新型分离技术吸附学习教案

1、会计学1新型新型(xnxng)分离技术吸附分离技术吸附第一页，共80页。第一节第一节 概述概述(i (i sh)sh)一、吸附一、吸附(xf)的分的分类类物理吸附具有如下物理吸附具有如下特点特点：（1）吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引力产）吸附力是由固体和气体分子之间的范德华引力产 生的，一般比较弱。生的，一般比较弱。（2）吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个）吸附热较小，接近于气体的液化热，一般在几个 kJ/mol以以下。下。 第1页/共79页第二页，共80页。（3）吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体，当）吸附无选择性，任何固体可以吸附任何气体，当 然然 吸附量会有所不同。吸

2、附量会有所不同。 （4）吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。）吸附稳定性不高，吸附与解吸速率都很快。（5）吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的。）吸附可以是单分子层的，但也可以是多分子层的。（6）吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度的升高）吸附不需要活化能，吸附速率并不因温度的升高 而变快。而变快。 总之：物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，总之：物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化学键的生成没有化学键的生成(shn chn)与破坏，也没有原子重排与破坏，也没有原子重排等。等。第2页/共79页第三页，共80页。2. 化学化学(huxu)吸附：由化学吸附：由化学(hux

3、u)键力引起的吸附，键力引起的吸附，形成单分子吸附形成单分子吸附 层，并具有选择性，同时是不可逆的，在高温下才能层，并具有选择性，同时是不可逆的，在高温下才能 吸附。吸附。化学吸附具有如下特点：化学吸附具有如下特点：（1）吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生）吸附力是由吸附剂与吸附质分子之间产生(chnshng)的化学的化学 键力，一般较强。键力，一般较强。（2）吸附热较高，接近于化学反应热，一般在）吸附热较高，接近于化学反应热，一般在40kJ/mol 以上。以上。（3）吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与之可发）吸附有选择性，固体表面的活性位只吸附与之可发 生反应的气体分子，如酸位吸附碱性

4、分子，反之亦生反应的气体分子，如酸位吸附碱性分子，反之亦 然。然。第3页/共79页第四页，共80页。 上面二种吸附上面二种吸附(xf)往往是相伴发生，而不能严格分开，往往是相伴发生，而不能严格分开，是几种吸附是几种吸附(xf)综合作用的结果，可能以某种吸附综合作用的结果，可能以某种吸附(xf)为主为主。（4）吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。）吸附很稳定，一旦吸附，就不易解吸。（5）吸附是单分子层的。）吸附是单分子层的。（6）吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速率）吸附需要活化能，温度升高，吸附和解吸速率 加快。加快。 总之：化学吸附相当于吸附剂表面分子与吸附质分子总之：化学吸附相当于吸附剂

5、表面分子与吸附质分子发生了化学反应发生了化学反应(huxu fnyng)，在红外、紫外，在红外、紫外-可见光可见光谱中会出现新的特征吸收带。谱中会出现新的特征吸收带。第4页/共79页第五页，共80页。物理物理(wl)吸附与化学吸附的区别吸附与化学吸附的区别第5页/共79页第六页，共80页。二、吸附二、吸附(xf)分离的分离的应用应用 气体和液体气体和液体(yt)的去湿的去湿 如：氟里昂脱水；如：氟里昂脱水； 气体的分离和净化气体的分离和净化 如：工业生产中的原料气脱除其中的如：工业生产中的原料气脱除其中的CO2、H2S、CO、 SO2 等微量杂质。等微量杂质。 气体中少量溶剂的回收气体中少量溶

6、剂的回收 如：油漆或轻纺工业中，排出的气体内溶剂蒸汽（苯、如：油漆或轻纺工业中，排出的气体内溶剂蒸汽（苯、 丙酮、二硫化碳）的回收。丙酮、二硫化碳）的回收。 有机烷烃和芳烃的分离和精制有机烷烃和芳烃的分离和精制 如：间如：间-二甲苯和对二甲苯和对-二甲苯的分离、碳水化合物中的果二甲苯的分离、碳水化合物中的果糖糖 和葡萄糖的分离等。和葡萄糖的分离等。第6页/共79页第七页，共80页。第7页/共79页第八页，共80页。第8页/共79页第九页，共80页。三、吸附三、吸附(xf)的特点的特点 吸附分离过程是利用混合物中各组分与吸附剂间结合力强弱吸附分离过程是利用混合物中各组分与吸附剂间结合力强弱(qi

