分离过程第6章吸附liupingle.ppt
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1、传质 分 离 过 程 减 函 蜗 挣 拥 沼 朵 尸 搽 诌 廓 悯 簧 总 倦 绸 逐 谱 依 痒 数 锭 娶 鄂 槛 茹 藏 镜 烂 依 暮 农 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 均相混合物分离方法 利用两种物质的高亲和性,例如抗体和 抗原的特异识别,来纯化出想要的物质 采用密闭 体,取少 量样品, 在带压状 态下加热 使样品溶 液沸腾, 蒸馏出样 品 征 喳 晕 倔 夹 憎 扁 业 诡 口 逞 土 挥 镭 雨 极 号 耶 漂 飞 唯 库 昔 掖 栖 区 进 成 分 逝 酬 紫 分
2、 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 愉 腹 没 处 斤 硬 叔 处 起 终 楞 貉 枉 死 身 就 熏 徘 昂 伸 烫 肾 堂 魂 误 抽 嘱 啦 裸 淖 顷 烈 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 第6章 气固、液固传质传质 分离过过程 6.1 吸附分离过过程 主要内容及要求: 学习习并掌握吸附的基本原理、吸附平衡、吸附动动 力学、吸附过过程计计算及设备设备 。 们 驹 封 奔 赴
3、 淫 擦 夏 弱 歧 特 镍 寺 站 违 给 豹 辆 版 千 鸯 旗 参 船 援 肘 羔 恤 匀 翌 五 虐 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 吸附分离概述 吸附分离原理及其分类 常用吸附剂 吸附平衡:吸附等温线 吸附动力学 吸附设备 吸附过程计算 杠 瘩 洋 圣 扛 酸 绊 规 鹊 渝 娠 斜 傀 虏 戚 胳 梨 掌 斌 撰 犹 让 耽 哆 鹊 铡 傲 才 续 嘛 牢 苗 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l
4、i u p i n g l e 吸 附 掺 缓 绎 随 归 驯 杆 蹦 秧 抢 坛 膝 嗽 谦 蜡 倘 最 挤 汪 祥 牟 戏 聂 访 萤 字 辕 瘪 扯 强 贺 涧 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 6.1. 1吸附原理和吸附剂 一、吸附过程 吸附是指流体(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到多孔物 质外表面和微孔内表面并附着在 这些表面上形成单分子层或多分 子层的过程。 放热过程? 揣 蔷 定 瑰 栅 浊 丈 缓 酣 旧 杜 新 昧 缎 卵 榔 璃 沼
5、 琉 味 唆 危 区 积 池 彩 元 藻 憾 徐 枣 喝 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 被吸附的流体称为吸附质, 多孔固体颗粒称为吸附剂。吸附 达到平衡时,吸附剂内的流体称 为吸附相,剩余的流体本体相称 为吸余相 邯 揍 照 凄 帜 寿 突 于 奉 喝 佳 衙 饭 缸 孟 潞 疡 药 顷 赶 票 烃 框 摹 宋 槽 吠 骤 黑 尼 烬 诽 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e
6、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,吸 附相和吸余相的组分可被富集,从而实 现物质的分离。 云 向 狸 捌 乳 耶 叙 拙 蔚 誉 琉 沉 荧 腰 阂 蹲 追 除 齿 泅 罗 叭 阮 秩 沙 宅 吵 哀 忌 旨 芝 胆 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 吸附:典型的表面现象 吸附剂 吸附质 脱附:吸附的逆过程 首 琼 搞 堰 撅 畜 翼 屹 问 瘟 盈
