三、反胶团萃取.pdf

三、反胶团萃取反胶团萃取(Reversed micellar extraction)的分离原理 是表面活性剂在非极性的有机相中超过临界胶团浓度而 聚集形成反胶团，在有机相内形成分散的亲水微环境。许 多生物分子如蛋白质是亲水憎油的，一般仅微溶于有机溶 剂,而且如果使蛋白质直接与有机溶剂相接触，往往会导致 蛋白质 的变性失活，因此萃取过程中所用的溶剂必须既能 溶解蛋白质又能与水分层，同时不破坏蛋白质的生物活性。反胶团萃取技术正是适应上述需要而出现的。1、反胶团形成过程及其特性从胶体化学可知,向水溶液中加入表面活性剂，当表面活性 剂的浓度超过一定值时，就会形成胶体啖团，它是表面活性剂 的聚集体。在这种聚集体中，表面活性剂的极性头向外，即向水 溶液，而非极性尾向内。当向非极性溶剂中加入表面活性剂时,如果表面活性剂的浓度超过一定值，也会在溶剂内形成表面活性 剂的聚集体，称这种聚集团为反胶团。在这种聚集体中，表面活 性剂的憎水的非极性尾向夕卜，与在水相中所形成的胶团反向。下图为几种可能的表面活性剂聚集体的构型。从图中可看 出。在反胶团中有一个极性核心，它包括了表面活性剂的极性头 所组成的内表面、抗衡离子和水，被形象地称为“水池”。由于 极性分子可以溶解在“水池”中,也因此可溶解在非极性的溶 剂之中。s iigiis SIS一表面活性剂分子亲水头-疏水尾 图5-9表面活性剂在溶液中的不同聚集体 a 单层；（b 双层；（c 液晶相（薄层）；d 气泡型；（e 水溶液中的微胶团；0非极性溶剂中的微胶团（反胶团）胶团的大小和形状与很多因素有关，既取决于表面活 性剂和溶剂的种类和浓度，也取决于温度、压力、离子强 度、表面活性剂和溶剂的浓度等因素。t型的水相中胶 团内的聚集数是50100,其形状可以是球形、椭球形或是 棒状。反胶团直径一般为520nm,其聚集数通常小于50,通 常为球形，但在某些情况下，也可能为椭球形或棒状。Bk实验中观察到，对于大多数表面活性剂，要形成胶团，存 在一个临界胶团浓度(CMC),即要形成胶团所必需的表面 活性剂的最低浓度。低于此值则不能形成胶团。这个数 值可随温度、压力、溶剂和表面活性剂的化学结构而改 变,般为 0.1 1.0mmol/L。2、反胶团中生物分子的溶解由于反胶团内存在微水池这一亲水微环境，可溶解氨基酸、肽和蛋 白质等生物分子。因此，反胶团萃取可用于氨基酸、肽和蛋白质等生物 分子的分离纯化，特别是蛋白质类生物大分子。对于蛋白质的溶解方式,已先后提出了四种模型,见图。图为水壳模型;(b)为蛋白质中的疏水 部 分直接与有机相接触;为蛋白质被吸附在胶团的内壁上;(d)为蛋白 质的疏水区与被几个反胶团的表面活性剂疏水尾发生作用，并被反胶团 所溶解。上述四种模型中，现在被多数人所接受的是水壳模型,尤其对 于亲水性蛋白质。因为弹性光散射等许多实验研究均间接地证明了水 壳模型的正确性。由图可知,在水壳模型中，蛋白质居于“水池”的中 心,而此水壳层则保护了蛋白质，使它的生物活性不会改变。生物分子溶解于反胶团相的主要推动力是表面活性剂与蛋白质的 静电相互作用。反胶团与生物分子间的空间阻碍作用和疏水性相互作 用对生物分子的溶解度也有重要影响。图5-10蛋白质在反胶团中溶解的四种可能模型3、反胶团萃取过程及其应用用反胶团技术萃取蛋白质时，用以形成反胶团的表面 活性剂起着关键作用。现在多数研究者采用AOT为表面 活性剂。AOT是琥珀酸二（2-乙基己基）酯磺酸钠或丁二酸 二异辛酯磺酸钠（Aerosol OT）o溶剂则常用异辛烷（2,2,4-二甲基戊烷）。