吸附塔原理与设计(有简单设计实例

1、吸附 塔原理 與設計4亠一、前言低濃度有誨氣體與汙染性蒸汽的去除，靠著表面多孔性固體的吸附，選 擇適富的吸附劑和接觸時間可以有相當高的去除效率，此外，吸附的程序 己被設計成為吸附物的回收。氣體吸附在工業的應用上為控制奂味丁苯'乙 醇、三氯乙烯等的揮發独気诫回收和麻聽的乾燥。固禮表面可以吸附其他物 質如氣體及液體的分子，此一現象甫為吸附(adsorption)二如果使固體産 生多孔且細小的結構，則該固BS的吸附能力則會增加-常範奩分子經過'固體 且因固體之吸附使得分子運動消失並放出熱能(一般為凝結能之大小)，所 以，吸附通常為放熱“-相反地脫ftUdcsorp(ion)則需供應熱

2、能，其程式恰為 相反。因I比隆低熱能將有肋於呪附再序並標升国曙笛叹附能力。亦即，冷卻. 吸附床或箝前冷卻氯縉皆杲必需的。有些吸附作用很強，以致於幾近無法進行脫附作用，此一程序稱為化學 吸附(ClicmisoMHion)，例如，轼與碳的吸力極強，以致於我們只能分解成9 或C02。用於吸附其他物質之固體稱為吸附劑(adsorbeni or sorbcni)而枝吸 駙之物質則稱為被吸附質(adsorbate或sorbate) 0二、吸附2 1 吸附劑之類別拿國立中山大學環境工程研究所副教授那哝(非彳沙心"商業上較重要的吸附劑有活性碳，單式或複化氧化物(simple or complex o

3、xides)及植入吸附劑(impregnated sorbent)。活性碳是由單種且為中性的原 子構成，因此、並無顯著的位能梯度(potcmial 去吸附具有極性之 分子(polar molecules) °由於tt，一原故r活性碳對吸附潟氣(humid gas)申的 有機化合物相當有殊。比較於其他吸附劑，活性碟對彼吸附物質較不具選擇 性且於濕氣中亦不失其效能。但是内為貳為極性物皆因优徐得具中件的话 样碳對有鴉化合物的吸附亦會産生鳏带的粧摆件。然而，當水中令子的仝 壓大於有機分子時，部份水分子亦會彼吸附。所以於設計上亦應老慮此也 盧O典熨剽浩活件礁物皙的來激有揶辛、御殼、果皮、硬木材

4、及石油焦或殘 標拗O施片心时I禺k他單式或複化氧化物之吸附劑多半為非均匀相(inhomogeneous)且為 極性物質一。這類的吸附劑對移除氣流中特殊物質相當有用，且於潮濕下亦 不失其效能。大多數疽一類的啜附劑為極俸的競燥劑-。/型建吸址遺1由砂膠、漂漿(follcr)、矽藻土 (diatomaceous earth)、合成' 沸石(syniheic Zeolites)或分子篩(mclecular sieves)等所組成。這些物質來源 廣泛如活性碳一股。台成沸石可製備成特殊且單的孔徑，對彼吸附物質形 成選擇性的大小及形狀。雖然，此-性質耀逊L服捶性分孑的化學特性，故 它們無法吸附水蒸氣

5、中與孔徑大小相同的有機物分子。錘至些物J艮阳L， 如活性鋁的極性較矽質吸附劑來得大，故很少用於汙染控制上， 严樟入_晒附一劑(imDiAgn飢cd sorbcniO 有三捷型態f即(1)北學試SL (叫辭亦或反瞧fflKrcaciani)産生連績催化使汙染物氣化一産生間歇性 地催血。試劑式吸附劑(Rcagem impregnants)以化學方式將汙染物轉變為無 窖或將汙染物吸附o碳素可以槓入其本身重量1曲2()%的渙原子並與-烯類 (01囲m反瞬'。航方式對先除乙烯(ethyJcne)相當有用。乙烯因為低分子凰所尅 以在氣流中很難將它吸附。然而當乙烯接觸到浪化表面，即被轉渙為h 2-

