第07章 气态污染物控制技术2

1、第七章第七章 气态污染物控制技术基础气态污染物控制技术基础(2)2.吸附法净化气态污染物吸附法净化气态污染物吸附机理吸附剂吸附速率吸附工艺与设备计算2.吸附法净化气态污染物吸附法净化气态污染物l吸附吸附用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的一种或多种组分浓集于固体表面吸附质被吸附物质吸附剂附着吸附质的物质l优点：效率高、可回收、设备简单优点：效率高、可回收、设备简单l缺点：吸附容量小、设备体积大缺点：吸附容量小、设备体积大一、吸附机理一、吸附机理1.吸附类型：物理吸附和化学吸附吸附类型：物理吸附和化学吸附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附1.吸附力范德华力；吸附力范德华力；2.不发生化学反应

2、；不发生化学反应；3.过程快，瞬间达到平衡；过程快，瞬间达到平衡；4.放热反应；放热反应；5.吸附可逆；吸附可逆；1.吸附力化学键力；吸附力化学键力；2.发生化学反应；发生化学反应；3.过程慢；过程慢；4.升高温度有助于提高速升高温度有助于提高速率；率；5.吸附不可逆；吸附不可逆；物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附2.吸附平衡和吸附等温线方程吸附平衡和吸附等温线方程l当当吸附速度脱附速度吸附速度脱附速度时，吸附平衡

3、，此时吸附量达时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值到极限值.平衡吸附量是吸附剂对吸附质的极限吸附量，平衡吸附量是吸附剂对吸附质的极限吸附量，亦称静吸附量分数或静活性分数。亦称静吸附量分数或静活性分数。l极限吸附量受气体压力和温度的影响极限吸附量受气体压力和温度的影响l吸附等温线吸附等温线 NH3在活性炭上的吸附等温线在活性炭上的吸附等温线吸附等温线吸附等温线XT单位吸附剂的吸附量单位吸附剂的吸附量P吸附质在气相中的平衡分压吸附质在气相中的平衡分压K,1/n经验常数经验常数, 实验确定实验确定吸附方程式吸附方程式l弗罗德里希弗罗德里希（Freundlich）方程（方程（I型等温线中压部分）型等温线

4、中压部分）lgm对lgP作图为直线pnkXkpXTnTlg1lglg/1吸附方程式吸附方程式l朗格缪尔（朗格缪尔（Langmuir）方程（方程（I型等温线）型等温线）Tmm11ABPXBPPPVBVVV被被吸吸附附气气体体在在标标态态下下的的体体积积P吸吸附附质质在在气气相相中中的的平平衡衡分分压压Vm吸吸附附剂剂被被覆覆盖盖满满一一层层时时吸吸附附气气体体在在标标态态下下的的体体积积B吸吸附附与与解解析析速速率率常常数数之之比比Tmm11ABPXBPPPVBVVV被被吸吸附附气气体体在在标标态态下下的的体体积积P吸吸附附质质在在气气相相中中的的平平衡衡分分压压Vm吸吸附附剂剂被被覆覆盖盖满满

5、一一层层时时吸吸附附气气体体在在标标态态下下的的体体积积B吸吸附附与与解解析析速速率率常常数数之之比比吸附方程式吸附方程式lBET方程（方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附）型等温线，多分子层吸附）m000mm0()1(1)/1(1)()V CPVPPCP PPCPV PPV CV CPV被吸附气体在标态下的体积被吸附气体在标态下的体积P吸附质在气相中的平衡分压吸附质在气相中的平衡分压P0吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压Vm吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积C与吸附热有关的常数与吸附热有关的常数m000mm0()