AOT作为反胶团的表面活性剂是由于它具 有两个优点:一是所形成的反胶团的含水量较大，非极性溶 剂中水浓度与表面活性剂浓度之比可达5060;另一点是 AOT形成反胶团时，不需要助表面活性剂。AOT的不足之 处是不能萃取分子量较大的蛋白质，且沾染产品。如何进 一步选择与合成性能更为优良的表面活性剂将是今后q 用研究的一个重要方面。表52反胶团萃取蛋白质的主要影响因素与反胶团相有关的因素与水相有关因素与目标蛋白质有关因素与环境有关因素表面活性剂的种类表面活性剂的浓度有机溶剂的种类助表面活性剂的种类和浓度pH值离子种类 离子强度蛋白质的等电点 蛋白质的大小 蛋白质的浓度 蛋白质表面电荷分布系统的温度系统的压力反胶团萃取可采用各种传统的液液萃取中普遍使用 的微分萃取设备（如喷淋塔）海合/澄清型萃取设备。需 要指出的是，反胶团萃取技术仍处于起步阶段，尚未得到大 规模工业应用。在此只能就一些研究结果加以介绍。下图是多步间歇混合/澄清萃取过程，采用反胶团萃取 分离核糖核酸酶、细胞色素C和溶菌酶等三种蛋白质。在 pH=9时，核糖核酸酶的溶解度很小，保留在水相而与其他两 种蛋白质分离;相分离得到的反胶团相（含细胞色素C和溶 菌酶）与0.5mol/dm3的KC1水溶液接触后，细胞色素C被反萃 到水相，而溶菌酶保留在反胶团相;此后，含有溶菌酶的反胶 团相与2.0mol/dm3KCl,pH值为11.5的水相接触，将溶菌酶耳 萃回收到水相中。回收溶剂溶菌酶图5-11反胶团萃取过程利用中空纤维膜组件可以进行生物分子的反胶团萃 取。中空纤维膜材料多为聚丙烯等疏水材料，孔径在微米 级,以保证生物分子和含有生物分子的反胶团的较大通量。反胶团膜萃取技术的优点是：水相和有机相分别通过膜组件的壳程和管程流动，从而保证两相有很高的接触比表面积；膜起相分离器和相接触器的作用，从而在连续操作 的条件下可防止液泛等发生；提高萃取速度及规模放大容易。大量的研究工作已经证明了反胶团萃取法提取蛋白质 的可行性与优越性。不管是自然细胞还是基因工程细胞中 的产物都能被分离出来;不仅发酵滤液和浓缩物可通过反胶 团萃取进行处理,就是发酵清液也可同样进行加工。不仅是 蛋白质和酶都能被提取，还有核酸、氨基酸和多肽也可顺利 地溶于反胶团。然而反胶团萃取在真正实用之前还有许多 有待于研究和解决的问题，例如表面活性剂对产品的沾染、工业规模所需的基础数据;反胶团萃取过程的模拟和放大技 术等。尽管如此，用反胶团萃取法大规模提取蛋白质由于 具有成本低、溶剂可循环使用、萃取和反萃取率都很高等 优点，正越来越多地为各国科技界和工业界所研究和开发。四、双水相萃取；双水相萃取(Aqueous two-phase extraction)是利用物质 在互不相溶的两个水相之间分配系数的差异实现分离的 方法。1955年由Albertson首先提出了双水相萃取的概念,此后这项技术在动力学研究、双水相亲和分离、多级逆 流层析、反应分离耦合等方面都取得了一定的进展。到 目前为止，双水相技术几乎在所有的生物物质如氨基酸、多肽、核酸、细胞器、细胞膜、各类细胞、病毒等的分 离纯化中得到应用，特别是成功地应用在蛋白质的大规模 分离中。1、双水相体系和双水相萃取一些天然的或合成的水溶性聚合物水溶液，当它们与 第二种水溶性聚合物相混时，只要聚合物浓度高于一定值,就可能产生相的分离，形成双水相体系。双水相体系的主 要成因是聚合物之间的不相容性，即聚合物分子的空间阻 碍作用使相互间无法渗透，从而在一定条件下分为两相。