第6章 气固、液固传质分离过程
传质分离过程
传质分离过程1.分离过程可以定义为借助于物理、化学、电学推动力实现从混合物中选择性的分离某些成分的过程。
2.分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。
机械分离的对象是两相以上的混合物。
传质分离过程用于各种均相混合物的分离。
特点是有能量传递现象发生。
3.传质分离过程分为平衡分离过程和速率分离过程。
4.相平衡的准则为各相的温度、压力相同，各组分的逸度也相等。
5.相平衡的表示方法有相图、相平衡常数、分离因子。
6.维里方程用来计算气相逸度系数。
7.闪蒸是连续单级蒸馏过程。
8.指定浓度的组分成为关键组分，其中易挥发的成为轻关键组分，难挥发的成为重关键组分。
9.若溜出液中除了重关键组分外没有其他重组分，而釜液重除了轻关键组分外没有其他轻组分，这种情况称为清晰分割。
10.多组分精馏与二组分精馏在浓度分布上的区别可以归纳为：在多组分精馏中，关键组分的浓度分布有极大值；非关键组分通常是非分配的，即重组分通常仅出现在釜液中，轻组分仅出现在溜出液中；重、轻非关键组分分别在进料板下、上形成接近恒浓的区域；全部组分均存在于进料板上，但进料板浓度不等于进料浓度。
塔内各组分的浓度分布曲线在进料板处是不连续的。
11.最小回流比是在无穷多塔板数的条件下达到关键组分预期分离所需要的回流比。
12.特殊精馏分为萃取精馏（加入的组分称为溶剂）、共沸精馏、加盐精馏。
13.气体吸收是气体混合物一种或多种溶质组分从气相转移到液相的过程。
解吸为吸收的逆过程，即溶质从液相中分离出来转移到气相的过程。
14.吸收过程按溶质数可以分为单组分吸收和多组分吸收；按溶质与液体之间的作用性质可以分为物理吸收和化学吸收；按吸收温度状况可以分为等温吸收和非等温吸收。
15.吸收的推动力是气相中溶质的实际分压与溶液中溶质的平衡蒸气压力之差。
16.难溶组分即轻组分一般只在靠近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小。
易溶组分即重组分主要在塔底附近的若干级上被吸收，而关键组分才在全塔范围内被吸收。
传质分离重点2
第一章：1，平衡分离：根据两相状态不同 , 传统平衡分离过程可分为如下几类：汽液传质过程 : 如液体的蒸馏和精馏。
液液传质过程 : 如萃取。
气液传质过程 : 如吸收、气体的增湿和减湿。
液固传质过程 : 如结晶、浸取、吸附、离子交换、色层分离、区域熔炼等。
气固传质过程 : 如固体干燥、吸附等。
,2，速率分离:膜分离、场分离在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异实现组分的分离。
膜分离又包括超滤、反渗透、渗析、电渗析等。
速率分离过程特点：节能 环保第二章： 相平衡准则（条件）：相平衡关系的表示方法1 相图2 相平衡常数K3 分离因子即相对挥发度相平衡常数的计算方法：一、状态方程：范德华方程 1维里方程 2 RK 方程 3 SRK 方程 4 PR 方程 5 BWRS 方程6 列线图法 3 4对RK 的修正，精度显著改善，简单方便，但对H 2 H 2S 等物系精度差；5 特别适用于H 2 H 2S 等气体混合物；6 轻烃类组分，仅考虑T P 对K 的影响，忽略了组成。
二、活度系数法：1 Vanlaar(范拉尔)方程、2 Margules(玛古斯)方程、3 Wilson(威尔逊)方程、4 NRTL(有轨双液)方程、5 UNIQUAC(通用拟化学活度系数)方程、S-H 方程1 2 数学表达式简单，容易从活度系数数据估计参数；适应性强，对于非理想性强的物系，包括部分互溶物系结果计算结果也能很满意。
多元物系需要多元的相互作用参数，如果没有，不能用于多元物系计算；都没有考虑T 、P 对模型的影响3 不能直接应用于液液平衡，但修正的T-K- Wilson 可以。
4 能很好地表示二元和多元系统的气液和液液平衡；特别对于含水系统，模型效果好；模型参数多，对每个二元物系都有三个参数。
5 所有表达式中，最复杂的；特别适用于分子大小相差悬殊的混合物。
气液平衡常数的各种简化：（1）汽相为理想气体，液相为理想溶液 适用物系：P<200kPa ，分子结构十分相近的组分溶液可按此类物系处理，如苯-甲苯二元混合物。
第六章气固流态化基础(2024)
类型与结构
根据反应类型和需求，流化床反应器可分为多种类型，如固定床反应器、移动床反应器和 循环流化床反应器等。其结构通常包括反应器主体、气体分布器、固体颗粒循环系统和控 制系统等。
通过气体或液体以一定速度穿过 固体颗粒层，使颗粒之间产生相 互作用和能量传递，从而实现流 态化。
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气固流态化的重要性
与传统的间歇式生产方式相比， 气固流态化技术可降低能耗和生 产成本。
气固流态化技术不仅应用于化工 、冶金等领域，还可拓展到环保 、新能源等领域。
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提高生产效率 降低能耗
在气固流态化系统中，通过设置合适的分离 装置，可实现气体和固体颗粒的有效分离， 以满足不同工艺需求。
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催化剂再生
