制藥分離工程第九章 吸附

第九章吸附分離一、問題的引出精餾過程為多次部分氣化、部分冷凝過程，塔頂有冷凝器，塔釜有再沸器，大量的能量損失于塔頂冷凝器中。如何尋找節(jié)能方法？開發(fā)出：1.吸著分離過程（吸附、離子交換、色譜分離）；

2.超臨界萃??；

3.膜分離。二、吸附原理：吸附過程

:當流體與多孔固體接觸時,流動相中的一種或多種溶質(zhì)向多孔固體顆粒表面選擇性被吸附和積累的過程。吸附操作：用多孔固體有選擇地吸附流體中的一個或幾個組分，從而使混合物分離的操作方法。它是分離和純化氣體和液體混合物的重要單元操作之一。吸附質(zhì)和吸附劑(adsorbate-adsorbent）：在固體表面被吸附的組分稱吸附質(zhì)，多孔固體稱為吸附劑，具有很大比表面積的多孔結構。固體：吸附劑流體：被分離物，氣體或液體中的分子、原子或離子。解吸：吸附的逆過程

什么是吸附？吸附過程通常包括：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)解吸回收等四個過程。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吸附法特點

1）從稀溶液中分離出溶質(zhì)，由于受固體吸附劑的限制，處理能力較?。?）操作條件溫和，對溶質(zhì)的作用較小，適用于熱敏性物質(zhì)的分離，如蛋白質(zhì)分離；3）吸附是自發(fā)過程，吸附時放出熱量。4)溶質(zhì)和吸附劑間的吸附平衡關系通常是非線性關系。第二節(jié)吸附分離原理9.2.1吸附過程分類9.2.2常用吸附劑9.2.3吸附平衡9.2.4吸附速率返回9.2.1吸附過程一、吸附原理

由吸附質(zhì)單個原子、離子和分子與固體表面之間存在有相互作用力，氣體和液體有著吸著于固體的趨勢，通常形成單分子層，有時也形成多分子層。——吸附現(xiàn)象

選擇性吸附繼而再生是分離氣體或液體混合物的基礎。大多數(shù)情況下，吸附劑對吸附質(zhì)的親和力比原子之間的共價鍵要弱，所以吸附是可逆的。隨溫度的升高或被吸附質(zhì)分壓的降低，吸附質(zhì)被解吸。吸附的鍵能吸附劑/吸附質(zhì)之間的親和力可用于選擇性分離（如右圖），吸附過程需要一個適合的鍵能范圍。如果鍵強度太弱，則幾乎沒有物質(zhì)被吸附，如果鍵能太強，則解吸困難。1）物理吸附（范德華吸附）：吸附質(zhì)和吸附劑以分子間作用力為主的吸附。物理吸附分離在原理上有四種類型：選擇性吸附、分子篩效應、微孔的擴散和微孔中的凝聚。2）化學吸附：吸附質(zhì)和吸附劑分子間的化學鍵作用力所引起的吸附。其結合力大，放熱量與化學反應熱數(shù)量級相當，過程往往不可逆?；瘜W吸附在催化中起重要作用，分離過程中較少使用。

2.常見的吸附類型及其主要特點物理吸附與化學吸附的比較3．三類吸附過程

1）變溫吸附。吸附通常在室溫下進行，而解吸在直接或間接加熱吸附劑的條件下完成，利用溫度的變化實現(xiàn)吸附和解吸再生循環(huán)操作。2）變壓吸附。在較高壓力下選擇性吸附氣體混合物中的某些組分，然后降低壓力使吸附劑解吸，利用壓力的變化完成循環(huán)操作。