一般认为,只要两种聚合物水溶液的水溶性有所差异，混合 时就可发生相分离,并且水溶性差别越大，相分离倾向也就 越大。聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dextran,DEX),聚乙二醇/聚 乙烯醇，聚乙烯醇/甲基纤维素,聚丙二醇/葡聚糖，聚丙二 醇/甲氧基聚乙二醇等均为双聚合物的双水相系统。此外，某些聚合物的溶液装与某些无机盐等低相对分 子量化合物的溶液相混时,只要浓度达到一定值，也会产生 两相。这就是聚合物-低相对分子量化合物双水相体系。最为常用的聚合物-低相对分子量化合物体系为PEG/磷酸 钾、PEG/磷酸钱、PEG/硫酸钠、PEG/葡萄糖等。上相富 含PEG,下相富含无机盐或葡萄糖o与一般的水一有机溶剂体系相比较，双水相体系中两 相的性质差别（如密度和折射率等）较小。由于折射率的差 别甚小，有时甚至都难于发现它们的相界面。两相间的界 面张力也很小，仅为10-510-4N/m（一般体系为10-32 x 10-2N/m）o2、双水相萃取的特点及其应用双水相萃取是一种可以利用较为简单的设备,并在温 和条件下进行简单的操作就可获得较高收率和纯度的新 型分离技术。与一些传统的分离方法相比，双水相萃取技 术具有以下明显的优点：易于放大。Albertson证明分配系数仅与分博 有关,各种参数可以按比例放大而产物收率并不降低，这是 其他过程无法比拟的。这一点对于工业应用尤为有利。分离迅速。双水相系统（特别是聚合物/无机盐系 统）分相时间短，传质过程和平衡过程速度均很快，因此相X 于某些分离过程来说，能耗较低，而且可以实现快速分离。由于双水相的界面张力大大低于有机 溶剂与水相之间的界面张力，整个操作过程可以在室温下 进行，因而有助于保持生物活性和强化相际传质。既可以 直接在双水相系统中进行生物转化以消除产物抑制，又有 利于实现反应与分离技术的耦合。步骤简便。大量液体杂质能够与所有固体MM,时除去，与其他常用的固液分离方法相比，双水相分配技术 可以省去12个分离步骤,使整个分离过程更为经济。变通性强。由于双水相系统受影响的因素复杂，从 某种意义上说可以采取多种手段来提高选择性或收率。以蛋白质的分离为例说明双水相分离过程的原则流程:包括三步双水相分离，在第一步中所选择的条件应使蛋白 质产物分配在富PEG的上相中，而细胞碎片及杂质蛋白质 等进入下相。在分相后的上相中再加入盐使再次形成双水 相体系，核酸和多糖则分配入富盐的下相，杂质、蛋白质也 进入下相，而所需的蛋白质再次进入富含PEG的上相。然后 再向分相后的上相中加入盐以再一次形成双水相体系。在 这一步中，要使得蛋白质进入富盐的下相，以与大量的PEG 分开。蛋白质与盐及PEG的分离可以用超滤、层析、离心 等技术。初期的双水相萃取过程仍以间歇操作为主。近年来，在天冬酶、乳酸脱氢酶T马酸酶与青霉 素酰化酶等多种产品的双水相萃取过程中均采用 了连续操作，有的还实现了计算机过程控制。这不 仅对提高生产能力，实现全过程连续操作和自动控 制，保证得到高活性和质量均一的产品具有重要意 义，而且也标志着双水相萃取技术在工业生产的 应用正日趋成熟和完善。双水相分配技术作为一个很有发展前途的分离单元，除了具有上述独特的优点外，也有一些不足之处，如易乳化、相分离时间长、成相聚合物的成本较全分离效率不高等,一定程度上限制了双水相分配技术的工业化推广和应用。