其它传质分离方法课件

《其它传质分离方法课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《其它传质分离方法课件（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第第第1212章章章章 其它传质分离方法其它传质分离方法其它传质分离方法其它传质分离方法主讲：李梅主讲：李梅8/26/2024112.1 结晶结晶一、结晶一、结晶1.定义：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或定义：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程。熔融物中析出的过程。2.特点：特点：A.能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中产生纯净的晶体。混合物中产生纯净的晶体。B.能量消耗少，操作温度低，对设备材质要求能量消耗少，操作温度低，对设备材质要求不高，一般很少有不高，一般很少有“三废三废”排放，有利于环保。排放，有利于环保。C.结晶产品

2、包装，运输，储存，使用都很方便。结晶产品包装，运输，储存，使用都很方便。8/26/20242二、晶系和晶习二、晶系和晶习1.构成晶体的微观粒子（分子、原子或离子）构成晶体的微观粒子（分子、原子或离子）按一定的几何规则排列，由此形成的最小单元按一定的几何规则排列，由此形成的最小单元称为称为晶格晶格。2.晶体可按晶格空间结构的区别分为不同的晶体可按晶格空间结构的区别分为不同的晶晶系系。同一种物质在不同的条件下可形成不同的。同一种物质在不同的条件下可形成不同的晶系，或为两种晶系的混合物。晶系，或为两种晶系的混合物。3.微观粒子的规则排列可以按不同方向发展，微观粒子的规则排列可以按不同方向发展，即各晶

3、面以不同的速率生长，从而形成不同外即各晶面以不同的速率生长，从而形成不同外形的晶体，这种习性以及最终形成的晶体外形形的晶体，这种习性以及最终形成的晶体外形称为称为晶习晶习。同一晶系的晶体在不同结晶条件下。同一晶系的晶体在不同结晶条件下的晶习不同，改变结晶温度，溶剂种类，的晶习不同，改变结晶温度，溶剂种类，PH值以及少量杂质或添加剂的存在往往因改变晶值以及少量杂质或添加剂的存在往往因改变晶习而得到不同的晶体外形。习而得到不同的晶体外形。8/26/20243三、结晶过程三、结晶过程溶质从溶液中结晶出来，要经历两个阶溶质从溶液中结晶出来，要经历两个阶段：晶核的生成，晶体的成长。段：晶核的生成，晶体的

4、成长。晶体形成的推动力：浓度差（溶液的过晶体形成的推动力：浓度差（溶液的过饱和度）饱和度）溶液在结晶器中出来的晶体和剩余的溶溶液在结晶器中出来的晶体和剩余的溶液所构成的混悬物称为液所构成的混悬物称为晶浆晶浆，去除悬浮，去除悬浮于其中的晶体后剩下的溶液称为于其中的晶体后剩下的溶液称为母液母液。8/26/2024412.1.2 溶解度与溶液的过饱和溶解度与溶液的过饱和一、溶解度曲线及溶液状态一、溶解度曲线及溶液状态溶解度曲线：溶质在溶剂中的溶解度随溶解度曲线：溶质在溶剂中的溶解度随温度而变化的关系。温度而变化的关系。溶解度的单位常采用单位质量溶剂中所溶解度的单位常采用单位质量溶剂中所含溶质的量表示

5、。含溶质的量表示。多数物质的溶解度随温度升高而增大，多数物质的溶解度随温度升高而增大，少数相反。或在不同的温度区域有不同少数相反。或在不同的温度区域有不同的变化趋向。的变化趋向。8/26/20245浓度浓度溶解度的溶液，称为溶解度的溶液，称为饱和溶液饱和溶液。浓度溶解度的溶液，称为浓度溶解度的溶液，称为不饱和溶液不饱和溶液。浓度溶解度的溶液，称为浓度溶解度的溶液，称为过饱和溶液过饱和溶液，这时，这时，溶液浓度与溶解度之差为溶液浓度与溶解度之差为过饱和度过饱和度。若将完全纯净的溶液缓慢冷却，当过饱和度达若将完全纯净的溶液缓慢冷却，当过饱和度达到一定限度后，澄清的过饱和溶液就开始析出到一定限度后，