6、1(1)/1(1)()V CPVPPCP PPCPV PPV CV CPV被吸附气体在标态下的体积被吸附气体在标态下的体积P吸附质在气相中的平衡分压吸附质在气相中的平衡分压P0吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压Vm吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积C与吸附热有关的常数与吸附热有关的常数二、吸附剂二、吸附剂1. 吸附剂需具备的特性吸附剂需具备的特性内表面积大具有选择性吸附作用高机械强度、化学和热稳定性吸附容量大来源广泛，造价低廉良好的再生性能10X分子筛氧化铝树脂活性炭活性炭纤维2. 常用吸附剂特性常用吸附剂特性吸附剂类型吸

7、附剂类型活性炭活性炭活性氧化活性氧化铝铝硅胶硅胶沸石分子筛沸石分子筛4A5A13x堆 积 密 度堆 积 密 度 /kg/kgm m-3-32006007501000800800800800热容热容/kJ(kgK)-1-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作温度上操作温度上限限/K423773673873873873平均孔径平均孔径/15251848224513再 生 温 度再 生 温 度 /K373413473523393423473573473573473573比表面积比表面积 / /g-160016002103606003.常用吸附剂特性常用吸附剂特性l

8、分子筛特性分子筛特性气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素l操作条件操作条件低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附增大气相压力利于吸附l 吸附剂性质吸附剂性质比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）m0322.4 10fVWNAf比表面积，比表面积，比表面积，比表面积，mm2 2/g/gf f 单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积, ,mm2 2/ /mLmLN N0 0阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数A A 吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积, ,mm2 2V

9、 Vmm吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，mLmLWW吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，g gm0322.4 10fVWNAf比表面积，比表面积，比表面积，比表面积，mm2 2/g/gf f 单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积, ,mm2 2/ /mLmLN N0 0阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数A A 吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质

10、分子横截面积吸附质分子横截面积, ,mm2 2V Vmm吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，mLmLWW吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，g g比表面积，比表面积，比表面积，比表面积，mm2 2/g/gf f 单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积, ,mm2 2/ /mLmLN N0 0阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数A A 吸附质分子横截面积吸附质分

11、子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积, ,mm2 2V Vmm吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，mLmLWW吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，g g气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素l典型吸附质分子的横截面积典型吸附质分子的横截面积气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素l吸附质性质、浓度吸附质性质、浓度临界直径吸附质不易渗入的最大直径吸附质的分子量、沸点、饱和性l吸附剂活性吸附剂活性单位吸附剂吸附的吸附质的量静活性吸附达到饱和时的吸附量动活性未达

12、到平衡时的吸附量常见分子的临界直径常见分子的临界直径分子分子 临界直径临界直径/ /分子分子临界直径临界直径/ /氦氦氢氢乙炔乙炔氧氧一氧化碳一氧化碳二氧化碳二氧化碳氮氮水水氨氨氩氩甲烷甲烷乙烯乙烯环氧乙烷环氧乙烷乙烷乙烷甲醇甲醇乙醇乙醇环丙烷环丙烷丙烷丙烷正丁烷正丁烷-正二十二正二十二烷烷2.044.054.894.9 丙烯丙烯1-丁烯丁烯2-反丁烯反丁烯1,3-丁二烯丁二烯二氟二氟- -氯甲烷氯甲烷( (CFC- -22)22)噻吩噻吩异丁烷异丁烷- -异二十二烷异二十二烷二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷

13、(CFC- -12)12)环己烷环己烷甲苯甲苯对二甲苯对二甲苯苯苯四氯化碳四氯化碳氯仿氯仿新戊烷新戊烷间二甲苯间二甲苯邻二甲苯邻二甲苯三乙胺三乙胺5.085.98.4气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素l吸附剂再生吸附剂再生 溶剂萃取l活性炭吸附活性炭吸附SO2，可用水脱附可用水脱附 置换再生l脱附剂需要再脱附脱附剂需要再脱附 降压或真空解吸l 吸附作用吸附作用 ，再生温度，再生温度 加热再生吸附剂再生吸附剂再生(a)吸附吸附(b)解吸解吸三、吸附速率三、吸附速率l吸附过程吸附过程 吸附 外扩散（气流主