如何克服这些困难，已成为国内外学者关注的焦点，其中“集成化”概念的引人给双水相分配技术注入了新的生命 力，双水相分配技术与其他相关的生化分离技术进行有效 组合，实现了不同技术间的相互渗透，相互融合，充分体现了 集成化的优势。例如：(1)、与温度诱导相分离、磁场作用、超声波作用、气溶胶技术等实现集成化，改善了双水相分配技术中诸如 成相聚合物回收困难、相分离时间较长、易乳化等问题,为双水相分配技术的进一步成熟、完善并走向工业化奠 定了基础。(2)、与亲和沉淀、高效层析等新型生化分离技术实 现过程集成，充分融合了双方的优势，既提高了分离效率，又 简化了分离流程。(3)、在生物转化、化学渗透释放和电泳等中引入双 水相分配，给已有的技术赋予了新的内涵，为新分离过程的 诞生提供了新的思路。二、吸附吸附操作是指流体与某种固体相接触时，固体 能够有选择地将流体中的某些组分凝聚在其表面 上，从而达到分离的目的。这些有吸附作用的固体 称为吸附剂，在固体表面上被吸附的物质称为吸附 质或吸附物。在吸附过程，气体或液体中的分子、原子或离 子传递到吸附剂固体的内外表面，依靠键或微弱的 分子间力吸着于固体上。解吸是吸附的逆过程。吸附操作是一种古老的技术。人们发现早在两千多 年前西汉古墓中就用木炭吸湿防潮，这说明当时已了解 到木炭有很强的吸湿作用。20世纪50年代前，因吸附剂 种类少，常用的只有酸性白土、硅藻土和活性炭等几种,选择吸附的能力低，只限于脱色、脱臭、吸湿、干燥等 小型的操作过程。20世纪60年代以来，随着性能优良的 吸附剂的不断开发（如合成沸石、活性氧化铝、分子筛等）以及各行各业分离要求的不断提高，使吸附分离技术得 到了迅速发展，成为完整的单元操作过程。目前，吸附 分离技术已经在轻工、炼油、化工、食品、环保等许多 领域得到了广泛的应用。11、吸附原理和吸附剂(1)、吸附原理吸附剂固体之所以能够吸附流体分子,是因为固体表 面上的质点处于力场不平衡状态，固体表面具有过剩的能 即表面能，当固体与流体分子接触时，被吸附物质与固体之 间由于某种吸附力的作用使固体与流体混合物中的某些 组分产生吸附，从而降低了表面能。吸附过程所放出的热 量，称为该物质在固体表面的吸附热。按吸附剂与吸附质之间作用力的不同,可将吸附过程 分为物理吸附和化学吸附两类。是以分子力（也称“范德华“力）相互吸 引的。吸附质以单层分子或多层分子的形式吸附在吸附 剂的表面上,因此其吸附热较小。物理吸附过程是可逆的。当流体分子的一定组成被吸附在固体表面时，从分子运动 论的观点来看，这种吸附在固体表面的分子,由于分子热运 动也会从固体表面脱离而逸入流体中去，其本身并不改变 原来的性质。这种现象随着温度升高或流体压力降低，被 吸附分子将不易积蓄在固体表面上，而越来越多地逸入流 体中去，这种现象称为脱附或解吸，如活性炭吸附气体。工 业生产中利用吸附操作的可逆性，通过改变操作条件，使吸 附质从混合物中脱附出来。是由于吸附剂与吸附物之间的电子转 移，发生化学反应而产生的,属于库仑力。这种吸附力比物理 吸附的范德华力要大得多，化学吸附放出的热量亦远大于物 理吸附热。化学吸附往往是不可逆的，例如：银催化剂的吸 附氢气，被吸附的气体往往需要在很高的温度下才能逸出，且 所释出的气体往往已经发生了化学变化,不具有原来的性质。又如固体脱硫剂脱除原料气中的微量硫化物等。化学吸附 的选择较强,即一种吸附剂只对一种或几种物质有吸附作用。物理吸附与化学吸附在本质上虽有区别,但有时也很难 严格划分。