吸附净化法分解PPT学习教案

1、会计学1 吸附净化法分解吸附净化法分解 日常生活： 木炭吸湿、吸臭；除有害气体；硅胶用作干燥剂 化工领域： 产品的分离提纯，如制糖品工业，用活性炭处理糖液， 吸附 其中杂质，得到洁白的产品。 环境领域： 对水的脱色脱臭，有害有机物、金属离子、氮、磷的去除； 对空气的脱湿，脱臭，去除有害气体， p 吸附分离操作的应用 第1页/共59页 一、物理吸附与化学吸附 物理吸附：靠分子力产生的吸附 化学吸附：靠化学键产生的吸附 2、物理吸附与化学吸附的比较（P165表6-1） 吸附质被吸附物质 吸附剂附着吸附质的物质 第2页/共59页 物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德 华力所引起的，也称为

2、范德华吸附。 不发生化学反应； 相对没有选择性，可吸附多种吸附质； 可形成单分子吸附层或多分子吸附层； 放热过程，低温有利于物理吸附。放热量较小，与 相应气体的冷凝热相近； 吸附力弱，因而具有较高的可逆性。 第3页/共59页 化学吸附：又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间 发生化学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间 化学键作用力的大小。 如石灰吸附CO2 CaCO3 具有选择性，为单分子层吸附； 吸附热大，除特殊情况外，自发的吸附过程为放热 过程； 吸附速率随温度升高而增加； 化学键作用力大时，吸附不可逆。 第4页/共59页 第5页/共59页 第6页/共59页 1、活性氧化铝 化学式：Al

3、2O3 n H2O 含水氧化铝加热脱水制成的一种极性吸附剂。 与硅胶相比，具有良好的机械强度。 比表面积约200350 m2/g，对水有极强的吸附能力。 主要用于气体的干燥、石油气的浓缩与脱硫；含氟废气的净化、磷的吸附等。 （二）工业吸附剂 第7页/共59页 2、活性炭 应用最为广泛的一种吸附剂。是由煤或木质原料加工得到的产品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、秸秆等都可以加工成黑炭，经活化后制成活性炭。 炭化：把原料热解成炭渣，温度：200600 活化：形成发达的细孔。两种办法: 气体法：通入水蒸气，温度在8001000； 药剂法：加入氯化锌、硫酸、磷酸等。 比表面积：700 1500

4、m2/g 应用：有机溶剂蒸汽的回收；除臭；SO2、NO、H2S、CS2、CCl4等废气的净化。 第8页/共59页 3、硅胶 是一种坚硬无定形链状或网状结构的硅酸聚合物颗粒。 硅胶的化学式：SiO2 nH20 用硫酸处理硅酸钠水溶液，生成凝胶。水洗除去硫酸钠后经干燥，便可得到玻璃状的硅胶。 硅胶是极性吸附剂，难于吸附非极性物质，易于吸附极性物质（如水、甲醇等）和饱和烃基化合物，并对芳香族的键有很强的选择性。 用途：高湿度气体的干燥，SiO2、NOx的净化等 第9页/共59页 4、分子筛 化学式：Mex/n(AlO2)x (SiO2)y mH2O 其中Me为阳离子，n为原子价数，m为结晶水分子数

5、沸石分子筛由高度规则的笼和孔组成 每一种分子筛都有相对均一的孔径，其大小随分子筛种 类的不同而异。 强极性吸附剂，对极性分子如 H2O、CO2、H2S等有很强的亲和力 ，对氨氮的吸附效果好，而对有 机物的亲和力较弱。 第10页/共59页 吸附剂类型活性炭 活性氧化 铝 硅胶 沸石分子筛 4A5A13x 堆 积 密 度 /kgm-3 200600750 1000 800800800800 热容 /kJ(kgK)-1 0.836 1.254 0.836 1.045 0.920.7940.794 操作温度上 限/K 423773673873873873 平均孔径/15251848224513 再 生

6、 温 度 /K 373413473523393 423 473573473573473573 比表面积 / g-1 600 1600 210360600 第11页/共59页 i吸附质与吸附剂长期接触后，气相中吸附质的浓度与吸 附剂（固相）中吸附质的浓度终将达到动态平衡。 吸附速度 解吸速度 当吸附速率=解吸速率，流体中吸附质浓度不再改变（吸附量达到极限值）时 吸附平衡 吸附设备的吸附分离效果取决于两方面因素： （1）吸附平衡（吸附的多少）； （2）吸附速率（吸附的快慢）。 第12页/共59页 第13页/共59页 2、吸附等温线和吸附等温式 第14页/共59页 （2）吸附等温式： 第15页/共5

