生物分離工程吸附分離

吸附操作是一種古老的技術(shù)，早在兩千多年前西漢古墓中就用木炭吸濕防潮，說(shuō)明當(dāng)時(shí)已了解到木炭有很強(qiáng)的吸濕作用。20世紀(jì)50年代前，因吸附劑種類少，常用的只有酸性白土、硅藻土和活性炭等幾種，選擇吸附的能力低，只限于脫色、脫臭、吸濕、干燥等小型的操作過(guò)程。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著性能優(yōu)良的吸附劑的不斷開發(fā)(如合成沸石、活性氧化鋁、分子篩等)以及各行各業(yè)分離要求的不斷提高，使吸附分離技術(shù)得到了迅速發(fā)展，成為完整的單元操作過(guò)程。目前，吸附分離技術(shù)已經(jīng)在輕工、煉油、化工、食品、環(huán)保等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前1頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前2頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附現(xiàn)象

A rain–damp(吸濕)

B 冰箱除異味C 變色硅膠D裝修除甲醛當(dāng)前3頁(yè)，總共117頁(yè)。一、基本概念定義：吸附是利用吸附劑對(duì)液體或氣體中某一組分具有選擇性吸附的能力，使其富集在吸附劑表面，再用適當(dāng)?shù)南疵搫⑵浣馕_(dá)到分離純化的過(guò)程。液相(氣相)→固相——吸附劑、吸附物應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于原料脫色、脫臭，目標(biāo)產(chǎn)物提取、濃縮和粗分離吸附劑吸附質(zhì)脫附：吸附的逆過(guò)程當(dāng)前4頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附過(guò)程通常包括：待分離料液與吸附劑混合、吸附質(zhì)被吸附到吸附劑表面、料液流出、吸附質(zhì)解吸回收等四個(gè)過(guò)程。吸附劑——能夠吸附其他物質(zhì)的多孔性固體。吸附質(zhì)——在吸附過(guò)程中，被吸附的物質(zhì)。料液與吸附劑混合吸附質(zhì)被吸附料液流出吸附質(zhì)解吸附Step1Step2Step3Step4當(dāng)前5頁(yè)，總共117頁(yè)。常用于從稀溶液中將溶質(zhì)分離出來(lái)，由于受固體吸附劑的限制，處理能力較??；對(duì)溶質(zhì)的作用較小，這一點(diǎn)在蛋白質(zhì)分離中特別重要；可直接從發(fā)酵液中分離所需的產(chǎn)物，成為發(fā)酵與分離的耦合過(guò)程，從而可消除某些產(chǎn)物對(duì)微生物的抑制作用；溶質(zhì)和吸附劑之間的相互作用及吸附平衡關(guān)系通常是非線性關(guān)系，故設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)的工作量較大。吸附法的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)溶劑摻入少操作簡(jiǎn)便，安全，設(shè)備簡(jiǎn)單pH變化小，適于穩(wěn)定性差的物質(zhì)缺點(diǎn)：選擇性差收率低無(wú)機(jī)吸附劑性能不穩(wěn)定不能連續(xù)操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大碳粉等吸附劑有粉塵污染當(dāng)前6頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附機(jī)理界面固體內(nèi)部分子所受分子間的作用力是對(duì)稱的，而固體表面分子所受力是不對(duì)稱的。向內(nèi)的一面受內(nèi)部分子的作用力較大，而表面向外一面所受的作用力較小，因而當(dāng)氣體分子或溶液中溶質(zhì)分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中碰到固體表面時(shí)就會(huì)被吸引而停留在固體表面上。

當(dāng)前7頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附類型與特性物理吸附化學(xué)吸附交換吸附極性吸附離子交換吸附當(dāng)前8頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附——基本原理當(dāng)由于吸附質(zhì)與吸附劑的分子之間存在分子間力即范德華力而發(fā)生的吸附稱為物理吸附，又稱為范德華吸附。因?yàn)榉肿娱g引力普遍存在于吸附劑與吸附質(zhì)之間，故一種吸附劑可以吸附多種吸附質(zhì)，不具有選擇性。但吸附劑與吸附質(zhì)的種類不同，分子間引力大小各異，因此吸附量可能相差懸殊。。根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間相互作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種類型。物理吸附當(dāng)前9頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附——基本原理由于吸附質(zhì)與吸附劑的分子之間形成化學(xué)鍵而引起的吸附稱為化學(xué)吸附。發(fā)生化學(xué)吸附時(shí)，被吸附的分子與吸附劑的表面分子之間發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移、原子重排或化學(xué)鍵的破壞與生成。與物理吸附不同的是，化學(xué)吸附具有選擇性，只有當(dāng)吸附劑與吸附質(zhì)的分子之間形成化學(xué)鍵時(shí)，才會(huì)發(fā)生化學(xué)吸附。根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間相互作用力的不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種類型?；瘜W(xué)吸附當(dāng)前10頁(yè)，總共117頁(yè)。

物理、化學(xué)吸附的比較吸附性能物理吸附化學(xué)吸附作用力分子引力（范德華力）化學(xué)鍵選擇性沒有選擇性有選擇性吸附層單分子或多分子吸附層只能形成單分子吸附層吸附熱較小，?41.9kj/mol較大，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，83.7-418.7kj/mol吸附速度快，幾乎不要活化能較慢，需要活化能溫度放熱過(guò)程，低溫有利于吸附溫度升高，吸附速度增加可逆性可逆，較易解析化學(xué)鍵大時(shí)，吸附不可逆當(dāng)前11頁(yè)，總共117頁(yè)。多孔型：活性炭、硅膠、硅藻土；大網(wǎng)格吸附劑：有機(jī)高分子材料，如聚苯乙烯，聚酯。凝膠型：纖維素凝膠，瓊脂糖凝膠，匍聚糖凝膠等。