6、7> 二炭乙烷厲Z-dibroniocihanc)而吸附。當所有自曰溟消疑完時，吸附劑即失:总 去它的效用且必須丢乗或復化(restore)。.其他植入吸附劑包括可吸附汞慈氣 ； 的腆1吸附亞硫醱舗的醋酸鉛及吸附氟化氫的砂酸銷。琲3饶叭若持續地使用具催化的植人吸附劑(caialylic imprcgiKniL)，通常來講' 筑 催化反屢只會發生於汗染物質與輸送氣carrier纠。之間。如果吸附劑為碳-290-，時,則需世制其畀限以便防止碳的氫化，高氧比度旳僅化劑將使戰易於自發 钱科燃燒(.pyrophoric)。其他多數具極性的吸附團都有(UmiiaLions)。運續 催，匕槓入

7、的方式目前也使用路、銅、銀、辿、白金等物質將之應用於活性磷 。埴入吸附的效杲受植入錯uSS(imprcgnaied complex sail)分解而産生影響 孩方式之製備己被用於室湍下去除可快速氢化汗染物及特殊戰爭氣體(如 具嘔吐性進性液chloropicrin及糜爛性专氣lewisiie)。氧播型催化劑 (O：ygcn-carrying catalysis)的發展提升了去除無氧氣系統中易氧化汙染物的 彼疽入吸附方式的潜力。氧化僅彳匕型吸附劑也可置於空氣中一段時間後再生0當間歇地使用催化劑植入，汙染首先因吻理性的吸附而彼收集O在操作 過-些時間後，溫度升高使得催化劑活化並氢化彼吸附物質(sor

8、bate)。如果 吸附洌為碳時，篠汴意妙社使礁吸附劑於催化操作情況下出現自發燃燒性質 (pyrophoric) 。J 。固定床處理氣體所使用的吸附貳通常為粒狀側anuE)以便減少氣流之 ° 阻杭壓差。圖I顯示出壓力幫差(pressure drop)對於典型級數的細粒硃為其 表面速率(superficial velocity)的歯數。在移動式茨體化床的吸附上，吸附劑 粒子的堅硬度(Hardness)亦是重要的»其可防土磨撩損耗且降低瞽換吸附劑 的成本。典型吸附劑的物理性質詳列於表1。2、2 吸附糸統原理底表2列出影霸吸附床效能的囚素c影辔吸附速率的因素有被吸附物質的；右 分壓

9、，皱吸附物質的薇散力，及吸附床的飽和程度。一般於設計柔続之通用 惊理為(1)充足接觸8吏間低表面速率與適當吸附疾深度)以便得到較佳的 去除效率。谪度的吸附能力以便得到合郎的唳驸效果與厦用壽命。. 對 氣流有低阻抗以保存能董。一珀旦不轸的気徒以彊旌棵吸附痢'JJ完全硬用 J可能地能先移除汁染絞子，除去惡氣或無法彼脫附的物質或將氣流做 後冷卻處理。對已飽利7吸附瀏诈标換或审新妁維講c前述提到，除附作用為放熱测附蜩痂斛前樹。所以降低败 廉床溫度是必須的°涌常斛解統氮汗並秋毎氣之垃。表一吸附劑物理性質ss vZGVcn>us27 ><sowCocb.r»n

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24、吸附物覧濃度（通過床中）2、吸附劑總表面積3、相互JK爭之被吸附分子之相對濃度4、被吸附物持性（分子虽、極性、化 活性、大小與形狀）5、吸附劑孔陳結構大小與形狀 l吸附理化学活性（極性與化學活性）-#-2.2.1 脫附或處置 在汙染物被圾附後，處W.(disposal)閒謂丢乗已飽和的吸附劑。應行注意 的是當彼吸附物質的數最少或發空頻率不多時。新的吸附星的成本與再生式 吸附潮氏較起來相差不大o丟棄的吸附劑應以處置用容器(disposal can ridge) 貯装O盖晉方法可至瘠理場掩理，但果如果汗渎物是貝毒性1或良致癌性， 月一易滲漏冃若吸附劑杲碳川歳官方法廡用林化方式？通常»以經