在石油化工等领域中，催化剂的再生是一个重要环 节。利用流态化技术可实现催化剂的高效再生和循 环利用。
粉体输送
利用气固流态化的原理，可实现粉体物料的 高效输送和分配，广泛应用于化工、冶金等 领域。
颗粒粘结
某些物料在流化床内可能发生粘结现象，形 成团聚体或结块。粘结可能导致床层塌落、 沟流以及传热和传质效率下降等问题。
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气体分布不均与沟流现象
气体分布不均
在气固流态化过程中，气体的不均匀分布是 一个常见问题。气体分布不均可能导致床层 内的温度和浓度梯度增大，从而影响产品质 量和收率。
强化传质方法
强化传质的方法包括增加气体流速、减小固体颗粒粒径、提高床层温度和压力等。此外 ，采用催化剂或添加反应促进剂等方法也可以提高传质效率。同时，优化流化床结构和
第6章 气固、液固传质分离过程
配对收敛方法的特点： 配对收敛方法的特点： 将两个校验方程（ 将两个校验方程（S-eq.和H-eq.）与两 和 ） 个迭代变量分别配对。 个迭代变量分别配对。 根据不同的配对方案形成两种不同的 算法:泡点法( 法 和流率加和法( 法 算法:泡点法(BP法)和流率加和法(SR法)。
G SY j = Σ y i , j − 1 .0 = 0
c i =1
四、Vj的计算
通过物料衡算和热量衡算得到二对角线矩阵方程： 通过物料衡算和热量衡算得到二对角线矩阵方程：
β 2 α 3 β 3 ⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅ α N −2 β N −1 V3 V4 ⋅ = V N −1 V N γ 2 − α 2V2 γ3 ⋅ γ N −2 γ N −1
规定： 规定： 进料：Fj,zi,j,TFj,PFj 进料： 压力： 压力：pj 侧采： 侧采：Uj,Wj 热负荷： 热负荷：Qj（除Q1和QN） 级数： 级数：N 回流量： 回流量：L1 气相馏出量： 气相馏出量：V1
no 是否满足迭代收敛准则 yes 结 束
法计算框图＊ ＊SR法计算框图＊ 法计算框图
β N −2 α N −1
α j = h j −1 − H j β j = H j +1 − h j
j −1 γ j = (Fm − W m − U m ) − V1 h j − h j −1 m =1 + F j h j − H F, j +W j H j − h j + Q j
化工工艺中的气固分离技术
废气处理：去 除工业废气中 的颗粒物，减
少环境污染
烟气脱硫：去 除烟气中的二 氧化硫，减少
酸雨形成
粉尘收集：收 集工业生产过 程中的粉尘， 防止粉尘扩散
固废处理：处 理工业固体废 物，减少对环
境的影响
煤炭燃烧：用于去除烟气中的颗粒物，减少环境污染
石油炼化：用于分离原油中的气体和固体杂质，提高石油品质
气固分离技术：利用气体和固体之 间的物理或化学性质差异进行分离
比较：气固分离技术具有高效、节 能、环保等优点，但需要特定的设 备和工艺条件
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其他分离技术：如液液分离、液固 分离、气液分离等
结合应用：气固分离技术与其他分 离技术可以结合使用，以提高分离 效率和降低能耗
气固分离技术的实 际案例分析
原理：利用气体和固体之间的密度差异，通过重力、离心力、静电力等作用，实现气体和固体 的分离。
特点：高效、节能、环保，适用于各种气体和固体的分离。
应用：广泛应用于化工、冶金、环保等领域。
发展趋势：随着科技的发展，气固分离技术不断改进和创新，以满足不同行业的需求。
气固分离技术的常 见应用场景
提高生产效率：气固分离技术可以 快速有效地分离气体和固体，提高 生产效率。
提高产品质量：气固分离技术可以 保证产品质量，提高产品竞争力。
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降低能耗：气固分离技术可以减少 能源消耗，降低生产成本。
减少环境污染：气固分离技术可以 减少废气、废渣等污染物的排放， 降低对环境的影响。
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实际效果：经过气固分离技术的处理，废气中的有害物 质去除率达到90%以上，大大减少了对环境的污染
3.传质分离过程
精馏
气-液相通过一块塔板, 同时发生一次部分气 化和部分冷凝过程。当它们经过 多块塔板后, 即同时进行了多次部分气化和 部分冷凝的过程, 最后在塔顶气相中获得较 纯的易挥发组分, 在塔底液相中可获得较纯 的难挥发组分, 使混合液达到所要求的分离 程度
(二) 精馏装置及流程
原料液经预热到指定 温度后, 加入精馏塔内 某一块塔板上, 该塔板 称为加料板。加料板 将塔分成两部分: 上部 进行着蒸气中易挥发 组分的增浓, 称为精馏 段; 下部( 包括加料板) 进行着液体中难挥发 组分的提浓, 称为提馏 段。操作时, 连续地从 再沸器取出部分液体 作为塔底产品( 见釜残 液) , 部分液体气化, 产 生上升蒸气, 依次通过 各层塔板。塔顶蒸气 进入冷凝器中后被全 部冷凝, 并将部分冷凝 液送回塔顶作为回流 液, 其余部分经冷却器 后被送出作为塔顶产 品(馏出液) 。
传质分离过程
Mass transfer and separation process