二、吸附分離介質(zhì)當(dāng)前12頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附劑通常應(yīng)具備以下特征：（1）較高的選擇性以達(dá)到一定的分離要求；（2）較大的吸附容量以減小用量；（3）較好的動(dòng)力學(xué)及傳遞性質(zhì)以實(shí)現(xiàn)快速吸附；（4）較高的化學(xué)及熱穩(wěn)定性，不溶或極難溶于待處理流體以保證吸附劑的數(shù)量和性質(zhì)；（5）較高的硬度及機(jī)械強(qiáng)度以減小磨損和侵蝕；（6）較好的流動(dòng)性以便于裝卸；（7）較高的抗污染能力以延長(zhǎng)使用壽命；（8）較好的惰性以避免發(fā)生不期望的化學(xué)反應(yīng)；（9）易再生；（10）價(jià)格便宜。當(dāng)前13頁(yè)，總共117頁(yè)。硅藻土氧化鋁活性炭當(dāng)前14頁(yè)，總共117頁(yè)。粒狀碳成品粉狀碳成品活化→洗滌→捏合成型→炭化炭化→破碎、造粒原料→干燥→篩分制造過(guò)程示意圖活化：把碳渣造成發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)主要有兩種方法：（1）氣體法；（2）藥劑法。一般來(lái)說(shuō)，吸附量主要受小孔支配，但對(duì)于分子量（或分子直徑）較大的吸附質(zhì)，小孔幾乎不起作用。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)吸附質(zhì)的直徑大小和活性炭的孔徑分布來(lái)選擇合適的活性炭。1）組成結(jié)構(gòu)：由木屑、獸骨、獸血或煤屑等原料高溫（800℃）碳化而成的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（1）活性炭當(dāng)前15頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前16頁(yè)，總共117頁(yè)?；钚蕴渴且环N多孔含碳物質(zhì)的顆?；蚍勰?，不僅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，而且具有高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，因而具有很強(qiáng)的吸附能力；活性炭還具有解吸容易、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。活性炭具有非極性的表面，即可以吸附非極性物質(zhì)?；钚蕴考瓤捎糜跉庀辔剑挚捎糜谝合辔?。目前，活性炭已廣泛地用于制藥化工過(guò)程，如各類有機(jī)蒸汽的吸附，溶液的脫色、除臭，藥物的精制等。當(dāng)前17頁(yè)，總共117頁(yè)。活性炭種類顆粒大小表面積吸附力吸附量洗脫粉末活性炭小大大大難顆?；钚蕴枯^小較大較小較小難錦綸活性炭大小小小易粉末活性炭錦綸活性炭2）種類：粉末活性炭、顆?；钚蕴?、錦綸活性炭吸附能力為粉末活性炭＞顆?；钚蕴浚惧\綸活性炭當(dāng)前18頁(yè)，總共117頁(yè)。

活性炭纖維是用炭素纖維活化而制得的一種纖維狀吸附劑，可做成毛氈狀、紙片狀、布料狀、蜂巢狀等?；钚岳w維的外表面積比顆?；钚蕴看?，吸附和解吸速度比顆粒狀活性炭大，且阻力小，容易使氣體或液體透過(guò)，近年來(lái)作為活性炭新品種正在推廣應(yīng)用。

球形炭化樹脂是采用球形大孔吸附樹脂為原料，經(jīng)炭化、高溫裂解及活化制成的吸附劑。與其他形狀活性炭相比，球形炭化樹脂不易掉屑而污染被處理物系，且可與被處理氣體或液體均勻接觸，氣體和液體通過(guò)球形吸附劑床層時(shí)的阻力小。通過(guò)控制聚合條件，改變?cè)吓浔鹊仁侄慰傻玫讲煌捉Y(jié)構(gòu)和不同性能的炭化樹脂。

炭分子篩（CMS）較活性炭具有更小的孔徑（2～10?）和更窄的孔徑分布，可用于分離更小的氣體分子，如從空氣中分離N2。當(dāng)前19頁(yè)，總共117頁(yè)?；钚蕴繉?duì)物質(zhì)的吸附規(guī)律是非極性吸附劑，在極性介質(zhì)中，對(duì)非極性物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附，因此在水中吸附能力大于有機(jī)溶劑中的吸附能力。針對(duì)不同的物質(zhì)，活性炭的吸附遵循以下規(guī)律：（1）對(duì)極性基團(tuán)多的化合物的吸附力大于極性基團(tuán)少的化合物（2）對(duì)芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物（3）對(duì)相對(duì)分子量大的化合物的吸附力大于相對(duì)分子量小的化合物（4）pH值的影響在酸性條件吸附能力大，pH>6.8吸附能力較差（5）溫度未平衡前隨溫度升高而增加當(dāng)前20頁(yè)，總共117頁(yè)?；钚蕴純羲幚砘钚蕴紤?yīng)用于工業(yè)廢水，主要為有機(jī)物、氯氣及微量不純物之去除，其亦常與離子交換樹脂組合以制造超純水。用于廢水處理，主要是去除一般難處理之有機(jī)化合物、鹵化物、酚類、水銀及一些無(wú)機(jī)金屬離子，如：Sb,As,Bi,Cr及Sn等?；钚蕴嫉倪x擇依處理的水別及目的其也各不相同。（1）飲用水水源之凈化，包括水內(nèi)含色、臭、合成洗滌劑

及農(nóng)藥等之去除（2）工業(yè)及產(chǎn)業(yè)用水之處理（3）家庭廢水之處理及再利用（4）工業(yè)及產(chǎn)業(yè)廢水之處理及再利用（5）垃圾滲出水處理當(dāng)前21頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前22頁(yè)，總共117頁(yè)。

是氫氧化鋁膠體經(jīng)加熱脫水后制成的一種多孔大表面吸附劑。通過(guò)控制氫氧化鋁晶粒尺寸和堆積配位數(shù)可以控制氧化鋁的孔容、孔徑和表面積。由鋁土礦加熱脫水可制成天然活性氧化鋁。氧化鋁按品型可分為α、γ、θ、δ、η、χ、κ、和ρ共8種。通常所說(shuō)的“活性氧化鋁”是指γ-Al2O3或是γ、χ和η氧化鋁的混和物?；钚匝趸X具有相當(dāng)大的比表面積（200～400m2/g），且機(jī)械強(qiáng)度高，物化穩(wěn)定性高，耐高溫，抗腐蝕，但不宜在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿條件下使用?；钚匝趸X表面的活性中心是羥基和路易斯酸中心，極性強(qiáng)，對(duì)水有很強(qiáng)的親和作用?；钚匝趸X廣泛應(yīng)用于脫除氣體中的水，也常用作催化劑和色譜柱填充材料。（2）活性氧化鋁（Al2O3·nH2O）當(dāng)前23頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前24頁(yè)，總共117頁(yè)。硅膠是一種堅(jiān)硬、多孔的固體顆粒，用硫酸處理硅酸鈉水玻璃便生成硅膠，其主要成分為SiO2?nH2O。硅膠是SiO2微粒的堆積物，因此，通過(guò)控制膠團(tuán)的尺寸和堆積配位數(shù)可以控制硅膠的孔容、孔徑和表面積。硅膠的表面保留著大約5wt％的羥基，是硅膠的吸附活性中心。在200℃以上羥基會(huì)脫去，所以硅膠的活化溫度應(yīng)低于200℃極性化合物如水、醇、醚、酮、酚、胺、吡啶等能與硅膠表面的羥基生成氫鍵，吸附力很強(qiáng)。對(duì)極性高的分子如芳香烴不飽和烴等的吸附能力次之。對(duì)飽和烴、環(huán)烷烴等只有色散力的作用，吸附力最弱。硅膠常作為干燥劑用于氣體或液體的干燥脫水，也可用于分離烷烴與烯烴、烷烴與芳烴，同時(shí)硅膠也是常用的色譜柱填充材料。（3）硅膠（SiO2·nH2O）當(dāng)前25頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前26頁(yè)，總共117頁(yè)。由硅藻類植物死亡后的硅酸鹽遺骸形成的，本質(zhì)是含水的無(wú)定形SiO2，并含有少量Fe2O3、MgO、Al2O3及有機(jī)雜質(zhì)，外觀一般呈淺黃色或淺灰色，優(yōu)質(zhì)的呈白色，質(zhì)軟，多孔而輕。在80~100℃下，將天然白土用濃度為20~40%的硫酸處理后，即得活性白土?；钚园淄恋幕瘜W(xué)組成隨所用粘土原料和活化條件不同而有很大的差異，但一般認(rèn)為其吸附能力與化學(xué)組成無(wú)關(guān)。市售活性白土有粉末狀和顆粒狀兩種規(guī)格。硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)使它成為一種良好吸附劑，在食品、化工生產(chǎn)中常用來(lái)作助濾劑及脫色劑。（4）硅藻土當(dāng)前27頁(yè)，總共117頁(yè)。（5）羥基磷灰石（磷酸鈣）在無(wú)機(jī)吸附劑中，磷酸鈣是唯一的適用于生物活性高分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、核酸）的分離的吸附劑。羥基磷灰石主要適用于蛋白質(zhì)的層析分離，也適用于較小的核酸，如轉(zhuǎn)移RNA的分離。用0.5mol/LCaCl2加0.5mol/L磷酸二鈉鹽，在室溫下反應(yīng)，得到滿意的流速的磷酸鈣。CaHPO4.2H2O在pH7以上，慢慢變?yōu)榱u基磷灰石，即Ca5(PO4)3OH放出H3PO4。吸附性質(zhì)：Ca2+與蛋白質(zhì)負(fù)電荷基團(tuán)的靜電吸附作用。當(dāng)前28頁(yè)，總共117頁(yè)。00