7、n ru)的差别，即各组分在固相（吸附剂）与流体相间分配的差别，即各组分在固相（吸附剂）与流体相间分配不同的性质使混合物中难吸附与易吸附组分分离的技术。不同的性质使混合物中难吸附与易吸附组分分离的技术。 吸附分离的特点吸附分离的特点(tdin)是合适的吸附剂对各组分是合适的吸附剂对各组分的吸附可以有很高的选择性，因此它适用于用精馏等方的吸附可以有很高的选择性，因此它适用于用精馏等方法难以分离等混合物的分离和气体与液体中微量杂质的法难以分离等混合物的分离和气体与液体中微量杂质的去除。去除。 此外，吸附过程的此外，吸附过程的操作条件比较温和操作条件比较温和，使它适用于生化，使它适用于生化产品的分离

8、。产品的分离。第9页/共79页第十页，共80页。四、解吸与再生四、解吸与再生(zishng)的目的的目的 吸附分离过程通常包括吸附和解吸与再生两部分。吸附分离过程通常包括吸附和解吸与再生两部分。 解吸与再生的目的有两个：解吸与再生的目的有两个： （1）通过解吸回收有用的物质（吸附质）；）通过解吸回收有用的物质（吸附质）； （2） 使吸附剂回复使吸附剂回复(huf)原状，循环使用。原状，循环使用。第10页/共79页第十一页，共80页。第二节第二节 吸附剂吸附剂（1）工业用吸附剂应具备的条件：）工业用吸附剂应具备的条件： 巨大的内表面，大的比表面积即大的吸附容量；巨大的内表面，大的比表面积即大的吸

9、附容量； 良好的选择性；良好的选择性； 较高的机械强度较高的机械强度(qingd)、化学与热稳定性；、化学与热稳定性； 来源广泛，造价低廉；来源广泛，造价低廉； 良好的再生性能（从经济角度考虑）。良好的再生性能（从经济角度考虑）。（2）吸附剂种类）吸附剂种类 天然吸附剂，如活性铝土矿、漂白土、硅藻土等；天然吸附剂，如活性铝土矿、漂白土、硅藻土等； 活性炭；活性炭； 硅胶；硅胶； 活性氧化铝；活性氧化铝； 合成沸石分子筛。合成沸石分子筛。一、吸附剂应具备的条件一、吸附剂应具备的条件(tiojin)及及种类种类第11页/共79页第十二页，共80页。1、活性炭：具有非极性表面，为疏水和亲有机物的吸附

10、剂。、活性炭：具有非极性表面，为疏水和亲有机物的吸附剂。 优点：性能稳定、抗腐蚀、吸附容量大、解吸容易，经过多优点：性能稳定、抗腐蚀、吸附容量大、解吸容易，经过多次循环操作仍可保持原有吸附性能。次循环操作仍可保持原有吸附性能。 缺点：可燃性，因此使用温度不能超过缺点：可燃性，因此使用温度不能超过200，在惰性气流，在惰性气流掩护下，操作温度可达掩护下，操作温度可达500。应用：气相用活性炭（孔径应用：气相用活性炭（孔径2时，时， 吸附难进行。吸附难进行。 lglg(1)lgqKnp第22页/共79页第二十三页，共80页。（二）朗格（二）朗格(ln )缪尔（缪尔（Langmuir）方程式）方程式

11、 Langmuir基于他提出的单分子层吸附理论对气体基于他提出的单分子层吸附理论对气体推导出简单且广泛应用的近似表达式：推导出简单且广泛应用的近似表达式：1mKPqqKP式中：式中：q 和和qm吸附剂的吸附容量和单分子层最大吸附吸附剂的吸附容量和单分子层最大吸附容量；容量； p 吸附质在气相中的分压，吸附质在气相中的分压， pa； K Langmuir常数，与温度有关。常数，与温度有关。 qm和和K可以关联实验数据得到。可以关联实验数据得到。Langmuir模型是定性或半定量模型是定性或半定量(dngling)研究变压吸附研究变压吸附系统的基础。系统的基础。11iiiminjjjK PqqK