25、濟立場而言*疵律絲掾一用服附劑再生尺回收汙染物Q M( 啦附哥再牛)的作法一昶傑用一(1】呎附床加熱 吸附床抽貞空 以鈍氣氣 提®ritwW (4) 一以更易粘吸附物囲汰燥出己彼讯附物置一以 卜方式少幼合- o加熱方式為通常採用之方式，它彳僅可回收彼吸附物質並且不曾有稿釋 作用發出r因此，經回收後之物質有時也町逕投入製程中再生産。把吸附庆 的溫度提升至被吸附物質於大氮下之沸點'將使披吸附物質形成蒸氣逸出後 再使之凝結。如果該溫度下會導致分解(decomposit.onj作用時，則可使用溫 度與部份真(penial vacuum的組合方式。蚩獨將吸附床抽真空易於存到 吸附劑再生

26、的結果，但若與加熱方式比較起來則仍較不完全。另外，採用冷 凝機(reirigermed condensetj 或壓縮與毂聚的組合 <,vo«ibination of compression & Gon<|ensatjnn)可再凝聚由真空下氣提出的被吸附物負。使用氣提時，若収用吸陀迪程周圍的鈍氣(如空氣、氛氣)則易産生汙 .染物再度擴散至氣流中的缺點 > 然而，在適當條件彫勢亦會得到所需的角果 亠汲附疔式亦可用於濃縮稀微注染一拗以便將它送至皱化或是自氣流中移除汗. 染物(這是目前於燃(combustion)時，使用空氮氣堤厅染物的方式。).使碳吸附床蒸余的方法

27、，通帛引用為置換方式之再生方法。水蒸氣被吸 附後取代了較低孚衡分壓卜的彼吸附撫質，彼般阻下的物質再經适是蒸氣 * (N被擬鬆收集- *隨著無氣使吸附床匏和後，第二步刖應將被吸附的水分子脫附，即使用 熱氣前它乾煥。事實上，蒸氣法是為一種組合方弍°置換(displaccmcni)是為主要的驅使力(driving force)，但是，蒸氣可使吸附床溫度昇高且過量蒸_氣則可視為氣理竟©(raping gas) °於再生中，被吸附物質無法很完全地被脫附。因此，應允許過量吸附的 能力(excess adsorpuve cup acity) 以便平衡再生冉役用時之能 力損失(&

28、quot;p讥iiy Joss)。其他再生的問題應於選定控制方法後 > 及早進行審査研究。某些有機 物特別是像笨乙烯蒸氣之類的單體，在再生過程中，於吸附劑毛孔中産主聚 化使得吸附劑無法再使用。在稍高的再生溫度下，菜些有機化合物會崩裂並 將吸附劑塗裝上焦油及煤灰，使得吸附劑無法作用。另外，在使用其他處理 方法時可能的解決方案通常為遁當的溫度，降抵壓力與蒸氣，或從氧化爐 ioxidarion furnace)中移除吸附床的物質使其再生。在此r於控制狀况F ' 有機物亦可從吸附劑表面或孔隙燃燒掉。通常吸附劑的生産供應商會提供這' 一方面的資訊或服務°化學吸附方式可提供

29、強力的键結方式，但進行脫附時，將會發生損失某 些吸附劑結構的情形。特殊的再生條件通常是必須的oReinlufl程序以活性 触吸附S02即是一例。該程序中部份SO?與掠原子結合生成硫酸(sulfuric acid)。其脫附的進行是於惰氣下加熱至370°C使酸與験原子反應生成CO?及 S02。2、3 mm一氧聘的吸附設備共分五種類别 可垂晋亦可重境鵜式滿鑼吸附養備.(2J. .固宗可再牛式吸附底3 盘迥床式吸附衿施 流酷化床式啰附證鷹占 憎 析式滿蛙吸附 設備(chromido灯aphic bahhogejj °2.3.1 懑罐式吸附設備對非常命氣淹孔的氣流皆总間監瑟.生已排放

