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1、关于物质的分离与纯化技术第1页，讲稿共62张，创作于星期二教学要求1、理解平衡分离过程和速率分离过程。2、掌握吸收、吸附和膜分离技术的原理。3、了解常用分离纯化技术的工艺设备。重点：重点：分离纯化原理。难点：难点：平衡过程和速率过程。第2页，讲稿共62张，创作于星期二吸收操作的理论知识 任务目标：任务目标：掌握吸收的相平衡关系；掌握吸收的相平衡关系；掌握吸收操作的传质机理。掌握吸收操作的传质机理。技能要求：技能要求：能正确选择吸收操作的条件；能正确选择吸收操作的条件；能正确分析吸收的传质机理；能正确分析吸收的传质机理；学会判断传质过程的方向。学会判断传质过程的方向。第3页，讲稿共62张，创作于
2、星期二一、吸收过程的相平衡关系一、吸收过程的相平衡关系（1）按过程有无化学反应分：物理吸收、化学吸收 （2）按被吸收的组分数目分：单组分吸收、多组分吸收 （3）按吸收过程有无温度变化分：等温吸收、非等温吸收 （4）按吸收过程的操作压强分：常压吸收、加压吸收 讨论:常压下单组分等温物理吸收过程。1.1.气体吸收的分类气体吸收的分类 第4页，讲稿共62张，创作于星期二（1 1）亨利定律内容：）亨利定律内容：当当总压不高总压不高时，在时，在一定温度下一定温度下气液两相达到平衡时，气液两相达到平衡时，稀溶液上稀溶液上方气体溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分数成正比。方气体溶质的平衡分压与溶质在液相中
3、的摩尔分数成正比。2.亨利定律亨利定律（2 2）亨利定律表达式：）亨利定律表达式：E E：亨利系数，随物系而变化。当物系一定时，：亨利系数，随物系而变化。当物系一定时，E E随温度而变化。随温度而变化。温度升高，温度升高，E E值增大，即气体的溶解度随温度的升高而减小值增大，即气体的溶解度随温度的升高而减小。由实验测定，一般易溶气体的由实验测定，一般易溶气体的E E值小，难溶气体的值小，难溶气体的E E值大。值大。第5页，讲稿共62张，创作于星期二（3 3）亨利定律其他表达形式：）亨利定律其他表达形式：溶质在溶质在液相中的浓度用摩尔浓度液相中的浓度用摩尔浓度表示表示(kmol/mkmol/m3
4、 3），在气），在气相中的浓度用分压表示：相中的浓度用分压表示：式中式中 H溶解度系数，溶解度系数，kmol/（m3kPa）；）；c溶质在液相中的摩尔浓度，溶质在液相中的摩尔浓度，kmol/m3H值越大，溶解度越大值越大，溶解度越大。第6页，讲稿共62张，创作于星期二 溶质在气液两相的浓度均用摩尔分数表示：式中式中 m相平衡常数，无因次；相平衡常数，无因次；y*相平衡时溶质在气相中的摩尔分数。相平衡时溶质在气相中的摩尔分数。X溶质在液相中的摩尔分数溶质在液相中的摩尔分数 对于一定的物系，相平衡常数是温度和总压的函数。当总压P一定时，温度升高，E值增大，m值也随之增大；温度一定时，总压P增大，E
5、值不变而m值减小。可见：降温和加压有利于吸收，升温和减压有利于解吸。第7页，讲稿共62张，创作于星期二 气液两相浓度均用摩尔比表示：当溶液浓度很低时，可简化为：当溶液浓度很低时，可简化为：第8页，讲稿共62张，创作于星期二（1 1）判别过程的方向）判别过程的方向3.3.相平衡关系在吸收过程中的应用相平衡关系在吸收过程中的应用 （2 2）指明过程的极限）指明过程的极限（3 3）计算过程的推动力：）计算过程的推动力：实际浓度与平衡浓度的差值实际浓度与平衡浓度的差值 或或发生吸收发生吸收发生解吸发生解吸或或或或第9页，讲稿共62张，创作于星期二（1 1）溶解度）溶解度 （2 2）选择性）选择性（3
