生物工程學(xué)課件ch(1)(已修改)
2025-01-28 17:32 本頁面
【正文】 第十章 離子交換分離原理與設(shè)備 講授內(nèi)容： 第一節(jié) 離子交換樹脂 第二節(jié) 離子交換分離原理 第三節(jié) 離子交換設(shè)備 第四節(jié) 離子交換設(shè)備計算 ? 目的與要求 ：了解常用的離子交換樹脂，掌握離子交換的原理、設(shè)備及設(shè)備計算方法。 ? 重點與難點 ：離子交換設(shè)備及計算 思考題 解釋概念： 樹脂的含水量、 交換罐負荷 交聯(lián)度 空塔流速 動態(tài)交換設(shè)備的分類？ 交換設(shè)備放大的原則 ? 按設(shè)備的結(jié)構(gòu)離子交換設(shè)備的種類？ 計算題： 用弱酸型樹脂吸附某發(fā)酵液， q1=2m3/h，樹脂床高 H1=， D1=1m。樹脂的最大粒徑 dm=，最小粒徑 dx=，平均粒徑 dp=，靜止時的空隙率，濕樹脂密度 ρ s=1140kg/m3，溶液密度ρ =1000kg/m3 ，黏度 μ =。若將流量放大 2倍，m=2，計算放大后的交換罐中樹脂床的高度及直徑，正吸附時發(fā)酵液通過樹脂床的壓力降（按交換負荷相等的原則放大） 第一節(jié) 離子交換樹脂 ? 離子交換方法：以離子交換樹脂作為吸附劑，吸附溶液中需要分離的離子，進行等當量交換 。 ? 特點：樹脂無毒性、可反復(fù)再生使用，成本低 ,但操作周期長， pH變化范圍大，有時會影響產(chǎn)品質(zhì)量。 一、離子交換樹脂結(jié)構(gòu)： ? 多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子化合物組成，不溶于水、酸、堿、有機溶劑。 ? 由兩部分組成： 二、分類：有四種分類方法 ? 骨架結(jié)構(gòu)主要成分： 聚苯乙烯型、聚苯烯酸型、酚醛樹脂。 ? 合成的聚合反應(yīng) ：共聚型、縮聚型樹脂 。 ? 骨架的物理結(jié)構(gòu) ： 凝膠型樹脂（微孔）、大網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)樹脂（大孔）、均孔樹脂。 ? 活性離子： 陽離子交換樹脂（強酸性、弱酸性） 陰離子交換樹脂（強堿性、弱堿性） 強酸性陽離子交換樹脂 ： ? 活性基團是 SO3H和 CH2SO3H，強酸性，在 pH1~14范圍交換，交換反應(yīng)： RSO3H+NaCl → RSO 3Na+HCl 對金屬離子親和力： Fe+3＞ Al+3＞ Ca+2＞ Mg+2＞ K+＞ NH4+＞ Na+＞ H+ ?再生不易，耗酸量大。 中等強度 PO（ OH） 2和 PO（ OH）活性基團 弱酸性陽離子交換樹脂 ： ? 以羧基 COOH、酚羥基 OH 等弱酸性，在堿性條件操作。 pH＞ 7 ? pH越高交換能力越強。電離度弱，再生容易，耗酸量小。 對金屬離子親和力： H+ ＞ Fe+3＞ Al+3＞ Ca+2＞ Mg+2＞ K+＞ NH4+＞ Na+ 強堿性陰離子交換樹脂 ： ? 強堿 Ⅰ 型： 含三甲胺基團； 強堿 Ⅱ 型： 二甲基 β羥基 乙基胺基團 。 ? 活性基團電離度高、 pH1~14 。氯型比羥型穩(wěn)定。 ? 商品氯型，使用時需先再生。再生耗堿量大。 RN(CH3)3Cl +NaOH RN(CH3)3OH+NaCl 弱堿性陰離子交換樹脂 ： ? 伯胺基 NH =NH、 ≡N和吡啶基。 ? 電離度小，再生成羥型容易，耗堿量小。在pH＜ 7使用。 pH越小，交換能力越大。 樹脂的編號 編號 強酸性陽 弱酸性陽 強堿性陰 弱堿性陰 統(tǒng)一 1~100 101~200 201~300 301~400 上海 731~740 721~730 711~720 701~710 三、樹脂合成 ? 1 .加聚法 ? 主要成分構(gòu)成樹脂分子鏈 ： 單烯鍵單體：苯乙烯、丙烯酸、丙烯腈 ? 常用交聯(lián)劑：雙烯鍵單體 二乙烯苯 ? 交聯(lián)度：構(gòu)成樹脂的交聯(lián)
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