6、澄清的过饱和溶液就开始析出晶核。表示开始产生晶核的极限浓度曲线称为晶核。表示开始产生晶核的极限浓度曲线称为超溶解度曲线超溶解度曲线。当浓度低于溶解度时，不可能发生结晶，处于当浓度低于溶解度时，不可能发生结晶，处于稳定区稳定区。当浓度大于超溶解度曲线时，会立即自发的发当浓度大于超溶解度曲线时，会立即自发的发生结晶作用，为生结晶作用，为不稳区不稳区。上述两线之间为上述两线之间为介稳区介稳区。8/26/20246介稳区：介稳区：第一介稳区：溶液不会自发成核，加入第一介稳区：溶液不会自发成核，加入晶种，会使晶体在其上生长。晶种，会使晶体在其上生长。第二介稳区：溶液可自发成核，但不像第二介稳区：溶液可自

7、发成核，但不像不稳区那样立刻析出结晶，需要一定的不稳区那样立刻析出结晶，需要一定的时间间隔，这一间隔称为延滞期，过饱时间间隔，这一间隔称为延滞期，过饱和度越大，延滞期越短。和度越大，延滞期越短。8/26/20247二、过饱和度的表示方法二、过饱和度的表示方法1.过饱和度：指过饱和溶液的浓度超过过饱和度：指过饱和溶液的浓度超过该条件下饱和浓度的程度。该条件下饱和浓度的程度。2.过饱和度：过饱和度：C=C-C*3.过饱和度比：过饱和度比：=C/C*4.相对过饱和度：相对过饱和度：=C/C*8/26/20248三、形成溶液过饱和状态的方法三、形成溶液过饱和状态的方法1.直接降温，达到过饱和状态，溶质

8、结直接降温，达到过饱和状态，溶质结晶析出，此为冷却结晶。晶析出，此为冷却结晶。2.使溶液浓缩，通常采用蒸发以出去部使溶液浓缩，通常采用蒸发以出去部分溶剂。分溶剂。通常两种方法混合使用。通常两种方法混合使用。具有陡峭的溶解度曲线的物系，用冷却具有陡峭的溶解度曲线的物系，用冷却结晶有利；而溶解度与温度关系不大的结晶有利；而溶解度与温度关系不大的体系则适宜采用浓缩法。体系则适宜采用浓缩法。8/26/2024912.1.3 结晶机理与动力学结晶机理与动力学一、一、 晶核生成与晶体成长晶核生成与晶体成长成核机理：成核机理：1.初级均相成核：在较高过饱和度下自初级均相成核：在较高过饱和度下自发成核。发成核

9、。2.初级非均相成核：在外来物的诱导下初级非均相成核：在外来物的诱导下成核（较低的过饱和度下）。成核（较低的过饱和度下）。3.二次成核：含有晶体的溶液在晶体相二次成核：含有晶体的溶液在晶体相互碰撞或晶体与搅拌桨碰撞时产生的微互碰撞或晶体与搅拌桨碰撞时产生的微小晶体的诱导下发生的。小晶体的诱导下发生的。8/26/202410晶核形成后，溶质质点会在晶核上继续晶核形成后，溶质质点会在晶核上继续一层层排列上去形成晶粒，并使晶粒不一层层排列上去形成晶粒，并使晶粒不断增大，这就是晶体的成长。断增大，这就是晶体的成长。传质过程：传质过程：1.溶质从溶液主体向晶体表面扩散传递，溶质从溶液主体向晶体表面扩散传

10、递，以浓度差为推动力。以浓度差为推动力。2.溶质在晶体表面上附着并沿表面移动溶质在晶体表面上附着并沿表面移动至合适位置，按某种几何规律构成晶格，至合适位置，按某种几何规律构成晶格，并放出结晶热。并放出结晶热。8/26/202411二、再结晶现象二、再结晶现象小晶体因表面能较大而有被溶解的趋向。小晶体因表面能较大而有被溶解的趋向。当溶液的过饱和度较低时，小晶体被溶当溶液的过饱和度较低时，小晶体被溶解，大晶体则不断成长并使晶体外形更解，大晶体则不断成长并使晶体外形更加完好。这就是晶体的加完好。这就是晶体的再结晶现象再结晶现象。8/26/202412三、影响结晶速率的因素三、影响结晶速率的因素1.过

