第六章 3 (吸附凈化)

1、l第一節(jié)第一節(jié) 吸附的基本概念吸附的基本概念l第二節(jié)第二節(jié) 吸附原理吸附原理l第三節(jié)第三節(jié) 吸附設(shè)備及計(jì)算吸附設(shè)備及計(jì)算l第一節(jié)第一節(jié) 吸附的基本概念吸附的基本概念v吸附過程吸附過程用多孔性固體物質(zhì)處理流體混合物，利用用多孔性固體物質(zhì)處理流體混合物，利用固體表面存在的分子引力或化學(xué)鍵力，固體表面存在的分子引力或化學(xué)鍵力， 把氣體混合物中把氣體混合物中的某一或某些組分吸留在固體表面并濃集保持于其上，的某一或某些組分吸留在固體表面并濃集保持于其上， 這種分離氣體混合物的過程稱為氣體吸附。氣這種分離氣體混合物的過程稱為氣體吸附。氣固吸附。固吸附。 v吸附質(zhì)（吸附質(zhì)（或被吸附物或被吸附物）：）： 被吸

2、附到固體表面的物質(zhì)（氣被吸附到固體表面的物質(zhì)（氣體組分）稱為吸附質(zhì)；體組分）稱為吸附質(zhì)；v吸附劑吸附劑 ：起吸附作用的多孔固體物質(zhì)稱為吸附劑。起吸附作用的多孔固體物質(zhì)稱為吸附劑。v吸附吸附 ： 吸附質(zhì)被吸附到多孔固體表面的過程稱之為吸附；吸附質(zhì)被吸附到多孔固體表面的過程稱之為吸附； v脫附（脫附（或或解吸）：解吸）： 固體表面吸附了吸附質(zhì)后，被吸附的吸附質(zhì)固體表面吸附了吸附質(zhì)后，被吸附的吸附質(zhì)可從吸附劑表面脫離到氣相中的過程稱之為脫附；可從吸附劑表面脫離到氣相中的過程稱之為脫附； v當(dāng)吸附劑使用一段時(shí)間后，由于表面吸附質(zhì)的濃集當(dāng)吸附劑使用一段時(shí)間后，由于表面吸附質(zhì)的濃集甚至達(dá)到飽和，使其吸附能

3、力明顯下降，而不能滿甚至達(dá)到飽和，使其吸附能力明顯下降，而不能滿足吸附凈化的要求時(shí)，足吸附凈化的要求時(shí)， 為了重復(fù)使用吸附劑或回收為了重復(fù)使用吸附劑或回收有效成分，此時(shí)就需要采取一定措施，使吸附劑上有效成分，此時(shí)就需要采取一定措施，使吸附劑上已吸附的吸附質(zhì)脫附，以恢復(fù)吸附劑的吸附能力，已吸附的吸附質(zhì)脫附，以恢復(fù)吸附劑的吸附能力，這個(gè)過程稱之為吸附劑的這個(gè)過程稱之為吸附劑的再生再生，即使之可重復(fù)利用。，即使之可重復(fù)利用。 v再生：再生： 施用措施恢復(fù)吸附劑的吸附能力的過程。利施用措施恢復(fù)吸附劑的吸附能力的過程。利用吸附劑的吸附用吸附劑的吸附再生再生再吸附的循環(huán)過程，達(dá)到再吸附的循環(huán)過程，達(dá)到除去

4、空氣中的有毒物質(zhì)并回收有用組分的目的。除去空氣中的有毒物質(zhì)并回收有用組分的目的。 l吸附與吸收的區(qū)別：吸附與吸收的區(qū)別：l吸附過程的吸附質(zhì)是以分子形態(tài)積聚或濃縮敷吸附過程的吸附質(zhì)是以分子形態(tài)積聚或濃縮敷在固體吸附劑的表面上。由于吸附是發(fā)生在固在固體吸附劑的表面上。由于吸附是發(fā)生在固體表面上，因此，只有那些具有較大內(nèi)表面的體表面上，因此，只有那些具有較大內(nèi)表面的固體才具有吸附能力。吸附可看作非均相過程，固體才具有吸附能力。吸附可看作非均相過程，一相為固體吸附劑一相為流體。一相為固體吸附劑一相為流體。l而吸收是用液相吸收劑吸收氣體混合物中而吸收是用液相吸收劑吸收氣體混合物中種種或數(shù)種組分，吸收后，

