6[1,2]气固与液固传质分离.doc.docVIP

第6章 气固、液固传质分离过程 主要包括吸附、结晶和膜分离等。一般都在低温和常温下进行，能耗较低，且在杂质含量较多或目的组分含量较少的体系中显示出显著的技术优势。 ???吸附、结晶属于平衡分离过程，膜分离属速率分离过程。 6.1 吸附分离过程 基本要求： 1、 掌握的内容：物理吸附、化学吸附概念，吸附剂的特性，吸附平衡的概念，气相单分子层物理吸附等温线。 2、 熟悉的内容：吸附剂的分类，吸附过程与吸附过程速率控制。 3、了解的内容：气相双组分吸附等温线，液相中的吸附平衡，各种吸附操作及强化吸附过程的途径。 6．1．1概述 吸附：当流体与多孔固体接触时,?流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄,?此现象称为吸附。 吸附物、吸附剂：在固体表面积蓄的组分称为吸附物或吸附质(adsorbate)，多孔固体称为吸附剂(adsorbent)。 吸附操作：利用某些多孔固体有选择地吸附流体中的一个或几个组分，从而使混合物分离的方法称为吸附操作，它是分离和纯净气体和液体混合物的重要单元操作之一。 实际上，人们很早就发现并利用了吸附现象，如生活中用木炭脱湿和除臭等。随着新型吸附剂的开发及吸附分离工艺条件等方面的研究，吸附分离过程显示出节能、产品纯度高、可除去痕量物质、操作温度低等突出特点，使这一过程在化工、医药、食品、轻工、环保等行业得到了广泛的应用，例如： （1）气体或液体的脱水及深度干燥，如将乙烯气体中的水分脱到痕量，再聚合。 （2）气体或溶液的脱臭、脱色及溶剂蒸气的回收，如在喷漆工业中，常有大量的有机溶剂逸出，采用活性炭处理排放的气体，既减少环境的污染，又可回收有价值的溶剂。 （3）气体中痕量物质的吸附分离，如纯氮、纯氧的制取。 （4）分离某些精馏难以分离的物系，如烷烃、烯烃、芳香烃馏分的分离。 （5）废气和废水的处理，如从高炉废气中回收一氧化碳和二氧化碳，从炼厂废水中脱除酚等有害物质。 吸附的分类 物理吸附：也称为范德华吸附，它是吸附质和吸附剂以分子间作用力为主的吸附。 化学吸附：是吸附质和吸附剂以分子间的化学键为主的吸附。 6．1．2吸附剂及其特性 1．吸附剂 吸附分离的效果很大程度上取决于吸附剂的性能，工业吸附要求吸附剂满足以下要求： （1）具有较大的内表面????吸附容量大； （2）选择性高????吸附剂对不同的吸附质具有不同的吸附能力，其差异愈显著，分离效果愈好； （3）具有一定的机械强度???抗磨损； （4）有良好的物理及化学稳定性???耐热冲击，耐腐蚀； （5）容易再生； （6）易得，价廉。 吸附剂可分为两大类，一类是天然的吸附剂，如硅藻土、白土、天然沸石等。另一类是人工制作的吸附剂，主要有活性炭、活性氧化铝、硅胶、合成沸石分子筛、有机树脂吸附剂等，下面介绍几种广泛应用的人工制作的吸附剂。 （1）活性炭 活性炭是最常用的吸附剂。它具有非极性表面，比表面积较大，化学稳定性好，抗酸耐碱，热稳性高，再生容易。 合成纤维经炭化后可制成活性炭纤维吸附剂，使吸附容量提高数十倍，因活性炭纤维可以编制成各种织物，流体流动阻力减少。活性炭也可加工成炭分子筛，具有分子筛的作用，常用于空气分离制氮、改善饮料气味、香烟的过滤嘴等场合。 （2）硅胶 ????硅胶的分子式通常用SiO2#8226;nH2O表示。它的比表面积达800?m2/g。工业用的硅胶有球型、无定形、加工成型和粉末状四种。硅胶是亲水性的极性吸附剂，对不饱和烃、甲醇、水分等有明显的选择性。主要用于气体和液体的干燥、溶液的脱水。 （3）活性氧化铝 活性氧化铝是一种极性吸附剂，对水分有很强的吸附能力。其比表面积约为200～500?m2/g，用不同的原料，在不同的工艺条件下，可制得不同结构、不同性能的活性氧化铝。 活性氧化铝主要用于气体的干燥和液体的脱水，如汽油、煤油、芳烃等化工产品的脱水；空气、氦、氢气、氯气、氯化氢和二氧化硫等气体的干燥。 （4）合成沸石分子筛 沸石分子筛是指硅铝酸金属盐的晶体，它是一种强极性的吸附剂，对极性分子，特别是对水有很大的亲和能力，它的比表面积可达750?m2/g，具有很强的选择性。常用于石油馏分的分离、各种气体和液体的干燥等场合，如从混合二甲苯中分离出对二甲苯，从空气中分离氧。 （5）有机树脂吸附剂 有机树脂吸附剂是高分子物质，它可以制成强极性、弱极性、非极性、中性，广泛用于废水处理、维生素的分离及过氧化氢的精制等场合。 2．吸附剂的性能： 吸附剂具有良好的吸附特性，主要是因为它有多孔结构和较大的比表面积，下面介绍与孔结构和比表面积有关的基础性能。 （1）密度 ?1）填充密度#61554;B（又称体积密度）?是指单位填充体积的吸附剂质量。通常将烘干的吸附剂装入量筒中，摇实至体积不变，此时吸附剂的质量与该吸附剂所占的体积比称为填充密度。 2）表观密度#6