11、饱和度的影响过饱和度的影响 ：温度和浓度都直接影响到：温度和浓度都直接影响到溶液的过饱和度。在低过饱和度的溶液中，晶体溶液的过饱和度。在低过饱和度的溶液中，晶体生长速率与晶核生成速率之比值较大，因而所得生长速率与晶核生成速率之比值较大，因而所得晶体较大，晶形也较完整，但晶体较大，晶形也较完整，但结晶速率结晶速率很慢。过很慢。过饱和度影响晶体的成长速率，也影响晶习、粒度、饱和度影响晶体的成长速率，也影响晶习、粒度、晶粒数量、粒度分布等。晶粒数量、粒度分布等。2.粘度的影响：粘度大，流动性差，传递主要靠粘度的影响：粘度大，流动性差，传递主要靠分子扩散。晶体棱角长的快，晶面长的慢。分子扩散。晶体棱角

12、长的快，晶面长的慢。3.密度的影响密度的影响4.位置的影响：当晶体的某些晶面遇到其他晶体位置的影响：当晶体的某些晶面遇到其他晶体或容器壁面时，就会形成歪晶。或容器壁面时，就会形成歪晶。5.搅拌的影响：搅拌强度大会使介稳区变窄，二搅拌的影响：搅拌强度大会使介稳区变窄，二次成核速率增加，晶体粒度变细。次成核速率增加，晶体粒度变细。8/26/202413其它结晶方法其它结晶方法一、熔融结晶：是根据待分离物之间的一、熔融结晶：是根据待分离物之间的凝固点不同而实现物质结晶分离的过程。凝固点不同而实现物质结晶分离的过程。二、反应沉淀：是液相中因化学反应生二、反应沉淀：是液相中因化学反应生成的产物以结晶或无

13、定形物析出的过程。成的产物以结晶或无定形物析出的过程。三、盐析：在混合物中加入盐类或其它三、盐析：在混合物中加入盐类或其它物质以降低溶质的溶解度，从而析出溶物质以降低溶质的溶解度，从而析出溶质的方法。质的方法。四、升华结晶：蒸汽的骤冷直接结成固四、升华结晶：蒸汽的骤冷直接结成固体晶体。体晶体。8/26/202414基本要求：基本要求：1.掌握的内容：物理吸附、化学吸附概掌握的内容：物理吸附、化学吸附概念，吸附剂的特性，吸附平衡的概念，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。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，吸附过熟悉的内容：吸附剂的分类，吸附过程与

14、吸附过程速率控制。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，了解的内容：气相双组分吸附等温线，液相中的吸附平衡，各种吸附操作及强液相中的吸附平衡，各种吸附操作及强化吸附过程的途径。化吸附过程的途径。12.2吸附分离吸附分离 8/26/20241512.2吸附分离吸附分离 概述概述一、吸附与分离一、吸附与分离利用多孔固体颗粒选择性的吸附流体中利用多孔固体颗粒选择性的吸附流体中的一个或几个组分，从而使流体混合物的一个或几个组分，从而使流体混合物得以分离的方法称为：得以分离的方法称为：吸附操作吸附操作。通常称被吸附的物质为通常称被吸附的物质为吸附质吸附质；用作吸；用作吸附的多孔固体

15、颗粒称为附的多孔固体颗粒称为吸附剂吸附剂。8/26/202416固体常能或多或少的把周围介质内的分子、原固体常能或多或少的把周围介质内的分子、原子或离子吸附到自己的表面上，这是因为处在子或离子吸附到自己的表面上，这是因为处在固体表面的质点，受到相内质点的拉力，所处固体表面的质点，受到相内质点的拉力，所处的力场是不平衡的，具有过剩的能量，即表面的力场是不平衡的，具有过剩的能量，即表面自由焓。这些不平衡力场由于吸附作用可得到自由焓。这些不平衡力场由于吸附作用可得到某种程度的补偿，从而使固体的表面自由焓降某种程度的补偿，从而使固体的表面自由焓降低。所以，在一定的温度和压力下，固体表面低。所以，在一定

16、的温度和压力下，固体表面可自动的吸附到那些能降低其表面自由焓的物可自动的吸附到那些能降低其表面自由焓的物质。质。比表面大的物质，才是良好的吸附剂。比表面大的物质，才是良好的吸附剂。8/26/202417与吸附相反，组分脱离固体吸附剂表面与吸附相反，组分脱离固体吸附剂表面的现象为解吸。常采用的吸附剂解吸再的现象为解吸。常采用的吸附剂解吸再生循环操作的方法有：生循环操作的方法有：1.变温吸附分离：温度升，吸附量减少。变温吸附分离：温度升，吸附量减少。2.变压吸附分离：加压变压吸附分离：加压-吸附，减压吸附，减压-解解吸。吸。3.变浓度吸附分离变浓度吸附分离4.其它：（色谱吸附分离、循环吸附分其它：