5、被吸收組分基本上可看或數(shù)種組分，吸收后，被吸收組分基本上可看作是均勻分散于液體吸收劑中。作是均勻分散于液體吸收劑中。l吸附劑的表面現(xiàn)象吸附劑的表面現(xiàn)象 l一種物質(zhì)的內(nèi)層分子在各個(gè)方面受周圍分子的引力是相一種物質(zhì)的內(nèi)層分子在各個(gè)方面受周圍分子的引力是相同的。同的。l物質(zhì)表面層的分子，在一般情況下，受內(nèi)層分于的引力物質(zhì)表面層的分子，在一般情況下，受內(nèi)層分于的引力與受外界分子的引力是不同的。如固體（或液體）受內(nèi)與受外界分子的引力是不同的。如固體（或液體）受內(nèi)層分子的引力比從空氣方面受到的引力要大，表面存在層分子的引力比從空氣方面受到的引力要大，表面存在著剩余的表面自由力場。人們將這個(gè)表面層分子比內(nèi)層

6、著剩余的表面自由力場。人們將這個(gè)表面層分子比內(nèi)層分子所多余的能量稱為分子所多余的能量稱為表面能表面能。l因在表面存在著剩余的表面自由力場，當(dāng)某些能被吸附因在表面存在著剩余的表面自由力場，當(dāng)某些能被吸附的氣體分子碰撞到固體表面時(shí)就有可能被吸附。的氣體分子碰撞到固體表面時(shí)就有可能被吸附。l對吸附氣體的吸附劑加熱，當(dāng)被吸附氣體分子獲得的能對吸附氣體的吸附劑加熱，當(dāng)被吸附氣體分子獲得的能量足以克服吸附力場時(shí)，被吸附的氣體才能重新回到氣量足以克服吸附力場時(shí)，被吸附的氣體才能重新回到氣相，此即所謂相，此即所謂脫附過程脫附過程。l吸附劑的表面積吸附劑的表面積l 吸附劑表面能越大吸附能力越強(qiáng)，能吸附吸附劑表面

7、能越大吸附能力越強(qiáng)，能吸附的物質(zhì)也就越多。的物質(zhì)也就越多。l物質(zhì)的表面能與表面積成正比。物質(zhì)的表面能與表面積成正比。l吸附劑的吸附能力，通常是用該吸附劑的比表吸附劑的吸附能力，通常是用該吸附劑的比表面積的大小來判斷的。比表面積是衡量吸附劑面積的大小來判斷的。比表面積是衡量吸附劑的最重要的指標(biāo)。的最重要的指標(biāo)。 l吸附劑的吸附劑的比表面積比表面積是以每克物質(zhì)所具有的表面是以每克物質(zhì)所具有的表面積來表示，其單位為積來表示，其單位為m m2 2g g。l吸附劑的粒徑越小，比表面積就越大。但這種吸附劑的粒徑越小，比表面積就越大。但這種比表面積是有限的。我們常用的吸附劑希望能比表面積是有限的。我們常用的

8、吸附劑希望能具有很大的內(nèi)表面積，其比表面積可達(dá)每克數(shù)具有很大的內(nèi)表面積，其比表面積可達(dá)每克數(shù)百平方米以上。百平方米以上。v1、物理吸附物理吸附 v主要是分子間相互吸引力，范德華力吸附。主要是分子間相互吸引力，范德華力吸附。 v吸附過程可逆，當(dāng)吸附質(zhì)分壓吸附過程可逆，當(dāng)吸附質(zhì)分壓降低降低或溫度或溫度升高升高時(shí)，被吸時(shí)，被吸附氣體易從固體表面逸出，而不改變其原來的性狀。附氣體易從固體表面逸出，而不改變其原來的性狀。 v物理吸附具有以下特征：物理吸附具有以下特征： v（1）放熱過程，吸附熱不大，與凝結(jié)熱相同；）放熱過程，吸附熱不大，與凝結(jié)熱相同；20KJ/mol v（2）吸附只取決于氣體的物理性能及

