吉林大学食品工程原理第八章分解.ppt

第八章 吸收、吸附、离子交换 对于单一均相物系的分离，一般是采用引入另一相，利用各成分物质对两相的亲和性上的差异而由一相向另一相转移的方法实现分离。这种物质由一相向另一相转移的过程称为传质过程。 第一节 传质原理 在混合物中一相的两点间，只要有浓度差就会产生传质。传质总是由高浓度处向低浓度处进行，物质在相内的传递是靠扩散作用。 一、单相中的扩散 发生在流体中的扩散有分子扩散与涡流扩散两种。 分子扩散形式 1.等摩尔逆向扩散 2.单向扩散 二、相际间的传质 相际间的传质是指发生在运动着的流体与相界面之间的传质过程。 二、吸收速率 吸收速率是指单位传质面积上单位时间内吸收的溶质量。 吸收速率 = 推动力 / 阻力 第三节 填料塔 1.具有尽可能大的接触表面积和尽可能好的流体力学条件，以利于提高吸收速率，减少设备的尺寸。 2.气体通过设备的阻力要小，以节省动力消耗。 3.设备还必须能耐腐蚀并符合卫生要求。 一、填料塔的结构与填料 （一）填料塔的结构与操作 支撑板、 分布器、液体再分布器 补充 液泛：在逆流接触的气-液反应器或传质分离设备中，气体从下往上流动。当气体的流速增大至某一数值，液体被气体阻拦不能向下流动，愈积愈多，最后从塔顶溢出。 　　 产生液泛时的气体速度或连续相速度称为液泛速度；这种操作状态称为液泛点。在设计设备时，必须使设备的操作不致发生液泛。 二、填料塔的流体力学性能 （一）气体通过填料层的压降 气体的流速以其体积流量与塔截面积之比表示，称为空塔气速。 （一）吸附的基本概念 极性吸附：在电解质溶液中，能吸附离子，离子很容易为带异性电荷的吸附剂所吸附。 交换吸附：在极性吸附中，吸附剂与溶液之间发生离子交换现象，称为交换吸附。 物理吸附：固体物质表面有吸附能力，如果吸力的合力是指向该相内部，则相表面便表现出收缩的能力，能够吸住与它接触的另一相中的分子，这种由分子间引力引起的吸附称为物理吸附。 活性吸附：如果吸附剂和吸附质分子之间发生相互作用，生成某种结合物，就成为活性吸附。 1. 气—固吸附等温线 基本的气—固吸附规律： （1）极性吸附剂易吸附极性吸附质，非极性吸附剂易吸附非极性吸附质； （2）吸附质分子的结构越复杂，沸点越高，则越容易被吸附； （3）酸性吸附剂易吸附碱性吸附质，反之亦然； （4）吸附剂的孔隙大小不仅影响吸附速率，而且直接影响吸附量的大小。 （4）阶梯环 是一端有喇叭口的开孔环形填料，环高与直径之比略小于1，环内有筋，起加固与增大接触面的作用。喇叭口能防止填料并列靠紧，使空隙率提高，并使表面更易暴露。 （5）矩鞍 两侧表面不能叠合，较耐压力，构形简单，加工比弧鞍方便，多用陶瓷制造。它的水力学性能和传质性能都较优越。 （6）弧鞍 形如马鞍，表面不分内外，全部敞开，液体在两侧表面分布同样均匀。堆放在塔内时，对塔壁侧压力比环形填料小。但由于两侧表面构形相同，堆放时填料容易叠合。多用陶瓷制造。 鞍的背部冲出两条狭带，弯成环形筋，筋上又冲出四个小爪弯入环内。兼有鞍形填料液体分布均匀与开孔填料通量大，阻力小的优点。 （7）金属鞍环 （8）波纹填料 （1）比表面积 比表面积大，则能提供的相接触面积大。同一种填料其尺寸愈小，则比表面积愈大。 （2）空隙率 空隙率大则气体通过时的阻力小，因而流量可以增大。 （3）填料因子 定义为s/e3，是表示填料阻力及液泛条件的重要参数之一。按干填料算出的s/e3值不能确切地表示填料淋湿后的水力学性能，故把在有液体淋洒的条件下实测的相应数值称为填料因子，以f表示，单位亦为1/m。f值愈小，则阻力愈小，发生液泛时的气流速度高，水力学性能好。 （三）填料的特性及其数据 1. 填料支承板 （1）直流式 （2）侧流式 （四）填料塔附件 2. 液体淋洒装置 乱堆的填料实际上形成固定床，近壁处的流动阻力较小，液体有趋向器壁流动的趋势。当填料层较高时，应将塔分成几段，段与段之间设液体再分布器。 液体再分布器的作用是将流到塔壁近旁的液体重新汇集并引向中央区域。 3 液体再分布器 L0=0（干填料），Δp/Z~u为直线关系 斜率1.8~2（湍流） L≠0， Dp/Z~u为折线，载点以下为恒持液区。 泛点以上为液泛区。 正常操作区域：载点和泛点之间 　　　　u=(50~85%)×泛点气速 气流把大量的液体带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至被完全破坏，这一现象称为