6、3）挥发度）挥发度 （4 4）粘度）粘度（5 5）再生）再生 （6 6）稳定性）稳定性 （7 7）其它：无毒、无腐蚀性、不易燃、价廉易得。）其它：无毒、无腐蚀性、不易燃、价廉易得。4.4.吸收剂的选择吸收剂的选择 第10页，讲稿共62张，创作于星期二二、吸收传质机理二、吸收传质机理（1）分分子子扩扩散散：物物质质在在一一相相内内部部有有浓浓度度梯梯度度的的条条件件下下，由流体分子的无规则热运动而引起的物质传递现象由流体分子的无规则热运动而引起的物质传递现象。1.1.传质的基本方式传质的基本方式菲克定律菲克定律 式中式中 NA组分组分A的分子扩散速率，的分子扩散速率，kmol/(m2s)；CA组
7、分组分A的浓度，的浓度，kmol/m3；Z沿扩散方向的距离，沿扩散方向的距离，m；D扩散系数。表示组分扩散系数。表示组分A在介质在介质B中的扩散能力，中的扩散能力，m2/s。D D是物质的物理性质之一。值越大，表示分子扩散越快。是物质的物理性质之一。值越大，表示分子扩散越快。第11页，讲稿共62张，创作于星期二AAABAAAAAAABBBBBBBBBAAABABABBABBABA分子扩散示意图分子扩散示意图第12页，讲稿共62张，创作于星期二 （2）涡涡流流扩扩散散：在在有有浓浓度度差差异异的的条条件件下下，物物质质通通过过湍湍流流体的传递过程。流流体的传递过程。涡流扩散速率比分子扩散速率大得
8、多。涡流扩散速率比分子扩散速率大得多。DeDe不是物质的物性常数，与湍动程度有关，且随位置而不同。不是物质的物性常数，与湍动程度有关，且随位置而不同。（3）对对流流扩扩散散：湍湍流流主主体体与与相相界界面面之之间间的的涡涡流流扩扩散与分子扩散两种传质作用过程。散与分子扩散两种传质作用过程。第13页，讲稿共62张，创作于星期二单相中的传质单相中的传质第14页，讲稿共62张，创作于星期二相相界界面面QGlpO层流层层流层过渡层过渡层湍流主体湍流主体lGl湍流主体：湍流主体：层流层层流层:过渡层：过渡层：单相中的传质单相中的传质第15页，讲稿共62张，创作于星期二 气液界面气液界面 污染物扩散方向污
9、染物扩散方向 气相主体气相主体 液相主体液相主体 气膜气膜 液膜液膜 双膜理论示意图双膜理论示意图2.2.双膜理论双膜理论第16页，讲稿共62张，创作于星期二双膜理论的基本要点 相互接触的气、液两流体间存在着稳定 的相界面，界面两侧各有一个很薄的滞流膜层，吸收质以分子扩散方式通过此二膜层。在相界面处，气、液两相处于平衡状态。在膜层以外的气、液两相主体中，由于 流体充分湍动，吸收质浓度是均匀的，即两相 主体内不存在浓度梯度，全部浓度变化集中在 两层薄膜层内，吸收传质阻力也在两膜中。第17页，讲稿共62张，创作于星期二两相间的传质气相主体 液相主体 相界面pi=ci/Hp 12pi ci c 气膜
10、液膜第18页，讲稿共62张，创作于星期二定义：吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，再用适当的洗脱剂将其解吸达到分离纯化的过程。液相(气相)固相 吸附剂、吸附物吸附剂、吸附物应用：广泛应用于原料脱色、脱臭，目标产物提取、广泛应用于原料脱色、脱臭，目标产物提取、浓缩和粗分离浓缩和粗分离吸附的理论知识 第19页，讲稿共62张，创作于星期二吸附剂吸附剂吸附质吸附质脱附：吸附的逆过程脱附：吸附的逆过程第20页，讲稿共62张，创作于星期二吸附过程通常包括：吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合待分离料液与吸附剂混合、吸吸附质被吸附到吸附剂表面附质被吸附到吸附