30、濃戏憎很低一，因业使用破 或其他吸附劑的濾罐裝置是相苗經濟且符合需要的方式。可丟棄式的濾紙或 濾匣中含有細粒的玻附劑因此瀧紙，有機或無黴織物劲盪絲等皆已嵯展出 來。濾紙可包3 50 - 70%的碳及纖紇秦漁棉與乂冷的活性碳。然而，此種装 置並不適用於工業上之應用。工業上經當用削是可置換式或拗棄弍濾罐，該_#_種海籀於氣流恭線上裝有徵巅的吸附幣：可操悴至吸附聲達飽和時。同睦' 即可使用手動式地將減匣取出丢棄(棄至掩埋埸或以焚化)。另外虑注童 的是渣3(處置應符法令規定以避免造成瓊境汙染的問題。對於在較僞避地點的排放控制»如裝有揮發溶«f或碳氫化物的貯槽可 使用55-加

31、侖鋼桶盛裝微細之吸附翔。道一類的錢桶一般皆有注進玻管與排 出晋。例如，聘化類設備裝於控制苯貯檜桶(bcngene storage tank)並以風弼 抽風，流*0.1 ft3/min，煽積分率13.5%的苯 > 其使用壽命可達二星期。當 吸附劑達到飽和後，吸附劑可以換新。被置採下的吸附劑則以可燃焕固恋處 理。但是一般情彩是由主產供廉裔收回再生。2.3.2 周企可再空衣吸附床此種方戎茶用時機器欲處理物焉氣紐或被吸附物質的濃度很高可回收' 或新吸附劑的成本相對於再生成本很貴時。固灵可再牛式吸附SL有二Si(H 薄厨吸於床詞局吸附床。無舗哪一方法 > 再生程序奥前述皆相同a2、3

32、、2、1 菇厨网附床吸附痢的舖設厚度約和英吋，用金屬網架成垂直式，而氯骸刖以水平式 的通過吸附床倉有非常小的落竖但必須非常注意小心的足維持吸附烹的 厚度以避免產主氣越墜道(gas channeling)，它的元件已經被使用平扳、flfi 柱式或褶狀(pleaded shapes)來設計。圖2顯示出例子。商篥上HI柱式元件可 用0.012 m*scc，若大一點，褶狀格(pleated cells)則可用 0.35 -0.50 m3/sec ° 憑層吸附床的吸附能力很低並適用於大童氣體但低汙染物濃度。較高濃度可 以五自d控制且短時循環程序下處理。毎一面積虽位內被吸附物質被受限制 ，所以從

33、吸附串除去熱量亦是稍微的蛍要。但.较輕常使用的方式則是預先冷 卻進流氯強。2、3 , 2、2 _理鹽观於宦常汙染物澹度韶過100 DDE或流虽超過4.7 m3/scc 時，通常便用此一方衣 C典型地，此類吸附床約Q.3lm理，使用微細物質填充於長水平栩。氣谎焉 向下並經過吸附床。越深則可操世較長時間，且較大的壓力落壁可以避免形 成氣流墜道(gas channeling)，但是吸附床的均句一致性亦是蒐要的。於吸_ 297 -附释放熱所產生的問題較薄曆吸附床來褂大，並且水平式之冷卻編圈経常會 燒壌。誠然如此,冷卻效益於固定武吸附床通常是不好的。除非氣流是循迴式，否則至少虑設貿兩個相同的吸附床，一個

34、進行吸附 汙染物，另一則進行循環再生及冷卻。圖3顯示出四個車元的吸附組合。第 一個掘再生後罩元用以吸附汗染物第二個部份飽和單元的表現與第一個相 似，但排放氣錘由再生床產生冷卻效果。第四個是以蒸氧産生再生活性。用 冷凝器及分離器雄理排放氣。明励地，会適的管路舆閥門對適當的顚序是必 需的。2.3.3 巡迴床式吸附铝連組且反流柱式之吸附器巳粧敌計出來丿且有其操惟媒件。向下巡迴打 包柱式(downword traveling packed column)軍元與淺箱健式旱元皆有應用實 例。此兩者的換新再生方式皆由柱上方添加吸附剤以維持不變的固體高度。 在歪底的ft (mechanism)可提供檯定地移除