17、（色谱吸附分离、循环吸附分离等）离等）8/26/202418二、吸附分离的分类二、吸附分离的分类物理吸附：也称为范德华吸附，它是吸物理吸附：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质和吸附剂以分子间作用力为主的吸附。附。化学吸附：是吸附质和吸附剂以分子间化学吸附：是吸附质和吸附剂以分子间的化学键为主的吸附。的化学键为主的吸附。8/26/202419三、常用吸附剂三、常用吸附剂吸附分离常利用吸附力脱除痕量物质，吸附分离常利用吸附力脱除痕量物质，把结构类似和物化性质接近的物质分开，把结构类似和物化性质接近的物质分开，要求吸附剂有良好的选择性和吸附容量，要求吸附剂有良好的选择性和

18、吸附容量，这就需要吸附剂具有很大的比表面和多这就需要吸附剂具有很大的比表面和多孔结构。另外为了适应工艺需要，还要孔结构。另外为了适应工艺需要，还要求吸附剂具有较高的机械强度。求吸附剂具有较高的机械强度。化工中常用的吸附剂为：天然和人工制化工中常用的吸附剂为：天然和人工制作两类。作两类。8/26/202420四、吸附剂的基本特性：四、吸附剂的基本特性：吸附剂具有良好的吸附特性，主要是因为它有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。构和比表面积有关的基础性能。（1）密度）密度 填充密度填充密

19、度 B（又称体积密度）：是指单位（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。质量与该吸附剂所占的体积比称为填充密度。表观密度表观密度 P（又称颗粒密度）：定义为单位（又称颗粒密度）：定义为单位体积吸附剂颗粒本身的质量。体积吸附剂颗粒本身的质量。真实密度真实密度 t ：是指扣除颗粒内细孔体积后：是指扣除颗粒内细孔体积后单位体积吸附剂的质量。单位体积吸附剂的质量。8/26/202421（2）吸附剂的比表面积）吸附剂的比

20、表面积吸附剂的比表面积是指单位质量的吸附剂所具吸附剂的比表面积是指单位质量的吸附剂所具有的吸附表面积，有的吸附表面积，g。吸附剂孔隙的孔径。吸附剂孔隙的孔径大小直接影响吸附剂的比表面积，孔径的大小大小直接影响吸附剂的比表面积，孔径的大小可分三类：大孔、过渡孔、微孔。吸附剂的比可分三类：大孔、过渡孔、微孔。吸附剂的比表面积以微孔提供的表面积为主，常采用气相表面积以微孔提供的表面积为主，常采用气相吸附法测定。吸附法测定。（3）吸附容量）吸附容量吸附容量是指吸附剂吸满吸附质时的吸附量吸附容量是指吸附剂吸满吸附质时的吸附量（单位质量的吸附剂所吸附吸附质的质量），（单位质量的吸附剂所吸附吸附质的质量），

21、它反映了吸附剂吸附能力的大小。吸附量可以它反映了吸附剂吸附能力的大小。吸附量可以通过观察吸附前后吸附质体积或质量的变化测通过观察吸附前后吸附质体积或质量的变化测得。也可用电子显微镜等观察吸附剂固体表面得。也可用电子显微镜等观察吸附剂固体表面的变化测得。的变化测得。8/26/20242212.2.2 吸附相平衡吸附相平衡一、吸附等温线一、吸附等温线平衡吸附量平衡吸附量：当温度、压强一定时，吸：当温度、压强一定时，吸附剂与流体长时间接触，吸附量不再增附剂与流体长时间接触，吸附量不再增加，吸附相（吸附剂和已吸附的吸附质）加，吸附相（吸附剂和已吸附的吸附质）与流体达到平衡，此时的吸附量为平衡与流体达到