14、体 外表面） 内扩散（外表面 内表面） 吸附速率将取决于外扩散速率、内扩散速率及吸附本身的速率。在物理吸附过程中，吸附剂内表面上进行的吸附与脱附速率一般较快，而“内扩散”与“外扩散”过程则慢得多。 因此，物理吸附速率的控制步骤多为内、外扩散过程。对于化学吸附过程来说，其吸附速率的控制步骤可能是化学动力学控制，也可能是外扩散控制或内扩散控制。通常，较常见的情况是内扩散控制，而外扩散控制的情况则较少见。三、吸附速率三、吸附速率l外扩散速率外扩散速率l内扩散速率内扩散速率l总吸附速率方程总吸附速率方程*APAAd()dyMKYYt*APAAd()dxMKXXt*APAAPAAPPPPPPd()()d

15、11111;yxyyxxxyMKYYKXXtmKkkKkkm四、吸附工艺与吸附设备计算四、吸附工艺与吸附设备计算 工业上的吸附过程，工业上的吸附过程， 按吸附操作的连续与否可分为按吸附操作的连续与否可分为间歇吸附和和连续吸附； 按吸附剂的移动方式和操作方式可分为按吸附剂的移动方式和操作方式可分为固定床、移动床、流化床和多床串联吸附等；等； 按照吸附床再生的方法又可分为按照吸附床再生的方法又可分为升温解吸循环再生（变温吸附）、减压循环再生（变压吸附）和和溶剂置换再生等。等。吸附工艺吸附工艺l固定床固定床 含污染物的气含污染物的气体体 吸附工艺吸附工艺l移动床移动床吸附工艺吸附工艺l移动床移动床吸

16、附工艺吸附工艺l流化流化床床l流化床流化床吸附工艺吸附工艺固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附器的计算是以固定床吸附器的计算是以吸附平衡吸附平衡和和吸附速率吸附速率为基础。为基础。 吸附平衡吸附平衡是由吸附剂和吸附质的性质所决定。是由吸附剂和吸附质的性质所决定。 吸附速率吸附速率主要体现在传质区的大小、穿透曲线的形状、到主要体现在传质区的大小、穿透曲线的形状、到达破点的时间以及破点出现时床层内吸附剂所达到的饱和达破点的时间以及破点出现时床层内吸附剂所达到的饱和程度。程度。 这些是设计固定床吸附器及选择吸附周期所必须的参数。这些是设计固定床吸附器及选择吸附周期所必须的参数。 由于固定床在操作时

17、床层内有由于固定床在操作时床层内有饱和传质、未饱和饱和传质、未饱和和和未未利用利用三个区，在传质区内吸附剂的吸附质浓度是随时间而三个区，在传质区内吸附剂的吸附质浓度是随时间而改变的，同时随着传质区的移动，三个区的位置又在不断改变的，同时随着传质区的移动，三个区的位置又在不断改变，所以固定床吸附是处在不稳定状态，其影响因素较改变，所以固定床吸附是处在不稳定状态，其影响因素较多。为简化设计计算，一般采用近似计算法，常用的方法多。为简化设计计算，一般采用近似计算法，常用的方法有：有： 穿透曲线法穿透曲线法和和希洛夫希洛夫近似计算法。近似计算法。固定床吸附计算固定床吸附计算吸附负荷曲线吸附负荷曲线吸附

18、床吸附床平衡区平衡区传质区传质区未用区未用区吸附床长度吸附床长度固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附计算一、保护作用时间一、保护作用时间L实际曲线与理论曲线的比较1理论线 2实际曲线（假定吸附层完全饱和）b0Lv （假定吸附层完全饱和）b0Lv 因此，当吸附速率无穷大时，保护时间因此，当吸附速率无穷大时，保护时间与吸附层长度的关系在与吸附层长度的关系在-L-L图上是一条图上是一条过原点的直线即图中过原点的直线即图中1 1线；但是实际上当线；但是实际上当吸附达到穿透时，传质区中尚有一部分吸附达到穿透时，传质区中尚有一部分吸附剂未达到饱和，即实际的饱和吸附吸附剂未达到饱和，即实际的