沸石分子篩是一種人工合成的高選擇性吸附劑，其主要成分為SiO2和Al2O3等組成的結(jié)晶硅鋁酸鹽。分子篩的晶體中有許多空穴，空穴之間有許多直徑相同的微孔相連。吸附時(shí)，比孔徑小的分子，可通過(guò)微孔進(jìn)入孔穴，并吸附于孔穴的內(nèi)表面上；而比孔徑大的分子則不能進(jìn)入微孔，從而將分子直徑大小不同的混合物分離開來(lái)，起到篩分分子的目的，故稱為分子篩。

分子篩具有按分子大小選擇吸附的優(yōu)點(diǎn)，因而在制藥化工生產(chǎn)中常用它來(lái)分離混合物。（6）沸石分子篩當(dāng)前29頁(yè)，總共117頁(yè)。目前所使用的分子篩品種達(dá)100多種,工業(yè)上最常用的分子篩有A型、X型、Y型、L型、絲光沸石和ZSM系列沸石?？讖綖?.3~1.0nm，比表面積為600~1000m2/g。分子篩的特性是優(yōu)先吸附不飽和分子、極性分子以及易極化分子;對(duì)極性分子如H2O、CO2、H2S和其他類似物質(zhì)有很強(qiáng)的親和力,而與有機(jī)物的親和力較弱。在吸附質(zhì)濃度很低或濕度較高的情況下仍具有很強(qiáng)的吸附能力。廣泛應(yīng)用于氣體和液體的干燥、脫水、凈化、分離和回收等。

當(dāng)前30頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前31頁(yè)，總共117頁(yè)。（a）A型（b）X型兩種常用分子篩的結(jié)構(gòu)當(dāng)前32頁(yè)，總共117頁(yè)。指的是一類高分子聚合物。常用的有聚苯乙烯樹脂和聚丙烯酸酯樹脂等。吸附樹脂品種很多，單體的變化和單體上官能團(tuán)的變化可賦予樹脂以各種特殊的性能。吸附樹脂可分為非極性、中極性、極性及強(qiáng)極性四類。（7）吸附樹脂1)組成結(jié)構(gòu)：有機(jī)高分子聚合物的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)2)特點(diǎn)：選擇性好；解吸容易；機(jī)械強(qiáng)度好；流體阻力較?。粌r(jià)格高3）類型：非極性吸附劑——芳香族（苯乙烯等）中等極性吸附劑——脂肪族（甲基丙烯酸酯等）極性吸附劑——含硫氧、酰氨、氮氧等基團(tuán)當(dāng)前33頁(yè)，總共117頁(yè)。樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架當(dāng)前34頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前35頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前36頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前37頁(yè)，總共117頁(yè)。在以吸附樹脂為吸附劑的分離過(guò)程中，樹脂骨架與吸附質(zhì)的分子之間并未發(fā)生離子交換，而是產(chǎn)生了吸附作用。此時(shí)吸附樹脂的性質(zhì)與活性炭、硅膠等吸附劑的性質(zhì)相似。吸附樹脂的比表面積可達(dá)3×105~5×105m2/kg，且有良好的選擇性和機(jī)械強(qiáng)度，解吸也較為容易，并可反復(fù)使用。

當(dāng)前38頁(yè)，總共117頁(yè)。（1）非極性吸附劑從極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)（2）高極性吸附劑從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)（3）中等極性吸附劑對(duì)兩種情況均有吸附能力（4）水溶液中，同族化合物分子量大，極性弱易吸附（5）無(wú)機(jī)鹽促進(jìn)吸附大孔吸附樹脂吸附規(guī)律當(dāng)前39頁(yè)，總共117頁(yè)。大孔吸附樹脂解吸規(guī)律（1)水溶液用低級(jí)醇，酮或其水溶液解吸（a溶脹聚合物，b溶解吸附物，減弱溶質(zhì)與吸附劑間作用力）（2）弱酸性物質(zhì)用堿解吸（成鹽）（3）弱堿性物用酸解吸（成鹽）（4）高鹽吸附時(shí)用水解吸（降低離子強(qiáng)度，降低吸附量）（5）易揮發(fā)溶質(zhì)用熱水或蒸汽解吸當(dāng)前40頁(yè)，總共117頁(yè)。大孔吸附樹脂的應(yīng)用抗生素分離純化（再生容易、產(chǎn)品灰分少）β—內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、氨基糖貳類、肽類、博萊霉素類、含氮雜環(huán)類及其他新抗生素維生素的提取純化VB12，VB2，VC天然產(chǎn)物的分離生物堿，黃酮，多糖，苷類生化藥物酶、氨基酸、蛋白質(zhì)、肽，甾體當(dāng)前41頁(yè)，總共117頁(yè)。

大孔吸附樹脂廣泛應(yīng)用于制藥及天然植物中活性成分如皂甙、黃酮、內(nèi)脂、生物堿等大分子化合物的提取分離。對(duì)人參皂甙、三七皂甙、絞股蘭皂甙、薯蕷皂甙、甜菊皂甙、甘草甜素、銀杏黃酮內(nèi)脂，山楂黃酮、黃芪皂甙、橙皮甙、淫羊藿黃酮、大豆異黃酮、茶多酚、洋地黃強(qiáng)心甙、麻黃精粉、柚甙、毛冬青黃酮甙、紅豆杉生物堿、多種天然色素、中藥復(fù)方藥物提取等以及生物化學(xué)制品的凈化、分離、回收都有良好的效果。并在抗生素、維生素、氨基酸、蛋白質(zhì)提純、生化制藥方面有很廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前42頁(yè)，總共117頁(yè)。下圖比較了幾種吸附劑的脫水性能?；钚匝趸X的吸附容量在水蒸氣分壓高的范圍內(nèi)是較高的,而沸石分子篩在低水蒸氣分壓下具有較高的吸附容量。如果要求水蒸氣的脫除程度高,應(yīng)選擇分子篩吸附劑,而如果吸附容量更重要些,則選擇活性氧化鋁吸附劑。也可以采用混合吸附劑或兩種吸附劑串聯(lián)操作,例如首先用氧化鋁進(jìn)行原料中大部分水的脫除,之后用分子篩進(jìn)行深度干燥?；罨瘲l件分子篩:350℃,<1.3Pa活性氧化鋁:350℃,<1.3Pa硅膠:175℃,<1.3Pa當(dāng)前43頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前44頁(yè)，總共117頁(yè)。（１）孔徑適當(dāng)?shù)目讖接欣谌苜|(zhì)在孔隙中的擴(kuò)散，提高吸附容量和吸附操作速度（２）比表面積：每克吸附劑所具有的表面積孔徑越大，比表面積越小。比表面積越大，吸附量越大，反之，越小。