7、9页 （2）朗格缪尔吸附速率方程（单一组分） 式中：A 覆盖率；ka，kd吸附速率和解吸速 率； PA吸附质A的分压 （3）朗格缪尔吸附等温方程（单一组分） AdAAa kPkr )1( d a k k K A A A KP KP 1 o3、朗格缪尔吸附等温式 （1）基本假设： 吸附是单分子层的； 固体表面上各晶格位置的吸附能力是相同的，吸附热为常数； 被吸附在固体表面的分子之间没有作用力； 第16页/共59页 o或 式中：V，Vm吸附组分为PA时的吸附量； Vm吸附组分为PA时的最大吸附量 A A m A KP KP V V 1 说明： （1）P/V对P作图，得一直线； （2）由斜率1/Vm

8、 和截距1/(KVm)，可算出K，Vm。 说明：朗氏方程式是目前常用的基本等温吸附方程式，但较大时，吻合性较差。 m A m A V P KVV P 1 第17页/共59页 A单位吸附剂的吸附量；或用XT表示 P吸附质在气相中的平衡分压 B,n经验常数, 实验确定 4、弗罗德里希（Freundlich）方程 lgA对lgP作图为直线 n A BP 1 PnB A lg)1(lglg 第18页/共59页 已知：293K,用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡数据如下 例题 试绘制等温吸附线，若该等温吸附线符合朗氏等温吸附方程式，试求K，Vm值。 第19页/共59页 解：依数据，绘图如下 图：活性炭吸附苯

9、蒸汽等温吸附线 第20页/共59页 P/103Pa0.2670.40.5331.3332.664.005.332 v/ml0.1760.2050.2250.2650.2870.290.3 P/vP/v1.5171.5171.951.952.3682.3685.0305.0309.2689.26813.7913.7917.7717.77 如图：1/Vm=3.23，Vm=0.310ml 1/KVm=0.68，K=4.74kPa 。 第21页/共59页 例：下表为二氧化碳在“哥伦比亚”活性炭上的等温 吸附线上读出的数据，据此计算323K时弗罗德里希方程 式和朗氏方程式的常数 P PX XT T， ，

10、ml/gml/g 1 13030 2 25151 3 36767 4 48181 5 59393 6 6104104 第22页/共59页 P PX XT TlgXlgXT TlgPlgP 1 130301.4771.4770 0 2 251511.7081.7080.3010.301 3 367671.8261.8260.4770.477 4 481811.9091.9090.6020.602 5 593931.9691.9690.6990.699 6 61041042.0172.0170.7780.778 以lgp对lgXT作图 第23页/共59页 如图可知：lgB=1.488，k=30.2

11、；1/n=0.693 故弗罗德里希方程式为 69. 0 n 1 T P2 .30kPX 第24页/共59页 P PV VP/VP/V 1 130300.0330.033 2 251510.0390.039 3 367670.0450.045 4 481810.0490.049 5 593930.0540.054 6 61041040.0580.058 （ 2 ） mm V P KVV P 1 以P对P/V作图 如图：1/Vm=0.005，Vm=200 1/KVm=0.0289，K=0.173。 P） V P 173.016.34 （ KP）（ KV V P KVV P m mm 1 1 1 第

12、25页/共59页 气 流 主 体 边 界 层 固体 外表面 固体 内表面 吸附 解吸 微孔 吸附质 吸附质 吸附质 吸附质 外扩散内扩散 二、吸附速率 第26页/共59页 )()( * AApxAAPy A XXKYYK d dq 第27页/共59页 第三节 吸附装置及工艺 一、吸附装置 1、固定床吸附器 第28页/共59页 新鲜吸附剂由顶部加入并逐渐下移，最后自底部连续卸出后送到另一容器再生，再生后回到塔顶。气体则自下而上通过固体床层。由于固体颗粒之间基本上没有相对运动，但却有固体颗粒层的下移运动，因此，也可将其看成是一种移动的固定床反应器。 第29页/共59页 当流体通过床层的速度提高到某

13、一值时，颗粒出现松动，床层体积出现膨胀。如再进一步提高流体速度，床层将不能维持固定状态。此时，颗粒全部悬浮与流体中，显示出不规则的运动。随着流速的提高，颗粒的运动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒仍逗留在床层内而不被流体带出。 第30页/共59页 有机气态污染物固定床吸附 工艺流程（一般吸附工艺） 变压吸附工艺流程 1、2、净化气； 3、蒸汽 4、固 定床 5、废气 6、冷凝器 7、分 离器 8、吸附质 9、冷凝水 1、固定床 2、压缩机 3、冷 却器 4、分离器 5、产品气柜 二、吸附工艺 第31页/共59页 三、吸附剂再生 第32页/共59页 表6-4 吸附剂再生方法 吸附剂再生方法