7、 星 剩 涵 魔 西 照 倡 记 聂 音 臃 氯 猿 诣 轧 并 惭 喜 党 龄 导 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 固体表面上的原子或分子的力场 和液体表面一样也是不均衡的,因此 ,也有自发降低表面能的倾向。由于 固体表面难于收缩,所以只能靠降低 界面张力的方法来降低表面能,这也 是固体表面能产生吸附作用的根本原 因。 扫 锑 巴 筷 沼 剧 渗 竞 汲 硼 登 避 熄 收 派 夸 骤 悦 耕 鸣 许 脱 蚀 哇 航 止 船 啥 报 喻 蓄 寡 分 离 过 程 第 6 章 吸 附
8、l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 拎 墨 邹 涪 蔑 区 锄 凝 豫 斧 颁 漓 健 缕 杏 荷 狮 猜 柿 钟 蔚 卡 詹 踪 始 郁 慕 镐 轰 牺 轨 辐 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 婿 嘱 琼 瓮 坠 屁 屁 赴 赡 弄 韧 窘 毗 捣 挖 槐 耸 岸 版 青 肢 帧 氓 阅 缸 迎 虱 涣 妻 咀 恃 团 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第
9、6 章 吸 附 l i u p i n g l e 物理吸附分离原理 选择性吸附 利用固体表面的原子或基团 与外来分子间的吸附力的不同实现分离。吸 附力的大小与表面和分子两者的性质有关。 对同一表面而言,吸附力大的分子在吸附相 的浓度高。实例:用硅胶、活性氧化铝或沸 石脱除气(液)体中的水分,用活性碳脱除水 中的有机物等。 少 最 苗 焉 江 渭 乳 握 渤 硫 蔓 昧 洞 淮 苞 进 攘 傀 秩 每 蛙 搓 桔 聪 潞 豌 寂 诌 窜 袒 螺 滥 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 物
10、理吸附分离原理 分子筛效应 有些多孔固体中的微孔孔径 是均一的,而且与分子尺寸相当。尺寸小于 微孔孔径的分子可以进入微孔而被吸附,比 孔径大的分子则被排斥在外。由于多原子分 子的形状复杂,固体分子筛中微孔的几何形 状是不规则的,而且分子通过微孔是分子与 微孔周边原子(离子)相互作用的过程。实例 :沸石分离正构烷烃与其他烃类;以沸石脱 除氟氯烷烃中的水等。 蓄 驶 胯 容 酞 搭 砚 仔 酬 顽 港 榷 惧 铱 痰 耀 告 紫 诛 淬 湿 暗 寒 猩 杀 丰 赃 恫 干 暂 踊 瘴 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i
11、 u p i n g l e 物理吸附分离原理 通过微孔的扩散 气体在多孔固体中的 扩散速率与气体的性质、吸附剂材料的性质 以及微孔尺寸等因素有关。利用扩散速率的 差别可以将混合物分离。例如空气中氧和氮 在碳分子筛吸附剂上的分离。 耿 全 掏 乒 盛 倡 绕 侄 允 擞 卑 吩 旗 家 仗 雅 堆 止 配 贪 洒 棒 铅 旗 锣 褪 桥 篓 笑 碰 钉 酱 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 物理吸附分离原理 微孔中的凝聚 毛细管中液体曲面上的蒸 汽压与其正常蒸汽压不同。在大多数情况下
12、,毛细管上的可凝缩气体会在小于其正常蒸 汽压的压力下在毛细管中凝聚。在一定温度 下,凝聚压力与毛细管半径有关。因此,多 孔固体周围的可凝缩气体会在与其孔径对应 的压力下在微孔中凝聚。例如用活性碳吸附 工业气体中的有机化合物。 封 摘 零 顺 鸵 宅 到 盅 寡 哺 团 祥 掺 廖 缝 爸 琼 唆 此 捐 籽 抬 吕 招 尝 受 专 渺 员 庇 捍 镑 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 化学吸附 化学吸附是由吸附质与吸附剂分子间 化学键的作用所引起的,与物理吸附 比较,其结合力大得多,放
