第七章吸附与离子交换

1、第七章第七章吸附与吸附与离子交换离子交换7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 吸附剂与离子交换剂吸附剂与离子交换剂7.3 7.3 吸附平衡与离子交换平衡吸附平衡与离子交换平衡7.4 7.4 分批式吸附与连续吸附分批式吸附与连续吸附7.5 7.5 各种吸附过程介绍各种吸附过程介绍l 吸附吸附(Adsorption)(Adsorption)是溶质从液相或气相是溶质从液相或气相转移到固相的现象转移到固相的现象 ; ;l利用固体吸附的原理从液体或气体除去有利用固体吸附的原理从液体或气体除去有害成分或提取回收有用目标产物的过程称害成分或提取回收有用目标产物的过程称为吸附操作为吸附操作; ; l吸附操作

2、所使用的固体一般为多孔微粒，吸附操作所使用的固体一般为多孔微粒，具有很大的比表面积，称为吸附剂具有很大的比表面积，称为吸附剂(adsorbent) (adsorbent) 。 吸附吸附7.1 7.1 概概 述述特点：特点：l优点：可不用或少用有机溶剂；操作简便优点：可不用或少用有机溶剂；操作简便、安全、设备简单；生产过程中、安全、设备简单；生产过程中pHpH变化小变化小，适于稳定性较差的蛋白质。，适于稳定性较差的蛋白质。l缺点：选择性差；收率不太高；有些吸附缺点：选择性差；收率不太高；有些吸附剂性能不稳定；易引起环境污染。剂性能不稳定；易引起环境污染。 吸附吸附7.1 7.1 概概 述述l物理

3、吸附物理吸附l化学吸附化学吸附 l离子交换吸附离子交换吸附 7.1 7.1 概概 述述 吸附类型吸附类型物理吸附物理吸附l作用力：范德华力作用力：范德华力l特点：吸附发生在吸附剂的整个自由表面；放特点：吸附发生在吸附剂的整个自由表面；放热过程，吸附热较小；吸附速度较快；吸附是热过程，吸附热较小；吸附速度较快；吸附是可逆的；无严格的选择性；单分子层或多分子可逆的；无严格的选择性；单分子层或多分子层。层。l脱附（解析）：在吸附的同时，被吸附的分子脱附（解析）：在吸附的同时，被吸附的分子由于热运动会离开固体表面，分子脱离固体表由于热运动会离开固体表面，分子脱离固体表面的现象称为解析。通过改变温度、面

4、的现象称为解析。通过改变温度、pHpH和盐浓和盐浓度等物理条件脱附。度等物理条件脱附。 吸附类型吸附类型物理吸附物理吸附l推动力：推动力：u熵增加：树脂对有机物的结合力较大，有熵增加：树脂对有机物的结合力较大，有机物冲破水分子的包围，体系的混乱度增机物冲破水分子的包围，体系的混乱度增加，即熵增加。有机物的分子量加大，在加，即熵增加。有机物的分子量加大，在水中的溶解度减小，熵增加就越大，越易水中的溶解度减小，熵增加就越大，越易被吸附。被吸附。u表面能的降低表面能的降低 吸附类型吸附类型物理吸附物理吸附l推动力：推动力：u表面能的降低：凡能降低树脂表面能的吸附过表面能的降低：凡能降低树脂表面能的吸

5、附过程都能自动进行。程都能自动进行。 吉布斯吸附方程：吉布斯吸附方程： 吸附类型吸附类型dcdRTcAd/dc0，即，即c增加，增加，增加，增加，A为负，解析为负，解析吸附的原理是表面能的降低，必是放热过程吸附的原理是表面能的降低，必是放热过程化学吸附化学吸附l化学吸附是吸附剂表面活性点与溶质之间化学吸附是吸附剂表面活性点与溶质之间发生化学结合、产生电子转移的现象；发生化学结合、产生电子转移的现象；l作用力：库仑力作用力：库仑力l特点：吸附热较大；由于发生化学反应，特点：吸附热较大；由于发生化学反应，需一定的活化能；选择性较强；单分子层需一定的活化能；选择性较强；单分子层吸附；解析较困难，脱附

