气固、液固传质分离过程

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1、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。主要内容及要求：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

2、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范德华力化学键吸附热接近于液化热接近于化学反应热选择性低高吸附层单或多分子层单分子层吸附速率快，活化能小慢，活化能大可逆性可逆不可逆发生吸附温度低于吸附质临界温度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

3、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；（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。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

4、大吸附容量，吸附剂应具有大的比表面积，因此，吸附剂常为多孔结构的固体颗粒。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。2.活

5、性氧化铝——极性吸附剂活性氧化率的化学通式为：Al2O3·nH2O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－极性吸附剂硅胶的化学通式为：SiO2·nH2O。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

6、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。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·(SiO2)y]·zH2O。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。

7、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。（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

8、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。7.3吸附平衡一定条件下，流体（气体或液体）与吸附剂接触，流体中