新型分离技术（陈欢林）（第四版）

《新型分离技术》（第四版）在介绍分离过程的分类、技术进展、基础理论的基础上，分章详细介绍了几类新型分离技术。全书共11章，包括：绪论，分离过程的基础理论，反渗透与正渗透、纳滤、超滤与微滤，气体渗透、渗透汽化与膜基吸收，透析、电渗析与膜电解，特种精馏与蒸馏，超临界流体与特种溶剂萃取，吸附、离子交换与色谱分离，分子识别与印迹分离，泡沫、液膜与磁分离，耦合与集成技术。本书每章均穿插有相关例题，章后附有适量习题。
《新型分离技术》（第四版）可作为高等学校化工、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，男，浙江大学化学工程与生物工程学院教授、博导，1949年9月出生，浙江萧山市人。1970-1975年浙江省萧山有机化工厂实验员。1978-2014年浙江大学化工系助教、讲师、副教授、教授、博导。其中：1994-1995年英国曼切斯特科技大学化工系访问副教授。2003-2004年美国俄亥俄州立大学化工系访问教授。长期从事膜与水处理技术方面的科研与教学工作，承担相关省部级以上科研项目20余项，发表相关论文200余篇，其中近100篇被SCI收录；拥有国家发明专利20余项，鉴定或验收成果近10项。
张林，男，浙江大学化学工程与生物工程学院教授、博导，1972年10月出生，安徽省当涂县人。兼任工业生物催化国家地方联合工程实验室副主任、膜与水处理技术教育部工程研究中心副主任、工业新水源浙江省工程研究中心副主任。

前言
《新型分离技术》的第三版已出版近五年了，这几年随着相关新材料的开发成功与应用，促进了传统分离技术的更新换代和新型分离方法的涌现；另外，手机的普及和网络讯息传播的指数增长，随时获取所想要的资料成为可能，线上上课与互动成为常态。基于以上事实与现状，教材形式、教学方法、教授方式，甚至教学理念与教学目的均需改进，以适应需求。为此，对于教材的改革，适应新形势下的课堂教学十分必要。
为适应需求，本次修改中做了如下尝试：首先，增添新涌现出来的新型分离技术；其次，在书末增加“本书扩展读物”文献；然后，简略理论探讨和模型推导部分内容，有兴趣者可通过阅读参考资料进一步探究；最后，对不少节、段内容重写，以求文句通顺、表达简明，易于分析理解、培养兴趣、激发深究。
本版中主要对以下章节内容进行了修订：对第1章依据技术的进步，删改了明显不合时宜的表述，提及了一些新发展的技术；第2章基础理论部分未作修改；第3章压力渗透膜方面，删去一些理论推导，并删改膜组件一节，增加一幅纳滤膜截留作用与分子大小相关图；第4章删去了气体膜分离经济性比较一节；第5章删去了电渗析经济性比较一节；第6章简改了反应精馏选型与应用部分，增添了超重力精馏一节（计建炳编写）；第8章重写了吸附分离与离子交换两节，将原吸附与交换剂结构及其性能一节中内容分别选归上述两节内；第9章仅对个别文句表达稍作修改；第10章对泡沫分离进行了重新分类，删去泡沫分离新发展，并以撞击流泡沫洗涤替代（刘德礼编写），磁分离部分仅对文句稍作修改；第11章增加了膜渗透与变压吸附的集成一节。为更好地学以致用，本版前数章的例题有所增加；鉴于网络知识的便捷，增加了本书扩展读物，列于教材末的附录前。
本教材初稿于20世纪80年代初写成，始为蜡纸刻写版、后为铅字版的油印教材，用作浙江大学化学工程与工艺专业课程教材，后分别于1993年和1999年在学校出版《新型分离技术基础》，于2000年被遴选为“面向21世纪课程教材”，40年内的屡次修编，形成至今的第四版。在此，我们仍需肯定前三版参编者对本书的贡献,仍将真诚地征集相关专家、老师与同学们的意见和建议，以便进一步形成我国特色教材。