9、吸附劑的特性；吸附只取決于氣體的物理性能及吸附劑的特性； v（3）吸附過程極快：參與吸附的各相間迅速達(dá)到平衡；）吸附過程極快：參與吸附的各相間迅速達(dá)到平衡； v（4）單層吸附，也可多層吸附。）單層吸附，也可多層吸附。v（5）無選擇性。）無選擇性。v2、化學(xué)吸附化學(xué)吸附 v主要是化學(xué)鍵力主要是化學(xué)鍵力 ，需要一定的活化能的吸附。升高溫，需要一定的活化能的吸附。升高溫度有利于化學(xué)吸附。度有利于化學(xué)吸附。v吸附過程不可逆，吸附質(zhì)與吸附劑結(jié)合牢固，高溫下吸附過程不可逆，吸附質(zhì)與吸附劑結(jié)合牢固，高溫下才能脫附。才能脫附。 v化學(xué)吸附特征：化學(xué)吸附特征： （1 1）化學(xué)吸附的吸附熱比物理吸附過程大，與化學(xué)

10、反應(yīng)）化學(xué)吸附的吸附熱比物理吸附過程大，與化學(xué)反應(yīng)熱接近。熱接近。（2 2）化學(xué)吸附有很強(qiáng)的選擇性，僅能吸附參與化學(xué)反應(yīng)）化學(xué)吸附有很強(qiáng)的選擇性，僅能吸附參與化學(xué)反應(yīng)的某些氣體。的某些氣體。（3 3）化學(xué)吸附速率受溫度影響很大，隨溫度的升高而顯）化學(xué)吸附速率受溫度影響很大，隨溫度的升高而顯著變快。著變快。（4 4）化學(xué)吸附是單分子層或單原子層吸附。）化學(xué)吸附是單分子層或單原子層吸附。（5 5）化學(xué)吸附一般是不可逆的，吸附比較穩(wěn)定，被吸附）化學(xué)吸附一般是不可逆的，吸附比較穩(wěn)定，被吸附的氣體不易脫附。的氣體不易脫附。項(xiàng)目項(xiàng)目物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附1吸附劑吸附劑一切固體一切固體某些固體某些

11、固體2吸附質(zhì)吸附質(zhì)一切氣體一切氣體某些能與之化學(xué)反應(yīng)的氣體某些能與之化學(xué)反應(yīng)的氣體3溫度范圍溫度范圍低溫低溫通常是高溫通常是高溫4吸附熱吸附熱低，與凝結(jié)熱相當(dāng)；低，與凝結(jié)熱相當(dāng)；20KJ/mol 高，與反應(yīng)熱數(shù)量級相當(dāng)高，與反應(yīng)熱數(shù)量級相當(dāng)84418KJ/mol 5活化能與活化能與速率速率不需要活化能、吸附脫不需要活化能、吸附脫附速率很快、速率不受附速率很快、速率不受溫度影響、吸附量隨溫溫度影響、吸附量隨溫度升高而下降度升高而下降需要活化能、吸附脫附速率需要活化能、吸附脫附速率較小、溫度升高速率顯著增較小、溫度升高速率顯著增加加6覆蓋情況覆蓋情況單分子層或多分子層單分子層或多分子層（低壓時(shí)為單