11、剂表面、料液流出料液流出、吸附质解吸吸附质解吸回收回收等四个过程等四个过程。料液与吸料液与吸料液与吸料液与吸附剂混合附剂混合附剂混合附剂混合吸附质吸附质吸附质吸附质被吸附被吸附被吸附被吸附料液料液料液料液流出流出流出流出吸附质解吸附质解吸附质解吸附质解吸附吸附吸附吸附第21页，讲稿共62张，创作于星期二吸附法的特点：吸附法的特点：常用于从稀溶液中将溶质分离出来，由于受固体常用于从稀溶液中将溶质分离出来，由于受固体吸附剂的限制，处理能力较小；吸附剂的限制，处理能力较小；对溶质的作用较小，这一点在蛋白质分离中特别对溶质的作用较小，这一点在蛋白质分离中特别重要；重要；可直接从发酵液中分离所需的产物，
12、成为发酵与分离的可直接从发酵液中分离所需的产物，成为发酵与分离的耦合过程，从而可消除某些产物对微生物的抑制作用；耦合过程，从而可消除某些产物对微生物的抑制作用；溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系通常是非溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系通常是非线性关系，故设计比较复杂，实验的工作量较大。线性关系，故设计比较复杂，实验的工作量较大。第22页，讲稿共62张，创作于星期二优点：优点：有机溶剂掺入少 操作简便，安全，设备简单 pH变化小，适于稳定性差的物质缺点：缺点：选择性差收率低无机吸附剂性能不稳定不能连续操作，劳动强度大碳粉等吸附剂有粉尘污染第23页，讲稿共62张，创作于星期二吸附机理
13、 固体的表面性质固体表面分子（或原子）所处的状态与固体内部分子（或原子）所处的状态不同界面固体表面分子(或原子)处于特殊的状态。固体内部分子所受的力是对称的，故彼此处于平衡。但在界面分子的力场是不饱和的，即存在一种固体的表面力，它能从外界吸附分子、原子、或离子，并在吸附表面上形成多分子层或单分子层。第24页，讲稿共62张，创作于星期二吸附类型1.物理吸附（活性炭对有机物的吸附）2.交换吸附极性吸附极性吸附树脂、活性氧化铝离子交换吸附离子交换树脂3、化学吸附第25页，讲稿共62张，创作于星期二气体 金属 H2 W,Fe,Ni,pd O2 多数金属 CO W,Fe,Ni N2 Ta,W,Cr,Fe
14、常见的化学吸附:常用的干燥剂：氯化钙、碱石灰 五氧化二磷、硅酸第26页，讲稿共62张，创作于星期二 实际过程中物理和化学吸附是主要的，其比较如下吸附性能吸附性能物理吸附化学吸附作用力作用力分子引力（范德华力）剩余化学键力选择性选择性没有选择性有选择性吸附层吸附层单分子或多分子吸附层只能形成单分子吸附层吸附热吸附热较小，41.9kj/mol较大，相当于化学反应热，83.7-418.7kj/mol吸附速度吸附速度快，几乎不要活化能较慢，需要活化能温度温度放热过程，低温有利于吸附温度升高，吸附速度增加可逆性可逆性可逆，较易解析化学键大时，吸附不可逆第27页，讲稿共62张，创作于星期二多孔型多孔型：活
15、性炭、硅胶、活性炭、硅胶、硅藻土；大网格吸附剂：硅藻土；大网格吸附剂：有机高分子材料，如聚有机高分子材料，如聚苯乙烯，聚酯。苯乙烯，聚酯。凝胶型凝胶型：纤维素凝胶，琼脂纤维素凝胶，琼脂糖凝胶，匍聚糖凝胶等。糖凝胶，匍聚糖凝胶等。吸附分离介质第28页，讲稿共62张，创作于星期二吸附剂孔结构吸附剂孔结构第29页，讲稿共62张，创作于星期二吸附剂通常应具备以下特征（1）较高的选择性较高的选择性以达到一定的分离要求；以达到一定的分离要求；（2）较大的吸附容量较大的吸附容量以减小用量；以减小用量；（3）较好的动力学及传递性质较好的动力学及传递性质以实现快速吸附；以实现快速吸附；（4）较高的化学及热稳定性