2024年7月
于浙大求是村



第一版前言
五年前，在教育部《化工类专业人才培养方案及教学内容体系改革研究与实践》项目组成都会议临近期间，我的老师黄仲九、王尚弟先生热心、真诚地鼓励我编写一本新型分离技术。在他们的再三催促下，我们较为仓促地在原第二版教材（浙江大学出版）基础上，整理了本书的编写提纲与教材大纲（初稿），由二位先生带去成都会议讨论。由于编写提纲不细，又未提交样章等原因，经再次修改后，在次年的大连会议上，我们的教材正式列入了项目的编写计划。
刘茉娥教授和我早在20年前就为化学工程、生物化工、环境化工、高分子化工等工科类本科生开出新型分离技术的课程，并于1992年正式在浙江大学出版社出版了《新型分离技术基础》教材，1999年再版。对于编写教材的辛酸苦辣早已有深切的体会，对于正在发展中的新型分离技术的教材编写，尤为与基础课教材不同，必须完善相对已成熟的、并不断充实新发展的技术，工作量极大。在校、院教学部门领导的支持下，通过近六年来的教学积累和编写，今天终于成稿，如释重负，顿觉一身轻松。
本教材充分考虑到与过程工程原理（原称化工原理）课程教学内容的联系与衔接，合理调整了原版不适应教学规律的框架与结构，适当增添了正在发展并已取得共识的新概念、新技术，适量补充了日趋成熟且实用的新工艺。例如将各类膜接触器分别列入与其密切相关的精馏、吸收、萃取与吸附等章节中；在平衡级分离、传质分离的基础上，又在某些章节中增添了有关反应分离的概念；并在最后补充了分离分离、反应分离耦合与集成技术，其目的在于使系统在最佳条件下运行，进一步提高工艺过程的合理性、有效性与经济性。
本书分别由陈欢林（第1章、第2章第1~4节、第3章、第5章）、刘茉娥（第6章第4、5节，第9章，第10章第1、2节）、李昌圣（第2章第5节）、孙海翔（第10章第3节）、张林（第4章、第11章）编写；其余各章节的编写者为陈欢林、刘茉娥（第6章第1~3节），陈欢林、姚善泾（第7章），孙海翔、任其龙（第8章）；全书由陈欢林统稿并作部分修改。在编写过程中，孙海翔在各章文字输入与图表处理方面付出大量的辛劳，李昌圣对有关章节的文字和语句方面进行了润色工作；熊大和所长审阅了第10章第2节的初稿，并提出了中肯意见和建议，在此表示感谢。
在本书即将完稿之际，我们要感谢潘祖仁、陈维杻二位先生对本书的极力推荐；感谢近20年来选修本课程的化学、化工、生物、环境、高分子材料等专业的本科生和研究生对前两版教材的使用，为我们的教材建设与教学水平的提高提供了一个良好的平台。
新型分离技术所涉及的面极广，且在进一步的拓展之中，为一门始终处于发展之中的学科。要使新型分离技术的教材深受学生的喜爱并获得好评是不容易的，它与编著者的学术水平和长期的教学经验积累密切相关。由于我们对专业知识的理解与领悟有着一定的局限性，学术水平有限，实践经验不足，书中难免有不少纰漏甚至错误，我们真诚希望相关专家、学者和同行能给予指教，提出意见与建议，以便进一步修订和完善。  

陈欢林
2005年2月
于浙江大学求是园

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需性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10
1.4.1选择的基本依据10
1.4.2工艺可行性与设备可靠性11
1.4.3过程的经济性12
1.4.4组合工艺排列次序的经验规则12
习题13
参考文献13

第2章分离过程的基础理论14
2.1分离过程的热力学基础14
2.1.1热力学基本定义与函数14
2.1.2偏摩尔量和化学位15
2.1.3克拉贝龙方程和克-克方程16
2.1.4相律17
2.1.5渗透压与唐南平衡理论17
2.1.6非平衡热力学基本定律20
2.2分离过程中的动力学基础22
2.2.1分子传质及其速度与通量22
2.2.2质量传递微分方程24
2.2.3质量传递微分方程特定式25
2.3分离过程中的物理力25
2.3.1分子间和原子间的作用力25
2.3.2溶解度参数28
2.3.3渗透相关参数30
2.4分离因子32
2.4.1平衡分离过程的固有分离因子32
2.4.2速率控制过程的固有分离因子33
2.4.3分离因子与过程能耗的定性关系34
2.5分离过程的能耗分析35
2.5.1有效能的基本概念35
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53
3.2.1纳滤膜发展历程53
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54
3.2.4对混合物离子的截留作用54
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57
3.3超滤58
3.3.1超滤的基本原理58
3.3.2超滤传质模型59
3.3.3超滤过程工艺流程62
3.4微滤67
3.4.1微孔过滤模式67
3.4.2滤饼过滤式通量方程68
3.4.3通量衰减模型69
3.5膜元件72
3.5.1膜元件种类72
3.5.2各种膜组件比较75
习题76
参考文献77