Dr.潘传艺
Mass transfer and separation process
化工生产过程中的原料、中间产物、粗产品几乎都是多组分混合物, 这些物 料都需要通过一定的处理过程进行分离和纯化。 (1 ) 分离过程的种类 均相homogeneous phase物系的分离, 必须使某种组分形成新相或迁移到 另一相。根据涉及的相态主要可分为气-液相的如吸收和蒸馏, 液-液相的如萃 取, 气-固相的如吸附, 固-液相的如结晶等等。蒸馏过程又可分为简单蒸馏和 精馏等。非均相物系的分离主要包括沉降、过滤和固体的干燥等单元操作。 随着生产的发展, 对分离技术的要求越来越高, 出现了一些新型特殊分离方法, 如膜分离membrane separation technique 、超临界萃取supercritical extraction technique等, 分离技术的开发和应用有了长足的发展。,. (2 ) 传质分离过程 物质以扩散的方式迁移叫做物质传递过程或称传质过程。所有均相物系分离 过程和一些非均相物系分离(如干燥) 都涉及到相间传质, 因此又称为传质分 离过程。除此之外, 反应器中的混合和非均相反应过程中都存在传质问题, 因 此传质过程也是化学反应工程学的基础。
第6章气固、液固传质分离过程
II型 和 IV型 等温线
nad
II
B p/p0
IV
B p/p0
多层吸附 (从点 B开始) 对无孔材料比较适用
在低压下类似于 II 型 在高压下发生孔内冷凝
第6章气固、液固传质分离过程
nad
III型 和 V型 等温线
nad
III p/p0
V p/p0
吸附质之间具有强相互 作用, 比如当水分子吸附 到疏水性活性炭上时
(2) Langmuir-Freundlich方程的扩展式
Langmuir方程扩展式和Langmuir-Freundlich方程 的扩展式缺乏热力学一致性，故理论依据不充分， 只具有半经验性质，但应用起来比较简便。
第6章气固、液固传质分离过程
吸附过程的传质
一、 吸附机理
吸附质在吸附剂的多孔表面上的吸附过程分四步：
第六章 气固、液固传质分离过程
主要内容及要求：
1.学习并掌握吸附的基本原理、吸附平衡、吸 附动力学、吸附过程及设备。
2.结晶过程的热力学和动力学基础，吸附、结 晶设备及流程。
3.了解膜分离的基本原理、过程分类、膜和膜 组件的类型以及膜分离技术的应用。
第6章气固、液固传质分离过程
6.1 吸附分离过程 6.1.1 吸附过程基础 6.1.2 吸附分离过程与技术
（3）物理吸附的吸附质分子可通过降低压力的方法 解吸，而化学吸附的吸附质分子的解吸要困难得多， 往往是不可逆的；
（4）物理吸附可以是单分子层吸附也可以是多分子 层吸附，而化学吸附通常只是单分子层吸附，某些情 况下，化学吸附单分子层上还可能发生物理吸附；
（5）物理吸附瞬时发生，而化学吸附一般需要达到 一定的活化能后才发生。
吸附平衡关系通常用等温下吸附剂上吸 附质的含量与流体相中吸附质的浓度或分压 间的关系表示（吸附等温线）。
(化工原理)第6章：质量传递过程基础
D z
c0 cBm
cA1 cA2
对于理想气体
cBm
cB2 cB1
ln
cB2 cB1
cB1 c0 cA1 cB2 c0 cA2
NA
D RTz
p pBm
pA1 pA2
p pBm
pBm
pB2 pB1
ln
pB2 pB1
pB1 p pA1 pB2 p pA2
c cBm
称为漂流因子 反应总体流动对传质通量的影响
NA ky y yi
NA kx xi x
NA kG pA pAi
NA kL cAi cA
传质系数 k=f (D,η,ρ,u,d )
经验关联式很多，但普遍偏差较大 主要通过实验获得
JA
DAB
dcA dz
yi Ki xi
NA
D z
c0 cBm
cA1 cA2
NA
D RTz
主体中高度湍流传质阻力为零，即无浓度
O
距离 z
相际传质双膜模型
梯度。 ④ 相界面上气液处于平衡状态，无传质阻
力存在。
（2）总传质速率方程
① 气膜和液膜传质速率方程 对气相：
NA kG pA pAi
化工原理 第六章 蒸馏(传质过程)
t
121.9℃
X=0.383
负偏差
x y
x y
y
y
x
x
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挥发度与相对挥发度
挥发度：表示某种溶液易挥发的程度。 若为纯组分液体时，通常用其当时温度下饱和蒸 气压PA°来表示。 若为混合溶液时，各组分的挥发度，则用它在一 定温度下蒸气中的分压和与之平衡的液相中该组 分的 摩尔分数之比来表示， vA = pA / xA vB = pB / xB
演示
37
xn
xn 1 yn 1 yn
第四节 双组分连续精馏计算
38
物料衡算
F—原料(液)摩尔流量，kmol/h； D—馏出液摩尔流量，kmol/h； W—釜残液摩尔流量，kmol/h； 总物料衡算 易挥发组分的物料衡算
D xD F xF
F D W
D F ( xF xW ) xD xW
xn 1
n 1
yn xn yn 1
n
n 1
T-x(y) 图
t 假设蒸汽和液体充分接触，并在离 n 1 开第 n 层板时达到相平衡，则 yn 与 xn t n t n 1 平衡，且yn>yn+1，xn<xn-1。
这说明塔板主要起到了传质作用， 使蒸汽中易挥发组分的浓度增加， 同时也使液体中易挥发组分的浓度 减少。
t5 t4 t3 t2 t1