16、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，不溶或极难溶于待处理流体以保证吸附剂的数量和性质；吸附剂的数量和性质；（5）较高的硬度及机械强度较高的硬度及机械强度以减小磨损和侵蚀；以减小磨损和侵蚀；（6）较好的流动性较好的流动性以便于装卸；以便于装卸；（7）较高的抗污染能力较高的抗污染能力以延长使用寿命；以延长使用寿命；（8）较好的惰性较好的惰性以避免发生不期望的化学反应；以避免发生不期望的化学反应；（9）易再生易再生；（10）价格便宜价格便宜。第30页，讲稿共62张，创作于星期二第31页，讲稿共62张，创作于星期二粒状碳成品粉状碳成品活化洗涤捏合成型炭化碳化 破碎、造粒原料干燥筛分制
17、造过程示意图制造过程示意图活化：把碳渣造成发达的多孔结构 主要有两种方法：（1）气体法；（2）药剂法。一般来说，吸附量主要受小孔支配，但对于分子量（或分子直径）较大的吸附质，小孔几乎不起作用。所以，在实际应用中，应根据吸附质的直径大小和活性炭的孔径分布来选择合适的活性炭。1）组成结构：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原料高温（800）碳化、活化而成的多孔网状结构活性炭第32页，讲稿共62张，创作于星期二活性炭的微晶片示意图第33页，讲稿共62张，创作于星期二第34页，讲稿共62张，创作于星期二活性炭种类活性炭种类颗粒大小颗粒大小表面积表面积吸附力吸附力吸附量吸附量洗脱洗脱粉末活性炭粉末活性炭小小大大
18、大大大大难难颗粒活性炭颗粒活性炭较小较小较大较大较小较小较小较小难难锦纶活性炭锦纶活性炭大大小小小小小小易易粉末活性炭粉末活性炭锦纶活性炭锦纶活性炭2）种类：粉末活性炭、颗粒活性炭、锦纶活性炭 吸附能力为粉末活性炭颗粒活性炭锦纶活性炭第35页，讲稿共62张，创作于星期二 活性炭纤维是用炭素纤维活化而制得的一种纤维状吸附剂，可做成毛毡状、纸片状、布料状、蜂巢状等。活性纤维的外表面积比颗粒活性炭大，吸附和解吸速度比颗粒状活性炭大，且阻力小，容易使气体或液体透过，近年来作为活性炭新品种正在推广应用。第36页，讲稿共62张，创作于星期二球形炭化树脂是采用球形大孔吸附树脂为原料，经炭化、高温裂解及活化制
19、成的吸附剂。与其他形状活性炭相比，球形炭化树脂不易掉屑而污染被处理物系，且可与被处理气体或液体均匀接触，气体和液体通过球形吸附剂床层时的阻力小。通过控制聚合条件，改变原料配比等手段可得到不同孔结构和不同性能的炭化树脂。可用于溶剂回收可用于溶剂回收、过滤器等的煤气处理、过滤器等的煤气处理、水处理等。、水处理等。第37页，讲稿共62张，创作于星期二 炭分子筛（CMS）较活性炭具有更小的孔径（210）和更窄的孔径分布，可用于分离更小的气体分子，如从空气中分离N2。第38页，讲稿共62张，创作于星期二活性炭对物质的吸附规律活性炭对物质的吸附规律 非极性吸附剂，具有非极性吸附剂，具有疏水性和亲有机物质疏
20、水性和亲有机物质的性质。的性质。针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：（1 1）对极性基团多的化合物的）对极性基团多的化合物的吸附力大吸附力大于极性基团少的化合物于极性基团少的化合物（2 2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物（3 3）对相对分子量大的化合物的）对相对分子量大的化合物的吸附力大吸附力大于相对分子量小的化合物于相对分子量小的化合物（4 4）pH pH 值的影响值的影响 碱性碱性 中性吸附中性吸附 酸性洗脱酸性洗脱 酸性酸性 中性吸附中性吸附 碱性洗脱碱性洗脱（5 5）温度）温度 未平衡前