第4章气体渗透、渗透汽化与膜基吸收78
4.1气体分离78
4.1.1气体在膜内的传递机理78
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
4.2渗透汽化与蒸汽渗透92
4.2.1渗透汽化及蒸汽渗透原理92
4.2.2渗透通量和分离因子93
4.2.3渗透汽化膜过程的设计计算96
4.2.4影响工艺设计的主要因素97
4.2.5渗透汽化级联计算99
4.2.6渗透汽化与蒸汽渗透的经济分析100
4.3膜基吸收101
4.3.1膜基吸收及其气液传质形式101
4.3.2膜基吸收的传质102
4.3.3膜基吸收设计参数的确定104
4.3.4膜基吸收过程的应用104
习题105
参考文献106

第5章透析、电渗析与膜电解107
5.1透析107
5.1.1透析过程机理107
5.1.2透析过程的通量模型107
5.1.3透析液的种类及其组成109
5.1.4透析过程的种类及其清除率110
5.2电渗析112
5.2.1电渗析过程原理112
5.2.2电渗析的基本理论113
5.2.3电渗析过程中的传递现象115
5.2.4电渗析器工艺参数计算115
5.2.5电渗析器及其脱盐流程设计120
5.2.6电渗析中的浓差极化现象125
5.2.7倒极电渗析的设计125
5.2.8离子交换树脂填充式电渗析127
5.3双极膜水解离129
5.3.1双极膜的特性129
5.3.2双极膜水解离理论电位和能耗130
5.3.3双极膜电渗析的水解离原理131
5.3.4双极膜过程设计参数132
5.3.5双极膜水解离应用132
5.4离子膜电解133
5.4.1膜电解基本原理133
5.4.2离子电解膜133
5.4.3膜电解槽中的电化学反应及物料平衡135
5.4.4膜电解槽中的物料衡算136
5.4.5电解定律136
5.4.6膜电解槽阳极电流效率137
5.4.7膜电解的槽电压137
习题138
参考文献139

第6章特种精馏与蒸馏140
6.1混合物组分的相图140
6.1.1三组分相图与蒸馏边界140
6.1.2剩余曲线图141
6.1.3蒸馏曲线图144
6.1.4全回流下的产物组成区（蝶形领结区）145
6.2萃取精馏与恒沸精馏146
6.2.1萃取精馏与恒沸精馏特征及其差异146
6.2.2溶剂选择原则148
6.2.3萃取精馏的分离因子149
6.2.4萃取精馏理论板数计算150
6.2.5恒沸精馏理论板数计算153
6.3反应精馏155
6.3.1反应精馏的基本特点155
6.3.2反应精馏的相平衡与化学平衡156
6.3.3反应精馏的动力学157
6.3.4反应精馏塔的设计计算158
6.3.5反应精馏选型与应用161
6.4超重力精馏163
6.4.1超重力精馏的基本原理163
6.4.2板式旋转床单层和多层结构164
6.4.3超重力旋转床流体动力学和传质分离特性165
6.4.4板式超重力精馏设计原则及步骤167
6.4.5超重力板式床蒸馏的应用168
6.5分子蒸馏169
6.5.1分子蒸馏的原理170
6.5.2分子蒸馏的传热与传质172
6.5.3分子蒸馏器及其工艺设计173
6.5.4分子蒸馏器特征及其应用174
6.6膜蒸馏177
6.6.1膜蒸馏的原理177
6.6.2膜蒸馏过程中的传热和传质178
6.6.3膜蒸馏用膜及其膜元件180
习题181
参考文献182

第7章超临界流体与特种溶剂萃取183
7.1超临界流体萃取183
7.1.1超临界流体及其性质184
7.1.2超临界流体萃取中的相平衡188
7.1.3超临界流体的传递性质191
7.1.4超临界流体萃取工艺及设备计算195
7.1.5超临界流体萃取分离方法及典型流程198
7.1.6超临界萃取操作条件选择199
7.1.7超临界流体萃取过程的能耗200
7.2双水相萃取201
7.2.1双水相分配原理201
7.2.2双水相系统中的作用力203
7.2.3影响双水相分配的主要因素205
7.2.4双水相系统的选择207
7.2.5双水相萃取工艺设计208
7.2.6双水相分配技术的应用209
7.3凝胶萃取210
7.3.1凝胶的种类及其特性210
7.3.2凝胶的相变温度211
7.3.3凝胶的溶胀与收缩机理212
7.3.4凝胶的筛分作用213
7.3.5凝胶萃取设计参数213
7.3.6典型的凝胶萃取工艺214
7.3.7凝胶萃取的应用217
7.4膜基溶剂萃取218
7.4.1膜基萃取基本原理218
7.4.2膜基传质方程式219
7.4.3影响膜基萃取传质的因素219
7.4.4萃取剂选择原则221
7.4.5膜与膜组件的选择原则222
习题222
参考文献223