22、平衡，此时的吸附量为平衡吸附量。吸附量。吸附等温线吸附等温线：吸附平衡关系常用不同温：吸附平衡关系常用不同温度下的平衡吸附量与吸附质分压或浓度度下的平衡吸附量与吸附质分压或浓度的关系表示，其关系曲线称为吸附等温的关系表示，其关系曲线称为吸附等温线。线。8/26/2024231、气相单组分吸附平衡、气相单组分吸附平衡（1）单分子层物理吸附）单分子层物理吸附假设吸附剂表面均匀，被吸附的分子间无作用，假设吸附剂表面均匀，被吸附的分子间无作用，吸附质在吸附剂的表面只形成均匀的单分子层，吸附质在吸附剂的表面只形成均匀的单分子层，则吸附量随吸附质分压的增加平缓接近平衡吸则吸附量随吸附质分压的增加平缓接近平

23、衡吸附量。如在附量。如在193下，氮在活性炭上的吸附，下，氮在活性炭上的吸附，其吸附等温线如图其吸附等温线如图12-10中中所示。所示。2）多分子层吸附）多分子层吸附假设吸附分子在吸附剂上按层次排列，已吸附假设吸附分子在吸附剂上按层次排列，已吸附的分子之间作用力忽略不计，吸附的分子可以的分子之间作用力忽略不计，吸附的分子可以累叠，而每一层的吸附服从朗格谬尔吸附机理，累叠，而每一层的吸附服从朗格谬尔吸附机理，此吸附为多分子层吸附。如在此吸附为多分子层吸附。如在30下水蒸汽下水蒸汽在活性炭上的吸附。在活性炭上的吸附。8/26/2024242、气相双组分吸附、气相双组分吸附当吸附剂对混合气体中的两个

24、组分吸附性能相当吸附剂对混合气体中的两个组分吸附性能相近时，可认为是双组分的吸附。此情况下吸附近时，可认为是双组分的吸附。此情况下吸附剂对某一组分的吸附量不仅与温度、压强有关，剂对某一组分的吸附量不仅与温度、压强有关，还随混合物组成的变化而变化。通常温度升高、还随混合物组成的变化而变化。通常温度升高、压力下降会使吸附量下降，图压力下降会使吸附量下降，图12-13反映了用反映了用石墨炭吸附石墨炭吸附CFCl3C6H6混合气体，气相组成混合气体，气相组成对吸附量的影响。可以看出，某组分在吸附相对吸附量的影响。可以看出，某组分在吸附相和气相中摩尔分数的关系与精馏中某组分在气和气相中摩尔分数的关系与精

25、馏中某组分在气液两相摩尔分数的关系非常相似。所以，有人液两相摩尔分数的关系非常相似。所以，有人使用吸附分离系数使用吸附分离系数 描述吸附平衡，描述吸附平衡，8/26/202425 定义为：吸附相中两组成之比除以气相定义为：吸附相中两组成之比除以气相中两组成之比，即为分离系数。中两组成之比，即为分离系数。可见吸附分离系数可见吸附分离系数 偏离偏离1的程度愈大，愈的程度愈大，愈有利于吸附分离。有利于吸附分离。8/26/2024262、液固吸附平衡、液固吸附平衡与气固吸附相比，液固吸附平衡的影响与气固吸附相比，液固吸附平衡的影响因素比较多。溶液中吸附质是否为电解因素比较多。溶液中吸附质是否为电解质，

26、质，PH值大小，都会影响吸附机理。温值大小，都会影响吸附机理。温度、浓度和吸附剂的结构性能，以及吸度、浓度和吸附剂的结构性能，以及吸附质的溶解度和溶剂的性质对吸附机理、附质的溶解度和溶剂的性质对吸附机理、吸附等温线的形状都有影响。吸附等温线的形状都有影响。8/26/20242712.2.3 传质及吸附速率传质及吸附速率一、吸附传质机理一、吸附传质机理吸附速率与物系、操作条件及浓度有关，当物吸附速率与物系、操作条件及浓度有关，当物系及操作条件一定时，吸附过程包括以下三个系及操作条件一定时，吸附过程包括以下三个步骤：步骤：（1）吸附质从流体主体以对流扩散的形式传）吸附质从流体主体以对流扩散的形式传