19、饱和吸附量小于静平衡吸附量量小于静平衡吸附量a,a,吸收操作的连续吸收操作的连续时间时间要比吸附速度为无穷大时的保护要比吸附速度为无穷大时的保护作用时间作用时间小小( (见图见图2 2线线) )。其差值。其差值0 0称称为持续时间损失，则实际操作时间为持续时间损失，则实际操作时间0b00()LK Lhva a静静活活度度，静静活活度度，S S吸吸附附层层截截面面积积吸吸附附层层截截面面积积, ,mm2 2L L吸吸附附层层厚厚度度吸吸附附层层厚厚度度, ,mm吸吸附附剂剂堆堆积积密密度度，吸吸附附剂剂堆堆积积密密度度，kg/mkg/m3 3v v气气体体流流速速，气气体体流流速速，m/sm/s

20、污污染染物物浓浓度度，污污染染物物浓浓度度，kg/mkg/m3 3保保护护作作用用时时间间损损失失；保保护护作作用用时时间间损损失失；h h死死区区长长度度死死区区长长度度b00希洛夫方程b00()LK Lhva a静静活活度度，静静活活度度，S S吸吸附附层层截截面面积积吸吸附附层层截截面面积积, ,mm2 2L L吸吸附附层层厚厚度度吸吸附附层层厚厚度度, ,mm吸吸附附剂剂堆堆积积密密度度，吸吸附附剂剂堆堆积积密密度度，kg/mkg/m3 3v v气气体体流流速速，气气体体流流速速，m/sm/s污污染染物物浓浓度度，污污染染物物浓浓度度，kg/mkg/m3 3保保护护作作用用时时间间损损

21、失失；保保护护作作用用时时间间损损失失；h h死死区区长长度度死死区区长长度度b00希洛夫方程L实际曲线与理论曲线的比较1理论线 2实际曲线对于一定的吸附系统及操作条件，静活度对于一定的吸附系统及操作条件，静活度值、堆积密度、气体流速和吸附质的浓度值、堆积密度、气体流速和吸附质的浓度为常数，可表示为为常数，可表示为0baKA A 式中的式中的h h是与对应的保护作用时间损失是与对应的保护作用时间损失0 0相对应的相对应的“吸附床吸附床层的高度损失层的高度损失”，此高度，此高度h h可看成是完全没有起吸附作用的可看成是完全没有起吸附作用的“死死层层”。 吸附床的实际操作时间吸附床的实际操作时间与

22、床层高度与床层高度L L如图中曲线如图中曲线2 2（应为实（应为实测线）。由曲线测线）。由曲线2 2可以看出，当可以看出，当L LL L0 0（吸附区长度）时它是直线（吸附区长度）时它是直线1 1的平行，的平行，当当L LL L0 0时，是一条通过原点的曲线。曲线时，是一条通过原点的曲线。曲线2 2的切线（虚的切线（虚线）与线）与L L轴交于轴交于A A，与，与轴交于负端轴交于负端B B，则有，则有OAL 0OB0例例 用活件炭固定床吸附器吸附净化含四氯化碳废气。常温常压下废气流量为1000m3/h，废气中四氯化碳初始浓度为2000mg/m3，选定空床气速为20m/min。活性炭平均粒径为3m

23、m，堆积密度c为450kg/m3，操作周期为40h。在上述条件下，进行动态吸附实验取得如下数据：请计算（1）固定床吸附器的直径、高度和吸附剂用量；（2）在此操作条件下，活性炭对CCl4的吸附容量；（3）吸附波在床层中的移动速度。 解解： （1）以Z为横坐标，为纵坐标将上述实验数据描绘在坐标图上，得一直线（图9-21） ，依图，求出直线的斜率即为K，截距即为-m，得： min95;min/2143mmK 将K、m代入希洛夫方程得 )(164. 12143956040mKZm 取Z=1.20m。采用立式圆柱床进行吸附，计算出吸附床直径 )(03. 16020100044muVD 可取D=1.0m。