增加比表面積的方法：a.粉碎成小顆粒b.吸附劑的活化

吸附劑性能的評(píng)價(jià)當(dāng)前45頁(yè)，總共117頁(yè)。影響吸附過(guò)程的因素（1）吸附劑的特性（比表面積、粒度、極性大小、活化條件）（2）吸附物的性質(zhì)（極性大小、分子量）（3）吸附的條件

pH（對(duì)蛋白等兩性物質(zhì)在PI附近吸附量最大）溫度（對(duì)蛋白分子，一般認(rèn)為T↑吸附量↑，考慮到穩(wěn)定性,通常在0℃or室溫操作）

鹽濃度（影響復(fù)雜，阻止or促進(jìn)吸附）（4）吸附物濃度與吸附劑用量（吸附物濃度↑，吸附量↑，吸附法純化蛋白時(shí)，要求濃度<1%,以增強(qiáng)選擇性,吸附劑用量↑，吸附物總量↑，但過(guò)量吸附劑導(dǎo)致成本↑，選擇性↓）當(dāng)前46頁(yè)，總共117頁(yè)。再生：指在吸附劑本身結(jié)構(gòu)不發(fā)生或極少發(fā)生變化的情況下，用某種方法將被吸附的物質(zhì)，從吸附劑的細(xì)孔中除去，以達(dá)到能夠重復(fù)使用的目的。1）加熱再生法：分為高溫再生和低溫再生；一般采用高溫再生。2）脫水（活性炭與液體分離）－干燥（100－150度）－炭化（300－700度）－活化（用蒸汽）－冷卻3）藥劑再生法：酸堿、有機(jī)溶劑

4）化學(xué)氧化法：濕式氧化、臭氧

5）生物再生法：利用微生物作用

三、吸附劑的再生當(dāng)前47頁(yè)，總共117頁(yè)。

熱再生法是通過(guò)加熱的方法，使吸附質(zhì)從吸附劑上脫附出來(lái)，從而達(dá)到使吸附劑再生的目的，它是目前應(yīng)用最為廣泛的再生方法。實(shí)際生產(chǎn)中，熱再生法常以高溫水蒸氣或惰性氣體作為加熱介質(zhì)，使用時(shí)應(yīng)特別注意吸附劑的熱穩(wěn)定性。

熱再生法可分解多種吸附質(zhì)，且對(duì)吸附質(zhì)基本沒有選擇性，具有應(yīng)用范圍廣、再生效率高、再生時(shí)間短等特點(diǎn)，是目前吸附劑再生的主要方法。缺點(diǎn)是能耗、投資和運(yùn)行費(fèi)用較高。吸附劑的再生——熱再生法當(dāng)前48頁(yè)，總共117頁(yè)。溶劑再生法一般通過(guò)以下兩種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。

一是使加入的溶劑與吸附質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成易溶物質(zhì)，然后對(duì)吸附劑進(jìn)行洗滌即可達(dá)到再生目的。例如，處理過(guò)含酚廢水的活性炭，可用NaOH溶液進(jìn)行脫附，這是因?yàn)榛钚蕴克降姆涌膳c溶液中的NaOH發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成易溶的酚鈉，將活性炭用NaOH溶液多次洗滌后即可達(dá)到再生的目的。吸附劑的再生——溶劑再生法當(dāng)前49頁(yè)，總共117頁(yè)。

二是直接將吸附質(zhì)從吸附劑上置換出來(lái)，從而達(dá)到使吸附劑再生的目的。例如，與水溶液相比，當(dāng)分別采用甲醇、乙醇或丙酮作為溶劑時(shí)，活性炭對(duì)苯酚的平衡吸附量均顯著下降。因此，處理過(guò)含酚廢水的活性炭可以用甲醇、乙醇或丙酮為溶劑，使活性炭所吸附的部分苯酚脫附出來(lái)，從而達(dá)到使活性炭再生的目的。吸附劑的再生——溶劑再生法當(dāng)前50頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附劑的再生——溶劑再生法不同溶劑中，活性炭與苯酚之間的吸附平衡關(guān)系溶劑再生法適用于可逆吸附，常用于高濃度、低沸點(diǎn)有機(jī)廢水的處理。但溶劑再生法的針對(duì)性較強(qiáng)，往往一種溶劑只能脫附某些吸附質(zhì)，因而對(duì)于特定的溶劑，其應(yīng)用范圍較窄。當(dāng)前51頁(yè)，總共117頁(yè)。

生物再生法是利用微生物的作用，將吸附劑表面所吸附的有機(jī)物，氧化分解成CO2和H2O的過(guò)程。生物再生法設(shè)備和工藝均比較簡(jiǎn)單，因而投資和運(yùn)行費(fèi)用較低。但生物再生法對(duì)吸附質(zhì)具有一定選擇性，只能用于可生物降解的吸附質(zhì)。由于有機(jī)物氧化速度緩慢，故所需時(shí)間較長(zhǎng)。且在降解過(guò)程中一般不能將所有的有機(jī)物徹底分解成CO2和H2O，其中間產(chǎn)物仍殘留在活性炭上，積累于微孔中，多次循環(huán)后再生效率會(huì)明顯降低，因而限制了生物再生法的工業(yè)化應(yīng)用。吸附劑的再生——生物再生法當(dāng)前52頁(yè)，總共117頁(yè)。

氧化分解再生法是利用氧化劑將吸附劑表面所吸附的各種有機(jī)物氧化分解成小分子，從而達(dá)到使吸附劑再生的目的。常用的氧化劑有Cl2、KMnO4、O3、H2O2和空氣等，常用方法主要是濕式氧化法。此外，還有電化學(xué)再生法等。

濕式氧化法是在高溫和中壓的條件下，以氧氣或空氣作為氧化劑，將吸附劑表面所吸附的有機(jī)物氧化分解成小分子的一種再生方法，該法具有再生時(shí)間短，再生效率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于某些難降解的有機(jī)物，可能會(huì)產(chǎn)生毒性較大的中間產(chǎn)物。吸附劑的再生——氧化分解再生法當(dāng)前53頁(yè)，總共117頁(yè)。