27、递到固体吸附剂的外表面，此过程称为外扩散。递到固体吸附剂的外表面，此过程称为外扩散。（2）吸附质从吸附剂的外表面进入吸附剂的）吸附质从吸附剂的外表面进入吸附剂的微孔内，然后扩散到固体的内表面，此过程为微孔内，然后扩散到固体的内表面，此过程为内扩散。内扩散。（3）吸附质在固体内表面上被吸附剂所吸附，）吸附质在固体内表面上被吸附剂所吸附，称为表面吸附过程。称为表面吸附过程。8/26/202428二、吸附速率二、吸附速率吸附速率：是指当流体与吸附剂接触时，吸附速率：是指当流体与吸附剂接触时，单位时间、单位吸附剂外表面所传递吸单位时间、单位吸附剂外表面所传递吸附质的质量，附质的质量，kg/(sm2)。

28、8/26/202429通常吸附为物理吸附，表面吸附速率很通常吸附为物理吸附，表面吸附速率很快，故总吸附速率主要取决于内外扩散快，故总吸附速率主要取决于内外扩散速率的大小。速率的大小。外扩散控制的吸附：当外扩散速率小于外扩散控制的吸附：当外扩散速率小于内扩散速率时，总吸附速率由外扩散速内扩散速率时，总吸附速率由外扩散速率决定，此吸附为外扩散控制的吸附。率决定，此吸附为外扩散控制的吸附。内扩散控制的吸附：当内扩散速率小于内扩散控制的吸附：当内扩散速率小于外扩散速率时，此吸附为内扩散控制的外扩散速率时，此吸附为内扩散控制的吸附，总吸附速率由内扩散速率决定。吸附，总吸附速率由内扩散速率决定。8/26/

29、202430吸附操作吸附操作吸附分离过程包括吸附过程和解吸过程。由于需处理吸附分离过程包括吸附过程和解吸过程。由于需处理的流体浓度、性质及要求吸附的程度不同，故吸附操的流体浓度、性质及要求吸附的程度不同，故吸附操作有多种形式。作有多种形式。1接触过滤式操作接触过滤式操作该操作是把要处理的液体和吸附剂一起加入到带有搅该操作是把要处理的液体和吸附剂一起加入到带有搅拌器的吸附槽中，使吸附剂与溶液充分接触，溶液中拌器的吸附槽中，使吸附剂与溶液充分接触，溶液中的吸附质被吸附剂吸附，经过一段时间，吸附剂达到的吸附质被吸附剂吸附，经过一段时间，吸附剂达到饱和，将料浆送到过滤机中，吸附剂从液相中滤出，饱和，将

30、料浆送到过滤机中，吸附剂从液相中滤出，若吸附剂可用，经适当的解吸，回收利用之。若吸附剂可用，经适当的解吸，回收利用之。因在接触式吸附操作时，使用搅拌使溶液呈湍流状态，因在接触式吸附操作时，使用搅拌使溶液呈湍流状态，颗粒外表面的膜阻力减少，故该操作适用于外扩散控颗粒外表面的膜阻力减少，故该操作适用于外扩散控制的传质过程。接触过滤吸附操作所用设备主要有釜制的传质过程。接触过滤吸附操作所用设备主要有釜式或槽式，设备结构简单，操作容易。广泛用于活性式或槽式，设备结构简单，操作容易。广泛用于活性炭脱除糖液中的颜色等方面。炭脱除糖液中的颜色等方面。8/26/2024312固定床吸附操作固定床吸附操作固定床

31、吸附操作是把吸附剂均匀堆放在吸附塔中的多固定床吸附操作是把吸附剂均匀堆放在吸附塔中的多孔支承板上，含吸附质的流体可以自上而下流动，也孔支承板上，含吸附质的流体可以自上而下流动，也可自下而上流过吸附剂。在吸附过程中，吸附剂不动。可自下而上流过吸附剂。在吸附过程中，吸附剂不动。通常固定床的吸附过程与再生过程在两个塔式设备中通常固定床的吸附过程与再生过程在两个塔式设备中交替进行，如图交替进行，如图12-19所示，吸附在吸附塔所示，吸附在吸附塔1中进行，中进行，当出塔流体中吸附质的浓度高于规定值时，物料切换当出塔流体中吸附质的浓度高于规定值时，物料切换到吸附塔到吸附塔2，与此同时吸附塔，与此同时吸附塔