13、热量与化 学反应热数量级相当,过程往往是不 可逆的。化学吸附在催化反应中起重 要作用,分离过程中极少应用。 拿 爬 权 狸 导 翰 抒 间 著 刊 得 窍 紧 著 里 拈 烹 譬 胸 印 若 免 屑 荡 铱 瓶 旭 席 悉 颁 赐 窘 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 吸附操作 目前已经开发出三类吸附过程流程: (1)变温吸附 (2)变压吸附 (3)变浓度吸附 闲 鼠 兜 悦 逼 鸥 芋 摔 伍 博 罕 诌 捌 艰 潜 赢 牟 越 晒 鞭 来 蝗 加 忽 钧 至 阑 臂 讫 溢 园 向
14、 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e (1)变温吸附 吸附通常在环境温度进行,而解 吸在直接或间接加热吸附剂的条件下 完成,利用温度的变化实现吸附和解 吸再生循环操作。该类流程常用于从 气体或液体中分离少量杂质。 然 对 巍 公 三 抨 艳 通 度 溅 扦 秒 埂 蔬 式 秩 镍 欣 是 售 诸 毛 识 惯 唆 涤 拴 米 新 肩 街 量 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e (2)
15、变压吸附 在较高组分分压的条件下选择 性吸附气体混合物中的某些组分, 然后降低压力或抽真空使吸附剂解 吸,利用压力的变化完成循环操作 。变压吸附一般用于气体混合物的 主体分离。 鲍 货 雅 黎 五 抽 琶 怠 牺 株 度 颓 露 啪 出 黄 勘 吃 绽 薪 媚 嘻 走 鄙 菇 桌 寝 顿 框 邻 要 蜀 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e (3)变浓度吸附 液体混合物中的某些组分在环境条 件下选择性地吸附,然后用少量强 吸附性液体解吸再生。该过程用于 液体混合物的主体分离。 骡 柯 回
16、采 哆 魂 疏 黎 藩 畴 憎 襄 拔 定 哟 屡 迢 慕 坚 盾 乖 幅 灸 周 箩 犁 绑 沼 愚 届 笼 披 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 二、吸附类型 根据吸附质和吸附剂表面之间 相互作用力的不同,吸附可分为 物理吸附(范德华吸附)和化学 吸附(活化吸附)。 那 歪 酌 老 倘 甩 右 疚 灯 累 冈 头 都 娃 考 头 寥 增 胸 整 仆 三 屈 停 膳 刃 萎 墅 氏 裴 社 瓷 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第
17、 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 物理吸附:基于范德华力、氢键 和静电力,它相当于流体中组分分 子在吸附剂表面上的凝聚,可以是 单分子层,也可以是多分子层。物 理吸附一般速度较快且是可逆的。 个 叉 公 列 账 琶 婉 拒 乓 却 香 攫 坐 擂 铰 泛 岸 退 嫉 苛 棍 兄 街 悉 汇 忽 究 断 诺 喂 屉 蹲 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 化学吸附:基于在固体吸附剂表 面发生化学反应使吸附质和吸附剂 之间以化学键力结合的吸附过程, 因此选择性较强。化学吸
18、附一般速 度较慢,只能形成单分子层且不可 逆。 汉 拘 调 冀 倒 烛 造 那 访 聚 郴 葬 捕 元 卢 伤 偷 鸡 富 悦 葵 为 窘 清 塘 沉 涝 名 距 卖 暗 癣 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 一般而言,较低温度下有利于物 理吸附,较高温度(有时可超过 200)下有利于化学吸附。 妊 滇 盟 铬 痢 宫 撵 借 刹 揩 苯 背 塘 擞 眩 颈 寸 灭 恩 垢 当 忧 寄 轮 解 喉 彦 捉 螟 之 梧 踩 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g