E D
C
B A
x（y）
温度-组成图（ t-x-y 图）
12
上述的两条曲线将tx-y图分成三个区域。
液相线以下的区域 代表未沸腾的液体, 称为液相区 气相线上方的区域 代表过热蒸气,称为 过热蒸气区； 二曲线包围的区域 表示气液同时存在, 称为气液共存区。
分离过程知识点
三、名词解释1、分离过程 : 将一混合物转变为组成互不相同的两种或几种产品的那些操作。
2、分离工程: 研究分离过程中分离设备的共性规律，分离与提纯的科学。
3、传统分离过程的绿色化：对过程(如蒸馏、干燥、蒸发等)利用系统工程的方法，充分考虑过程对环境的影响，以环境影响最小(或无影响)为目标，进行过程集成。
4、传质分离过程:一类以质量传递为主要理论基础、用于各种均相混合物分离的单元操作。
可分为平衡分离过程和速率分离过程两大类,遵循物质传递原理。
5、平衡分离过程：大多数扩散分离过程是不相溶的两相趋于平衡的过程，而两相在平衡时具有不同的组成，这些过程称为平衡分离过程。
6、速率控制分离过程::利用溶液中不同组分在某种推动力的作用下，经过某种介质时的传质速率差异而实现分离的过程。
7、泡点温度：是指液体在恒定的外压下，加热至开始出现第一个气泡时的温度。
8、露点温度：在恒压下冷却气体混合物，当气体混合物开始凝聚出第一个液滴时的温度。
9、汽化率：液体汽化所减少的质量占原液体质量的比率。
10、液化率：e=液化量/总加入量=L/F11、分离因子： 表示任一分离过程所达到的分离程度 表示组分i 及j 之间没有被分离 表示组分i 富集于1相，而组分j 富集于2相表示组分i 富集于2相，而组分j 富集于1相12、分离剂 ： 在两种相同的或不同的材料之间、材料与模具之间隔离膜，使二者间不发生粘连，完成操作后易于分离的液剂。
种类为：（1）石膏分离剂（2）树脂分离剂（3）蜡分离剂 （4）其他分离剂如硅油、凡士林等。
13、固有分离因子： αij 称为固有分离因子，也称相对挥发度，它不受分离设备的影响。
14、机械分离过程：分离对象为两相以上的混合物，通过简单的分相就可以分离，而相间并无物质传递发生。
15、膜分离：是利用液体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的单元操作。
16、关键组分:由设计者指定浓度或提出分离要求的两个组分称为关键组分。
第六章膜分离过程
截留分子量： 微滤 0.02～10μm 透析 3000 Dalton～ 几万Dalton 超滤 50 nm～100 nm或5000～50万 Dalton 纳滤 200～1000 Dalton或1 nm 反渗透 200 Dalton
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概述
膜分离法与物质大小（直径）的关系
RO NF UF MF
膜分离技术兼具分离、浓缩和纯化的功能，又有
使用简单、易于控制及高效、节能的特点
选择适当的膜分离技术，可替代过滤、沉淀、萃
取、吸附等多种传统的分离与过滤方法。
膜分离技术得到各国重视：国际学术界一致认为
“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。
膜分离技术在短短的时间迅速发展起来，近30年
也可用作微滤膜和超滤膜。 它的最高使用温度和pH范围有限，一般使用温度
低于45～50℃，pH3～8。
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醋酸纤维特点：
①透过速度大 ②截留盐的能力强 ③易于制备 ④来源丰富 ⑤不耐温（30℃） ⑥pH 范围窄，清洗困难 ⑦与氯作用，寿命降低 ⑧微生物侵袭 ⑨适合作反渗透膜
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蛋白质、无机盐 缓冲液
无机盐
膜对溶质的截留能力以截留率R（rejection） 来表示，其定义为
R＝1－ Cp／Cb
式中Cp和Cb分别表示在某一瞬间，透过液 （Permeate）和截留液的浓度。
如R＝1，则Cp＝0，表示溶质全部被截留；
如R＝0，则Cp＝ Cb，表示溶质能自由透过膜。
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截 断 曲 线
得到的截留率与分子量之间的关系称为截断曲线。 质量好的膜应有陡直的截断曲线,可使不同分子量的溶质 分离完全；反之，斜坦的截断曲线会导致分离不完全。
第6章气固 液固传质分离过程
固定床吸附器
移动床吸附器 流化床吸附器
槽式搅拌吸附—接触过滤式
Co C t=t
t=0
接触过滤式吸附过程一般在带有搅拌器的吸附槽中进行。 操作时，首先将原料液加入吸附槽，然后在搅拌状态下加
入吸附剂。在搅拌器的作用下，槽内液体呈强烈湍动状态，
而吸附质则悬浮于溶液中。当吸附过程接近吸附平衡时， 通过过滤装置将吸附剂从溶液中分离出来。接触过滤式吸 附过程属间歇操作过程，常用于溶质的吸附能力很强，且 溶液的浓度很低的吸附过程，以回收其中少量的溶解物质
吸附是指流体（气体或液体）与固体多孔物质接触时，流 体中的一种或多种组分传递到多孔物质外表面和微孔内表 面，并附着在这些表面上形成单分子层或多分子层的过程。 被吸附的流体称为吸附质，多孔固体颗粒称为吸附剂。 吸附达到平衡时，吸附剂内的流体称为吸附相，剩余的
