第7章 吸附 化学分离工程.ppt

1、掌握吸附分离过程原理、吸附平衡、吸附机理； 2、掌握固定床中溶质浓度分布曲线的绘制和透过曲 线的绘制； 3、学会从吸附等温线分析有利于吸附操作的条件； 4、理解几种吸附剂的特性；　 5、了解吸附分离过程在化工生产中的应用。 1、吸附过程 　 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并吸着于固体内、外 表面上，形成单分子层或多分子层的过程，称为吸 附过程。 吸附质：被吸附的流体 附附剂：多孔固体颗粒 吸附相：吸附剂内的流体相 吸余相：剩余的流体本体相 2、吸附分离过程原理 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，从而使吸附相和 吸余相的组分可被富集，实现物质的分离过程。 3、吸附过程的分类 物理吸附：吸附剂与吸附质间的作用力是范德华 力、氢键或静电力。（范德华吸附） 特征：（１）吸附速度快，过程是可逆、放热的； 　　　（２）T↘对吸附有利， T↗对脱附有利； 　　　（３）吸附热较小，一般20kJ/mol左右。 　　　 化学吸附：吸附质与吸附剂间的作用力为化学键。 (活化吸附) 　 特征：（１）吸附速度慢，只形成单分子层且不可逆 　　　（２）吸附选择性强； 　　　（３） T↗有利于吸附； （４）吸附热＞＞物理吸附热，一般84~42kJ/mol　 一、吸附剂的主要特征：多孔结构、具有很大的比表面积。 二、对吸附剂的选择要求　 （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）价廉易得。 三、吸附剂的分类 １、按与水的结合能力： 亲水性吸附剂和疏水性吸附剂 ２、按化学结构分无机吸附剂和有机吸附剂。 　无机吸附剂：硅胶、氧化铝、硅藻土、分子筛等。 　有机吸附剂：活性炭、炭化树脂、纤维素、大孔 树脂等。 四、工业常用吸附剂　 １、活性炭：是一类碳质吸附剂的总称，品种很多。几乎所 有的有机物都可以作为制造活性炭的原料，如泥炭、褐煤、 烟煤、极性和弱极性有机物。 一般制作过程：将原料在隔绝空气的条件下加热至600℃ 左右（有时加添加剂），使其热分解，得到的残碳在800℃ 以上高温下与空气、水蒸气或二氧化碳反应使其烧蚀，便生 成多孔的活性炭。 特性：活性炭比表面积可达1200~1600m2/g，孔结构复 杂，孔隙结构各异，具有强的吸附能力，分离效果好，价廉 易得。 缺点：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。另外活性炭色黑质轻，有时会造 成环境污染。 ２、硅胶：粒状无晶形氧化硅，其化学式是SiO2.nH2O 孔径在1-40nm之间，表面积约为830m2/g；与活性炭比 孔径分布较单一、窄小，是极性吸附剂；常用于空气 或气体的干燥脱水。 ３、活性氧化铝：化学式为Al2O3.nH2O，孔径在1- 7.5nm之间其表面积为320m2/g；是极性吸附剂，常用 于催化剂载体。 ４、沸石分子筛：硅铝四面体构成硅铝酸盐金属结构 的结晶，是一种孔径大小均一的强极性吸附剂。经离 子交换或其他方法改性后的分子筛，具有很高的选择 吸附分离能力。 　　分子筛的吸附、催化和离子交换特性在石油化工 中具有广泛的应用。 　　分子筛的化学通式：Mex/m[(AlO2)x(SiO2)y].zH2O （１）分子筛的分类　 　　根据结晶物中SiO2／AlO2的摩尔比不同，孔径的大小 不同，分为A、X、Y型。 AFI分子筛的结构 （2）分子筛的吸附特性 A、分子筛只能吸附直径小于其孔径的分子。因此它 可以像筛分子的“筛子”一样把大小不同的分子分开， 故称分子筛。 如：3A 分子筛孔径为 3.0 ～3.3A0，只能吸附H2 ,O2 , N2 ,H2O等分子。 B、分子筛是一种极性吸附剂，对极性分子具有较大 的亲和力。 如：4A分子筛按分子大小通过H2 、 H2O、C10、C20等，但因H2O极性最大，所以优先吸附水。 C、分子的不饱和程度越大，越容易被分子筛所吸附。