12、分子層、（低壓時(shí)為單分子層、高壓時(shí)為多分子層）、高壓時(shí)為多分子層）、易解吸易解吸單分子層或單原子層、不易單分子層或單原子層、不易解吸解吸7選擇性和選擇性和可可逆性逆性無多大選擇性、無多大選擇性、高度可高度可逆逆較高的選擇性、較高的選擇性、常是不可逆常是不可逆l物理吸附和化學(xué)吸附可能同時(shí)發(fā)生：物理吸附和化學(xué)吸附可能同時(shí)發(fā)生：同一有害氣體可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附同一有害氣體可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時(shí)，發(fā)若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時(shí)，發(fā)生化學(xué)吸附生化學(xué)吸附v工業(yè)上對吸附劑的要求工業(yè)上對吸附劑的要求 (1)具有較大的比表面積和合適的孔結(jié)構(gòu)，具有較大

13、的比表面積和合適的孔結(jié)構(gòu)，有較大吸附量。有較大吸附量。(2)具有選擇性，即對不同吸附質(zhì)有選擇性具有選擇性，即對不同吸附質(zhì)有選擇性吸附。吸附。(3)粒度均勻，有較好的機(jī)械強(qiáng)度，尤其對粒度均勻，有較好的機(jī)械強(qiáng)度，尤其對流動床吸附更為重要。流動床吸附更為重要。(4)具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，如對酸、具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，如對酸、堿、水、高溫等均能適應(yīng)，不受影響。堿、水、高溫等均能適應(yīng)，不受影響。(5)資源豐富，價(jià)格低廉。資源豐富，價(jià)格低廉。(6)具有較長使用壽命。具有較長使用壽命。 活性炭活性炭 l用含炭為主的物質(zhì)，如木材、果殼、煤炭、渣油、紙漿廢用含炭為主的物質(zhì)，如木材、果殼、煤炭、渣油、紙漿

14、廢液、有機(jī)質(zhì)廢物等作原料而制成。液、有機(jī)質(zhì)廢物等作原料而制成。l制備方法是把原料加工成型，經(jīng)炭化和高溫活化而成。制備方法是把原料加工成型，經(jīng)炭化和高溫活化而成。l外形和粒度可根據(jù)需要制成柱狀、球狀、粒狀或粉狀。粒外形和粒度可根據(jù)需要制成柱狀、球狀、粒狀或粉狀。粒度有度有18毫米。毫米。l主要成分為碳，此外還含有少量的氧、氫、氮、硫等元素，主要成分為碳，此外還含有少量的氧、氫、氮、硫等元素，以及水分和灰分。以及水分和灰分。l平均孔徑在平均孔徑在1240埃。埃。l具有良好的吸附性能及穩(wěn)定的化學(xué)性能，可耐酸、耐堿，具有良好的吸附性能及穩(wěn)定的化學(xué)性能，可耐酸、耐堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎

15、，它的比表面積能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎，它的比表面積一般在一般在600一一1700米米2克，吸附率在克，吸附率在35以上，凈化效率以上，凈化效率可達(dá)可達(dá)99以上，是凈化有毒有害氣體，特別是有機(jī)氣體的以上，是凈化有毒有害氣體，特別是有機(jī)氣體的良好吸附劑。良好吸附劑。l吸附樹脂吸附樹脂l它是用苯乙烯、丙烯酸脂和二乙烯苯等原料聚它是用苯乙烯、丙烯酸脂和二乙烯苯等原料聚合而成，這種樹脂具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和較大的合而成，這種樹脂具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和較大的吸附表面，它的性能與活性炭等吸附劑一樣，吸附表面，它的性能與活性炭等吸附劑一樣，同時(shí)具有一般離子交換樹脂的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)具有一般離子交換樹脂的優(yōu)點(diǎn)。

16、l比表面積為比表面積為100一一750米米2克，孔徑為克，孔徑為50一一250埃。埃。l物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、強(qiáng)度好、耐酸耐堿。物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、強(qiáng)度好、耐酸耐堿。l可根據(jù)需要，改變和控制它的孔徑、比表面積可根據(jù)需要，改變和控制它的孔徑、比表面積和化學(xué)結(jié)構(gòu)，制成不同性質(zhì)和用途的吸附樹脂。和化學(xué)結(jié)構(gòu)，制成不同性質(zhì)和用途的吸附樹脂。l l吸附樹脂用途很廣，它可用于氣體凈化、催化吸附樹脂用途很廣，它可用于氣體凈化、催化劑載體、化學(xué)藥品的分析提純、糖液脫色等。劑載體、化學(xué)藥品的分析提純、糖液脫色等。在氣體凈化中它能去除甲苯、二氧化硫、硫化在氣體凈化中它能去除甲苯、二氧化硫、硫化氫、氨、氯仿等有害氣體。氫、