35、飽和吸附IW。氣流曳柱底進入 並經過管柱淨化後由上方離開。在巡迴打包床(Traveling'packed bed)軍元 吸附床設量於柱底的鐵裕上(gEe)並使氣流向上流経固體細粒的空間。 *2.3.4 流値化吸附床如果階段式吸附床不實用，則單一流體吸附床将焦法即刻顯示出理想的 吸附接觸床，在道種床中的吸附粒子有很好的混合，且將不出現一典型的吸 附波。底然所有粒子和排氯希平衡，則如果所有床内粒子未飽和，即可得到 汗染物濃度较低的廢氣。此點使床之吸附能力降低，且對一連續系統中巳吸 附之粒子之排除丁再生、以及返回吸附床之效果大打折扣。流體化床的優點 在於直和浚淨祚床內少低海管有鼓俠才参值探事

36、，以去除殴附熬。當然吸附 介質之再生頻畢亦是童考慮因素。我們可以利用碳吸附霧汽中之有機物之再 生頻率爲參考。Kunii和Levcnspiel之發表出有關以矽耀為吸酗介質均雙流傩吸附床用 來處理乾氣流。其中一床用以吸附水氣，另一床厨利用二床間之連續傳輸粒 子仗再生吸附粒子。逼種原理可以應用於吸附其他汙染物，包含如瀏媒用以 吸附或分解汙染物，圖4爲Linde Purasfw HR系統，它是一種在單容器中吸 附且脱附之傳輪流範床。粒状的琨在容器之二分離流體床間循現。其中之一 爲吸附，另一爲脱附a-# -蟹一-孔柱內層氣流孔柱外踊粒肢活性濮管柱頭組合板12观型莎儈吸附床單元大氣汙染氣鴉一 # 一一 #

37、 一1冷卻 > 吸附床3剛完成蒸氣脱附（現正冷卻中）一 # 一一 # 一鑑 （C蒸氣 丢碾土冷凝器Q,回收溶劑分離器（或蒸般）Ifizk一 # 一夕二灶T伊冷廉（龜怎浪罗笫匸A床二、理論與設計魁“透艾陳» 使用在吸附過程的技術包含階股及遽續式接觸-應用於連繪及半連續操 作。當只有單战分氣嚴的高度吸收時-造些操作類似於吸收時官多成分高度 吸附時，此操作更類似於分觀法,尤其是萃取法。在發展設計方程式時，我 們將處理一連續式接觸黒°假設稀薄溶液且忽略熱效底J結杲設計為一恆溫 操作O方稈式的推導龛展將限於德定狀態荡動床吸附器及井備走狀態固定床 吸附盟等，两者均是單成分吸附。.

38、八）在理定狀態侈動床連繪接觸器中,固體吸附行為像吸收車詬一樣打被 吸鮒物由在塔的吸附部分侈勤F降的固體所去除，這些固體同時在塔中再生 後再使用，此設計方法如同眼收一樣a职附高席的決定須從質量傅迸來計算. £靠蒔定狀態固定床吸附器的茯計是由一静止床吸附物的冒空點所一決命估o * 此貫穿點是發生在當流岀的稱定變化濃度，逹到預設值時，此值可等於一排 放樟準。達到貫穿點的時間可從箕量傳送及所決定需吸附的最的平.衡老虑來 求得。歳附載送氣蛊圖4 Linde Purasiv HR吸附系統应/陵弋 八淡）-301 -31 吸附機構蓍氣體在表面時興固體産生一弱的交互作用而彼留住»因吸引的力

39、量橡 凡得瓦爾力'所以此渦稈被稱為物理吸附或Van d为W训s'噪附。有些氮體被類似化學讎結力键連在表面»此型的吸附即橡所請的杞孚服附或花舉唳枚 及類似活化吸附等。物理呢附能量有如氣體麻結所需的能量，而化學吸称上申 能無有如化舉反鷹中的諾化能匚物理吸附可叫做表而藩結，而化學吸附可妙盘表面反魔。因為此兩遇程 是不同的，所以處理它們的機搆的基本定律也是不同的。在低溫時，拗理邂. 附壽生在任何表面尺任何氣體間月吸附探率很快。化學吸附存形成吸险物 一被吸附物複合物之前需摄供“活化能。化學吸附中的等溫吸附般預測為 竄分子層，而在物理吸附過程中可能是多分子凰。恆壓氣鹰在兩區域能:

40、. 彼此鬲種過程吸附此兩匾域中，兩極型式的吸险均受溫度影裂而使吸附減 少，低溜時較利物理呢附過稈0其它辨別兩種型式吸附的因产是在物理吸附的逆輔過程中可以加熱來去 除彼吸附物。加熱經常用於移去被物理吸附的分子，再進行被化學吸附分子 之移去。移去被化學吸附分子需更嚴格的'條件。處理熱力平衡的定律，只有 像CJausius-Claperyon方程式，可以用於計算兩種吸附型式的放熱情形。同樣 地，像Freundlich方程式的模式，僅可描述兩吸陀型式在恆溫吸附的狀況不 能提供任何機構。另一堆加的機構杲彼吸附氣體受毛細管力所凝宠。大剖分吸喊物忌完金 以毛细誓力和傍氣縉綽中進入乳隙而吸附在孔隙的內

41、部。若_液體潤濕了毛 細管壁，其蒸汽黙將比總蒸汽壓低，因此，可假設毛紙管吸附發生在一巫力 比蒸汽壓低的壓力下在低壓時直徑最小的毛細管最先充滿，常壓力增加時 ，較大的毛細管繼續.填滿，在飽和輕力時，所有的孔隙均披液聘給充滿。犬部分實聆中，毛鈿凝結杲扮演苦物理吸附的鱼色。乡分子吸附及毛縄 務結須由單分子吸附來羽測。一完整的理論須可應用到從毛细冷凝到多分孑 吸附等吸附的範圍。此理論由Brunaucr, Kmmcu及Teller提出，即蜩理論_， 其描述吸附內部範園之情况。-3()2 _3、2 吸附的平衡數據常一氣體或蒸汽由吸附物釋放出，它的分子會分佈在氮相及皱戏附相之 間，在些诡附速率很快的情况下，

42、是很雌去測址。在其他速率適當的情况 可版鹤察。常過程停止一股庭間後口使達億定平勸狀惡，在平衡時每充吸附 物所吸附氣體的最，是溫度、壓力及吸附物與彼吸附物性段的函數。對一定 虽的吸附物，温度保持一定，其數慷町相當於等溫吸阴，被吸附的星是帯以 冬克吸附物在（）住及760 tinuHg壓力下所吸附的膿憤，或以草位藝量的吸附物 所汲附的氣體質是來表示°對工程設計技術方法的左成。在恂溫時，氣體或 逐汽的吸附隨壓力增加而增抑囚為吸附過程是放熱的.，平衡時所殴附的量 需隨溫度上升而減少。圖5所示為氮化乙烷在焦诙的吸附。|§5氨化乙烷在焦炭的吸附之湍度效應/颈魁&意）.其也如圖6，

43、為以純物質皈附當參考物質，比阖對己烷在活性炭吸爼， 以丙銅常參老物質做吸附等量線。-303 -由於固體的孔隙及毛紀管空隙的形狀或其地複雜的現象，如吸附物的潤 濕，脫附與吸附不同的平衡結果，因此吸附過程中總會呈現脫附壓力較低於 吸附足力的磁滯現象。圖7即說明此效應°在某些情况町發現建滞現象不會出現在吸收物的去除中。因此遲蒲現象 須歸因於釋放去除過程中的雜物。202.030 4.0?.010bC80100120"0 °C 150 2000.3 0.4 0.6 C.7 VO0.15080.070X呼 0.060* "0.0500.0400.0300.0200.