12、P第23页/共79页第二十四页，共80页。（三）液相吸附（三）液相吸附(xf)等温线等温线第24页/共79页第二十五页，共80页。表观表观(bio un)吸附量吸附量 表观表观(bio un)吸附量的表达式：吸附量的表达式：00111(- )en x xqm式中：式中：q1e表观吸附表观吸附(xf)量，量，mol/kg； n0与吸附与吸附(xf)剂接触的二元溶液总量，剂接触的二元溶液总量， mol； m 吸附吸附(xf)剂质量，剂质量，kg； x1o 与吸附与吸附(xf)剂接触前液体中溶质的摩尔分数剂接触前液体中溶质的摩尔分数； x1 达到吸附达到吸附(xf)平衡后液相主体中溶质的摩尔分平衡后

13、液相主体中溶质的摩尔分数。数。第25页/共79页第二十六页，共80页。1mKPqqKP第26页/共79页第二十七页，共80页。 气体或液体吸附质被吸附剂吸附时将产生热效应，气体或液体吸附质被吸附剂吸附时将产生热效应，称为吸附热。随吸附质与吸附剂的性质而异。称为吸附热。随吸附质与吸附剂的性质而异。 吸附热的大小可以准确表示吸附现象的物理化学吸附热的大小可以准确表示吸附现象的物理化学本质和吸附剂的活性。本质和吸附剂的活性。 吸附热分为吸附热分为(fn wi)：（1）微分吸附热）微分吸附热Qd：在吸附剂中吸附质含量一定的条：在吸附剂中吸附质含量一定的条件件 下，每吸附单位质量（或摩尔）吸附质所放出的

14、下，每吸附单位质量（或摩尔）吸附质所放出的热热 量。与吸附质的浓度有关。量。与吸附质的浓度有关。（2）积分吸附热）积分吸附热QI：经过：经过“排气排气”的吸附剂吸附一定量的吸附剂吸附一定量的的 气体吸附质时，吸附单位质量（或摩尔）吸附质气体吸附质时，吸附单位质量（或摩尔）吸附质时时 的平均放热量。与吸附质的浓度有关，吸附质的的平均放热量。与吸附质的浓度有关，吸附质的浓浓 度增加，度增加， QI减少。减少。第27页/共79页第二十八页，共80页。微分吸附热微分吸附热Qd与与积分吸附热积分吸附热QI的关系：的关系：01qIdQQ dqq式中：式中：q 为吸附为吸附(xf)剂上的吸附剂上的吸附(xf

15、)量。量。 吸附过程可分为以下几步：吸附过程可分为以下几步： （1）外扩散（气膜扩散）：吸附质从气流主体穿过颗）外扩散（气膜扩散）：吸附质从气流主体穿过颗粒周围气膜扩散至外表面。粒周围气膜扩散至外表面。（2）内扩散（微孔扩散）：吸附质由外表面经微孔扩）内扩散（微孔扩散）：吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面。散至吸附剂微孔表面。（3）吸附：到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附。）吸附：到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附。 脱附过程是上述过程的逆过程。脱附过程是上述过程的逆过程。 对于化学对于化学(huxu)吸附第三步还伴有化学吸附第三步还伴有化学(huxu)反应。反应。第28页/共79页第二十九

16、页，共80页。一般一般(ybn)吸附过程：吸附过程：(1) 物理吸附：内物理吸附：内(外外)扩散扩散控制；控制；(2) 化学吸附：既有表面化学吸附：既有表面动力学控制动力学控制,亦有内亦有内(外外)扩扩散控制散控制一般一般(ybn)来说，外扩散来说，外扩散控制的情况较少控制的情况较少.第29页/共79页第三十页，共80页。（一）外扩散速率（一）外扩散速率(sl) 吸附质吸附质A的外扩散传质速率的外扩散传质速率(sl)计算式为：计算式为： 式中：式中：dMAdt 时间内吸附质从气相扩散至固体表面的质时间内吸附质从气相扩散至固体表面的质 量，量，kg/m3； kY外扩散吸附分系数外扩散吸附分系数(