同一种物质，可能在较低温度下进行物理吸附，而 在较高温度下进行化学吸附，也可能同时发生两种吸附，如氧 气为木炭所吸附的情况。(2)、吸附剂吸附剂是流体吸附分离过程得以实现的基础。许多 固体都具有吸附能力，在实际工业应用中采用的吸附剂应 具备以下性质：、大的比表面积和多孔结构，从而增大吸附容量，工 业上常用的吸附剂的比表面积约为3001200m2/】、足够的机械强度和耐磨性；、高选择性，以达到流体的分离净化目的；Q、稳定的物理性质和化学性质，容易再生；W、制备简单，成本低廉，容易获得。工业上常用的吸附剂有酸性白土、活性炭、活性氧化 铝、硅胶、分子筛等。、酸性白土 一般为活性粘土（主要成分是硅藻土）,在温度为80110下，经20%40%的硫酸处理后，称为酸性白 土或漂白土。它的主要成分是硅藻土，化学组成为 SiO250%70%,AI2O3IO%16%,Fe2O32%4%,MgOl%6%等。工业上使用的活性白土有粉末状和颗粒状的,主要用 于润滑油及动植物油脂类的脱色、精制、石油重储分的脱 色或脱水以及溶剂的精制等。、活性炭 是最先用于化工生产的吸附剂。通常一 切含碳的物料，如煤、重油、木材、锯末、禾草、坚果壳 和其他含碳废料都可以加工成黑炭，经活化制成活性炭。活化方法可分为气体活化法和药物活化法。前者是将干 燥的原料经破碎、混合和成型后在惰性气体中于 400500C下加热，除掉水分、氮氧等挥发组分，再通人水 蒸气、氢气、二氧化碳、烟道气等，于7001200与碳反 应，使碳成为孔道结构高度发达的活性炭;药物活化法是在 原料里加入氧化锌、磷酸、硫化钾等化学药品，在惰性气 体里加热进行炭化一活化。活性炭具有非极性表面，为疏水和亲有机物的吸 附剂。它具有性能稳定、抗腐蚀、吸附容量大和解 吸容易等优点。经过多次循环操作，仍可保持原有的 吸附性能。活性炭用于于溶剂同收、煌类气体的分 储、各种油品和糖液的脱色、水的净化等各个方面?也常用作催化剂的载体。活性炭的吸附性能取决于原始成炭物质及炭化、活化等操作条件。活性炭可制成粉末状、球状、圆 柱形或碳纤维等。又称活性矶土。用无机酸的 铝盐与碱反应生成氢氧化铝的溶熟，然后转变为凝胶,经灼烧脱水即成活性氧化铝。最适宜的活化温度为 250500 o活性氧化铝一般不是纯的AI2O3,而是部 分水合的无定形多孔结构物质。它具有良好的机械 强度,对气体、液体中的水分有很强的吸附能力，吸附 饱和后可在约175315加热除去水而解吸。它的作 用除作干燥剂外，还可从污染的氧、氢、二氧化碳、天然气等气体中吸附润滑油的蒸气，并可用作催化剂 的载体。吕吸附剂的性质7-6物理性质指 标表面积/(m2/g)320密度/(kg/n?)800再生温度/匕150315孔隙度/%50孔径/nm1-7.5孔容积/(cn?/g)0.40吸附性质吸附量(质量分数)/%0.613 kPa,25匕下吸附水72.33 kPa,25匕下吸附水1633.3 kPa,25 匕下吸附 CO22是另一种常用的吸附剂。用硫酸处理 硅酸钠的水溶液，其水合物在适宜的条件下聚合、缩合而成为硅氧四面体的多聚物，经聚集、洗盐、脱 水成为硅胶。其分子式为SiCnH2。在制造过程中 控制胶团的尺寸和堆积的配位数，可以控制硅胶的孔 容、孔径和表面积。它具有多孔结构,工业上用的硅 胶有球型的、无定型的、加工成型的以及粉末状的 四种。硅胶主要用于气体干燥、气体吸收、液体脱 水、色层分析，也用作催化剂。表硅胶吸附剂的性质物理性质 表面积/(m2/g)密度/(kg/n?)再生温度/匕 孔隙度/%孔径/nm孔容积/(cn?