44、0150.0100.0070.005 0 004 0.00320溫度C# "1 g M 化Ir” 注冷6P 両附上TV戸箱 d WeItK TQE1 U 丄 ry tn S IJ IX- j 疋.圖6正己烷在活性炭的平衡吸附參考吻質圖-3U4 厨7 苯在三您化二鐵膠中的吸附理滯現象3、3 悝溫吸附的型式込秒Brunaucr對物理或如dcr Waals吸附的描述有五種恆溫吸附型式。以 下為他們的簡短註解° Freundlich, Langmuir及BET方程式的叙述將在下節討 論°1假設為單分子曆。2. Freundlich及Langmuir兩方程式只適於此型的恆溫

45、時。3. BET方程式可應用於此。型U （圖9）1. 本型的S形曲線有無限量的吸附，接近一飽和壓力。2顯示為多層吸附。3只有BET方程式可適用。型 111 （圖 10）H Cl l為歹層收附02只有帕方程式可適用。-305 -型IV （圖11）1含毛细管凝結的多層吸附。2需用BET方程式。（ . - 也 7 （層H2、:,1. 莒毛細管疑結的多曆吸附。-2. 需用BET方程式。，I .在化學吸附的情況是較簡單的，只有型I恆溫下才可發現，多層及毛细 管凝結不會發生r且Langmuir或Freundlich '方程式才可用來描过其平衡狀 況。r 小八/%八r% rr A/C C/W>

46、CC CCCUAXX) D.llrtJ U/UU U.JW U.MUV UQUU VeVLrtJ V./wu sow 壓力 in Pa X 1O &淤送S版轻冬监赵<廿曲圖8氛在厭中不同敲的等鋤附-306 -0.5000.4000.3000 200O.tOO0.0000.6000.0000.1000.2000.3000 4000.5000.6000.7000.8000.900整力Pa X估勺Fl画等温吸附方程式理論的數字被發現可産生數學模弍來描述等溫吸附。Brun.ucr討論這些 理論且對其導出方程式。使用此處出現的方程式許多共同點做-簡短的總和 o這些方程式經常用於化學吸附，單

47、分子吸附，及無毛细凝結的多分子吸附 O BET模式是斂述在Brunuuer中枝討論的毛細礙結現象。0.8000.0001| III-Txa IN kother/nmIlul f "352.15 K/-/ -/ -/ -0.7000.6000.5000.4000.3000.2000.1000.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0500 0.600 1700 0.800 0.900 1.000 壑力山於10 h圖M 漠在矽膠中的族附3.4、1 Freundlich 方程式根據單分子物理和化學吸附* Freundlich方程式是一個經驗關係式°其 可對實驗事

48、實做一朗明的分析'此吸附機構的荷述要好。它是一個最臣的 等溫方程式？彼腐泛地用於丁業上的設計,叱等溫式表示法一能量定律'此 虑V是被吸附的體積'而P是歴力：V = KP1對表示式的兩邊取對數，會産生一線性方程式In V = lH k + S p"11)n若此摸式可靠以也對P作對數圖，盹音驗數據必産生一切線切線的 斜率為1%，其截距為K0.2400.0000.000 OJOO 0.2000.300 * 04300.5000.600号竺壓力莎小卞毅k-N褂sg舍逅墨廉1 I乍顏111送坡'盾唱秤養是器电鐵膠中的吸附3.4.2 Langmuir 7j 程式L

49、angmuir的可程式這首先從理論推導其中之一。對單分子物犁学附的 推導，弑能把化學云附描金很程好。在本式中、E當表面覆葢單分玄屆時披 吸附的骼積°則(3)V-bPVm1十bP有兩（固重新整理的方程式可用來估計數據V bV.n vm此處1/V對卩作圖'其斜率為WK1 截矩為：/b'm丄,丄V bVjv.P Vrn“ 309 當此方程式以1/V對1/P作圖，其斜率為1/bV卫，截矩為/Vm0.180Type V Isotherm373.15 KQJ600.140；0.1200.100 0.080 0.060 0.0400.0200.000.0.0000.2000-400

50、0.6000.8031.0001,200壁力pc"/笔乂 :融Q叭 圖12水蒸汽在焦糖中的吸附3.4.3 BET方程式對所有五種型式的等溫吸附的討論，由BET理論産主的方程式是相當可 靠的。其冋倉的魏園有軍分子吸附，多分子吸附及毛細農.結。可參考物理吸 附來推導。因它描谨型I等溫狀況，所以它可用數舉上地方法來描述化學吸 附。假如吸附發生在一局限空間中，在飽和時空間會受有限數且的吸附層所 累橫。以下方程式中，n表示吸附層的數目，c是是關於吸附熱的常數。_V. = (_LX_)1 JLtMt - 57岀 I(6)Vm 1-K1 + (C-l)X - CXn+1此處x是壓力的函數，對n=l