32、1采用变温或减压等方法采用变温或减压等方法进行吸附剂再生，然后再在塔进行吸附剂再生，然后再在塔1中进行吸附，塔中进行吸附，塔2中进中进行再生，如此循环操作。行再生，如此循环操作。固定床吸附塔结构简单，加工容易，操作方便灵活，固定床吸附塔结构简单，加工容易，操作方便灵活，吸附剂不易磨损，物料的返混少，分离效率高，回收吸附剂不易磨损，物料的返混少，分离效率高，回收效果好，故固定床吸附操作广泛用于气体中溶剂的回效果好，故固定床吸附操作广泛用于气体中溶剂的回收、气体干燥和溶剂脱水等方面。但固定床吸附操作收、气体干燥和溶剂脱水等方面。但固定床吸附操作的传热性能差，且当吸附剂颗粒较小时，流体通过床的传热性

33、能差，且当吸附剂颗粒较小时，流体通过床层的压降较大，因吸附、再生及冷却等操作需要一定层的压降较大，因吸附、再生及冷却等操作需要一定的时间，故生产效率较低。的时间，故生产效率较低。8/26/2024323移动床吸附操作移动床吸附操作移动床吸附操作是指待处理的流体在塔移动床吸附操作是指待处理的流体在塔内自上而下流动，在与吸附剂接触时，内自上而下流动，在与吸附剂接触时，吸附质被吸附，已达饱和的吸附剂从塔吸附质被吸附，已达饱和的吸附剂从塔下连续或间歇排出，同时在塔的上部补下连续或间歇排出，同时在塔的上部补充新鲜的或再生后的吸附剂。与固定床充新鲜的或再生后的吸附剂。与固定床相比，移动床吸附操作因吸附和再

34、生过相比，移动床吸附操作因吸附和再生过程在同一个塔中进行，所以设备投资费程在同一个塔中进行，所以设备投资费用少。用少。8/26/2024334流化床吸附操作及流化床移动床联合吸附操作流化床吸附操作及流化床移动床联合吸附操作流化床吸附操作是使流体自下而上流动，流体的流速流化床吸附操作是使流体自下而上流动，流体的流速控制在一定的范围，保证吸附剂颗粒被托起，但不被控制在一定的范围，保证吸附剂颗粒被托起，但不被带出，处于流态化状态进行的吸附操作。该操作的生带出，处于流态化状态进行的吸附操作。该操作的生产能力大，但吸附剂颗粒磨损程度严重，且由于流态产能力大，但吸附剂颗粒磨损程度严重，且由于流态化的限制，

35、使操作范围变窄。化的限制，使操作范围变窄。流化床移动床联合吸附操作将吸附再生集一塔，如流化床移动床联合吸附操作将吸附再生集一塔，如图图12-21所示。塔的上部为多层流化床，在此原料与所示。塔的上部为多层流化床，在此原料与流态化的吸附剂充分接触，吸附后的吸附剂进入塔中流态化的吸附剂充分接触，吸附后的吸附剂进入塔中部带有加热装置的移动床层，升温后进入塔下部的再部带有加热装置的移动床层，升温后进入塔下部的再生段。在再生段中吸附剂与通入的惰性气体逆流接触生段。在再生段中吸附剂与通入的惰性气体逆流接触得以再生。最后靠气力输送至塔顶重新进入吸附段，得以再生。最后靠气力输送至塔顶重新进入吸附段，再生后的流体

36、可通过冷却器回收吸附质。流化床再生后的流体可通过冷却器回收吸附质。流化床移移动床联合吸附床常用于混合气中溶剂的回收、脱除动床联合吸附床常用于混合气中溶剂的回收、脱除CO2和水蒸汽等场合。和水蒸汽等场合。该操作具有连续、吸附效果好的特点。因吸附在流化该操作具有连续、吸附效果好的特点。因吸附在流化床中进行，再生前需加热，所以此操作存在吸附剂磨床中进行，再生前需加热，所以此操作存在吸附剂磨损严重、吸附剂易老化变性的问题。损严重、吸附剂易老化变性的问题。8/26/20243412.3 膜分离膜分离12.3.1 概述概述一、膜分离的种类和特点一、膜分离的种类和特点膜分离：利用固体膜对流体混合物中的各组分

37、膜分离：利用固体膜对流体混合物中的各组分的选择性渗透从而分离各组分的方法。的选择性渗透从而分离各组分的方法。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。需发生相的变化和添加助剂。 膜分离过程的推动力：膜两侧的压差或点位差。膜分离过程的推动力：膜两侧的压差或点位差。8/26/202435膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、为微滤膜、超滤超滤膜、膜、

