氣固、液固傳質(zhì)分離過程

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1、1.學(xué)習(xí)并掌握吸附的基本原理、吸附平衡、吸附動(dòng)力學(xué)、吸附過程及設(shè)備。2.結(jié)晶過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)，吸附、結(jié)晶設(shè)備及流程。3.了解膜分離的基本原理、過程分類、膜和膜組件的類型以及膜分離技術(shù)的應(yīng)用。主要內(nèi)容及要求：第六章氣固、液固傳質(zhì)分離過程6.1吸附分離過程6.1.1吸附過程基礎(chǔ)6.1.2吸附分離過程與技術(shù)6.1.1吸附過程基礎(chǔ)一、吸附過程吸附是指流體（氣體或液體）與固體多孔物質(zhì)接觸時(shí)，流體中的一種或多種組分傳遞到多孔物質(zhì)外表面和微孔內(nèi)表面并附著在這些表面上形成單分子層或多分子層的過程。被吸附的流體稱為吸附質(zhì)，多孔固體顆粒稱為吸附劑。吸附

2、達(dá)到平衡時(shí)，吸附劑內(nèi)的流體稱為吸附相，剩余的流體本體相稱為吸余相。由于吸附質(zhì)和吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)不同，吸附劑對(duì)不同吸附質(zhì)的吸附能力也不同，因此當(dāng)流體與吸附劑接觸時(shí)，吸附劑對(duì)流體中的某個(gè)或某些組分相對(duì)其他組分具有較高的吸附選擇性，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。物理吸附與化學(xué)吸附的比較理化指標(biāo)物理吸附化學(xué)吸附吸附作用力范德華力化學(xué)鍵吸附熱接近于液化熱接近于化學(xué)反應(yīng)熱選擇性低高吸附層單或多分子層單分子層吸附速率快，活化能小慢，活化能大可逆性可逆不可逆發(fā)生吸附溫度低于吸附質(zhì)臨界溫度遠(yuǎn)高于吸附質(zhì)沸點(diǎn)吸附類型的判斷（1）物理吸附熱與冷凝熱在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，而化學(xué)

3、吸附熱與其反應(yīng)熱在一個(gè)數(shù)量級(jí)上；（2）適宜溫度和壓力條件下，所有的氣體－固體體系中都將發(fā)生物理吸附，而化學(xué)吸附只有當(dāng)氣體分子與吸附劑表面能形成化學(xué)鍵時(shí)才發(fā)生；（3）物理吸附的吸附質(zhì)分子可通過降低壓力的方法解吸，而化學(xué)吸附的吸附質(zhì)分子的解吸要困難得多，往往是不可逆的；（4）物理吸附可以是單分子層吸附也可以是多分子層吸附，而化學(xué)吸附通常只是單分子層吸附，某些情況下，化學(xué)吸附單分子層上還可能發(fā)生物理吸附；（5）物理吸附瞬時(shí)發(fā)生，而化學(xué)吸附一般需要達(dá)到一定的活化能后才發(fā)生。無論是物理吸附，還是化學(xué)吸附，吸附都是發(fā)生在吸附劑表面的一種表面現(xiàn)象，為了增

4、大吸附容量，吸附劑應(yīng)具有大的比表面積，因此，吸附劑常為多孔結(jié)構(gòu)的固體顆粒。二、常用吸附劑吸附劑按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為有機(jī)吸附劑和無機(jī)吸附劑。常用的有機(jī)吸附劑有活性炭、球性炭化樹脂、聚酰胺、纖維素、大孔樹脂等；常用的無機(jī)吸附劑有硅膠、活性氧化鋁、硅藻土、分子篩等。1.活性碳——非極性吸附劑活性碳是碳質(zhì)吸附劑的總稱。各種含碳有機(jī)物均可以制造活性碳，活性碳的制造主要有兩步：1碳化；2活化?；钚蕴烤哂蟹菢O性表面。為疏水親有機(jī)物的吸附劑，特別適合于吸附非極性或弱極性有機(jī)物；它性能穩(wěn)定、抗腐蝕、吸附容量大。廣泛用于：脫除水中有機(jī)物；水溶液中的色素等。2.活

5、性氧化鋁——極性吸附劑活性氧化率的化學(xué)通式為：Al2O3·nH2O氫氧化鋁膠體經(jīng)過灼燒脫水而制得一種多孔大表面吸附劑?；钚匝趸X的表面活性中心是羥基和路易斯酸中心，極性強(qiáng)，對(duì)水具有很高的親和作用。廣泛用于脫除氣體中的水分，也常用作色譜柱填充材料。3.硅膠－極性吸附劑硅膠的化學(xué)通式為：SiO2·nH2O。用硅酸鈉與無機(jī)酸反應(yīng)生成硅酸，其聚合物在適宜的條件下聚合、縮合而成為硅氧四面體的多聚物，經(jīng)聚集、洗鹽、脫水而成為硅膠。硅膠的表面保留著大約5wt.％的羥基，是硅膠的吸附活性中心。在200℃以上羥基會(huì)脫去，所以硅膠的活化溫度應(yīng)低于200℃。硅膠

6、常作為干燥劑用于氣體或液體的干燥脫水，也可用于分離烷烴與烯烴、烷烴與芳烴，同時(shí)硅膠也是常用的色譜柱填充材料。硅藻土是由硅藻類植物死亡后的硅酸鹽遺骸形成的，基本質(zhì)是含水的無定形SiO2，并含有少量Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3及有機(jī)雜質(zhì)，外觀一般呈淺黃色或淺灰色，優(yōu)質(zhì)的呈白色，質(zhì)軟，多孔而輕。硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)使它成為一種良好吸附劑，在食品、化工生產(chǎn)中常用來作助濾劑及脫色劑。沸石分子篩是結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物，其化學(xué)通式為：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表陽離子，m表示其價(jià)態(tài)數(shù)，z表示水合數(shù)，x和y是整數(shù)。

7、沸石分子篩活化后，水分子被除去，余下的原子形成籠形結(jié)構(gòu)，孔徑為3～10?。分子篩晶體中有許多一定大小的空穴，空穴之間有許多同直徑的孔（也稱“窗口”）相連。由于分子篩能將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部，而把比孔徑大的分子排斥在其空穴外，起到篩分分子的作用，故得名分子篩。（a）A型（b）X型兩種常用沸石分子篩的結(jié)構(gòu)沸石分子篩的吸附作用有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）表面上的路易斯中心極性很強(qiáng)；（2）沸石中的籠或通道的尺寸很小，使得其中的引力場(chǎng)很強(qiáng)。因此，其對(duì)吸附質(zhì)分子的吸附能力遠(yuǎn)超過其他類型的吸附劑。即使吸附質(zhì)的分壓（或濃度）很低，吸附量仍很可觀。沸石分子篩

8、的吸附分離效果不僅與吸附質(zhì)分子的尺寸和形狀有關(guān)，而且還與其極性有關(guān)，因此，沸石分子篩也可用于尺寸相近的物質(zhì)的分離。7.3吸附平衡一定條件下，流體（氣體或液體）與吸附劑接觸，流體中