17、xsh)， kg/ (m2.s)； ap单位体积吸附剂的吸附表面积，单位体积吸附剂的吸附表面积， m2/ m3； YA，YAi分别为分别为A 在气相中及吸附剂外表面的浓在气相中及吸附剂外表面的浓 度，质量分数。度，质量分数。AiApYAYYakdtdM吸附速率：单位重量的吸附剂（或单位体积的吸附层）在单位吸附速率：单位重量的吸附剂（或单位体积的吸附层）在单位时间时间(shjin)内所吸附的物质量。吸附速率的变化范围很大，内所吸附的物质量。吸附速率的变化范围很大，可从百分之几秒到几十小时。可从百分之几秒到几十小时。第30页/共79页第三十一页，共80页。（二）内扩散速率（二）内扩散速率 式中：式

18、中： kX内扩散吸附分系数内扩散吸附分系数(xsh)， kg/ (m2.s) ； XA，XAi分别为分别为A在固相内表面及外表面的浓度，质量分数在固相内表面及外表面的浓度，质量分数（三）总吸附速率方程式（三）总吸附速率方程式 由于表面浓度不易测定，吸附速率常用吸附总系数由于表面浓度不易测定，吸附速率常用吸附总系数(xsh)表示表示 式中：式中：KY，KX分别为气相及吸附相吸附总系数分别为气相及吸附相吸附总系数(xsh)，kg/ (m2.s) ； 分别为吸附平衡时气相及吸附相中分别为吸附平衡时气相及吸附相中A的浓度，的浓度， 质量分数质量分数 )(AAipXAXXakdtdM)()(AApXAA

19、pYAXXaKYYaKdtdMAAXY ，第31页/共79页第三十二页，共80页。 设吸附设吸附(xf)过程中吸附过程中吸附(xf)质在吸附质在吸附(xf)剂上达到平衡时剂上达到平衡时，流动相中的浓度与吸附，流动相中的浓度与吸附(xf)剂上的吸附剂上的吸附(xf)量成简单的关系：量成简单的关系： 式中：式中：m 平衡曲线的斜率。平衡曲线的斜率。由此得：由此得： 可见：可见：显然：分吸附显然：分吸附(xf)系数与总吸附系数与总吸附(xf)系数间的关系与吸收类似。系数间的关系与吸收类似。AAmXYpXpYpYakmakaK11makakaKpYpXpX111YXKmK第32页/共79页第三十三页，

20、共80页。（一）工艺流程分类（一）工艺流程分类(fn li)1、按吸附剂在吸附器中的工作状态分为：、按吸附剂在吸附器中的工作状态分为： 固定床、移动床（超吸附）、沸腾流化床。固定床、移动床（超吸附）、沸腾流化床。穿床速度：气体通过床层的速度是划分反应床类型的主要依据穿床速度：气体通过床层的速度是划分反应床类型的主要依据（1）穿床速度低于吸附剂的悬浮速度，颗粒处于静止状态，属于）穿床速度低于吸附剂的悬浮速度，颗粒处于静止状态，属于固定床范围；固定床范围；（2）穿床速度大致等于吸附剂的悬浮速度，吸附剂颗粒处于激烈）穿床速度大致等于吸附剂的悬浮速度，吸附剂颗粒处于激烈的上下翻腾状态，并在一定范围内运

21、动，属于流化床范围；的上下翻腾状态，并在一定范围内运动，属于流化床范围；（3）穿床速度远远超过吸附剂的悬浮速度，固体颗粒浮起后不再）穿床速度远远超过吸附剂的悬浮速度，固体颗粒浮起后不再返回原来的位置而被输送走，属于输送床范围。返回原来的位置而被输送走，属于输送床范围。第33页/共79页第三十四页，共80页。2、按操作过程的连续与否分为：间歇式、连续式。、按操作过程的连续与否分为：间歇式、连续式。3、按吸附床再生的方法分：升温解吸循环再生（变温吸、按吸附床再生的方法分：升温解吸循环再生（变温吸 附）、减压循环再生（变压吸附）、溶剂附）、减压循环再生（变压吸附）、溶剂(rngj)置换再生等置换再生

