统332
10.3.6磁分离机系统设计要点335
习题338
参考文献339

第11章耦合与集成技术341
11.1反应-分离的耦合集成过程341
11.1.1催化膜反应器341
11.1.2渗透汽化膜反应器343
11.1.3膜生物反应器346
11.2分离-分离集成工艺及过程348
11.2.1膜与吸收、汽提的集成349
11.2.2精馏-渗透汽化的集成350
11.3耦合与集成过程建模353
11.3.1平推流集成过程建模354
11.3.2全混流集成过程建模355
11.3.3间歇式集成过程建模356
11.4集成过程的设计优化358
11.4.1Aspen Plus软件模拟设计358
11.4.2McCabe-Thiele图解法设计359
习题363
参考文献363

附录365
附录A电解质水溶液的渗透压系数365
附录B聚合物膜材料的溶解度参数366
附录C常用溶剂的溶解度参数367
附录D无机离子和离子对的自由能参数368
附录E碱金属阳离子和卤族阴离子的自由能参数369
附录F有机离子的自由能参数369
附录G结构基团对Ecoh，i和Vi的贡献369
附录H结构基团对溶解度参数的贡献371