21、未平衡前 随温度升高而增加随温度升高而增加第39页，讲稿共62张，创作于星期二活性碳净水活性碳净水处处理理活性碳应用于工业废水，主要为有机物、氯气及微量不纯物之去除，其活性碳应用于工业废水，主要为有机物、氯气及微量不纯物之去除，其亦常与离子交换树脂组合以制造超纯水。用于废水处理，主要是去除一亦常与离子交换树脂组合以制造超纯水。用于废水处理，主要是去除一般难处理之有机化合物、卤化物、酚类、水银及一些无机金属离子，如：般难处理之有机化合物、卤化物、酚类、水银及一些无机金属离子，如：Sb,As,Bi,CrSb,As,Bi,Cr及及SnSn等。活性碳的选择依处理的水別及目的也各不相等。活性碳的选择依处
22、理的水別及目的也各不相同同。第40页，讲稿共62张，创作于星期二再生：再生：指在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用某种方法将使被吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，以达到能够重复使用的目的。1）加热再生法：）加热再生法：分为高温再生和低温再生；一般采用高温再生。2）脱水（活性炭与液体分离）干燥（100150度）炭化（300700 度）活化（用蒸汽）冷却 3）药剂再生法：）药剂再生法：酸碱、有机溶剂 4）化学氧化法：）化学氧化法：湿式氧化、臭氧 5）生物再生法：）生物再生法：利用微生物作用活性碳的再生活性碳的再生第41页，讲稿共62张，创作于星期二 是氢氧化铝胶体经加热脱水后制成的一种
23、多孔大表面吸附剂。n通过控制氢氧化铝晶粒尺寸和堆积配位数可以控制氧化铝的孔容、孔径和表面积。n由铝土矿加热脱水可制成天然活性氧化铝。通常所说的“活性氧化铝”是指-Al2O3或是、和氧化铝的混和物。n活性氧化铝具有相当大的比表面积（200400m2/g），且机械强度高，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。n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。活性氧化铝（活性氧化铝（Al2O3nH2O）第42页，讲稿共62张，创作于星期二n是是用用Na2SiO3与与无无机机酸酸反反应应生生成
24、成H2SiO3，其其水水合合物物在在适适宜宜的的条条件件下下聚聚合合、缩缩合合而而成成为为硅硅氧氧四四面面体体的的多多聚聚物物，即即硅硅溶溶胶胶，硅硅溶溶胶胶经经凝凝胶胶化化、洗洗盐盐和和脱脱水水成成为为硅胶。硅胶。n硅硅胶胶是是SiO2微微粒粒的的堆堆积积物物，因因此此，通通过过控控制制胶胶团团的的尺尺寸寸和和堆堆积积配配位位数数可可以以控控制制硅硅胶的孔容、孔径和表面积。胶的孔容、孔径和表面积。n硅硅胶胶的的表表面面保保留留着着大大约约5的的羟羟基基，是是硅硅胶胶的的吸吸附附活活性性中中心心。在在200以以上上羟羟基基会脱去，所以硅胶的活化温度应低于会脱去，所以硅胶的活化温度应低于200n