流体本体相称为吸余相。 吸附剂对不同吸附质的吸附能力不同，从而实现组分分离。
或除去某些杂质等。
固定床吸附
固定床吸附过程是最为典型的吸附过程之一，在制药化工 生产中有着广泛的应用。将颗粒状的吸附剂以一定的填充 方式充满圆筒形容器，即构成固定床，操作时，含有吸附 质的液体或气体以一定的流速流过吸附剂床层，进行动态 吸附。当床层内的吸附剂接近或达到饱和时，吸附过程停 止，随后对床层内的吸附剂进行再生，再生完成后，即可
q Kp1/ n qs 1 Kp1/ n
多组份吸附平衡关系
如果混合物中两个或多个组分都有相当的吸附量，情况就很 复杂。实验表明，一个组分的吸附可增加、降低或不影响另 外组分的吸附，这取决于被吸附分子间的相互作用。
Langmuir方程扩展式
忽略各吸附组分之间的相互作用，其他组分的吸附仅仅减小
第六章-吸附分离PPT课件
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• 从离子交换介质上洗脱
• 阶段洗脱法 分段改变洗脱液中的pH或盐浓度，使吸附在
柱上的各组分洗脱下来。
洗 脱 剂 浓 度
操作时间
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• 梯度洗脱法 连续改变洗脱液中的pH或盐浓度，使吸附在
柱上的各组分被洗脱下来。通常采用一种低浓度 的盐溶液为起始溶液，另一种高浓度的盐溶液做 为最终溶液。两者通过一混合器混合。优于阶段 法。
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• 离子交换容量：单位质量或单位体积的离 子交换剂所能吸附的一价离子的量（毫摩 尔数），是表征离子交换能力的主要参数。
21
• 吸附剂的制备
苯乙烯和二乙烯苯聚合而成的聚合物最为常用，对其 侧链进行改造也可成为离子交换介质。
聚合过程中加入一种惰性成分，不参与反应，但能与 单体互溶，当用悬浮聚合合成时，它还必需不溶于水或微 溶于水。这种惰性组分可以是线性高分子聚合物，也可以 是能溶胀或不能溶胀聚合物的溶剂，其中以不能溶胀聚合 物的溶剂效果最好，用的也较普遍，称为致孔剂。在聚合 过程中，在聚合的液滴内，逐渐形成无数的凝胶微粒，四 周为惰性组分所包围。聚合结束后，利用溶剂萃取或水蒸 气蒸馏的方式将溶剂去除，因而留下了孔隙，形成大网格 结构。一般大网格吸附剂的颗粒直径为0.5mm～数mm左右。
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• 6.7 移动床和模拟移动床吸附
• 移动床(moving bed) 希望能象气体吸收操作的液相那样，吸附操
作中的固相可以连续输入和排出吸附塔，与料液 形成逆流接触流动，则可实现连续稳态的吸附操 作。
46
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• 模拟移动床
由于固相吸附剂移动不便且易造成堵塞。可 固定吸附剂，而移动切换液相（包括料液和洗脱 液）的入口和出口位置，如同移动固相一样，产 生与移动床相同的效果。
环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答6膜分离
环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答6膜分离第六章膜分离技术1、什么是膜分离过程，有哪些膜分离过程，各有什么特点，各分离过程分离离子的范围？答：若在流体内部或两流体间有一薄层凝聚相物质把流体分隔为两部分，则这一薄层物质称为膜，膜可以是固态、液态或气态。
膜分离是利用膜材料具有选择性渗透作用而使气体或液体混合物得到分离的一种方法。
膜分离技术具有以下优点：(1)能获得高纯度组分；(2)操作过程的能耗较低；(3)分离操作通常在常温或低温下操作，对热敏物料的分离尤其适宜。
2、说明膜分离过程的推动力及分离原理。
答：物质能选择性地透过膜的推动力有两种：一种是由外界提供能量，使物质能由低位向高位移动；另一种是因膜的存在造成被分离系统具有化学位差的作用下由高位向低位移动。
3、不同的膜分离过程适用于哪些场合？答：依据膜孔径的不同，分离的粒子颗粒直径也有差异。
4、膜组件有哪些形式，各有什么特点？答：(1)板框式膜组件板框式膜组件优点：组装方便，膜的清洗更换比较容易，料液流通截面较大，不易堵塞，可视生产需要组装膜组件。
缺点：密封边界长，板框和密封件的加工精度高；每块板上料液的流程短，通过板面的透过液量较少，(2)卷式膜组件与板框式膜组件相比，卷式膜组件优点是：膜组件比较紧凑；单位体积内的膜面积大；制作相对简单。
其缺点是：清洗不方便，膜损坏时，不易更换；卷式膜组件所用的膜必须是可焊接或可粘贴的膜。
(3)管式膜组件优点：结构简单；安装、操作方便；流体流动状态好,不易被堵塞。
缺点：单位体积膜组件的膜面积少，一般仅为30~330m2/m3，除特殊场合外，一般不被使用。
(4)中空纤维膜组件优点：设备紧凑，组件单位体积内的有效膜面积高达16000～3000m2/m3缺点：中空纤维内径小阻力大，易堵塞，所以料液走纤维管间，透过液走纤维管内。
透过液侧流体能量损失大，压降可达数个大气压，膜污染难除去。
5、简要说明反渗透的原理，反渗透的操作压力与膜的类型有关吗？答：当纯水与盐水用一张能透过水的半透膜隔开时，纯水能透过膜向盐水一侧渗透，直到盐水一侧水位升高到一定高度为止，渗透过程达到动态平衡，这种现象称之为渗透现象。