6、时需采用破坏化吸附；解析较困难，脱附时需采用破坏化学结合的化学试剂为洗脱剂。学结合的化学试剂为洗脱剂。 吸附类型吸附类型物理吸附与化学吸附的特点物理吸附与化学吸附的特点 吸附类型吸附类型项目项目物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附力吸附力范德华力范德华力化学健力化学健力吸附热吸附热较小较小较大较大选择性选择性无无有有分子层分子层单或多分子层单或多分子层单分子层单分子层吸附速度吸附速度快，需活化能较小快，需活化能较小慢，需一定的慢，需一定的活化能活化能吸附温度吸附温度温度低，利于吸附温度低，利于吸附适当温度适当温度表面覆盖表面覆盖完全完全不完全不完全离子交换吸附离子交换吸附 l离子交换吸附通过静

7、电引力吸附带有相反离子交换吸附通过静电引力吸附带有相反电荷的离子，吸附过程中发生电荷转移；电荷的离子，吸附过程中发生电荷转移；l离子电荷是交换吸附的决定因素。离子所离子电荷是交换吸附的决定因素。离子所带电荷越多，它在吸附剂表面相反电荷点带电荷越多，它在吸附剂表面相反电荷点上的吸附力越强；电荷相同的离子，水化上的吸附力越强；电荷相同的离子，水化半径越小，越易被吸附。半径越小，越易被吸附。l离子交换的吸附质可通过调节离子交换的吸附质可通过调节pHpH或提高离或提高离子强度的方法洗脱子强度的方法洗脱 。 吸附类型吸附类型7.2 7.2 吸附剂与离子交换剂吸附剂与离子交换剂 l吸附剂吸附剂l离子交换剂

8、离子交换剂吸附剂吸附剂特点：特点：l对被分离的物质有很强的吸附能力，即平衡吸对被分离的物质有很强的吸附能力，即平衡吸附量大；（孔径小，比表面积大；多孔，内表附量大；（孔径小，比表面积大；多孔，内表面积是外表面积的几百倍；适当的孔径利于溶面积是外表面积的几百倍；适当的孔径利于溶质扩散）质扩散）l有较高的选择性；有较高的选择性；l有一定的机械强度有一定的机械强度l性能稳定，廉价易得性能稳定，廉价易得吸附剂吸附剂吸附剂吸附剂活性炭：活性炭：特点：吸附力强，分离效果好，价廉易得；由特点：吸附力强，分离效果好，价廉易得；由于水产原料和方法不同，吸附力不同；活性炭于水产原料和方法不同，吸附力不同；活性炭色

9、黑质轻，易造成环境污染。色黑质轻，易造成环境污染。分类：粉末，颗粒和锦纶分类：粉末，颗粒和锦纶选择与应用：首次选颗粒，如不易吸附选粉末选择与应用：首次选颗粒，如不易吸附选粉末；吸附力较强，不易脱附，选锦纶。；吸附力较强，不易脱附，选锦纶。对物质的吸附规律：对物质的吸附规律：离子交换剂离子交换剂l离子交换剂离子交换剂l性能评价性能评价 离子交换剂离子交换剂分类：分类：l按树脂骨架主要成份分：聚苯乙烯型；聚丙烯按树脂骨架主要成份分：聚苯乙烯型；聚丙烯酸型；环氧氯丙烷型；酚醛树脂。酸型；环氧氯丙烷型；酚醛树脂。l按骨架的物理结构分：凝胶型（微孔树脂）；按骨架的物理结构分：凝胶型（微孔树脂）；大孔树脂

10、；均孔树脂大孔树脂；均孔树脂l按活性基团分：阳离子交换剂按活性基团分：阳离子交换剂(cation (cation exchanger) exchanger) ；阴离子交换剂；阴离子交换剂(anion (anion exchanger) exchanger) 。离子交换剂离子交换剂l阳离子交换剂阳离子交换剂(cation exchanger) (cation exchanger) 对阳离子具有交换能力，活性基团为酸性对阳离子具有交换能力，活性基团为酸性 l阴离子交换剂阴离子交换剂(anion exchanger) (anion exchanger) 对阴离子具有交换能力，活性基团为碱性对阴离子具

