传质分离过程

6.1.2 吸附分离工艺
Eluxyl与UOP的Parex技术相比，概念相似，只是设备
设计不同。其吸附分离技术是由八面沸石为基质的吸附
剂和特别选定的有机化合物为解吸剂,配合模拟移动床连 续逆流分离工艺构成的。
6.1.2 吸附分离工艺
一、模拟移动床
模拟移动床吸附分离技术是60年代由美国UOP公司首 先提出并开发出的一项新的分离技术，在操作过程中，
6.1.1 吸附过程基础
四、吸附机理
吸附质在吸附剂多孔表面上被吸附的过程分为 下列四步： 1)吸附质从流体主体通过分子与对流扩散穿过 薄膜或边界层传递到吸附剂的外表面，称之为外 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)吸附质沿孔表面的表面扩散。 4)吸附质被吸附在孔表面上。
6.1.1 吸附过程基础
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。
吸附质
吸附剂
6.1.1 吸附过程基础
一定条件下，流体（气体或液体）与吸附剂接触，流 体中的吸附质被吸附剂吸附，经足够长时间后，吸附质在两
6.1.2 吸附分离工艺
第三代脱附剂—对二乙苯加正构烷烃。用对二乙苯作脱 附剂并加入30%的C11~ C13正构烷烃，可以冲洗掉吸附剂非选 择空隙中的对二乙苯和对二甲苯，而且脱附剂的循环量比 用混合二乙苯时明显减少。 第四代脱附剂—对二乙苯。据报道，一般工艺都采用对 二乙苯作脱附剂，一般情况用100%的对二乙苯作脱附剂比 用含70%的对二乙苯脱附剂在解析对二甲苯时解析速率快、 时空收率高。
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。其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， 沸石分子筛对吸附质分子的吸附能力远超过其他类型的吸 附剂，且可用于尺寸相近的物质的分离。
（5）吸附树脂
（3）硅胶和硅藻土
硅胶（SiO2·nH2O）是用Na2SiO3与无机酸反应生成H2SiO3， 其水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，即硅溶胶，硅溶胶经凝胶化、洗盐和脱水成为硅胶。硅胶
常作为干燥剂用于气体或液体wenku.baidu.com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。
床层中固相吸附剂并不移动，固液两相的相对移动是通
过不断改变各股物料的进出口位置来实现的。
6.1.2 吸附分离工艺
脱附剂
抽出液
进料
抽余液
解吸区
精馏区
吸附区
缓冲区
模拟移动床操作简图
6.1.2 吸附分离工艺
从效果上看, 该过程是连续的, 达到了移动床的效果, 但床层本身是固定的, 对吸附剂不会造成磨损, 又能通过
吸附机理
6.1.2 吸附分离工艺
一个成功的吸附分离工艺，包括先进的分离设备、吸 附分离的核心—高效吸附剂及与之相匹的脱附剂两大部分。 常用的吸附分离设备有： 吸附搅拌槽 固定床 移动床 流化床
以吸附分离对二甲苯为例
对二甲苯(PX)是C8芳烃—对、间、邻二甲苯和乙苯4个异构体之
一,由于C8芳烃四个异构体之间沸点很接近,特别是间、对二甲苯沸
点仅差0.7℃,用传统的精密分馏方法不能得到高纯度的对二甲苯。 吸附分离法生产PX,具有流程简单、产品纯度和收率高、生产成 本低等优点,自问世以来得到迅速推广应用。目前，全世界广泛采 用的是美国环球油品公司(UOP)研发的吸附分离工艺（Parex）和法
国石油研究院(IFP)研发的吸附分离工艺（Eluxyl）。
硅藻土是由硅藻类植物死亡后的硅酸盐遗骸形成 的，其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。
（4）沸石分子筛
（1）较高的选择性以达到一定的分离要求； （2）较大的吸附容量以减小用量； （3）较好的动力学及传递性质以实现快速吸附； （4）较高的化学及热稳定性，不溶或极难溶于待处理流 体以保证吸附剂的数量和性质； （5）较高的硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀； （6）较好的流动性以便于装卸； （7）较高的抗污染能力以延长使用寿命； （8）较好的惰性以避免发生不期望的化学反应； （9）易再生； （10）价格便宜。
6.1.2 吸附分离工艺
三、脱附剂
一个吸附分离工艺能否成功和脱附剂的选择有很大关系， 为了在最经济的操作条件下最大限度地回收欲分离组分， 所选的脱附剂必须具备如下的条件: (l)所选的脱附剂必须和吸附剂及原料中各组分相匹配。 (2)脱附剂的引入不能干扰吸附剂对原料中各组分的选择吸 附。 (3)在适当的流速下，脱附剂能迅速地将吸附剂吸附的各组 分置换出来，同时脱附剂又不被强烈地吸附。 (4)脱附剂应该易从每一体系的流出液混合物中分离出来， 脱附剂的沸点和原料中各组分的沸点差最少8.3℃。