電化學(xué)再生法也屬于氧化分解再生法，是一種新型的活性炭再生技術(shù)。該法是將活性炭填充于兩個(gè)電極之間，然后對(duì)電解液施加直流電場(chǎng)，使活性炭在電場(chǎng)作用下發(fā)生極化，一端成為陽(yáng)極，另一端成為陰極，在陰極和陽(yáng)極部位分別發(fā)生還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，從而使吸附于活性炭上的污染物大部分分解。該法操作方便且效率高、能耗低，其處理對(duì)象所受局限性較小，若處理工藝完善，可以避免二次污染。吸附劑的再生——氧化分解再生法當(dāng)前54頁(yè)，總共117頁(yè)。四、吸附平衡理論

一定條件下，流體（氣體或液體）與吸附劑接觸，流體中的吸附質(zhì)被吸附劑吸附，經(jīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間后，吸附質(zhì)在兩相中的含量不再改變，即吸附質(zhì)在流體和吸附劑上的分配達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，稱為吸附平衡。

相同條件下，流體中吸附質(zhì)的濃度高于平衡濃度時(shí)，吸附質(zhì)將被吸附；反之，流體中吸附質(zhì)濃度低于平衡濃度時(shí)，吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)將解吸進(jìn)入流體相，直到達(dá)到新的吸附平衡。可見，吸附平衡決定著吸附過(guò)程的方向和極限，是吸附過(guò)程的基本依據(jù)。當(dāng)前55頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附平衡的常用表示方法有兩種：（1）吸附質(zhì)在流體中的濃度（液體）或分壓（氣體）；（2）吸附劑上吸附的吸附質(zhì)的量，克（或摩爾）吸附質(zhì)／克（或表面積）吸附劑。當(dāng)前56頁(yè)，總共117頁(yè)。1.蘭繆爾（Langmuir）公式1）二個(gè)假設(shè)：吸附活性中心間各自獨(dú)立每一個(gè)吸附活性中心只吸附一個(gè)分子2）推導(dǎo)：

吸附速度=K1（m∞

－m)C,解吸速度=K2

m

當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，K1（m∞－m)C=K2m

m∞bCK1m=————其中b=—1+bCK2當(dāng)前57頁(yè)，總共117頁(yè)。m∞bC

m=————1+bC當(dāng)溶液濃度很稀時(shí)，1+bC≈1，m=m∞bC當(dāng)溶液濃度很高時(shí)，1+bC≈bC，m=m∞

當(dāng)溶液濃度適中時(shí)，

m=KC1/n其中n＞1

此為弗羅德利希（Freundlich）公式當(dāng)前58頁(yè)，總共117頁(yè)。

目前尚沒有成熟的理論來(lái)估計(jì)流體－固體之間的吸附平衡關(guān)系。因此，需要對(duì)特定的物系實(shí)驗(yàn)測(cè)定一定溫度下的吸附平衡數(shù)據(jù)，并繪制成吸附劑上吸附質(zhì)的吸附量與流體中吸附質(zhì)濃度或分壓的關(guān)系曲線，這種曲線稱為吸附等溫線。另外，在等壓情況下，表示吸附量和溫度的關(guān)系曲線稱為吸附等壓線；在等吸附容量情況下，表示溫度和壓力的關(guān)系曲線稱為吸附等容線。應(yīng)用最廣的是吸附等溫線。當(dāng)前59頁(yè)，總共117頁(yè)。由吸附等溫線可知,在同一溫度下,吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨氣相中吸附質(zhì)的分壓的升高而增加?？梢娫跍囟纫欢〞r(shí),加壓有利于吸附質(zhì)的吸附,降壓有利于吸附質(zhì)的解吸。當(dāng)前60頁(yè)，總共117頁(yè)。純組分氣體吸附平衡Brunauer的五種類型的純氣體物理吸附等溫線當(dāng)前61頁(yè)，總共117頁(yè)。Langmuir吸附等溫線(I型)假設(shè)表面處處均一(所有吸附位點(diǎn)在能量上完全相同)單分子層吸附(沒有多層吸附)被吸附到吸附劑上的分子之間沒有相互作用Inadp/p0pQ當(dāng)前62頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前63頁(yè)，總共117頁(yè)。五、吸附動(dòng)力學(xué)與傳質(zhì)(1)吸附機(jī)理

吸附質(zhì)在吸附劑多孔表面上被吸附的過(guò)程分為下列三步：

1)吸附質(zhì)從流體主體通過(guò)分子與對(duì)流擴(kuò)散穿過(guò)薄膜或邊界層傳遞到吸附劑的外表面，稱之為外擴(kuò)散過(guò)程。

2)吸附質(zhì)通過(guò)孔擴(kuò)散從吸附劑的外表面?zhèn)鬟f到微孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面，稱為內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程。

3)吸附質(zhì)沿孔的表面進(jìn)行擴(kuò)散，被吸附在孔表面上。當(dāng)前64頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附機(jī)理當(dāng)前65頁(yè)，總共117頁(yè)。

整個(gè)吸附傳質(zhì)過(guò)程的速率由上述三個(gè)串聯(lián)過(guò)程的速率共同決定。一般情況下，表面吸附速度很快，該過(guò)程幾乎可在瞬間完成，因此整個(gè)吸附傳質(zhì)過(guò)程的速率主要由外擴(kuò)散或內(nèi)擴(kuò)散來(lái)控制。吸附傳質(zhì)原理當(dāng)前66頁(yè)，總共117頁(yè)。

吸附速率可用單位質(zhì)量的吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的吸附質(zhì)的量來(lái)表示。

在吸附過(guò)程中，若內(nèi)擴(kuò)散的傳質(zhì)速度很快，則傳質(zhì)阻力主要集中于外擴(kuò)散，吸附過(guò)程為外擴(kuò)散控制。反之，若外擴(kuò)散的傳質(zhì)速度很快，則傳質(zhì)阻力主要集中于內(nèi)擴(kuò)散，吸附過(guò)程為內(nèi)擴(kuò)散控制。吸附速率當(dāng)前67頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附解吸多孔吸附劑中流體的濃度分布和溫度分布當(dāng)前68頁(yè)，總共117頁(yè)。外擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程吸附質(zhì)從流體主體對(duì)流擴(kuò)散到吸附劑顆粒外表面的傳質(zhì)速率方程為：相應(yīng)的傳熱方程為：當(dāng)前69頁(yè)，總共117頁(yè)。內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程吸附質(zhì)在微孔中的擴(kuò)散有兩種形式-沿孔截面的擴(kuò)散和沿孔表面的表面擴(kuò)散。前者根據(jù)孔徑和吸附分子平均自由程之間大小的關(guān)系又有三種情況：分子擴(kuò)散、紐特遜擴(kuò)散和介于這兩種情況之間的擴(kuò)散。當(dāng)微孔表面吸附有吸附質(zhì)時(shí)，沿孔口向里的表面上存在著吸附質(zhì)的濃度梯度，吸附質(zhì)可以沿孔表面向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，稱為表面擴(kuò)散。在吸附劑顆粒的微孔中進(jìn)行傳質(zhì)的數(shù)學(xué)模型很類似于在多孔催化劑顆粒中的催化反應(yīng)。(略)當(dāng)前70頁(yè)，總共117頁(yè)。六、吸附分離過(guò)程