19、l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 吸附类型的判断 (1)物理吸附热与冷凝热在一个数量级上,而化学吸附热与其 反应热在一个数量级上; (2)适宜温度和压力条件下,所有的气体固体体系中都将发 生物理吸附,而化学吸附只有当气体分子与吸附剂表面能形成 化学键时才发生; (3)物理吸附的吸附质分子可通过减小压力的方法较容易地解 吸,而化学吸附的吸附质分子的解吸要困难得多,且容易发生 变化; (4)物理吸附可以是单分子层吸附也可以是多分子层吸附,而 化学吸附通常只是单分子层吸附,某些情况下,化学吸附单分 子层上还可能发生物理吸附; (5)物理吸附瞬时发生,而化
20、学吸附一般需要达到一定的活化 能后才发生。 适 商 人 嗽 率 插 早 杀 其 啊 史 没 晰 咕 备 巾 境 集 交 啦 台 笨 厨 摈 衣 调 桐 问 至 宿 该 玫 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 无论是物理吸附,还是化学吸 附,吸附都是发生在吸附剂表面 的一种表面现象,为了增大吸附 容量,吸附剂应具有大的比表面 积。 搔 拌 纪 卿 窄 醉 累 恿 荧 翻 握 脚 席 靖 知 锰 赐 胃 锯 跪 从 意 潍 责 壁 罐 螟 施 腾 庄 蠢 务 分 离 过 程 第 6 章 吸
21、附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 物理吸附与化学吸附的比较 理化指标 物理吸附 化学吸附 吸附作用力 范德华力 化学键 吸附热 接近于液化热 接近于化学反应热 选择性 低 高 吸附层 单或多分子层 单分子层 吸附速率 快,活化能小 慢,活化能大 可逆性 可逆 不可逆 发生吸附温度 低于吸附质临界温度 远高于吸附质沸点 谩 椿 源 肉 浸 汇 厩 减 捍 刑 琅 拌 菜 劈 婪 茬 哑 夕 两 郎 捅 纸 吝 辗 偶 毁 鸥 元 懊 竿 溯 哗 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分
22、 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 物理吸附化学吸附 弱, 长程键 范德华力相互作用 (如 London 色散 力, 偶极力) 强, 短程键 包括轨道重叠和电荷转移的化学键. 非表面专一性 只要温度足够低,任何分子在任何表 面上都可以发生物理吸附 表面专一性 例如氢可以在过渡金属表面发生化学吸 附,但不能化学吸附在金或汞上 DHads = 5 50 kJ mol-1DHads = 50 500 kJ mol-1 无需活化平衡容易到达. 温度升高吸 附量总是降低 能够被活化,平衡较慢到达 。温度升 高有利于吸附 多层吸附 BET 吸附等温线描述吸附平衡 单分子层
23、吸附 Langmuir 吸附等温线描述吸附平衡 琢 颓 揩 浊 贫 晓 芽 孝 沃 悬 屉 爹 屋 加 吃 靠 疹 梆 防 舰 缝 尿 氮 阎 柯 匈 癣 遣 鬼 涉 鲜 荆 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 吸附过程的选择性: 标准 分子量或大小 溶质形状 极性 静电电荷 吸附过程包含的作用力 范德华力 静电作用 疏水作用 氢键 化学键 (化学吸附) 空间(立体) 化学性质 非共价作用 在水溶液中非极性基团(如 碳氢链)相互靠拢、缔合的 作用即所谓“疏水作用” 氢键是一种特殊的成键
24、方式,只存在于某些特 殊的分子-分子之间,而且 一定有氢和一些电负性 很强的原子的参与。与 化学键的不同在于,氢 键是分子与分子间的作 用力,而化学键是分子 内的作用力。 初 战 丸 宦 阵 摸 褐 展 胆 鸿 堕 吟 恼 浆 壕 庐 钨 蹲 沦 陋 抡 脖 纽 捍 刽 猜 撩 到 保 媳 辣 驰 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分 离 过 程 第 6 章 吸 附 l i u p i n g l e 分子或晶体中原子间(有时原子得失电子转变成离子)的强烈作 用力叫做化学键,键的实质是一种力。 单质在形成化合物时主要有三种情况,即化学键主要有三种基本 类型
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