22、等。4、 按吸附剂与物料的流动方向和接触次数分：单级吸附、按吸附剂与物料的流动方向和接触次数分：单级吸附、 错流吸附、多段逆流吸附等三类。错流吸附、多段逆流吸附等三类。溶剂L ，y0吸附剂S x0吸附剂S x1溶剂L ，y1单级吸附单级吸附(xf)第34页/共79页第三十五页，共80页。二级错流吸附二级错流吸附(xf)溶剂L y0吸附剂S1 x0吸附剂S1 x1溶剂L y1吸附剂S2 x0吸附剂S2 x2溶剂L y22级1级多段逆流多段逆流(nli)吸附吸附溶剂L， y0废吸附剂S1，x1x2y1x3 y22级1级xnyn-1xn+1 ynn级吸附剂S吸附后的溶液第35页/共79页第三十六页，

23、共80页。（二）常见的几种（二）常见的几种(j zhn)吸附流程吸附流程1、固定床吸附流程（见图、固定床吸附流程（见图3）优点：设备结构简单，吸附剂磨损小；优点：设备结构简单，吸附剂磨损小；缺点：缺点： 间歇操作，操作必须周期性地变换，因而操作复杂，间歇操作，操作必须周期性地变换，因而操作复杂， 劳动强度高；劳动强度高； 设备庞大，生产强度低；设备庞大，生产强度低； 吸附剂导热性差，因而升温及变温再生困难。吸附剂导热性差，因而升温及变温再生困难。第36页/共79页第三十七页，共80页。返回返回(fnhu)第37页/共79页第三十八页，共80页。2、移动床吸附流程（见图、移动床吸附流程（见图4）

24、 控制吸附剂在床层中的移动速度，使净化后的气体控制吸附剂在床层中的移动速度，使净化后的气体达到排放标准。达到排放标准。 特点：特点： 吸附剂在下降过程中，经历了冷却、降温、吸附、吸附剂在下降过程中，经历了冷却、降温、吸附、增浓、汽提增浓、汽提-再生等阶段，在同一设备内完成了吸附、脱再生等阶段，在同一设备内完成了吸附、脱附（再生）过程；附（再生）过程； 吸附过程是连续的，多用于处理稳定、连续、大气吸附过程是连续的，多用于处理稳定、连续、大气(dq)量的废气；量的废气； 吸附剂在移动过程中有磨损。吸附剂在移动过程中有磨损。第38页/共79页第三十九页，共80页。1-料斗(lio du)；2-吸附器

25、；3-风机；4-传输带返回返回(fnhu)第39页/共79页第四十页，共80页。1-料斗；2-多层流化床 吸附器；3-风机；4-皮带传输(chun sh)机；5-再生塔；6-分离器3、流化床吸附、流化床吸附(xf)流程（见图流程（见图5） 第40页/共79页第四十一页，共80页。二、固定床吸附器二、固定床吸附器 未用区未用区传质区传质区(传质带传质带)饱和区饱和区(平衡区平衡区)YY0第41页/共79页第四十二页，共80页。1、吸附负荷曲线、吸附负荷曲线 在流动状态下，气相中的吸附质沿床层不同高度的浓度在流动状态下，气相中的吸附质沿床层不同高度的浓度变化曲线，或在一定温度下吸附剂中吸附的吸附质

26、沿床层不变化曲线，或在一定温度下吸附剂中吸附的吸附质沿床层不同高度的浓度变化曲线称为吸附负荷曲线。同高度的浓度变化曲线称为吸附负荷曲线。 结合图结合图6，分析一下床层内吸附质浓度在整个操作过程的，分析一下床层内吸附质浓度在整个操作过程的变化。变化。说明：横轴说明：横轴Z吸附剂床层高度；横轴吸附剂床层高度；横轴X吸附剂的吸附负荷吸附剂的吸附负荷；X0吸附剂原始浓度（或反复再生吸附剂原始浓度（或反复再生(zishng)过的吸附剂过的吸附剂中残留的吸附质浓度）；中残留的吸附质浓度）；Xe吸附剂达到饱和时的负荷；吸附剂达到饱和时的负荷；0床层开始吸附的时间；床层开始吸附的时间；b达到破点的时间；达到破