/g)吸附性质0.613 kPa,25匕吸附水2.33 kPa,25匕吸附水13.3 kPa,-183 匕吸附 O233.3 kPa,25 匕吸附 CO233.3 kPa,25 匕吸附 n-C4指 标83072013028050 551400.42吸附量（质量分数）/%22317、分子筛 是近30年来发展的一种沸石吸附剂。沸石是结晶硅铝酸盐的多水化合物，其化学通式为 M2/nO，A12O3.mSiO2H2。,其中M主要为Na+、K+、Ca2+等 碱金属离子,n为金属离子的价数，m、x分别为Si。2和H2O 的分子数。这种结晶硅铝酸盐经加热、脱水活化后，形 成孔大小一致的晶体骨架，这些骨架结构里有空穴，空 穴之间又有许多直径相同的微孔孔道相连。因此，它能 使比孔道直径小的分子进入，吸附到空穴内部，并在一 定条件下脱附放出。而比孔道直径大的分子则不能进入,从而使分子大小不同的混合物分离，起了筛分子的作用,故称为“分子筛”。目前所使用的分子筛品种达100多种,工业上最常用的 分子筛有A型、X型、Y型、L型、丝光沸石和ZSM系列沸 石。孔径为0.3l.Onm,比表面积为600lOOOirP/g。分子 筛的特性是优先吸附不饱和分子、极性分子以及易极化 分子;对极性分子如H2O、CO2 H2s和其他类似物质有很 强的亲和力,而与有机物的亲和力较弱。在吸附质浓度很 低或湿度较高的情况下仍具有很强的吸附能力。广泛应 用于气体和液体的干燥、脱水、净化、分离和回收等 某些工业分子筛产品及物理性质见下表。表73工业分子筛产品沸石类型牌号阳离子孔径/nm堆积密度/(kg/n?)A3AK0.36707404A:Na0.46607205ACa0.5670720X13XNa0.8610710丝光沸石AW-300 jNa+混合 i小孔Zeolon-300阳离子0.3-0.4720800菱沸石AW-300混合阳离子0.40.5640720下图比较了几种吸附剂的脱水性能。活性氧化铝的 吸附容量在水蒸气分压高的范围内是较高的，而沸石分子 筛在低水蒸气分压下具有较高的吸附容量。如果要求水 蒸气的脱除程度高,应选择分子筛吸附剂，而如果吸附容量 更重要些,则选择活性氧化铝吸附剂。也可以采用混合吸 附剂或两种吸附剂串联操作，例如首先用氧化铝进行原料 中大部分水的脱除之后用分子筛进行深度干燥。活化条件 I分子筛:350,L3Pa活性氧化铝:350,ABo固体吸附剂在塔内自上而下移 动，到塔底出去后经塔外提升器提升至塔 顶循环使用。液体用泵压送，在塔内自下 而上流动，与固体物料逆流接触。吸附塔 有固定的四个物料的进出口，将塔分为四图7-23液相移动床吸附 分离操作示意图个作用不同的区域。I区-A吸附区 来自IV区的吸附剂其中的B,被液 体混合物中的A置换，同时A将吸附剂上已吸附的部分 脱附剂D也置换出来，在此区顶部排出由原料中的组分 B和脱附剂D组成的吸余液(B+D),其中、部分循环向 上进入IV区,-部分作为产品侧线排出。H区一B脱附区 来自I区的含(A+B+D)的吸附剂,与此区底部上升的(A+D)的液体逆流接触两A比B易 被吸附，故B被置换出来随液体向上，下降的吸附剂中 只含有(A+D)。m区一A脱附区 脱附剂D从ni区底部进入塔内，与 此区顶部下降的含有(A+D)的吸附剂逆流接触，因D比A 易被吸附，故D把A完全置换出从该区顶部排出吸余 液(A+D)。含有D的吸附剂由底部抽到塔顶循环。