24、 所需吸附剂量 ）（kgAZWc9 .4234502 . 1142 考虑装填损失，所需吸附剂量W为 )(4661 . 19 .423kg /min m 图 9-21 例 9-2 图 固定床吸附计算固定床吸附计算二、吸附床长度（高度）二、吸附床长度（高度） 采用穿透曲线法来计算。假定条件l等温吸附等温吸附l低浓度污染物的吸附低浓度污染物的吸附l吸附等温线为第三种类型吸附等温线为第三种类型l吸附区长度为常数吸附区长度为常数l吸附床的长度大于吸附区长度吸附床的长度大于吸附区长度 在计算中，由于吸附剂和不被吸附的载气在吸附过程中在计算中，由于吸附剂和不被吸附的载气在吸附过程中是不变的，所以下面的计算是

25、以无吸附质基气体，即惰性气是不变的，所以下面的计算是以无吸附质基气体，即惰性气体的比质量分数来表示组成。体的比质量分数来表示组成。在破点处流出物的量在破点处流出物的量图724 理想透过曲线SBESaaGWWGWE SEEGWa WaWBWE对应对应aBE 令令f f为传质区形成所需的时间，则传质区移为传质区形成所需的时间，则传质区移动等于床层总高度动等于床层总高度L L之距离所需时间为之距离所需时间为E E- -f f，因此，传质区高度因此，传质区高度L0为为 气体在传质区里，从破点到吸附剂基本上失气体在传质区里，从破点到吸附剂基本上失去吸附能力，被吸附的吸附质量如图去吸附能力，被吸附的吸附质

26、量如图7-24中阴影部中阴影部分所示，其量分所示，其量QB为为 FEaLL0EBWWBdWYYQ）（0 在传质区内全部为吸附质所饱和时，吸附量为在传质区内全部为吸附质所饱和时，吸附量为Y0Wa。因此，破点时传质区内因此，破点时传质区内仍具有吸附能力仍具有吸附能力的面积比率的面积比率f为为 由于吸附波形成后尚有由于吸附波形成后尚有f这一部分面积未吸附，因此传质区形这一部分面积未吸附，因此传质区形成时间成时间F要小于传质区移动要小于传质区移动L0距离的时间距离的时间a。当。当f=0时，则表示吸时，则表示吸附波形成后，传质区已达到饱和，这样，传质区形成时间附波形成后，传质区已达到饱和，这样，传质区形

27、成时间F应基应基本上与传质区移动距离本上与传质区移动距离Za所需时间所需时间a相同。而当相同。而当f=1时，表示传质时，表示传质区中吸附剂基本上不含吸附质，传质区形成的时间应很短，基本区中吸附剂基本上不含吸附质，传质区形成的时间应很短，基本等于等于0，所以可得下式，所以可得下式 ）（）（）（）（）（aBaWWWWaWWaBWWWdYYWWdYYYWYdWYYWYQfaEaBEB0 .100/000001af）（ 1F固定床吸附计算固定床吸附计算l吸附床长度吸附床长度0AEA(1)LWLWf W(7-120)(7-120)三、破点时全床层饱和度三、破点时全床层饱和度S的计算的计算 对应面积abc

28、XfLTa)1 (0LfLLaLAfaALaALLSbbb0001 质量全床层饱和时的吸附质质量破点时床层中的吸附质ef对应面积edcfXLTbSLfL1整理上上式得到计算吸附床高度的方程式整理上上式得到计算吸附床高度的方程式也可得到吸附床穿透时间或保护作用时间：也可得到吸附床穿透时间或保护作用时间：0 量吸附剂附剂上累积吸附吸附床单附床单位横截YGaSLsb所含吸附质的量横截面积上进入气体中单位时间内吸附床单位四、四、传质区传质单元数的计算传质区传质单元数的计算l在固定床操作中，传质区是通过固定床层沿流体流在固定床操作中，传质区是通过固定床层沿流体流动方向移动的，直到达到操作停止为止。然而，