51、時，式刪減成：工=2Vtn 1+CX 餉是一僧毀幕勘的更數魏直tLangnwir等强直的菱本式。苣吸 附發生在自由表泪'在飽觸會有無限數目的吸附層累積在上而。當且裘面變成鲍和，xt P/Po此處P()是飽和腮力°Y._ CPVni ( Po - P ) ( I + (C-1J P/Po 1(8)式最後可化簡化-£=_子3)( JV ( Po P) VmC 0這裡P/V(Po-P)對(P/PQ作圖其斜率是(C-1)/VniC而截矩為1/VmC 0利 用式對P/P()= 0.35點作數據的模艇，在此點由數據的預測簿有很大的偏離 o Vm和C的值可先由(9)式求出，再使用

52、這些值代入)式，以試誤法求出“。3、5 穩定狀態的移動床吸附舂唾曇聲战町).對於穩定狀態移動床吸附器的現存設計技術中'只考慮:恆溫條件卜單成 分之吸附。對單成分的按作是類似於以固體吸附物替代液體溶劑之氣體吸 收。在下而的推導中，流動速率及濃度以無溶解物為基礎來定義且以重量比 率代替朿呈分率。因此-Y溶解物的重星/溶劑的重量Gs二溶劑氣體的重星/ (單位時間)(單位而槓X二彼吸附物的車呈/吸附物的重址Lz吸附物K11/ (單位時間)(單位面積)圖13是單成分翅緬對流移動床吸附器的蘭圖。其說明了各變數間之關係。 整個管塔之溶質的平衡如i Gs(Y-Y2)= Ls(Xi-X2)(10)圖13

53、連續對流移動床吸附器中的變數塔頂部分也有一相似的平衡式Gs( Y-Y2)= Ls(X-X2)(11)此兩式對系統做一操作線MH)式可解得丫：Y = (l.s/G$)X + Yo-CLsGs) X2J(12)戻v對X仗瞬HT担一亩組，苴*率黑(LW，耕箱釣Y (Ls/Gs) X? |對犬量的物歿附熱效髄會變得較重要。要計算适些熱效應是非常複雜的，年推演中假設能稀薄氣瞬吸附0如同吸收樣基於每滇充機積垒少 一固體黠粒的外表面積之總氣需質量傳送倭數g '是質塑係數的-特徵一，則溶質 傅送的速率超過吸附物的微分高度d.Z 可寫成Ls dX = Gs dY = kyap (Y - Y、dZ(13)

54、整理為小z 二(卫_)!(14),yi k> aP (Y-Y4)-313 -(15)傳耘聲彳立的高度定義為：傅送單位的數目可由積分得：丫1Ng二一(16)小(Y-yJ當平衡線與操作線一樣為直線時，對於nog之估算可使用對數平均方法。Nog=(17)aYlm収诃= ±_Xh二(乡亠(18)UL-1Yx- Y23、6 非穩定狀態的固定可再生床在固定床吸附器中，流體運續地流經最初不含彼吸附物的吸附物質。最 初吸附物與進入吸附床的濃溶液接觸，起先；彼吸附物會皱吸附床的前部分 所去除，幾乎所有的溶質在流龍通過吸附床的停留部分前就被移徐了 °圖14 所示為下游處所發生之情況*在圖1钏之出口流中幾乎不含溶質。吸附床庶頂切部會會變成飽和且整個吸附會通過吸附床2濃度急速變化 的窄小部分；此窄:i、前吸附爵會向吸附床下方移動 > 如此的濃度波之移動速 率比流體流經吸附床的線性速度慢很多。常時間進行憑久 > 出流溶質的濃度會增加o當出口溶質濃度送到一預定的值，即設定之排放標準值，例如達 到貫穿點。當吸附區超出床的末端時，此時出口旳溶質濃度會快速上升，且 出口濃度接近於最初濃度。此部分之濃度-舲積的出口流曲線育如貰穿曲線°假如一蒸汽從一氣體