根據(jù)待分離物系中各組分的性質(zhì)和過(guò)程的分離要求(如純度、回收率、能耗等)，在選擇適當(dāng)?shù)奈絼┖徒馕鼊┗A(chǔ)上，采用相應(yīng)的工藝過(guò)程和設(shè)備。常用的吸附分離設(shè)備有：

吸附攪拌釜固定床吸附器移動(dòng)床流化床當(dāng)前71頁(yè)，總共117頁(yè)。工業(yè)吸附過(guò)程通常包括兩個(gè)步驟:①、將流體與吸附劑接觸,吸附質(zhì)被吸附劑吸附后與其他流體分開,此過(guò)程為吸附操作;②、吸附質(zhì)從吸附劑上解吸出來(lái),使吸附劑得到再生。若吸附劑不需再生,則此步驟改為吸附劑的更新。當(dāng)前72頁(yè)，總共117頁(yè)。接觸過(guò)濾式吸附過(guò)程一般在帶有攪拌器的吸附槽中進(jìn)行。操作時(shí)，首先將原料液加入吸附槽，然后在攪拌狀態(tài)下加入吸附劑。在攪拌器的作用下，槽內(nèi)液體呈強(qiáng)烈湍動(dòng)狀態(tài)，而吸附質(zhì)則懸浮于溶液中。當(dāng)吸附過(guò)程接近吸附平衡時(shí)，通過(guò)過(guò)濾裝置將吸附劑從溶液中分離出來(lái)。接觸過(guò)濾式吸附過(guò)程屬間歇操作過(guò)程，常用于溶質(zhì)的吸附能力很強(qiáng)，且溶液的濃度很低的吸附過(guò)程，以回收其中少量的溶解物質(zhì)或除去某些雜質(zhì)等。（一）槽式攪拌吸附—接觸過(guò)濾式當(dāng)前73頁(yè)，總共117頁(yè)。槽式攪拌吸附

槽式吸附操作適用于外擴(kuò)散控制的吸附傳質(zhì)過(guò)程。使用攪拌使溶液呈湍流狀態(tài)，顆粒外表面的膜阻力較少。用于液體的精制，如脫水、脫色和脫臭等。

吸附劑用量S確定:物料平衡吸附相平衡L：一批投入的液體量l，co、c：分別為液體中開始和終止時(shí)吸附質(zhì)的濃度kg/l,S：所需投入的平衡吸附劑量，kg。

CoCt=0t=t當(dāng)前74頁(yè)，總共117頁(yè)。固定床吸附過(guò)程是最為典型的吸附過(guò)程之一，在制藥化工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。將顆粒狀的吸附劑以一定的填充方式充滿圓筒形容器，即構(gòu)成固定床，操作時(shí)，含有吸附質(zhì)的液體或氣體以一定的流速流過(guò)吸附劑床層，進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附。當(dāng)床層內(nèi)的吸附劑接近或達(dá)到飽和時(shí)，吸附過(guò)程停止，隨后對(duì)床層內(nèi)的吸附劑進(jìn)行再生，再生完成后，即可進(jìn)行下一循環(huán)的吸附操作?？梢?，固定床吸附過(guò)程也是一種間歇操作過(guò)程。（二）固定床吸附當(dāng)前75頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)含吸附質(zhì)的流體自上而下連續(xù)流過(guò)床層時(shí)，其中的吸附質(zhì)被吸附劑所吸附。若吸附過(guò)程不存在傳質(zhì)阻力，則吸附速度為無(wú)限大，因而進(jìn)入床層的吸附質(zhì)可在瞬間被吸附劑所吸附，此時(shí)床層內(nèi)的吸附質(zhì)象活塞一樣向下移動(dòng)。吸附過(guò)程——固定床圖10-6固定床吸附器1-壓圈；2-吸附劑；3-筒體；4-支承板當(dāng)前76頁(yè)，總共117頁(yè)。由于實(shí)際吸附過(guò)程存在傳質(zhì)阻力，因而吸附平衡不可能瞬間達(dá)成，此時(shí)將在床層的入口處形成如圖10-7(a)所示的傳質(zhì)區(qū)。在吸附傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，吸附質(zhì)濃度由初始濃度C0沿流動(dòng)方向逐漸下降。吸附過(guò)程傳質(zhì)區(qū)又稱為吸附前沿，所占的床層高度又稱為傳質(zhì)區(qū)高度。傳質(zhì)區(qū)以下的區(qū)域?yàn)樾迈r的吸附劑，稱為未用區(qū)。吸附過(guò)程——固定床當(dāng)前77頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附過(guò)程——固定床（a）（b）（c）（d）圖10-7固定床吸附過(guò)程示意圖當(dāng)前78頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)流體連續(xù)流過(guò)床層時(shí)，某時(shí)刻床層內(nèi)的吸附質(zhì)濃度沿床層高度變化的曲線，稱為吸附負(fù)荷曲線，如圖10-8所示。吸附過(guò)程——固定床圖10-8吸附負(fù)荷曲線當(dāng)前79頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附器出口流體中的吸附質(zhì)濃度隨時(shí)間而變化的曲線稱為透過(guò)曲線，如圖10-9所示。吸附過(guò)程——固定床圖10-9固定床吸附器的透過(guò)曲線當(dāng)前80頁(yè)，總共117頁(yè)。傳質(zhì)區(qū)形成之后，將沿流體的流動(dòng)方向不斷下移。由于吸附劑不斷地吸附，床層上部的一段吸附劑將達(dá)到飽和，即吸附過(guò)程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，整個(gè)固定床吸附器自上而下被分為三個(gè)區(qū)域，即上部的飽和區(qū)、中部的傳質(zhì)區(qū)和下部的未用區(qū)，如圖10-7(b)所示。傳質(zhì)區(qū)形成后，若流體的流速保持不變，則傳質(zhì)區(qū)將以恒定的速度向前推進(jìn)，且高度亦保持不變，如圖10-10所示。吸附過(guò)程——固定床當(dāng)前81頁(yè)，總共117頁(yè)。

吸附過(guò)程——固定床圖10-10固定床內(nèi)傳質(zhì)區(qū)的移動(dòng)當(dāng)前82頁(yè)，總共117頁(yè)。隨著吸附過(guò)程的進(jìn)行，傳質(zhì)區(qū)將不斷向前移動(dòng)，因而飽和區(qū)將逐漸擴(kuò)大，未用區(qū)將逐漸縮小。經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，傳質(zhì)區(qū)的前端將到達(dá)床層的出口，此時(shí)出口流體中的吸附質(zhì)濃度開始突然上升，該點(diǎn)稱為穿透點(diǎn)，如圖10-9中的B點(diǎn)所示。穿透點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的吸附質(zhì)濃度和吸附時(shí)間分別稱為穿透濃度和穿透時(shí)間。隨著時(shí)間的推移，出口流體中的吸附質(zhì)濃度不斷上升，直至與進(jìn)口流體中的濃度完全相同。此時(shí)，傳質(zhì)區(qū)離開床層，整個(gè)床層均成為飽和區(qū)，已失去吸附能力，需進(jìn)行再生操作。吸附過(guò)程——固定床當(dāng)前83頁(yè)，總共117頁(yè)。固定床吸附是吸附分離操作中常采用的設(shè)備.固定床吸附設(shè)備當(dāng)前84頁(yè)，總共117頁(yè)。