11、有交换能力，活性基团为碱性 离子交换剂离子交换剂强酸性阳离子交换剂：强酸性阳离子交换剂：l活性剂团：磺酸基（活性剂团：磺酸基（-SO-SO3 3H H）；次甲磺酸基（）；次甲磺酸基（ CHCH2 2SOSO3 3H H）lpHpH范围：电离程度大，不受范围：电离程度大，不受pHpH影响。影响。pH 1pH 11414l交换反应：中和，转型，复分解交换反应：中和，转型，复分解l树脂类型：氢型和钠型树脂类型：氢型和钠型离子交换剂离子交换剂弱酸性阳离子交换剂弱酸性阳离子交换剂 ：l活性剂团：羧基活性剂团：羧基 （-COOH-COOH），酚羟基（），酚羟基（C C6 6H H5 5OHOH）lpHpH

12、范围：电离程度受范围：电离程度受pHpH影响，影响，pHpH降低，交换能力降低，交换能力减弱，减弱，pH 7pH 7。l交换反应：中和，中性盐分解，复分解交换反应：中和，中性盐分解，复分解l树脂类型：氢型和钠型树脂类型：氢型和钠型离子交换剂离子交换剂强碱性阴离子交换剂：强碱性阴离子交换剂：l活性剂团：季铵基活性剂团：季铵基(-N(-N+ +(CH(CH3 3) )3 3) ) lpHpH范围：电离程度大，不受范围：电离程度大，不受pHpH影响。影响。pH 1pH 11414l交换反应：中和，中性盐分解，复分解交换反应：中和，中性盐分解，复分解l树脂类型：树脂类型：OHOH型和型和ClCl型型离

13、子交换剂离子交换剂弱碱性阴离子交换剂弱碱性阴离子交换剂 ：l活性剂团：伯胺（活性剂团：伯胺（-NH-NH2 2），仲胺（），仲胺（-NHR-NHR），叔胺（），叔胺（-N-N（R R）2 2），吡啶（），吡啶（C C6 6H H5 5N N）lpHpH范围：电离程度受范围：电离程度受pHpH影响，影响，pHpH升高，交换能力减弱，升高，交换能力减弱，pH 7pH 7。l交换反应：中和，中性盐分解，复分解交换反应：中和，中性盐分解，复分解l树脂类型：氢型和钠型树脂类型：氢型和钠型离离子子化化率率离子交换剂离子交换剂离子交换树脂的命名：离子交换树脂的命名：19771977年部颁标准年部颁标准代号代

14、号0 01 12 23 3分类名称分类名称强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性弱碱性骨架代号骨架代号苯乙烯系苯乙烯系丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系环氧系环氧系D D 顺序号顺序号骨架代号骨架代号分类代号分类代号大孔型代号大孔型代号大孔型离子交换树脂的命名大孔型离子交换树脂的命名交联度数值交联度数值顺序号顺序号骨架代号骨架代号分类代号分类代号凝胶型离子交换树脂的命名凝胶型离子交换树脂的命名离子交换剂离子交换剂代号代号0 01 12 23 3分类名称分类名称强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性弱碱性骨架代号骨架代号苯乙烯系苯乙烯系丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系环氧系环氧系交联度数值交联度数

15、值顺序号顺序号骨架代号骨架代号分类代号分类代号凝胶型离子交换树脂的命名凝胶型离子交换树脂的命名0017：交联度为：交联度为7的苯乙烯系凝胶型强的苯乙烯系凝胶型强酸性阳离子交换树脂酸性阳离子交换树脂离子交换剂离子交换剂代号代号0 01 12 23 3分类名称分类名称强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性弱碱性骨架代号骨架代号苯乙烯系苯乙烯系丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系环氧系环氧系D D 顺序号顺序号骨架代号骨架代号分类代号分类代号大孔型代号大孔型代号大孔型离子交换树脂的命名大孔型离子交换树脂的命名D315：大孔型丙烯：大孔型丙烯酸系弱碱性阴离子酸系弱碱性阴离子交换树脂交换树脂离子交换剂离子交