IV区一D部分脱附区 从IV顶部下降的只含有D的 吸附剂与来自I区的液体(B+D)逆流接触,根据吸附平衡 关系,大部分B组分被吸附剂吸附,而吸附剂上的D被部分 置换出来。此时吸附剂上只有(B+D)进入I区，从此区顶 部出去的液体中基本上是D。去塔底循环o W将吸取液(A+D)进行精储操作可分别得到A、D,吸 余液(B+D)也可用精储操作进行分离。将上述过程改变一下，固体吸附剂床层固定不动，而通过 旋转阀控制将相应的溶液进出口连续地向上移动，这种操作 与料液进出口不动，固体吸附剂自上而下流动的结果是一样 的,这就是模拟移动床。如图所示，塔上一般开24个等距离的 口，同接一个24通旋转阀上，在同一时间旋转阀接触四个口，其 余均封闭。如图6、12、18、24四个口分别接通吸余液(B+D)出口、原料液(A+B)进口、吸取液(A+D)出口、脱附剂D进口,经一定时间后，旋转阀向前旋转，则进出口又变为5、11、17、23,依次类推,当进出口升至打后又转回至U24,循环操作。模拟移动床的优点是可连续操作，吸附剂用量少,仅为固 定床的4%。但要选择合适的脱附剂，对转换物流方向的旋转 阀要求高。图7-24模拟移动床吸附分离(3)、变压吸附由吸附等温线可知,在同一温度下，吸附质在吸附剂上 的吸附量随气相中吸附质的分压的升高而增加。可见在 温度一定时，加压有利于吸附质的吸附，降压有利于吸附质 的解吸。这种在恒温条件下通过改变压力进行吸附-解吸 的操作称为变压吸附。如下图为常见的两塔系统变压吸 附流程，一塔吸附，一塔再生。每隔一定时间互相交替。加 压、吸附、降压、解吸构成一个操作循环。变压吸附操 作不需要加热和冷却设备，只需改变操作压力即可吸附-脱 附。其循环周期短，吸附剂利用率高，设备体积小，操作范围 广,气体处理量大，分离后可获得较高纯度的产品不吸附产品(EP)图7-25双塔变压吸附流程(4)、参数泵参数泵是利用两组分在流体相与吸附剂相间 分配不同的性质,循环变更热力学参数(如温度、压力等),使组分交替地吸附、脱附,同时配合流体 上下交替的同步流动，使两组分分别在吸附柱的两 端浓集，从而实现两组分的分离。下图是以温度为变更参数的参数泵原理图。(a)初始状态(b)加热半循环9)冷却半循环图7-26参数泵工作原理示意图吸附器内装有吸附剂，进料为含组分A、B的混合液。对于所选用的吸附剂，A为强吸附质,B为弱吸附质（认为它 不被吸附）。A在吸附剂上的吸附温只是温度的函数。吸附器的顶端与底端各与一个泵（包括贮槽）相连,吸附器 外夹套与温度调节系统相连接。参数泵每一循环分前后 两个半周期，吸附床温度分别为T1、丁少流动方向分别为上 流和下流。当循环开始时，床层内两相在较高的温度Ti下 平衡，流动相中吸附质A的浓度与底部贮槽内的溶液的浓 度相同。第一个循环的前半周期，床层温度保持在流体 由底部泵输送自下而上流动。因为在此半周期内,床层温 度等于循环开始前的温度，所以吸附质A既不在吸附剂1 吸附,也不从吸附剂上脱附出来。这样从床层顶端流入到顶部贮槽内的溶液浓度就 等于在循环开始之前贮于底部贮槽内的溶液浓度。到 这半个周期终了，改变流体流动方向，同时改变床层温度 为较低的温度12,开始后半个周期,流体由顶部泵输送由 上而下流动。由于吸附剂在低温下的吸附容量大于它 在高温下的吸附容量，因此，吸附质A由流体相向固体吸 附剂相转移,吸附剂相上的A浓度增力口，相应地在流体相 中A的浓度降低，这样从床层底端流入到底部贮槽内的 溶液A浓度低于原来在此槽内的溶液浓度，到这时半个 周期终了,接着开始第二个循环。