范德华力 低 单或多分子层 快，活化能小 可逆
化学键 高 单分子层 慢，活化能大 不可逆
6.1.1 吸附过程基础
无论是物理吸附，还是化学吸 附，吸附都是发生在吸附剂表 面的一种表面现象，为了增大
吸附容量，吸附剂应具有大的
比表面积。因此，吸附剂常为 具有多孔结构的固体颗粒。 吸附剂孔结构
6.1.1 吸附过程基础
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·(SiO2)y]·zH2O。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。
（a）A 型
（b）X 型
两种常用沸石分子筛的结构
价格便宜。但由于活性炭生产原料和制备方法不同，因此
吸附性能的可重复性很难控制。主要适合于吸附非极性或 弱极性有机物。
（2）活性氧化铝
活性氧化铝（Al2O3·nH2O）是氢氧化铝胶体经加热 脱水后制成的一种多孔大表面吸附剂。机械强度高，物化
稳定性高，耐高温，抗腐蚀，但不宜在强酸、强碱条件下
使用。活性氧化铝表面的活性中心是羟基和路易斯酸中心 ，极性强，对水有很强的亲和作用。活性氧化铝广泛应用 于脱除气体中的水，也常用作色谱柱填充材料。
吸附树脂指的是一类高分子聚合物。常用的有
聚苯乙烯树脂和聚丙烯酸酯树脂等。吸附树脂品种
很多，单体的变化和单体上官能团的变化可赋予树 脂以各种特殊的性能。吸附树脂可分为非极性、中 极性、极性及强极性四类。吸附树脂可用于除去废 水中的有机物，糖液脱色，天然产物和生物化学制
品的分离与精制等。
对吸附剂的基本要求
第六章 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 吸附分离工艺
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。
6.1.2 吸附分离工艺
UOP的工艺曾先后用了4种脱附剂分述如下:
第一代脱附剂—甲苯。甲苯加一定量的饱和烃类稀释作脱 附剂，适于抽提后不含C8非芳烃和链烷烃的原料的分离。 第二代脱附剂—混合二乙苯。当吸附剂用于分离异构化的 C8芳烃时，由于异构过程中产生与甲苯沸点接近的环烷烃和 非芳烃，造成脱附剂污染，因而改用重质脱附剂—混合二乙 苯，而该重质脱附剂为塔底馏分，所以还可以节约能耗。
三、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。 活性炭、球性炭化树脂、 聚酰胺、纤维素、大孔树 脂等
硅胶、活性氧化铝 、硅藻土、分子筛 等
（1）活性炭
活性炭是一类碳质吸附剂的总称，它是由各种有机物 质（如：木材、煤、果核等）经碳化和活化制成的一种多 孔碳质吸附剂。吸附力强，分离效果好，来源比较容易，
仔细填充吸附剂尽可能使液流在床层中均匀分布, 减少沟
流与返混, 提高分离效果；同时又保留了移动床操作连续, 质量稳定, 处理量大, 便于自动化操作的优点。
6.1.2 吸附分离工艺
二、吸附剂
现有技术公认,对于分离对二甲苯的吸附剂必 须具有如下特征: 具有较高的吸附容量 具有较高的吸附选择性 吸附剂对C8芳烃各异构体的吸附-脱附有 较快的传质速率
相中的含量不再改变，即吸附质在流体和吸附剂上的分配达
到一种动态平衡，称为吸附平衡。
6.1.1 吸附过程基础
二、吸附类型
根据吸附质和吸附剂表面之间相互作用力的不同， 吸附可分为物理吸附（范德华吸附）和化学吸附（活
化吸附）。
6.1.1 吸附过程基础
物理吸附：基于范德华力、氢键和静电力，它相当于
流体中组分分子在吸附剂表面上的凝聚，可以是单分
子层，也可以是多分子层。物理吸附一般速度较快且 是可逆的。
6.1.1 吸附过程基础
化学吸附：基于在固体吸附剂表面发生化学反应使吸 附质和吸附剂之间以化学键结合的吸附过程，因此选
择性较强。化学吸附一般速度较慢，只能形成单分子
层且不可逆。
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 选择性 吸附层 吸附速率 可逆性
6.1.2 吸附分离工艺
UOP的研发目标集中在改进吸附剂上。UOP的ADS系列吸附 剂都是用X型或Y型沸石作吸附剂原粉，再加入粘合剂如白 土类物质成型，经离子交换引入活性离子而制得。
最早工业化的吸附剂牌号是ADS-3，1980年研制成第二代 吸附剂ADS-7并在世界广泛应用。1990年第三代吸附剂ADS27工业化。经工业运转证明,UOP研发的每一代吸附剂,在吸 附容量、选择性及PX纯度和收率上都有明显改进。