16、换剂 以蛋白质类生物大分子为分离对象时，离子以蛋白质类生物大分子为分离对象时，离子交换剂基质必须具有：交换剂基质必须具有：l很高的亲水性；很高的亲水性；l较大孔径较大孔径 ；l较低的电荷密度高；较低的电荷密度高；l对蛋白质的非特异性吸附较少。对蛋白质的非特异性吸附较少。离子交换剂离子交换剂l用于蛋白质分离纯化的离子交换剂基质主用于蛋白质分离纯化的离子交换剂基质主要有葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶、纤维素和要有葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶、纤维素和聚苯乙烯等；聚苯乙烯等；l常用的离子交换基团亦分为强酸、弱酸、常用的离子交换基团亦分为强酸、弱酸、强碱和弱碱四种；强碱和弱碱四种；l常用于蛋白质离子交换的有常用于蛋

17、白质离子交换的有DEAEDEAE、QAE (QAE (阴离子交换基阴离子交换基) )以及以及CMCM、SPSP和和P(P(阳离子交阳离子交换基换基) )，其中以，其中以DEAEDEAE最为常用。最为常用。 离子交换剂：离子交换剂：离子交换纤维素离子交换纤维素l特点：特点：n为开放的长链骨架，大分子物质能自由地在其为开放的长链骨架，大分子物质能自由地在其中扩散和交换，亲水性强，表面积的，易吸附中扩散和交换，亲水性强，表面积的，易吸附大分子物质。交换基团稀疏，对大分子实际交大分子物质。交换基团稀疏，对大分子实际交换容量大。换容量大。n吸附力弱，交换和吸附条件缓和，不易引起变吸附力弱，交换和吸附条件

18、缓和，不易引起变性。性。n分辨力强，能分离复杂的生物大分子混合物。分辨力强，能分离复杂的生物大分子混合物。离子交换剂：离子交换剂：离子交换纤维素离子交换纤维素l分类：分类：n强酸型：如甲基磺酸纤维素（强酸型：如甲基磺酸纤维素（SMSM）n弱酸型：如羧甲基纤维素（弱酸型：如羧甲基纤维素（CMCM）n强碱型强碱型: :二乙基氨基乙基纤维素（二乙基氨基乙基纤维素（DEAEDEAE）n弱碱型：对氨基苄基纤维素（弱碱型：对氨基苄基纤维素（PABPAB）离子交换剂：离子交换剂：离子交换纤维素离子交换纤维素l交换作用：交换作用：n离子交换纤维素较轻、细，操作必须仔细离子交换纤维素较轻、细，操作必须仔细n交换

19、基团密度低，吸附力弱，总交换容量低，交换基团密度低，吸附力弱，总交换容量低，交换体系中缓冲盐的浓度不宜高（一般控制在交换体系中缓冲盐的浓度不宜高（一般控制在0.0010.02M之间，过高会减少蛋白质的吸附之间，过高会减少蛋白质的吸附量。量。离子交换剂：离子交换剂：离子交换纤维素离子交换纤维素lpHpH选择：选择：DEAE：pH 5.59.0CM：pH 3.54.5DEAE：pH 8.59.0CM：pH 3.57.5离子交换剂：离子交换剂：离子交换纤维素离子交换纤维素l解析：解析： C COCHOCH2 2COOCOO- -+H+H2 2N-PN-P+H+H2 2O OC COCHOCH2 2C

20、OOCOO- -H H3 3N N+ +-P C-P COCHOCH2 2COOH+HCOOH+H3 3+ +N-P N-P C COCHOCH2 2COONa+HCOONa+H3 3+ +N-PN-PClCl- -OHHNaCl洗脱可升高或降低环境的洗脱可升高或降低环境的pH，增加，增加I离子交换剂：离子交换剂：离子交换纤维素离子交换纤维素l处理和再生：处理和再生：处理条件处理条件离子交换树脂离子交换树脂离子交换纤维素离子交换纤维素酸碱浓度酸碱浓度2N0.5N处理时间处理时间4h0.31h离子交换剂的性能评价离子交换剂的性能评价 l交换容量交换容量 1. 1. 交换容量是单位质量的干燥离子交