29、可动方向移动的，直到达到操作停止为止。然而，可以设想成固体吸附剂以足够的速度与流体逆向运动，以设想成固体吸附剂以足够的速度与流体逆向运动，以致传质区在床层一定高度上以稳定状态维持不动，以致传质区在床层一定高度上以稳定状态维持不动，如后附图，从而使计算简化。图中表示离开床层顶如后附图，从而使计算简化。图中表示离开床层顶部的吸附剂与进口气体平衡，而流出的气体中吸附部的吸附剂与进口气体平衡，而流出的气体中吸附质已被吸附，当然，要达到这样的要求，其层床应质已被吸附，当然，要达到这样的要求，其层床应该是无限高，但这里主要是讨论涉及相当于传质区该是无限高，但这里主要是讨论涉及相当于传质区两端平面上的浓度。

30、两端平面上的浓度。传质区传质单元数的计算传质区传质单元数的计算 （a a）（b b）对于整个床层的吸附质进行物料衡算，有：对于整个床层的吸附质进行物料衡算，有：或：或：如上附图（如上附图（b b）所示，上式为一条通过原点斜率为）所示，上式为一条通过原点斜率为Ls/GsLs/Gs的操作线。的操作线。000TssXLYG）（TssXGLY）（/0 在床层的任一截面上，吸附质在气体中的浓度在床层的任一截面上，吸附质在气体中的浓度Y Y与吸附质在与吸附质在固体吸附剂上的浓度固体吸附剂上的浓度X X之间有如下关系：之间有如下关系：TssXLYG 在床层内取一微元高度为在床层内取一微元高度为dLdL作物料

31、平衡，则在单位时间、单作物料平衡，则在单位时间、单位面积的位面积的dLdL的高度内，气相中吸附质的减少应等于固相吸附剂的的高度内，气相中吸附质的减少应等于固相吸附剂的吸附量：吸附量：对于传质区则有：对于传质区则有：SPd(*)dyG YK a YYLYYdYaKGdLLEBYYpYsz000传质区内的传质单元数为：传质区内的传质单元数为：传质区内的传质单元高度为：传质区内的传质单元高度为：即：即：OGapYsaYYOGHLaKGLYYdYNEB/*传质区内气相总传质单元高度 pYsOGaKGHoGoGaHNL设在任何小于设在任何小于Z Za a的床层高度的床层高度z z内，内，H HOGOG不

32、随浓度而变化，不随浓度而变化，z z所所对应的气相浓度为对应的气相浓度为Y Y，则有，则有 可用图解积分法求得，也可按该式绘制穿透过曲线 EBBYYYYEEaYYdYYYdYWWWLL例2 在在305K及及101.3kPa下，湿度为下，湿度为10%的空气通过硅胶固定床的空气通过硅胶固定床进行等温干燥。若固定床出口空气中水分含量达进行等温干燥。若固定床出口空气中水分含量达12510-6（按（按质量计）时被认为达到破点，出口气体中水分含量达质量计）时被认为达到破点，出口气体中水分含量达225010-6时，则认为床层已失去吸附能力。床层的气相传质时，则认为床层已失去吸附能力。床层的气相传质系数为系数