在廢水處理中常用固定床吸附裝置。其構(gòu)造與快濾池大致相同。吸附劑填充在裝置內(nèi)，吸附時(shí)固定不動(dòng)，水流穿過(guò)吸附劑層。根據(jù)水流方向可分為升流式和降流式兩種。

降流式固定床吸附出水水質(zhì)好，但損失較大，特別在處理含懸浮物較多的污水時(shí)，需定期進(jìn)行反沖洗，有時(shí)還需在吸附劑層上部設(shè)表面沖洗設(shè)備。

當(dāng)前85頁(yè)，總共117頁(yè)。固定床吸附操作穿透曲線：吸附過(guò)程中吸附塔出口溶質(zhì)濃度的變化曲線。穿透點(diǎn)：出口處溶質(zhì)濃度開始上升的點(diǎn)稱為穿透點(diǎn)。穿透時(shí)間：達(dá)到穿透點(diǎn)所用的操作時(shí)間。當(dāng)前86頁(yè)，總共117頁(yè)。吸附帶(濃度波):吸附柱中液相(或固相)溶質(zhì)濃度從c0(或q0)到0的分布區(qū)域.傳質(zhì)區(qū):吸附帶內(nèi)溶質(zhì)濃度不斷變化,液固之間尚未達(dá)到吸附平衡,存在傳質(zhì)現(xiàn)象,吸附帶所覆蓋的區(qū)域.當(dāng)前87頁(yè)，總共117頁(yè)。固定床吸附過(guò)程一、固定床吸附器右圖是典型的兩個(gè)吸附器輪流操作的流程圖。它是一個(gè)原料氣的干燥過(guò)程，當(dāng)干燥器A在操作時(shí)，原料氣由下方通入(通干燥器B的閥關(guān)閉)，經(jīng)干燥后的原料氣從頂部出口排出。與此同時(shí)，干燥器B處于再生階段。再生用氣體經(jīng)加熱器加熱至要求的溫度。從頂部進(jìn)入干燥器B(通干燥器A的閥關(guān)閉)，再生氣攜帶從吸附劑上脫附的水分從干燥器底部排出，經(jīng)冷卻器使再生氣降溫，水氣結(jié)成水分離出去，再生氣可循環(huán)使用。固定床吸附器流程示意圖當(dāng)前88頁(yè)，總共117頁(yè)。二、固定床吸附器的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法1、吸附劑用量2、D、H三、吸附負(fù)荷曲線和透過(guò)曲線吸附負(fù)荷曲線與穿透曲線成鏡面相似，即從穿透曲線的形狀可以推知吸附負(fù)荷曲線。對(duì)吸附速度高而吸附傳質(zhì)區(qū)短的吸附過(guò)程，其吸附荷曲線與穿透曲線均陡些。當(dāng)前89頁(yè)，總共117頁(yè)。橫坐標(biāo)：床層距進(jìn)口操作時(shí)間端的距離縱坐標(biāo)：床層吸附劑流出物中吸附的負(fù)荷質(zhì)的濃度吸附操作分析分析吸附劑分析流出物吸附負(fù)荷線透過(guò)曲線xzcdba(1)利用率(2)阻力=0，速率=無(wú)窮大，傳質(zhì)速率阻力利用率達(dá)到破點(diǎn)的時(shí)間當(dāng)前90頁(yè)，總共117頁(yè)。（1）固定床吸附器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，吸附劑磨損少。（2）固定床吸附器的缺點(diǎn)是：

間歇操作，吸附和再生兩過(guò)程必須周期性更換，這樣不但需有備用設(shè)備，而且要較多的進(jìn)、出口閥門，操作十分麻煩，為大型化，自動(dòng)化帶來(lái)困難。即使實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化，控制的程序也是比較復(fù)雜的。

其次，在吸附器內(nèi)為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，床層要有一定的富余，需要放置多于實(shí)際需要的吸附劑，使吸附劑耗用量增加。

除此之外，再生時(shí)需加熱升溫，吸附時(shí)放出吸附熱，不但熱量不能利用，而且由于靜止的吸附床層導(dǎo)熱性差，對(duì)床層的熱量輸入和導(dǎo)出均不容易，因此容易出現(xiàn)床層局部過(guò)熱現(xiàn)象而影響吸附。加熱再生后還需冷卻也延長(zhǎng)了再生時(shí)間。固定床吸附器的特點(diǎn)是：非定態(tài)傳質(zhì)過(guò)程。當(dāng)前91頁(yè)，總共117頁(yè)。固定床吸附操作—多柱串聯(lián)吸附操作1234料液洗脫液再生吸附質(zhì)(a)1234料液洗脫液再生吸附質(zhì)(b)1234料液洗脫液再生吸附質(zhì)(c)操作順序:(a)(b)(c)當(dāng)前92頁(yè)，總共117頁(yè)。多柱串聯(lián)固定床吸附操作的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):─整個(gè)進(jìn)料過(guò)程中進(jìn)料(吸附)從未間斷,屬于半連續(xù)操作─流體流動(dòng)更接近平推流,反混小,吸附效率高缺點(diǎn):─無(wú)法處理含顆粒的料液，因會(huì)堵塞床層，造成壓力降增大而最終使操作無(wú)法進(jìn)行。當(dāng)前93頁(yè)，總共117頁(yè)。（三）移動(dòng)床吸附固體吸附劑在塔內(nèi)自上而下移動(dòng),到塔底出去后經(jīng)塔外提升器提升至塔頂循環(huán)使用。液體用泵壓送,在塔內(nèi)自下而上流動(dòng),與固體物料逆流接觸。移動(dòng)床較固定床能充分利用床層吸附容量，出水水質(zhì)良好，且水頭損失較小。由于料液從塔底進(jìn)入，水中夾帶的懸浮物隨飽和炭排出，因而不需要反沖洗設(shè)備，對(duì)料液預(yù)處理要求較低，操作管理方便。目前較大規(guī)模廢水處理時(shí)多采用這種操作方式。

當(dāng)前94頁(yè)，總共117頁(yè)。移動(dòng)床吸附理論

固定床吸附分離設(shè)備是間歇操作，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作易于掌握，有一定的可靠性，常被中、小型生產(chǎn)裝置所采用。但固定床切換頻繁，是不穩(wěn)定操作，產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)受到一定影響，而且生產(chǎn)能力小，吸附劑用量大，因此，如何使間歇操作過(guò)渡到連續(xù)操作，以便大型化及自動(dòng)化，成為化工生產(chǎn)的方向。