21、换剂或单位交换容量是单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所能吸附的一价离子的毫体积的湿离子交换剂所能吸附的一价离子的毫摩尔数摩尔数(mmol)(mmol)，是表征离子交换能力的主要参，是表征离子交换能力的主要参数。数。2. 2. 交换容量的测定交换容量的测定NaClSORSONaClROHNaRNaOHHR22242422离子交换剂的性能评价离子交换剂的性能评价3. 蛋白质等生物大分子的离子交换特性蛋白质等生物大分子的离子交换特性 蛋白质的分子量大，树脂孔道对其空间排阻蛋白质的分子量大，树脂孔道对其空间排阻作用大，不能与所有的离子交换活性中心接作用大，不能与所有的离子交换活性中心接

22、触；触； 离子交换吸附的蛋白质分子会妨碍其他蛋白离子交换吸附的蛋白质分子会妨碍其他蛋白质与未吸附蛋白质的离子交换基团发生作用质与未吸附蛋白质的离子交换基团发生作用，并阻碍蛋白质扩散进入到其他交换区域；，并阻碍蛋白质扩散进入到其他交换区域； 蛋白质带多价电荷，在离子交换中一般可与蛋白质带多价电荷，在离子交换中一般可与多个离子交换基发生作用。多个离子交换基发生作用。 离子交换剂的性能评价离子交换剂的性能评价l滴定曲线滴定曲线1.1.强酸型强酸型2.2.弱酸型弱酸型3.3.强碱型强碱型4.4.弱碱型弱碱型n n：单位质量离子：单位质量离子交换剂所加入交换剂所加入的的NaOHNaOH和和HClHCl的

23、毫摩尔数的毫摩尔数离子交换剂的性能评价离子交换剂的性能评价l外观：一般为球形，外观：一般为球形，0.21.2mm(1670目）目）l机械强度机械强度l含水量：每克干树脂吸收水份的数量含水量：每克干树脂吸收水份的数量l稳定性：化学，热稳定性：化学，热l膨胀度：膨胀前后树脂的体积比膨胀度：膨胀前后树脂的体积比l堆积密度：单位体积湿树脂的密度堆积密度：单位体积湿树脂的密度l孔径，比表面积孔径，比表面积7.3 7.3 吸附平衡与离子交换平衡吸附平衡与离子交换平衡 l吸附平衡吸附平衡l离子交换平衡离子交换平衡吸附平衡吸附平衡 溶质在吸附剂上的吸附平衡关系是指吸附达到溶质在吸附剂上的吸附平衡关系是指吸附达

24、到平衡时，吸附剂的平衡吸附质浓度平衡时，吸附剂的平衡吸附质浓度q q* *与液相游与液相游离溶质浓度离溶质浓度c c之间的关系。一般之间的关系。一般q q* *是是c c和温度的和温度的函数函数 一般吸附过程是在一定温度下进行，此时一般吸附过程是在一定温度下进行，此时q q* *只是只是c c的函数的函数, q, q* *与与c c的关系曲线称为吸附等温的关系曲线称为吸附等温线线(adsorption isotherm)(adsorption isotherm)。 ),(*Tcfq )(*cfq 吸附平衡吸附平衡l亨利亨利(Henry)(Henry)型吸附平衡型吸附平衡l佛罗因德利希佛罗因德利

25、希 (Freundlich)(Freundlich)型吸附平衡型吸附平衡l兰格缪尔兰格缪尔(Langmuir)(Langmuir)型吸附平衡型吸附平衡mcq *nkcq/1*cKcqqdm*吸附平衡吸附平衡Henry型型Freundilch型型Langmuir型型矩形矩形离子交换平衡离子交换平衡 l离子交换反应离子交换反应 l离子交换过程中溶质在固液两相间的分离子交换过程中溶质在固液两相间的分配系数配系数l蛋白质的分配系数蛋白质的分配系数离子交换平衡离子交换平衡 XURRXRURXRURXRUURXkXRUURXkkUXUXXUXUXU离子交换平衡常数溶质：反离子换基：阴离子与阳离子的交，阴离