27、点的时间；e全床全床达到吸附平衡（饱和）的时间。达到吸附平衡（饱和）的时间。第42页/共79页第四十三页，共80页。 0 + 返回返回(fnhu)第43页/共79页第四十四页，共80页。 b b e 返回返回(fnhu)第44页/共79页第四十五页，共80页。（a）图：）图：0：未通过含吸附质气体时：未通过含吸附质气体时（b）图：）图：=：已通入含吸附质气体，在吸附剂进口处吸附剂刚刚出：已通入含吸附质气体，在吸附剂进口处吸附剂刚刚出现饱和时。现饱和时。（c）图：）图：=+：在床层的进气：在床层的进气(jn q)端吸附质负荷为端吸附质负荷为Xe，此区称，此区称为为“平衡区平衡区”或称或称“饱和区

28、饱和区”；而靠近气体出口侧，床层中的吸附负；而靠近气体出口侧，床层中的吸附负荷仍为荷仍为X0，此区内的吸附剂仍具有高度活性，此区称为，此区内的吸附剂仍具有高度活性，此区称为“未用区未用区”；介于平衡区和未用区之间的那一部分床层其吸附负荷由饱和介于平衡区和未用区之间的那一部分床层其吸附负荷由饱和Xe的变化的变化到起始的到起始的X0，形成一个，形成一个S形曲线，这段床层进行吸附过程，故称形曲线，这段床层进行吸附过程，故称“传传质区质区”或或“传质带传质带”，而，而S曲线称为曲线称为“吸附波吸附波”或或“传质波传质波”，又称，又称“传质前沿传质前沿”。(见图见图7) 第45页/共79页第四十六页，共

29、80页。 未用区未用区传质区传质区(传质带传质带)饱和区饱和区(平衡区平衡区)YY0返回返回(fnhu)第46页/共79页第四十七页，共80页。（d）图：）图：=b：吸附波前沿刚刚到达：吸附波前沿刚刚到达(dod)吸附层下端口，吸附层下端口，若继续进行吸附，则从流出床层气体中，将发现有吸附质，此若继续进行吸附，则从流出床层气体中，将发现有吸附质，此即所谓即所谓“穿透现象穿透现象”或称或称“透过现象透过现象”。出现穿透的点称为。出现穿透的点称为“穿透点穿透点”（或称（或称“破点破点”），到达），到达(dod)破点所需的时间为破点所需的时间为“透过时间透过时间” b（或（或“穿透时间穿透时间”）。

30、）。（e）图：）图：b： “传质波传质波”继续前移。继续前移。（f）图：）图：e：吸附波的末端也到达：吸附波的末端也到达(dod)床层的出口，即床层的出口，即全床达到吸附平衡全床达到吸附平衡(饱和饱和)，整个床层失去吸附能力。，整个床层失去吸附能力。2、穿透曲线（透过曲线）、穿透曲线（透过曲线） 在一定时间内，分析床层中流出气体的浓度，即从研究流在一定时间内，分析床层中流出气体的浓度，即从研究流出物浓度随时间的变化关系来达到研究吸附床层中浓度变化的出物浓度随时间的变化关系来达到研究吸附床层中浓度变化的情况情况穿透曲线（透过曲线）。（见图穿透曲线（透过曲线）。（见图8） 第47页/共79页第四十

31、八页，共80页。C = 0交界层交界层C = C0 0 1.0 C/C0L图8 吸附(xf)穿透曲线第48页/共79页第四十九页，共80页。 吸附负荷曲线与穿透曲线成镜面相似吸附负荷曲线与穿透曲线成镜面相似, 即从穿透曲线的形即从穿透曲线的形状可以推知吸附负荷曲线。对吸附速度高而吸附传质状可以推知吸附负荷曲线。对吸附速度高而吸附传质(chun zh)区短的吸附过程区短的吸附过程, 其吸附负荷曲线与穿透曲线均陡些。其吸附负荷曲线与穿透曲线均陡些。 穿透曲线与吸附穿透曲线与吸附(xf)负荷曲线的关系：负荷曲线的关系：（1）传质区高度）传质区高度(god)假设条件：等温吸附，等温吸附线为线型；假设条