气固、液固传质分离过程
THANKS
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污水处理
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03
去除有害物质
污水处理过程中，传质分 离技术可以用于去除废水 中的有害物质，如重金属 离子、油类物质等。
回收有价值资源
通过传质分离过程，可以 回收废水中的有价值资源， 如氮、磷等营养元素，实 现资源的循环利用。
提高水质
对于需要处理后直接排放 或回用的废水，传质分离 技术可以降低废水中的污 染物浓度，提高水质。
气固、液固传质分离过程
• 气固传质分离过程 • 液固传质分离过程 • 传质分离过程的应用 • 传质分离过程的挑战与解决方案 • 传质分离过程的发展趋势
01
气固传质分离过程
吸附分离
总结词
利用固体吸附剂对气体中不同组分的吸附性能差异实现分离 。
详细描述
吸附分离是利用固体吸附剂对气体中不同组分的吸附性能差 异实现分离的过程。在吸附过程中，吸附剂对不同组分的吸 附能力不同，从而实现选择性吸附。常用的吸附剂包括活性 炭、分子筛、硅胶等。
详细描述
静电分离是利用高压电场使气体电离，气体中的固体颗粒物在电场力作用下被分 离出来的过程。静电分离具有分离效率高、处理量大等优点，但设备投资和维护 成本较高。
02
液固传质分离过程
沉降分离
总结词
利用颗粒在液体中的重力作用进行分离。
详细描述
沉降分离是利用颗粒在液体中的重力作用进行分离的方法。颗粒在液体中受到重力作用而逐渐下沉， 最终实现固液分离。根据颗粒的密度和粒径差异，可以采用不同的沉降方式，如自然沉降和离心沉降 。
过滤分离
总结词
通过多孔介质拦截颗粒实现分离。
详细描述
过滤分离是利用多孔介质拦截颗粒实现分离的方法。多孔介质可以是滤布、滤纸、砂滤器等。当含有颗粒的液体 通过多孔介质时，颗粒被拦截下来，从而实现固液分离。过滤分离广泛应用于工业废水处理、饮用水处理等领域。
化工分离过程--第6章-吸附与制备色谱
5 1
12
13
抽真空
4 3
2 7
15
16
解决办法：为此开发了采用活性炭为吸附剂的吸附流程，可使气相中
的氯苯浓度从约28 mg/L 减少到约1.5 mg/L，并使生产中溶剂损耗减 少约三分之二。研究表明，活性炭可吸附约相当与其装载质量10％的氯 苯，吸附饱和后的活性炭可用水蒸气脱附后重复使用。
6.3 色谱分离的基本 原理
n 16( tR )2 Wb
n 6.28(tRhp )2 Ap
(a) (b)
(c)
W1/2
hp hp
2
Wb
式中，hp为峰高，Wb为峰宽，W1/2为半峰高处 的峰宽，Ap为峰面积，见图。
“等板高度”
理论板概念被广泛的应用于衡量色谱柱 性能的好坏。较大的板数意味着较窄的 色谱峰，即性能较好的柱。同时被引入
的还有等板高度(HETP)h的概念
h L n
式中L为柱的有效高度。显然，等板高度h
小意味着性能好的柱。
组分分辨率
在一个复杂样品的色谱分离会出现大量的分离峰，其中任意一
对峰的分辨率Rs定义为两峰之间的距离和两个峰的平均峰宽之比
Rs
2(VR2 VR1 ) Wb2 Wb1
欲使两组分峰得到完全分离，Rs应大于1， Rs小于1说明两
常见的色谱分离方法 ——柱色谱（柱层析）
流动相 加样
流动相 展开
流动相 洗脱
色谱过程示意图
在柱色谱中，将固定相装填在一 根管子（称之为色谱柱）中，流 动相则泵送进入色谱柱。被分离 的样品被加到色谱柱的上游，随 着流动相向下游移动，依固定相 对不同组分分子的吸附能力从弱 到强，样品中的不同组分在色谱 柱中的移动速度由快到慢，在色 谱柱的下游按其流出顺序分别加 以收集，即可实现对样品中不同 组分的分离。
(NEW)贾绍义《化工传质与分离过程》(第2版)笔记和考研真题详解
目 录绪 论0.1 复习笔记0.2 名校考研真题详解第1章 传质过程基础1.1 复习笔记1.2 名校考研真题详解第2章 气体吸收2.1 复习笔记2.2 名校考研真题详解第3章 蒸 馏3.1 复习笔记3.2 名校考研真题详解第4章 气液传质设备4.1 复习笔记4.2 名校考研真题详解第5章 液-液萃取5.1 复习笔记5.2 名校考研真题详解第6章 固体物料的干燥6.1 复习笔记6.2 名校考研真题详解第7章 其他传质与分离过程7.1 复习笔记7.2 名校考研真题详解绪 论0.1 复习笔记一、传质分离方法的分类依据物理化学原理的不同，传质分离过程可分为平衡分离和速率分离两大类。
1平衡分离过程平衡分离过程是指借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附剂等），使均相混合物系统变为两相体系，再以混合物中各组分在处于平衡的两相中分配关系的差异为依据而实现分离的过程。
根据两相状态的不同，平衡分离过程可分为：（1）气液传质过程，如吸收（或脱吸）、气体的增湿和减湿。
（2）汽液传质过程，如液体的蒸馏和精馏。
（3）液液传质过程，如萃取。
（4）液固传质过程，如结晶（或溶解）、浸取、吸附（脱附）、离子交换、色层分离、参数泵分离等。
（5）气固传质过程，如固体干燥、吸附（脱附）等。
在平衡分离过程中，i组分在两相中的组成关系常用分配系数（又称相平衡比）K i来表示，即K i值的大小取决于物系特性及操作条件（如温度和压力等）。