38、纳滤纳滤膜和膜和反渗透反渗透膜膜(见表见表12-3)，根据材料的不同，可分为，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。聚合物等等。 8/26/202436特点：特点：1.多数膜分离过程中组分不发生多数膜分离过程中组分不发生相变化，所以能耗较低；相变化，所以能耗较低；2.膜分离过程在常温下进行，对食品及膜分离过程在常温下进行，对食品及

39、生物药品的加工特别适合；生物药品的加工特别适合；3.膜分离过程不仅可除去病毒、细菌等膜分离过程不仅可除去病毒、细菌等微粒，而且可除去溶液中大分子和无机微粒，而且可除去溶液中大分子和无机盐，还可以分离共沸物或沸点相近的组盐，还可以分离共沸物或沸点相近的组分。分。4.装置简单，操作方便。装置简单，操作方便。8/26/202437对膜的基本要求对膜的基本要求 首先要求膜的分离透过特性好，通首先要求膜的分离透过特性好，通常用膜的截留率、透过通量、截留分子常用膜的截留率、透过通量、截留分子量等参数表示。量等参数表示。1.截留率截留率R2.透过速率透过速率J：单位时间、单位膜面积：单位时间、单位膜面积的透

40、过物量。由于操作过程中膜的压密、的透过物量。由于操作过程中膜的压密、堵塞等多种原因，膜的透过速率将随时堵塞等多种原因，膜的透过速率将随时间增长而衰减。间增长而衰减。8/26/2024383.截留物的分子量截留物的分子量当分离溶液震动大分子物质时，截留物当分离溶液震动大分子物质时，截留物的分子量在一定程度上反映膜孔的大小。的分子量在一定程度上反映膜孔的大小。一般取截留率为一般取截留率为90%的物质的分子量称的物质的分子量称为为膜的截留分子量膜的截留分子量。8/26/202439二、各种膜分离过程的简介二、各种膜分离过程的简介1.微滤微滤鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤鉴于微孔滤膜的分离特征，微孔滤

41、膜的应用范围主要是从气相和液相中截膜的应用范围主要是从气相和液相中截留微粒、细菌以及其他污染物，以达到留微粒、细菌以及其他污染物，以达到净化、分离、浓缩的目的。净化、分离、浓缩的目的。 具体涉及领域主要有：医药工业、具体涉及领域主要有：医药工业、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、食品工业（明胶、葡萄酒、白酒、果汁、牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废牛奶等）、高纯水、城市污水、工业废水、饮用水、生物技术、生物发酵等。水、饮用水、生物技术、生物发酵等。8/26/2024402.反渗透反渗透是最早工业化和最成熟的膜分离过程之一，在是最早工业化和最成熟的膜分离过程之一，在压力的推动下，液体混合物中的

42、溶剂和溶质以压力的推动下，液体混合物中的溶剂和溶质以不同的速率透过膜，在膜的透过侧得到比较纯不同的速率透过膜，在膜的透过侧得到比较纯净的溶剂，而在膜的进料侧得到浓缩的进料溶净的溶剂，而在膜的进料侧得到浓缩的进料溶液。液。3.超滤超滤利用孔径在利用孔径在1-100nm范围内的膜具有筛分作范围内的膜具有筛分作用能选择性透过溶剂和某些小分子溶质的性质，用能选择性透过溶剂和某些小分子溶质的性质，对溶液侧加压，使大分子溶质或细微粒子从溶对溶液侧加压，使大分子溶质或细微粒子从溶液中分离出来的过程。适用与热敏性和生物活液中分离出来的过程。适用与热敏性和生物活性物质的分离和浓缩。性物质的分离和浓缩。8/26/

43、2024414.电渗析电渗析利用离子交换膜能选择性的使阴离子或阳离子利用离子交换膜能选择性的使阴离子或阳离子通过的性质，在电流电场的作用下使阴阳离子通过的性质，在电流电场的作用下使阴阳离子分别透过相应的膜进行渗析迁移的过程。可以分别透过相应的膜进行渗析迁移的过程。可以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。达到脱除或富集电解质的膜分离操作。5.气体膜分离过程气体膜分离过程气体混合物在膜两侧分压差的作用下，各组分气体混合物在膜两侧分压差的作用下，各组分气体以不同渗透速率透过膜，使混合气体得以气体以不同渗透速率透过膜，使混合气体得以分离或浓缩的过程。分离或浓缩的过程。8/26/2024428/26/202443