第8章吸附、离子交换与色谱分离224
8.1吸附分离224
8.1.1吸附及其吸附剂特征224
8.1.2吸附分离剂224
8.1.3吸附分离基本概念225
8.1.4吸附平衡与吸附等温方程228
8.1.5吸附动力学与扩散传质机理229
8.1.6固定床吸附及穿透曲线231
8.1.7吸附分离工艺设计及其计算234
8.2离子交换239
8.2.1离子交换树脂种类239
8.2.2离子交换平衡与动力学关系241
8.2.3离子交换过程设计245
8.2.4离子交换器及其设计要求247
8.2.5离子交换处理装置选用与设计要求248
8.3色谱分离248
8.3.1色谱的分类和特点249
8.3.2色谱分离平衡关系及操作方法251
8.3.3色谱分离的基本参数252
8.3.4色谱分离的放大设计与优化256
习题259
参考文献260

第9章分子识别与印迹分离261
9.1弱相互作用与分子识别261
9.1.1分子间弱相互作用261
9.1.2分子识别及其专一性条件262
9.1.3分子识别的基本尺度262
9.1.4互补性和预组织原则262
9.1.5分子识别的键合常数263
9.1.6分子识别体系264
9.2分子识别理论及模型分析266
9.2.1分子识别的热力学基础分析266
9.2.2分子识别的动力学基础分析266
9.2.3分子识别过程键能分析267
9.3分子印迹聚合物的制备268
9.3.1制备材料的筛选268
9.3.2分子印迹聚合物制备方法269
9.3.3典型制备方法的利弊分析271
9.3.4典型印迹聚合物的特征272
9.4印迹分离过程建模计算272
9.4.1印迹分离过程建模272
9.4.2分子印迹扩散吸附与相互作用能差274
9.4.3客体结合常数与最大结合量估算275
9.4.4影响分子识别效应的因素277
9.5印迹聚合物的应用278
9.5.1印迹色谱分离278
9.5.2印迹手性拆分279
9.5.3印迹固相萃取281
9.5.4印迹与免疫膜分离286
习题290
参考文献290

第10章泡沫、液膜与磁分离292
10.1泡沫分离292
10.1.1泡沫分离基本原理293
10.1.2泡沫分离的设备及流程296
10.1.3影响泡沫分离的因素299
10.1.4过程设计与理想泡沫模型301
10.1.5泡沫洗涤技术新发展305
10.2液膜分离307
10.2.1液膜的形状和分类307
10.2.2促进传递机理及载体的选择308
10.2.3液膜分离机理及传质方程309
10.2.4液膜制备及其分离操作过程313
10.2.5液膜分离的应用319
10.3磁分离320
10.3.1磁场及其磁性材料特性320
10.3.2磁分离计算基础323
10.3.3高梯度磁分离325
10.3.4超导磁分离327
10.3.5磁分离机及其处理系统328
10.3.6磁分离机系统设计要点331
习题334
参考文献335

第11章耦合与集成技术336
11.1反应-分离的耦合与集成过程336
11.1.1催化膜反应器336
11.1.2渗透汽化膜反应器338
11.1.3膜生物反应器341
11.2分离-分离的集成过程343
11.2.1膜与吸收-气提的集成343
11.2.2精馏-渗透汽化集成344
11.2.3膜渗透与变压吸附的集成347
11.3集成过程的设计优化348
11.3.1Aspen Plus软件模拟设计348
11.3.2McCabe-Thiele图解法设计348
习题353
参考文献353

本书扩展读物354

附录355
附录A电解质水溶液的渗透压系数355
附录B聚合物膜材料的溶解度参数356
附录C常用溶剂的溶解度参数357
附录D无机离子和离子对的自由能参数358
附录E碱金属阳离子和卤族阴离子的自由能参数358
附录F有机离子的自由能参数358
附录G结构基团对Ecoh，i和Vi的贡献359
附录H结构基团对溶解度参数的贡献360