25、水水、醇醇、醚醚、酮酮、酚酚、胺胺、吡吡啶啶等等能能与与硅硅胶胶表表面面的的羟羟基基生生成成氢氢键键，吸吸附附力力很很强强。对对芳芳香香烃烃不不饱饱和和烃烃等等的的吸吸附附能能力力次次之之。对对饱饱和和烃烃、环环烷烷烃烃等等只只有有色散力的作用，吸附力最弱。色散力的作用，吸附力最弱。n硅硅胶胶常常作作为为干干燥燥剂剂用用于于气气体体或或液液体体的的干干燥燥脱脱水水，也也可可用用于于分分离离烷烷烃烃与与烯烯烃烃、烷烷烃烃与与芳烃，同时硅胶也是常用的色谱柱填充材料。芳烃，同时硅胶也是常用的色谱柱填充材料。硅胶（硅胶（SiO2nH2O）第43页，讲稿共62张，创作于星期二吸附剂的制备、改性及性能表征
26、实例http:/ Ca3（PO4）2；磷酸氢钙 CaHPO4.2H2O；羟基磷酸钙Ca5（PO4）3.OH 3）吸附性质：其中Ca2+与蛋白质负电荷基团的静电吸附作用第46页，讲稿共62张，创作于星期二n是是 结结 晶晶 铝铝 硅硅 酸酸 金金 属属 盐盐 的的 水水 合合 物物，其其 化化 学学 通通 式式 为为：Mx/m(AlOMx/m(AlO2 2)x(SiO)x(SiO2 2)yzH)yzH2 2O O。M M代代表表阳阳离离子子，m m表表示示其其价价态态数数，z z表表示示水合数，水合数，x x和和y y是整数。是整数。n沸沸石石分分子子筛筛活活化化后后，水水分分子子被被除除去去，
27、余余下下的的原原子子形形成成笼笼形形结结构构，孔孔径径为为3 31010。分分子子筛筛晶晶体体中中有有许许多多一一定定大大小小的的空空穴穴，空空穴穴之之间间有有许许多多同同直直径径的的孔孔（也也称称“窗窗口口”）相连。）相连。n由由于于分分子子筛筛能能将将比比其其孔孔径径小小的的分分子子吸吸附附到到空空穴穴内内部部，而而把把比比孔孔径径大大的的分分子排斥在其空穴外子排斥在其空穴外，起到，起到筛分分子筛分分子的作用，故得名分子筛。的作用，故得名分子筛。沸石分子筛沸石分子筛第47页，讲稿共62张，创作于星期二（a a）A A 型型 （b b）X X 型型两种常用沸石分子筛的结构两种常用沸石分子筛的
28、结构沸石分子筛的结构与合成沸石分子筛的结构与合成平装平装徐如人等徐如人等(作者作者)出版社出版社:吉林大学出版社 第48页，讲稿共62张，创作于星期二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。吸附树脂吸附树脂1)组成结构：有机高分子聚合物的多孔网状结构2)特点：选择性好；解吸容易；机械强度好；流体阻力较小；价格高3）类型：非极性吸附剂芳香族（苯乙烯等）中等极性吸附剂脂肪
29、族（甲基丙烯酸酯等）极性吸附剂含硫氧、酰氨、氮氧等基团第49页，讲稿共62张，创作于星期二大孔吸附树脂广泛应用于制药及天然植物中活性成分如皂甙、黄酮、内脂、生物碱等大分子化合物的提取分离。对人参皂甙、三七皂甙、绞股兰皂甙、薯蓣皂甙、甜菊皂甙、甘草甜素、银杏黄酮内脂，山楂黄酮、黄芪皂甙、橙皮甙、淫羊藿黄酮、大豆异黄酮、茶多酚、洋地黄强心甙、麻黄精粉、柚甙、毛冬青黄酮甙、红豆杉生物碱、多种天然色素、中药复方药物提取等以及生物化学制品的净化、分离、回收都有良好的效果。并在抗生素、维生素、氨基酸、蛋白质提纯,生化制药方面有很广泛的应用。第50页，讲稿共62张，创作于星期二吸附过程的影响因素1.吸附剂的
30、特性（组成结构、容量、稳定性）2.吸附物的性质（熔点、缔合、离解、氢键等）3.溶剂（单、混合）4.吸附操作条件1 1）温度）温度2 2）pHpH值值3 3）盐的浓度）盐的浓度第51页，讲稿共62张，创作于星期二三、吸附平衡理论 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。相同条件下，流体中吸附质的浓度高于平衡浓度时，吸附质将被吸附；反之，流体中吸附质浓度低于平衡浓度时，吸附剂上已吸附的吸附质将解吸进入流体相，直到达到新的吸附平衡。可见，吸附平衡关系决定着吸附过