组分i和j的分配系数K i和K j之比称为分离因子αij，即通常将K值大的当作分子，αij一般大于1。
当αij偏离1时，可采用平衡分离过程使均相混合物得以分离，a ij越大越容易分离。
2速率分离过程速率分离过程是指借助某种推动力，如浓度差、压力差、温度差、电位差等的作用，某些情况下在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异而实现混合物分离操作的过程。
速率分离过程可分为：（1）膜分离；（2）场分离。
二、传质设备1对传质设备性能要求（1）单位体积中，两相的接触面积应尽可能大，两相分布均匀，避免或抑制短路及返混；（2）流体的通量大，单位设备体积的处理量大；（3）流动阻力小，运转时动力消耗低；（4）操作弹性大，对物料的适应性强；（5）结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行可靠安全。
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6.3 膜分离
6.3.1 膜
6.3.2 膜组件 6.3.3 膜分离过程
6.3.1 膜
膜分离：以天然或合成薄膜为质量分离剂，以 压力差、化学位差等为推动力，根据液体或气 体混合物的不同组分通过膜的渗透率的差异实 现组分的分离、分级、提纯或富集的过程。
硅藻土是由硅藻类植物死亡后的硅酸盐遗骸 形成的，基本质是含水的无定形SiO2，并含有 少量Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3及有机杂质， 外观一般呈浅黄色或浅灰色，优质的呈白色， 质软，多孔而轻。硅藻土的多孔结构使它成为 一种良好吸附剂，在食品、化工生产中常用来 作助滤剂及脱色剂。
沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物， 其 化 学 通 式 为 ： Mx/m[(AlO2)x· 2)y]· 2O 。 (SiO zH M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数 ，x和y是整数。沸石分子筛活化后，水分子被 除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～ 10Å。分子筛晶体中有许多一定大小的空穴， 空穴之间有许多同直径的孔（也称“窗口”） 相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附 到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空 穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。
吸附
解吸
多孔吸附剂中流体的浓度分布和温度分布
(2)外扩散传质过程
吸附质从流体主体对流扩散到吸附剂颗粒外表面 的传质速率方程为：
相应的传热方程为：
(3)内扩散传质过程
吸附质在微孔中的扩散有两种形式-沿孔截面的扩 散和沿孔表面的表面扩散。前者根据孔径和吸附分 子平均自由程之间大小的关系又有三种情况：分子 扩散、纽特逊扩散和介于这两种情况之间的扩散。 当微孔表面吸附有吸附质时，沿孔口向里的表面上 存在着吸附质的浓度梯度，吸附质可以沿孔表面向 颗粒内部扩散，称为表面扩散。 在吸附剂颗粒的微孔中进行传质的数学模型很 类似于在多孔催化剂颗粒中的催化反应，一般应 用Fick第一定律来进行描述
二、常用吸附剂
吸附剂按其化学结构可分为有机吸附 剂和无机吸附剂。
常用的有机吸附剂有活性炭、球性炭 化树脂、聚酰胺、纤维素、大孔树脂 等； 常用的无机吸附剂有硅胶、活性氧化 铝、硅藻土、分子筛等。
1.活性碳——非极性吸附剂
活性碳是碳质吸附剂的总称。各种含碳有机 物均可以制造活性碳，活性碳的制造主要有 两步： 1碳化；2 活化。 活性炭具有非极性表面。为疏水亲有机物的 吸附剂，特别适合于吸附非极性或弱极性有 机物；它性能稳定、抗腐蚀、吸附容量大。 广泛用于：脱除水中有机物；水溶液中的色 素等。
超 过 滤 膜
反 渗 透 膜
渗 透 汽 化 膜
气 体 渗 透 膜
无机材料膜
有机高分子膜
膜材料选择
选择依据：膜材料本身的物理化学性质，以 及膜材料与分离体系中组分间的相互作用。 选择方法：溶解度参数选择法、 Lansdale 膜 材料选择法、高效液相色谱法、膜材料含水率 法、分子模拟法等。 常用有机膜材料： 纤维素衍生物、聚砜类、 乙烯类高分子、含硅高分子、聚烯烃（聚乙烯、 聚丙烯等）、聚酰胺类及杂环含氮高聚物（最 常用的是聚酰亚胺、含氟高分子（聚四氟乙烯 等）。
nad
在高压下发生孔内冷凝
III型 和 V型
III
等温线
p/p0
吸附质之间具有强相互 作用, 比如当水分子吸附 到疏水性活性炭上时
nad V nad
在低压下类似于 III 型 在高压下发生孔内冷凝
p/Байду номын сангаас0
单组份吸附平衡关系
（1）亨利定律
在足够低的浓度范围，吸附平衡关系可用亨利定律表述： 或
亨利常数
2.活性氧化铝——极性吸附剂
活性氧化率的化学通式为：Al2O3· 2O nH 氢氧化铝胶体经过灼烧脱水而制得一种多孔大表 面吸附剂。
活性氧化铝的表面活性中心是羟基和路易斯酸中
心，极性强，对水具有很高的亲和作用。
广泛用于脱除气体中的水分，也常用作色谱柱填