26、子：阳离子：离子交换反应离子交换反应离子交换平衡离子交换平衡 离子交换过程中溶质在固液两相间的分配系数离子交换过程中溶质在固液两相间的分配系数以阴离子交换为例：单价强电解质以阴离子交换为例：单价强电解质mURUkXRXXHHXXU分配系数即：即：m与反离子与反离子U-成反比，成反比，I增加，增加，m下降下降离子交换平衡离子交换平衡 以阴离子交换为例：单价弱电解质以阴离子交换为例：单价弱电解质完全解离aXaXXUaXkkHURUkHXXRXmHXHXkHXHX11m与与U（I）成反比。离子交换在低盐）成反比。离子交换在低盐浓度下进行。浓度下进行。朗格谬尔型为常数即一定，缓冲液中型，即为假设阳离子

27、：UHRUXkXRRXkkHHXkHXRRXHXkUXRRXRURXRXRUURXkUXRXURXUXUXUXU等温线方程等温线方程一、分批（间歇）吸附：一、分批（间歇）吸附：1、流程（实验室）、流程（实验室）混合、分离吸附剂、洗涤、洗脱、分离产物混合、分离吸附剂、洗涤、洗脱、分离产物（有时需重复洗脱）（有时需重复洗脱）2、计算、计算吸附等温线，操作线。吸附等温线，操作线。7.4 分批与连续吸附分批与连续吸附进料（进料（Q，c0，c）吸附剂（吸附剂（W，q0，q）)(00ccWQqq例题：例题：l用离子交换树脂作吸附剂分离抗菌素，饱和吸用离子交换树脂作吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为附量为0.0

28、62kg0.062kg（抗菌素）（抗菌素）/kg/kg干树脂；当抗菌干树脂；当抗菌素浓度为素浓度为0.082 kg/m0.082 kg/m3 3时，吸附量为时，吸附量为0.043kg/kg0.043kg/kg。假定吸附属朗格谬尔等温吸附，求料液含抗。假定吸附属朗格谬尔等温吸附，求料液含抗菌素菌素0.3 kg/m0.3 kg/m3 3时的吸附量。时的吸附量。l用改性的葡聚糖树脂吸附分离氧化酶，饱和吸用改性的葡聚糖树脂吸附分离氧化酶，饱和吸附量为附量为8 81010-3-3 mol/m mol/m3 3，且吸附等温线遵循朗，且吸附等温线遵循朗格谬尔规律，吸附常数格谬尔规律，吸附常数K K2.22.

29、21010-5-5 mol/m mol/m3 3。现有含酶量现有含酶量4 41010-3-3 mol/m mol/m3 3的该种酶液，拟用的该种酶液，拟用葡聚糖树脂吸附分离葡聚糖树脂吸附分离1.5m1.5m3 3该种酶液，若要实现该种酶液，若要实现9595的吸附提取率，求所需的吸附剂量。的吸附提取率，求所需的吸附剂量。解：吸附等温线遵循朗格谬尔规律，则其等温解：吸附等温线遵循朗格谬尔规律，则其等温线为：线为： 根据题设，根据题设，q qmaxmax0.062 kg0.062 kg（抗菌素）（抗菌素）/kg/kg干树干树脂，当脂，当c c0.082 kg/m0.082 kg/m3 3时，时，q

30、q0.043kg/kg0.043kg/kg代入上式：代入上式： k kd d=0.036=0.036（kg/mkg/m3 3）得等温线方程为得等温线方程为: :当当c c0.3 kg/m0.3 kg/m3 3时，时，即即q q0.055 kg0.055 kg（抗菌素）（抗菌素）/kg/kg干树脂干树脂ckcqqdmax082. 0082. 0062. 0043. 0dkccq036. 0062. 03 . 0036. 03 . 0062. 0q二、连续吸附：二、连续吸附：1、流程、流程2、计算、计算吸附等温线，操作线。吸附等温线，操作线。溶液内溶质浓度的变化率流入溶质量流出溶液内溶质浓度的变化