31、程的方向和极限，是吸附过程的基本依据。第52页，讲稿共62张，创作于星期二 吸附平衡的常用表示方法有两种：吸附平衡的常用表示方法有两种：（1 1）吸吸附附质质在在流流体体中中的的浓浓度度（液液体体）或或分分压（气体）；压（气体）；（2 2）吸吸附附剂剂上上吸吸附附的的吸吸附附质质的的量量，克克（或或摩摩尔尔）吸附质克（或表面积）吸附剂。吸附质克（或表面积）吸附剂。第53页，讲稿共62张，创作于星期二 目前尚没有成熟的理论来估计流体固体之间的吸附平衡关系。因此，需要对特定的物系实验测定一定温度下的吸附平衡数据，并绘制成吸附剂上吸附质的吸附量与流体中吸附质浓度或分压的关系曲线，这种曲线称为吸附等温
32、线。另外，在等压情况下，表示吸附量和温度的关系曲线称为吸附等压线；在等吸附容量情况下，表示温度和压力的关系曲线称为吸附等容线。这里只介绍应用最广的吸附等温线。第54页，讲稿共62张，创作于星期二纯组分气体吸附平衡 见P203BrunauerBrunauer的五种类型的纯气体物理吸附等温线的五种类型的纯气体物理吸附等温线第55页，讲稿共62张，创作于星期二四、吸附动力学与传质吸附机理（吸附机理（P204P204）吸附质在吸附剂多孔表面上被吸附的过程分为下列四步：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)1)吸附质从流体主体通过吸附质从流体主体通过分子与对流扩散分子与对流扩散穿过薄膜或
33、边界穿过薄膜或边界层传递到吸附剂的外表面，称之为层传递到吸附剂的外表面，称之为外扩散外扩散过程。过程。2)2)吸附质通过孔扩散从吸附剂的外表面传递到微孔结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，称为构的内表面，称为内扩散内扩散过程。过程。3)3)吸附质沿孔表面的吸附质沿孔表面的表面扩散表面扩散。4)4)吸附质被吸附质被吸附吸附在孔表面上。在孔表面上。第56页，讲稿共62张，创作于星期二吸附机理第57页，讲稿共62张，创作于星期二外扩散传质过程 吸附质从流体主体吸附质从流体主体对流扩散对流扩散到吸附剂颗粒外表面的传质到吸附剂颗粒外表面的传质速率方程为：速率方程为：相应的传热方程为
34、：相应的传热方程为：第58页，讲稿共62张，创作于星期二内扩散传质过程 吸附质在微孔中的扩散有两种形式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
35、散，称为表面扩散。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。多孔催化剂颗粒中的催化反应。(略略)第59页，讲稿共62张，创作于星期二五、吸附分离工艺 P205学生讨论 根据待分离物系中各组分的性质和过程的分离要根据待分离物系中各组分的性质和过程的分离要求求(如纯度、回收率、能耗等如纯度、回收率、能耗等)，在选择适当的吸，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附剂和解吸剂基础上，采用相应的工艺过程和设备。备。常用的吸附分离设备有：常用的吸附分离设备有：吸附搅拌釜吸附搅拌釜 固定床吸附器固定床吸附器 移动床移动床 流化床流化床第60页，讲稿共62张，创作于星期二固定床吸附固定床吸附是吸固定床吸附是吸附分离操作中常附分离操作中常采用的设备采用的设备.固定床吸附设备固定床吸附设备第61页，讲稿共62张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第62页，讲稿共62张，创作于星期二