33、为kYap=1260G0.55kg/(hm3Y)，式中，式中G kg/(hm2)为为气体质量流率，平衡关系示于图气体质量流率，平衡关系示于图9-23中。求：中。求：（1）传质单元数；）传质单元数；（2）空气表观速度为）空气表观速度为1055 kg/(hm2)时，需不含吸附质的吸附时，需不含吸附质的吸附剂的数量剂的数量LS；（3）假定）假定ksap近似等于近似等于kYap的的15%，求总气相传质单元数，求总气相传质单元数 ；（4）破点时床层饱和度达）破点时床层饱和度达90%，求此时床层高度；，求此时床层高度；（5）床层堆积密度为）床层堆积密度为720 kg/m3，求破点发生时间。，求破点发生时间

34、。图9-23 例2计算图解 解：Y0=10%的湿度=0.0025 kg水分/kg干空气 YB=12510-6=0.000125kg水分/kg干空气 YE=225010-6=0.00225 kg水分/kg干空气 （1）EBYYOGYYdYN* 下表中第一栏为YB与YE之间的Y值，第二栏为查图9-23 得与各Y值对应的Y*值，第四栏为以Y 为横坐标，*1YY 为纵坐标绘制曲线的积分值（从YB各Y值积分） 。 由式（9-32）将第四栏各值除以8.735，即地第五栏各值，故 NOG=8.735 （2）/97.3208.010550025.020）（硅胶mhkgXGYLTSS Y（1） Y*（2） *1

35、YY（3） YYBYYdY*（4） aBWWW （5） 0YY（6） 0.000125= YB 0.000040 11.765 0.000 0.0000 0.05 0.0002 0.000075 8.000 0.741 0.0848 0.08 0.0004 0.000180 4.545 1.996 0.2285 0.16 0.0006 0.000300 3.333 2.784 0.3187 0.24 0.0008 0.000425 2.667 3.384 0.3874 0.32 0.0010 0.000575 2.353 3.886 0.4449 0.40 0.0012 0.000770 2.

36、326 4.354 0.4985 0.48 0.0014 0.001000 2.500 4.837 0.5537 0.56 0.0016 0.001260 2.941 5.381 0.6160 0.64 0.0018 0.001530 3.704 6.046 0.6922 0.72 0.0020 0.001800 5.000 6.916 0.7918 0.80 0.0022 0.002080 8.333 8.249 0.9444 0.88 0.00225= YE 0.002160 11.111 8.735 1.000 0.90 （3）平衡曲线的平均斜率为02. 0XY，则 Gs/LS=0.02

37、1055/32.97=0.64 kYap=1260(1055)0.55=57964.1 kg/(hm3Y) kSap= kYap0.15=8694.6kg/(hm3X) )(0206. 000379. 064. 00182. 0)()(00379. 06 .869497.32)(0182.01 .579641055mLGHHHmakLHmakGHSSSGOGpSSSpYSG （4）传质区高度 Za=NOGHOG=8.3750.0206=0.1799（m） 由式（9-25）将 Y/Y0值对aBWWW 值作图，可得一条无因次的在 WB与 WE之间的透过曲线，f 等于曲线上方aBWWW 从 01.0

38、 的积分面积，得 f=0.52。 由破点时，全床层饱和度=9 . 01799. 052. 0ZZZfZZa 解得 Z=0.935（m） （5）床层硅胶填充体积为 0.935（m3/m2截面积） ，则硅胶质量为 0.935720=673.2（kg/m2截面积） 达到与进口气的平衡浓度的 90%时，硅胶含水 68=48.47（ kg/m2床层） 其中 0.08 是与 Y0平衡的固相浓度 XT。 进口湿空气带入水分 10550.0025=2.637kg/(hm2) 破点发生时间 48.47/2.637=18.38（h） 吸附器的压力损失吸附器的压力损失1）图解计算）图解计算3pgg2p150(1)1.75(1)PgdDGd G P压降压降 (lb/ft2)D固定床厚度固定床厚度 (ft) 孔隙率孔隙率G气体流量气体流量 (lb/ft2?hr) g 气体粘度气体粘度 (lb/ft?hr)dp颗粒直径颗粒直径 (ft)2）公式计算）公式计算3pgg2p150(1)1.75(1)