3）變濃度吸附。液體混合物中的某些組分在環(huán)境條件下選擇性的吸附，然后用少量強吸附性液體解吸再生。

4.吸附應用

1）氣體或液體的脫水及深度干燥。

2）氣體或溶液的脫臭、脫色及有機溶劑蒸氣的回收。3）氣體中痕量物質(zhì)的吸附分離，如純氮、純氧的制取。4）分離某些精餾難以分離的物系，如烷烴、烯烴、芳香烴餾分的分離。5）廢氣和廢水的處理。4.吸附應用9.2.2吸附劑

活性碳沸石分子篩吸附劑硅膠活性氧化鋁吸附劑的主要特征：

1.多孔結構；

2.較大的比表面積選擇性吸附是吸附劑的關鍵性質(zhì)。根據(jù)吸附劑表面的選擇性，吸附劑又分為：

1.疏水吸附劑；

2.親水吸附劑影響吸附劑性能的主要因素：

1.化學組成；

2.制造方法1.硅膠－極性吸附劑硅膠的化學通式為：SiO2·nH2O。用硅酸鈉與無機酸反應生成硅酸，其聚合物在適宜的條件下聚合、縮合而成為硅氧四面體的多聚物，經(jīng)聚集、洗鹽、脫水而成為硅膠。在制造過程中通過控制膠團的尺寸和堆積的配位數(shù)，可以控制硅膠的孔容、孔徑和比表面積。硅膠處于高親水和高疏水的中間狀態(tài)，常用于各種氣體脫水，也用于烴類分離。2.活性氧化鋁——極性吸附劑活性氧化率的化學通式為：Al2O3·nH2O用無機酸的鋁鹽與堿反應生成氫氧化鋁的溶膠，然后轉變?yōu)槟z，經(jīng)過灼燒脫水而得?；钚匝趸X的表面活性中心是羥基和路易斯酸中心，極性強，對水具有很高的親和作用，廣泛用于脫除氣體中的水分。3.活性碳——非極性吸附劑活性碳是碳質(zhì)吸附劑的總稱。各種含碳有機物均可以制造活性碳，活性碳的制造主要有兩步：

1碳化；2活化?；钚蕴烤哂蟹菢O性表面。為疏水親有機物的吸附劑；它具有性能穩(wěn)定、抗腐蝕、吸附容量大、解吸容易及再生性能好的優(yōu)點。廣泛用于：脫除水中有機物；水溶液中的色素等。4.分子篩：分子篩有天然和合成分子篩。每一種沸石分子篩都具有特定的均一孔徑，它因原料的配比、組成和制造方法不同而不同，通過改變這些因素可以制造出各種孔徑和形狀的沸石分子篩。9.2.3吸附平衡吸附平衡：在一定條件下，當流體（氣體或液體）與固體吸附劑接觸時，流體中的吸附質(zhì)將被吸附，經(jīng)過足夠長的時間，吸附質(zhì)在兩相中的濃度不再變化，達到吸附平衡。吸附平衡關系決定了吸附過程的方向和極限，是吸附過程的基本依據(jù)。吸附平衡關系通常用等溫下吸附劑中吸附質(zhì)的含量與流體相中吸附質(zhì)的濃度或分壓間的關系表示（等溫曲線）。9.2.4吸附速率

當含有吸附質(zhì)的流體與吸附劑接觸時，將進行吸附過程。吸附速率：單位時間內(nèi)被吸附的吸附質(zhì)的量.

——是吸附過程設計和操作的重要參數(shù)。一、吸附機理吸附質(zhì)在吸附劑的多孔表面上的吸附過程分四步：1.吸附質(zhì)由流體主體通過分子擴散與對流擴散穿過薄膜或邊界層傳遞到吸附劑外表面，稱為外擴散過程。2.吸附質(zhì)通過孔擴散從吸附劑的外表面?zhèn)鬟f到微孔結構的內(nèi)表面，稱微內(nèi)擴散過程。3.吸附質(zhì)沿孔表面的表面擴散。4.吸附質(zhì)被吸附在孔表面上。

對于化學吸附：吸附質(zhì)與吸附劑之間有健的形成，第四步可能