分离工程7其它分离方法(6)

(4) 满足一般的工业要求
化学稳定性、热稳定性、对流体的阻力小、价廉易得
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常用吸附剂 (1) 活性炭: 非极性吸附剂，具有疏水性，可用于溶剂蒸气 的回收，油品和糖液的脱色，水的净化以及气体的脱臭。 (2) 分子筛: 强极性吸附剂。多用于气体或液体的干燥和精 制，混合物的吸附分离等。 (3) 硅胶: 一种亲水性吸附剂。多用于气体或液体的脱水。
因吸附质与吸附剂表面原子间的化学键合作用造成的。吸
附所放出的热较物理吸附的吸附热为高，数值上与化学反 应热相当。化学吸附的吸附力较强，一般不易脱附。
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吸附性能 作用力 选择性 吸附层 吸附热 吸附速度 温度
物理吸附 分子引力（范德华力） 没有选择性 单分子或多分子吸附层 较小，⋖4.9kJ/mol 快，几乎不要活化能 放热过程， 低温有利于吸附
to:吸附质首先出现在床层出口端的 c0
流出物中。
点浓度）。源自文库
ce
Cb:流出物中可允许的最大浓度（破
tb:: Cb对应的透过时间。
te: 床层被吸附质饱和所需的时间。 0
Cb
B t1 t2 t3 t0 tb t4 te
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透过点(cb = 0.05c0)
失效点(ce = 0.95c0)
吸附循环 吸附、脱附
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吸附 ( Adsorption ) 吸附的分类 物理吸附(范德华吸附)：吸附剂靠固体颗粒的表面力(可以是 分子间引力即范德华力)使吸附质分子单层或多层地附着在
吸附剂表面。吸附热较小，在数值上与吸附质的冷凝热相
当。物理吸附的吸附力较弱，容易脱附。 化学吸附：吸附剂与吸附质之间发生了化学反应，吸附是
第七章 其他分离方法
吸附 液液萃取 结晶 膜分离 反应精馏 离子交换
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吸附 ( Adsorption )
操作原理 利用多孔性固体处理液体或气体混合物，有选择地使
其中的一种或多种组分附着于固体表面，以达到分离目 的的一种单元操作。 多孔性固体物料称为吸附剂，附着于固体表面的组分 称为吸附质。 由吸附质单个原子、离子和分子与固体表面之间存在 有相互作用力，气体和液体有着吸着于固体的趋势，通 常形成单分子层，有时也形成多分子层。
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例 双塔式变压吸附空气分离制氮的原理
当用炭分子筛作为吸附剂时，由于空气中氧 与氮分子的动力直径不同，氧在吸附剂孔道中的 扩散系数比氮要大两个数量级 当干燥的空气通过装填了炭分子筛吸附剂颗 粒的固定床吸附塔时，空气中的氧被迅速吸附， 而氮分子大多数随气流带出吸附塔。 只要吸附剂装填量足够多，就有可能得到纯 度较高的产品氮气，通常氮的浓度可以达到 99.5%(摩尔分数)
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吸附等温线
-23.5 oC 0 oC 100
吸 附 量 q
150
30 oC 80 oC 151.5 oC
50
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
吸附质分压 p（大气压）
不同温度下NH3在木炭上的吸附等温曲线
对于同样的吸附剂和吸附质：
温度越高吸附量越小； 组分分压越大吸附量越大。
提高组分分压和降低温度有利于吸附。
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固定床吸附 固定床吸附曲线
c0 c1
平衡区
传质区
未用区
Xm XR
固定床的吸附曲线
Xm ti-2 ti-1 ti ti+1 ti+2
XR 传质区随操作时间的移动
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透过曲线（Breakthrough curve）
c0 平衡区 传质区 未用区 c1 c2 C3 C4 C5 C6 N E c0 c0 c0 c0 c0 c0
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吸附速率 单位时间内吸附的吸附质的量，kg/s。
吸附过程包括以下三步：
（1）外扩散：吸附质从流体主体通过分子扩散以对流扩 外扩散控制的吸附：当外扩散速率小于内扩散速率时，总 散的形式传递到固体吸附剂的外表面。 吸附速率由外扩散速率决定，吸附为外扩散控制的吸附。 （2）内扩散：吸附质从吸附剂的外表面进入吸附剂的微 孔结构的内表面。 内扩散控制的吸附：当内扩散速率小于外扩散速率时，总 （3）表面吸附过程：吸附质在固体内表面上被吸附剂所 吸附速率由内扩散速率决定，吸附为内扩散控制的吸附。 吸附。 在大多数情况下，内扩散的速率较外扩散慢，吸附过程多 物理吸附过程中，在固体颗粒表面上的吸附质吸附过 为内扩散控制。 程很快，吸附的速率由前面两步决定。
化学吸附 剩余化学键力 有选择性 只能形成单分子吸附层 较大，相当于化学反应热， 83.7-418.7kJ/mol 较慢，需要活化能 温度升高，吸附速度增加
可逆性
可逆，较易解析
化学键大时，吸附不可逆
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工业吸附对吸附剂的要求 (1) 吸附面积大
吸附能力强
(2) 选择性高 一次吸附的分离完全 (3) 机械强度好 抗磨损
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加压、吸附、放空与吹扫 为了节能，增加均压阶段

就每一台吸附塔而言，其循 环过程包括加压吸附、均压 和放空吹扫。由于放空吹扫 与加压吸附时间相等，一台 吸附塔放空吹扫时，另一台 正处于加压吸附阶段
升温和降低吸附质的分压，改变平衡条件使吸附质脱附。 o 变温吸附。加热吸附剂，使吸附剂的吸附能力降低。利用 温度的变化实现吸附和解吸再生循环操作。 o 变压吸附。降低压力或抽真空使吸附剂脱吸，利用压力的 变化完成循环操作。 o 变浓度吸附。液体混合物中的某些组分在环境条件下选择 性的吸附，然后用少量强吸附性液体脱吸再生。
(液)相中的吸附质组分分压 p (或吸附质浓度C) 的关系曲线。
q 通常用Kg吸附质/Kg吸附剂表示，简写成 Kg • Kg-1
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0.8 吸 附 量 q CCl4 0.6 苯 0.4 氯乙烯 0.2 丙酮
0
10
20
30
40
50
吸附质蒸气浓度 C（g/m3 空气）
25℃下不同吸附质在活性碳上的吸附等温线
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常用吸附剂 (4) 活性氧化铝 极性吸附剂。由于对水分子的吸附能力
较大，故多用于气体或液体的干燥。
(5) 各种活性土 (漂白土、铁钒土和酸性白土等) 主要成分为 硅藻土。 多用于植物油或石油产品的脱色、脱硫和干燥等。
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吸附相平衡 吸附相平衡：吸附剂与吸附质在一定条件下长时间接触后达到 饱和，吸附质在气(液)、固两相中的浓度不再随时间改变，此 时气(液)、固两相的浓度称为平衡浓度。 吸附等温线：在恒定温度下，平衡时吸附剂的吸附量 q 与气