32、件：等温吸附，等温吸附线为线型； 低浓度污染物的吸附；低浓度污染物的吸附； 传质区高度传质区高度(god)比床层高度比床层高度(god)小得多小得多。3、固定床吸附器的设计计算、固定床吸附器的设计计算 第49页/共79页第五十页，共80页。 设：气体设：气体(qt)中吸附质的无溶质基浓度用中吸附质的无溶质基浓度用Y（即吸附质（即吸附质/载气）表示，吸附剂上吸附质的无溶质基浓度用载气）表示，吸附剂上吸附质的无溶质基浓度用X（即吸附（即吸附质质/吸附剂）表示。吸附剂）表示。图中：图中： W：一段时间后流出物总量，：一段时间后流出物总量， kg载气载气/m2；YeY0，Ye=0.9Y0 ；Yb0，Y

33、b=0.001Y00.01Y0;则一段时间后流出物总量：则一段时间后流出物总量： Wa = We-Wb (kg/m2) 其中：其中：Wa：Za段（传质段（传质(chun zh)区段）的流出物量。区段）的流出物量。W D Y C Yb 第50页/共79页第五十一页，共80页。在吸附区内，从穿透点到吸附剂基本失去吸附能力，吸附剂所在吸附区内，从穿透点到吸附剂基本失去吸附能力，吸附剂所吸附污染物的质量为：吸附污染物的质量为： 定义定义f 为穿透点出现时，传质区内仍具有吸附能力面积的为穿透点出现时，传质区内仍具有吸附能力面积的比率，可表示为：比率，可表示为： 故（故（1-f）为传质区内吸附剂的饱和度。

34、）为传质区内吸附剂的饱和度。 f 的意义：的意义：f的大小反映了在到达破点时床层的饱和度。的大小反映了在到达破点时床层的饱和度。f愈大，吸附饱和的程度愈低，传质区形成愈大，吸附饱和的程度愈低，传质区形成(xngchng)所需的所需的时间愈短。时间愈短。f介于介于01之间，一般在之间，一般在0.40.5左右。左右。ebWebBEDWUYY dWS（）BCEBCEDSfS设吸附床的高度设吸附床的高度(god)为为Z，则传质区高度，则传质区高度(god)： ZWfWWWfWZWZabaaeaa1第51页/共79页第五十二页，共80页。（2）吸附剂用量）吸附剂用量 式中：式中：A吸附床横截面积，吸附床

35、横截面积，m2。 考虑到装填损失，每次新装吸附剂量为（考虑到装填损失，每次新装吸附剂量为（1.051.2）理论量。）理论量。（3）吸附周期（出现穿透的时间）吸附周期（出现穿透的时间） 式中：式中： Gs 载气通过床层的流率，载气通过床层的流率，kg/m2.s Wa传质区段的流出物量。传质区段的流出物量。（4）固定床降压）固定床降压采用采用(ciyng)欧根（欧根（Ergun）方程计算（经验公式）方程计算（经验公式） sMA ZasWGppduduZP23232175. 1)1 (150第52页/共79页第五十三页，共80页。式中：式中：P通过床层的压降，通过床层的压降，Pa； Z床层高度，床层

36、高度，m； 气体的动力粘度，气体的动力粘度，Pa/s； 颗粒层孔隙率，颗粒层孔隙率，%； 气体密度，气体密度，kg/m3； u床层进口横截面积处气体平均流速，床层进口横截面积处气体平均流速，m/s； dp吸附剂颗粒直径，吸附剂颗粒直径，m.例 题 ： 某 厂 产 生例 题 ： 某 厂 产 生 ( c h n s h n g ) 含含 C C l 4 废 气 ， 气 量废 气 ， 气 量Q=1000m3/h，浓度为，浓度为45 g/m3，一般均为白天操作，每天，一般均为白天操作，每天最多工作最多工作8h。拟采用吸附法净化，并回收。拟采用吸附法净化，并回收CCl4，试设计需用，试设计需用的立式固定床吸附器。的立式固定床吸附器。 第53页/共79页第五十四页，共80页。解：解：CCl4为有机溶剂，沸点为为有机溶剂，沸点为76.8，微溶于水，可选用活性炭，微溶于水，可选用活性炭作吸附剂进行吸附，采用水蒸气置换脱附，脱附气冷凝后沉降分离作吸附剂进行吸附，采用水蒸气置换脱附，脱附气冷凝后沉降分离回收回收CCl4。根据市场供应情况选用粒状活性炭作吸附剂，其直径。根据市场供应情况选用粒状活性炭作吸附剂，其直径为为3mm，堆积密度，堆积密度s