移動(dòng)吸附床中流體或固體可以連續(xù)而均勻地在移動(dòng)床吸附器中移動(dòng)，穩(wěn)定地輸入和輸出。同時(shí)使流體與固體兩相接觸良好，不致發(fā)生局部不均勻的現(xiàn)象。在移動(dòng)床吸附器中，由于固體吸附劑連續(xù)運(yùn)動(dòng)，使流體及吸附劑兩相均以恒定的速度通過(guò)設(shè)備，任一斷面上的組成都不隨時(shí)間而變，即操作是連續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)。為了達(dá)到許多理論級(jí)的分離，故采用逆流操作。因?yàn)槿绻捎脙上嗖⒘?，則最好的結(jié)果只能是流出的兩股流體之間達(dá)到平衡，只相當(dāng)于一個(gè)理論級(jí)。缺點(diǎn)：吸附劑的磨損;固相出口易堵塞，固相的移動(dòng)操作有一定難度。當(dāng)前95頁(yè)，總共117頁(yè)。模擬移動(dòng)床（simulatedmovingbed,SMB）

固相本身不移動(dòng)，而是通過(guò)移動(dòng)切換液相（料液和洗脫液）的入口和出口，從而產(chǎn)生移動(dòng)床的分離效果，使液固逆流接觸的吸附分離方法。

這種設(shè)備的分離效率和生產(chǎn)能力高于固定床吸附設(shè)備，又避免了移動(dòng)床吸附劑磨損、粉塵堵塞和溝流現(xiàn)象。基于模擬移動(dòng)床原理當(dāng)前96頁(yè)，總共117頁(yè)。料液從床層中部連續(xù)輸入固相自下向上移動(dòng)吸附質(zhì)連續(xù)排出非吸附質(zhì)連續(xù)排出吸附質(zhì)洗脫回收和吸附劑再生段由12個(gè)固定床構(gòu)成的模擬移動(dòng)床某一時(shí)刻的操作狀態(tài)b1以后的操作狀態(tài)從b1到b2液相的入口和出口分別向下移動(dòng)一個(gè)床位,相當(dāng)于液相的入\出口不變,而固相向上移動(dòng)一個(gè)床位,形成液固逆流接觸操作當(dāng)前97頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前98頁(yè)，總共117頁(yè)。模擬移動(dòng)床當(dāng)前99頁(yè)，總共117頁(yè)。（四）流化床吸附流化床操作控制要求高，為防止吸附劑全塔混層，以充分利用吸附容量并保證處理效果，塔內(nèi)吸附劑采用分層流化。所需層數(shù)根據(jù)吸附劑的靜活性、原水水質(zhì)水量等決定。

流化床：使流體自下而上流動(dòng)，流體的流速控制在一定的范圍，保證吸附劑顆粒被托起，但不被帶出，處于流態(tài)化狀態(tài)進(jìn)行的吸附操作。

生產(chǎn)能力大，但吸附劑顆粒磨損程度嚴(yán)重，操作范圍變窄。當(dāng)前100頁(yè)，總共117頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)壓降小，可處理高粘度或含固體微粒的粗料液。無(wú)需特殊的吸附劑，設(shè)備操作簡(jiǎn)便。易連續(xù)化。缺點(diǎn)床內(nèi)固相和液相的返混劇烈，特別是高徑比較小的流化床。使床層理論塔板數(shù)降低,吸附劑利用效率降低(遠(yuǎn)低于固定床和膨脹床)。流化床吸附操作的特點(diǎn)當(dāng)前101頁(yè)，總共117頁(yè)。流化床－移動(dòng)床聯(lián)合吸附操作

當(dāng)前102頁(yè)，總共117頁(yè)。（五）膨脹床吸附膨脹床是液固相返混程度較低的液固流化床，是一種特殊形式的流化床，兼具固定床和流化床的優(yōu)點(diǎn),并避免二者的缺陷。膨脹床是發(fā)展中的吸附分離技術(shù)．在蛋白質(zhì)類生物大分子的單步純化分離過(guò)程有著誘人的開發(fā)潛力．當(dāng)前103頁(yè)，總共117頁(yè)。兼有固定床和流化床的優(yōu)點(diǎn)。流化的固相介質(zhì)基本可以懸浮在床內(nèi)的固定位置，流體流動(dòng)狀態(tài)以平推流的方式流經(jīng)床層。液固兩相軸向混合程度較低,目標(biāo)物的吸附效率高。集料液澄清、目標(biāo)產(chǎn)物濃縮和分離純化為一體的生物集成分離技術(shù)。特點(diǎn)固相分級(jí)特性

膨脹床中固相介質(zhì)按各自終端速率的不同，沿膨脹床的軸向方向出現(xiàn)一定的分布。終端速度大(或高密度)的大粒子主要集中在床層的底部，終端速度小的小粒徑粒子主要集中在床層的頂部。這種規(guī)律性分級(jí)是固定床穩(wěn)定的基礎(chǔ)。當(dāng)前104頁(yè)，總共117頁(yè)。膨脹床吸附操作的優(yōu)點(diǎn)

─與流化床相比,液固相反混程度較低,吸附效率較高。

─與固定床相比,床層空隙率高,可使菌體細(xì)胞或細(xì)胞碎片自由通過(guò).可直接處理菌體發(fā)酵液或細(xì)胞勻漿液。膨脹床吸附操作集料液澄清，目標(biāo)產(chǎn)物濃縮和分離純化為一體，可節(jié)省離心或過(guò)濾等預(yù)處理過(guò)程，提高目標(biāo)產(chǎn)物收率，降低分離純化過(guò)程成本。

當(dāng)前105頁(yè)，總共117頁(yè)。膨脹床吸附介質(zhì)磁性粒子具有一定的密度分布和粒徑分布的吸附劑固定床吸附介質(zhì)應(yīng)滿足:1.吸附劑的尺寸和密度應(yīng)保證其終端速率與料液中需除去的固形顆粒間有明顯的差異.2.應(yīng)具有良好的孔道結(jié)構(gòu),不易被料液中的脂類,核酸和蛋白質(zhì)等生物物質(zhì)污染.3.應(yīng)具有活性基團(tuán),可以修飾吸附目標(biāo)產(chǎn)物的配基,并對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物具有較高的吸附容量.4.具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的機(jī)械強(qiáng)度,保證其可以承受苛刻的原位清洗,使用壽命長(zhǎng).5.具有良好的傳質(zhì)性能,在較高的流速下,可以保持較高的吸附容量.發(fā)展趨勢(shì):高密度,小粒徑介質(zhì)當(dāng)前106頁(yè)，總共117頁(yè)。當(dāng)前107頁(yè)，總共117頁(yè)。膨脹床設(shè)備流體分布器:保證床截面的流速分布均勻,減少溝流等不規(guī)則流動(dòng);保證料液中固形粒子自由通過(guò),并對(duì)吸附劑有截流作用;高度調(diào)節(jié)器：可調(diào)節(jié)床層高度，料液從床底以一定流速(>吸附劑最小流化速率)流入時(shí)，吸附劑床層膨脹，調(diào)節(jié)器上升。膨脹床柱:當(dāng)前108頁(yè)，總共117頁(yè)。膨脹床