31、率流入溶质量流出 溶质量被吸附的量溶质量被吸附的量7.4 分批与连续吸附分批与连续吸附Q，c0W，q（t）Q，c（t）dtdqccQdtdcV)1 ()(0：液体所占分率，：液体所占分率，V V，釜的容积，釜的容积二、连续吸附：二、连续吸附：2、计算：操作线、计算：操作线溶液内溶质浓度的变化率流入溶质量流出溶液内溶质浓度的变化率流入溶质量流出 溶质量被吸附的量溶质量被吸附的量VrdtdqV )1 (：液体所占分率，：液体所占分率，V V，釜的容积，釜的容积吸附剂的质量衡算：吸附剂的质量衡算：dtdqVccQdtdcV)1 ()(0r：单位釜容积的吸附速率，：单位釜容积的吸附速率，kg/m3S二

32、、连续吸附：二、连续吸附：2、计算：操作线、计算：操作线吸附过程：外扩散，内扩散，吸附吸附过程：外扩散，内扩散，吸附外扩散控制：外扩散控制：rka（cc*)内扩散控制：内扩散控制： r(Dk)1/2a（cc*)反应控制：反应控制：固定床吸附操作固定床吸附操作F固定床吸附设备固定床吸附设备固定床吸附操作固定床吸附操作F穿透曲线穿透曲线(breakthrough curve)(breakthrough curve) 固定床吸附操作固定床吸附操作l固定床吸附理论基础固定床吸附理论基础 轴向扩散模型（理想的平推流叠加轴向反混轴向扩散模型（理想的平推流叠加轴向反混 假设：假设：n在与流体流动方向垂直的每

33、一截面上，具有均在与流体流动方向垂直的每一截面上，具有均匀的径向浓度匀的径向浓度n在每一截面及流体流动方向上，流体速率和轴在每一截面及流体流动方向上，流体速率和轴向扩散系数均为恒定值向扩散系数均为恒定值n溶质浓度为流动距离的连续函数溶质浓度为流动距离的连续函数RzTzuztSdzt1ccDcc22累积进入输出累积固定床吸附操作固定床吸附操作F多床串联操作多床串联操作 固定床吸附操作固定床吸附操作特点：特点：优点：近似平推流，反混小，柱效率高优点：近似平推流，反混小，柱效率高缺点：无法处理含固体的料液，会堵塞床层缺点：无法处理含固体的料液，会堵塞床层，造成压力降增大，最终操作无法进行。，造成压力

34、降增大，最终操作无法进行。 因此，原料需预处理因此，原料需预处理膨胀床吸附操作膨胀床吸附操作 膨胀床吸附操作膨胀床吸附操作l膨胀床和流化床的区别在于：膨胀床和流化床的区别在于：1.流化床的吸附剂粒子和液体在床层内混流化床的吸附剂粒子和液体在床层内混合程度高，吸附效率低；合程度高，吸附效率低；2.膨胀床的吸附剂粒子基本悬浮于固定的膨胀床的吸附剂粒子基本悬浮于固定的位置，液体的流动与固定床相似，接近位置，液体的流动与固定床相似，接近平推流，吸附效率高。平推流，吸附效率高。 膨胀床吸附操作膨胀床吸附操作l床层的稳定膨胀和介质的平衡床层的稳定膨胀和介质的平衡 流速流速100100300cm/h300cm/h，床层膨胀到固定床的，床层膨胀到固定床的2 23 3倍倍l进料吸附：进料吸附：泵加料，保持恒定膨胀度，对流出泵加料，保持恒定膨胀度，对流出液中目标产物进行检测和分析，确定吸附终点液中目标产物进行检测和分析，确定吸附终点l洗涤洗涤: :缓冲液，洗去细胞及碎片，弱吸附杂质缓冲液，洗去细胞及碎片，弱吸附杂质l洗脱：洗脱：洗脱剂上入下出，分段收集，检测目标产洗