充材料。
3.硅胶－极性吸附剂
膜应具备下述两个特性：
第一：膜必须具有两个界面，分别与上游 侧与下游侧的流体物质互相接触。 第二：膜应具有选择透过性。
膜的种类
根据 膜的 材质
根据 材料 来源
根据 膜的 结构
根据 膜的 功能
固 体 膜
液 体 膜
天 然 膜
合 成 膜
多 孔 膜
致 密 膜
离 子 交 换 膜
渗 析 膜
微 孔 过 滤 膜
五类实验吸附等温线:
I 吸 附 量
Ⅱ 吸 附 量
吸 附 量
Ⅲ
相对压力P/P0 Ⅳ 吸 附 量
相对压力P/P0 Ⅴ 吸 附 量
相对压力P/P0
相对压力P/P0
相对压力P/P0
II型 和 IV型 等温线
II nad
多层吸附 (从点 B开始)
B p/p0
对无孔材料比较适用
IV
在低压下类似于 II 型
B p /p 0
吸附剂的再生方法主要有变温法、变压法、惰性气 体吹扫法和置换再生法
一、固定床吸附
ti—吸附质首先出现在床层出口端时间； tb—对应馏出物最大允许浓度时间，称破点时间； te—床层饱和时间。 （te-ti）——对应床层吸附区或传质区长度
二、变温吸附（TSA）
变温吸附原理：利用吸附量随温度变化的特性而实现的
吸附过程的传质
一、 吸附机理
吸附质在吸附剂的多孔表面上的吸附过程分四步：
1、吸附质从流体主体通过分子扩散与对流扩散穿过薄膜或边 界层传递到吸附剂外表面，称为外扩散过程。 2、吸附质通过孔扩散从吸附剂的外表面传递到微孔结构的 内表面，称为内扩散过程。 3、吸附质沿内孔表面的表面扩散。 4、吸附质被吸附在孔表面上。 对于化学吸附：吸附质与吸附剂之间有键的形成，第四步 可能较慢，甚至是控制步骤。 对于物理吸附：由于吸附速率仅取决于吸附质分子与孔表 面的碰撞频率和定向作用，第四步几乎是瞬间完成的，吸 附速率由前三步控制，统称为扩散控制。
硅胶的化学通式为：SiO2· H2O。 n 用硅酸钠与无机酸反应生成硅酸，其聚合物在适 宜的条件下聚合、缩合而成为硅氧四面体的多聚 物，经聚集、洗盐、脱水而成为硅胶。 硅胶的表面保留着大约5wt.％的羟基，是硅胶的 吸附活性中心。在200℃以上羟基会脱去，所以 硅胶的活化温度应低于200℃。 硅胶常作为干燥剂用于气体或液体的干燥脱水， 也可用于分离烷烃与烯烃、烷烃与芳烃，同时硅 胶也是常用的色谱柱填充材料。
6.1.2 吸附分离过程与技术
6.1.1 吸附过程基础
一、吸附过程
吸附是指流体（气体或液体）与 固体多孔物质接触时，流体中的 一种或多种组分传递到多孔物质 外表面和微孔内表面并附着在这 些表面上形成单分子层或多分子 层的过程。
被吸附的流体称为吸附质，多孔固体颗 粒称为吸附剂。吸附达到平衡时，吸附 剂内的流体称为吸附相，剩余的流体本 体相称为吸余相。 由于吸附质和吸附剂的物理化学性质不 同，吸附剂对不同吸附质的吸附能力也 不同，因此当流体与吸附剂接触时，吸 附剂对流体中的某个或某些组分相对其 他组分具有较高的吸附选择性，从而实 现物质的分离。
物理吸附与化学吸附的比较
理化指标 物理吸附 化学吸附
吸附作用力 吸附热 选择性 吸附层 吸附速率 可逆性 发生吸附温度
范德华力 接近于液化热 低 单或多分子层 快，活化能小 可逆 低于吸附质临界温度
化学键 接近于化学反应热 高 单分子层 慢，活化能大 不可逆 远高于吸附质沸点
吸附类型的判断
（1）物理吸附热与冷凝热在一个数量级上，而化学 吸附热与其反应热在一个数量级上； （2）适宜温度和压力条件下，所有的气体－固体体 系中都将发生物理吸附，而化学吸附只有当气体分子 与吸附剂表面能形成化学键时才发生； （3）物理吸附的吸附质分子可通过降低压力的方法 解吸，而化学吸附的吸附质分子的解吸要困难得多， 往往是不可逆的；
（a）A 型
（b）X 型
两种常用沸石分子筛的结构
沸石分子筛的吸附作用有两个特点：（1）表 面上的路易斯中心极性很强；（2）沸石中的笼 或通道的尺寸很小，使得其中的引力场很强。 因此，其对吸附质分子的吸附能力远超过其他 类型的吸附剂。即使吸附质的分压（或浓度） 很低，吸附量仍很可观。沸石分子筛的吸附分 离效果不仅与吸附质分子的尺寸和形状有关， 而且还与其极性有关，因此，沸石分子筛也可 用于尺寸相近的物质的分离。
Langmuir-Freundlich吸附等温方程：
纯经验方程
多组分吸附平衡关系 (1) Langmuir方程扩展式
忽略各吸附组分之间的相互作用，其他组分的吸附 仅仅减小了吸附表面上的空位:
纯组分吸附时的对应值
例 6-1
(2) Langmuir-Freundlich方程的扩展式
Langmuir方程扩展式和Langmuir-Freundlich方程 的扩展式缺乏热力学一致性，故理论依据不充分， 只具有半经验性质，但应用起来比较简便。
6.1.2 吸附分离过程与技术
根据待分离物系中各组分的性质和过程的分离要 求(如纯度、回收率、能耗等)，在选择适当的吸附 剂和解吸剂基础上，采用相应的工艺过程和设备。 常用的吸附分离设备有：
吸附搅拌槽
固定床吸附器 移动床 流化床
吸附方法分类
分离组分的多少 分离组分浓度的高低 床层温度的变化 进料方式 单组份吸附 痕量组分脱除 不等温操作 连续进料 多组分吸附 主体分离 恒温操作 分批进料
（4）物理吸附可以是单分子层吸附也可以是多分子 层吸附，而化学吸附通常只是单分子层吸附，某些情 况下，化学吸附单分子层上还可能发生物理吸附； （5）物理吸附瞬时发生，而化学吸附一般需要达到 一定的活化能后才发生。