14、吸附剂再生方法特特 点点 加热再生加热再生 使热气流与床层接触直接加热床层，吸附质可解吸释使热气流与床层接触直接加热床层，吸附质可解吸释 放，吸附剂可恢复吸附性能放，吸附剂可恢复吸附性能 降压再生降压再生 再生时压力低于吸附操作时的压力，或对床层抽真空，再生时压力低于吸附操作时的压力，或对床层抽真空， 使吸附质解吸出来。使吸附质解吸出来。 通气吹扫再生通气吹扫再生 向再生设备中通入基本上无吸附性的吹扫气，降低吸向再生设备中通入基本上无吸附性的吹扫气，降低吸 附质在气相中的分压，使其解吸出来附质在气相中的分压，使其解吸出来 置换脱附再生置换脱附再生 采用可吸附的吹扫气，置换床层中已被吸附的物质，

15、采用可吸附的吹扫气，置换床层中已被吸附的物质， 适用于对温度敏感的物质适用于对温度敏感的物质 化学再生化学再生 向床层中通入某种物质使吸附质发生化学反应，生成向床层中通入某种物质使吸附质发生化学反应，生成 不易被吸附物质而解吸下来不易被吸附物质而解吸下来 第33页/共59页 第四节 固定床吸附过程的计算 一、固定床吸附过程的分析 1、吸附负荷曲线 在流动状态下，流动相中的吸附质沿床层不同高 度的浓度变化曲线，或吸附剂中所吸附的吸附质， 沿床层不同高度的变化曲线称为负荷曲线。 Xe X 0 z 第34页/共59页 图 吸附剂中吸附质浓度的变化 0 + 第35页/共59页 补图 吸附剂中吸附质浓度

16、的变化(续） b b e 第36页/共59页 第37页/共59页 （1）传质区、吸附波（传质波、传质前沿）:在吸附床中，平衡区与未用区之间的吸附质负荷变化形成的S形曲线所占的区域称为传质区，S形曲线称为吸附波（或传质波、传质前沿）。 （2）穿透现象：当吸附波的前沿刚到床层的出口端时称为穿透现象。 （3）破点：出现穿透现象后，吸附波稍微向前移动一点，在流出物的分析中就有吸附质漏出来，该点称为破点。 （4）穿透时间（b）：到达破点所需的时间即为穿透时间。 （5）平衡时间（e）：吸附波（S形曲线的尾部）刚好到达吸附床层出口所需的时间就是平衡时间。 第38页/共59页 2、穿透曲线 以流出物中吸附质浓

17、度Y为纵坐标，时间为横坐标作图，在时间从b e时，在图上会出现一个S形曲线，这条曲线称为穿透曲线 第39页/共59页 第五节 吸附法净化气态污染物的应用 一、 吸附法净化NOx 常用的吸附剂是分子筛、硅胶、活性炭、含氨泥煤等。 （一）吸附机理 活性炭不仅吸附NO2，还能促进NO氧化成NO2 ，特种活性炭还可使NOX还原成N2。 2NO+CN2+CO2 2NO2+2CN2+2CO2 活性炭定期用碱液再生处理 2NO2+2NaOHNaNO3+NaNO2+H2O 第40页/共59页 第41页/共59页 二、吸附法净化有机废气 含溶剂的废气 预处理部分 再生 吸附 溶剂回收 第42页/共59页 三、吸

18、附法净化含SO2废气 常用的吸附剂是活性炭（应用最广）、分子筛、硅胶等。 （一）吸附净化机理 SO2SO2* O2 O2* H2O H2O* 2SO2*+ O2* 2SO3* 2SO3*+ 2H2O 2H2SO4* H2SO4*+n H2O H2SO4 n H2O * 物理吸附 化学吸附 1、吸附 洗涤再 生 加热再生 微波再生 2、再生 第43页/共59页 图 活性炭固定床吸附SO2 1、文丘里洗涤器；2、吸附塔；3、液体槽； 4、硫酸浓缩器；5、冷却器；6、过滤器 （二）活性炭法烟气脱硫工艺流程 第44页/共59页 图 移动床吸附SO2 1、吸附塔；2、空气处理槽；3、脱附塔； 4、换热器；5、7、风机；6、烟囱；8、锅炉 第45页/共59页 第46页/共59页 第47页/共59页 第48页/共59页 第49页/共59页 第50页/共59页 第51页/共59页 应用举例：汽车尾气的催化净化 1）汽车排气中有害成分 oCO、HC、NOx、SOx、铅化合物、苯并芘等。 o许多国家汽车排气标准，主要控制CO、HC、NOx。 第52页/共5