前半个周期,在较高床层温度的条件下,A由固体吸附 剂相向流体相转移，这样从床层顶端流入到顶端贮槽内的 溶液A的浓度要高于在第一个循环前半个周期收集到的溶 液的浓度。如此循环往复，组分A在顶部贮槽内不断增浓,相应的组分B在底部贮槽内不断增浓。总的结果是由于温 度和流体流向的交替同步变化，使组分A流向柱顶，组分B流 向柱底，如同-个泵推动它们分别作定向流动o参数泵的优点是可以达到很高的分离程度，例如用参 数泵分离甲苯、正庚烷混合物时，两贮槽中甲苯的浓度比 超过105。参数泵目前尚处于实验研究阶段,理论研究已比 较成熟，实际应用有很多技术上的困难。它比较适用于司 理量较小和难分离的混合物的分离。4、吸附分离的工业应用吸附分离技术广泛应用于石油化工、化学工业、医 药工业、食品工业、冶金工业和电子工业等各个工业部 门，而且随着各种高性能的吸附剂的不断开发，更推动 了吸附分离技术的迅速发展。吸附分离技术的工业应用 大致可归纳为以下几个方面。、气体或溶液的脱水和深度干燥如在中压下乙烯催化聚合聚乙烯时，乙烯气体中的微 量水分可用吸附法除去；冷冻机或家用冰箱用的冷冻剂 氟利昂，在使用前可采用吸附法进行干燥脱水。(2)、气体或液体的除臭、混时I溶剂蒸气的回收吸附法脱臭主要用于臭气浓度较低的场合(如工厂、车间等)。常用的脱臭吸附剂有活性炭、硅胶、酸性白土 等。活性炭对所有臭气几乎都能吸附，磺化煤可吸附碱性 臭气，钠基磺化煤可吸附氯气和酸性臭气等。如采用吸附 法还可以对糖液、酒类、食用油等物质进行脱色、除臭、除去胶体、调整香味、提高结晶性；在喷漆工业中，油漆 中的有机溶剂如苯、丙酮等有毒物质会大量挥发，用活性 炭吸附处理，不仅可以降低周围环境的污染,而且还可以回 收有价值的有机蒸气。(3)、气体的预处理和气体中嗯芝物质的吸附分离精制如用深冷分离空气组分,操作前，空气中的水和二氧化碳必 须预先除去,可采用BX沸石作为吸附剂除掉水和二氧化碳;电 子工业中集成电路的制造过程中需要高纯度的气体，其中杂质 含量已从10-6级降至io?常用的一种纯化方法就是吸附法。(4)、气体本体组分的分离如采用变压吸附法可以从空气中分离制取富氧、富氮、纯氧、纯氮，其投资和成本远低于深冷法;天然气中除了主要成 分甲烷外,通常含有数量不等的C2组分，这些烽类的存在对某些 利用甲烷为原料的化工生产过程是有害的，必须除掉，采用变压 吸附法可脱除这些烽类。(5)、烷煌、烯煌和芳焙溜怨J分离如石油化工、轻工、医药等工业部门都需要 大量的直链烷煌或烯胫作为合成材料、洗涤剂、医药、燃料的原料。采用模拟移动床工艺可从直 链烷烽、环烷煌和芳煌中分离个烷烧；个烷煌催化 脱氢生产直链烯烽时产物中还含有未反应的几-烷 烽，可采用吸附法进行分离烯煌的产品中只含有 1.1%残余的加烷煌;采用吸附法从Cg芳煌中分离对 二甲苯，纯度可大于99.8%。(6)、环境保护和水处暗、吸附分离在工业废气和废水处理中的应用十分广泛，不仅能脱除有害物质，保护环境，还能回收其中的有用成分。如燃料燃烧气中含有二嗯英是一种强致癌物质，日本开发 了一种特性活性炭，把它吹进烟筒或通气道中，可以捕集燃 烧气中的二嗯英，然后通过一个袋式过滤器回收，处理后的 二嗯英浓度只有原来的1/10。随着石油化工和化学工业及 轻工、纺织、食品等工业的发展，污水的排放量日益增加，污水中含有大量的有机物和重金属离子，吸附法是处理工 业废水的一种重要方法。此法可从废水中脱除酚、毗咤 等有机有毒物、回收钾、铀、金、稀土金属等重金属物 质,具有较高的社会效益和经济效益。