17、氨、氯仿等有害氣體。l日本在噴漆、處理金屬等車間曾采用吸附樹脂日本在噴漆、處理金屬等車間曾采用吸附樹脂凈化苯蒸氣，凈化效率達(dá)凈化苯蒸氣，凈化效率達(dá)98，苯濃度由凈化，苯濃度由凈化前的前的1250PPm降到降到25PPm。l日本德山曹達(dá)和淀川化學(xué)機(jī)械公司共同研制的日本德山曹達(dá)和淀川化學(xué)機(jī)械公司共同研制的凈化汞蒸氣的特殊樹脂，可把汞濃度降低到凈化汞蒸氣的特殊樹脂，可把汞濃度降低到0.001毫克米毫克米3，這種樹脂也可以用于處理焊，這種樹脂也可以用于處理焊接時(shí)產(chǎn)生的鋅蒸氣。接時(shí)產(chǎn)生的鋅蒸氣。l吸附樹脂是離子交換樹脂領(lǐng)域近十幾年才發(fā)展吸附樹脂是離子交換樹脂領(lǐng)域近十幾年才發(fā)展起來的一類新型多孔性樹脂，是

18、凈化有害氣體起來的一類新型多孔性樹脂，是凈化有害氣體的一種重要新技術(shù)。的一種重要新技術(shù)。l活性氧化鋁又稱活性礬土活性氧化鋁又稱活性礬土l是以天然氧化鋁或鋁土礦等為原料經(jīng)特殊的處是以天然氧化鋁或鋁土礦等為原料經(jīng)特殊的處理而制成的多孔性、高分散度的固體物質(zhì)。理而制成的多孔性、高分散度的固體物質(zhì)。l根據(jù)不同的原料、制備方法和控制溫度等條件根據(jù)不同的原料、制備方法和控制溫度等條件可制成不同類型的氧化鋁。同一形態(tài)，它的比可制成不同類型的氧化鋁。同一形態(tài)，它的比表面、孔徑分布、孔隙率、密度等均大不相同。表面、孔徑分布、孔隙率、密度等均大不相同。l具有較好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)性能、較大強(qiáng)度和具有較好的熱穩(wěn)定性、

19、化學(xué)性能、較大強(qiáng)度和比表面積的物質(zhì)。比表面積一般約為比表面積的物質(zhì)。比表面積一般約為150一一350米米2克。克。l氧化鋁的形狀可根據(jù)需要而制成粒狀、條狀、氧化鋁的形狀可根據(jù)需要而制成粒狀、條狀、片狀、塊狀等。片狀、塊狀等。l氧化鋁主要用作氧化鋁主要用作凈化有害氣體催化劑的載體和凈化有害氣體催化劑的載體和吸附劑，吸附劑，含氟廢氣（電解鋁廠）的凈化、石油含氟廢氣（電解鋁廠）的凈化、石油氣的脫硫氣的脫硫。l分子篩分子篩l是一種是一種人工合成泡沸石人工合成泡沸石，是微孔型具有立方晶格的，是微孔型具有立方晶格的硅鋁酸硅鋁酸鹽鹽。在結(jié)構(gòu)上有許多孔徑均勻的孔道和排列整齊的孔穴，。在結(jié)構(gòu)上有許多孔徑均勻的孔

20、道和排列整齊的孔穴，比孔徑小的分子才可以被吸入，比孔徑大的分子則不能進(jìn)比孔徑小的分子才可以被吸入，比孔徑大的分子則不能進(jìn)入，從而使分子大小不同的物質(zhì)分開，起到篩分分子的作入，從而使分子大小不同的物質(zhì)分開，起到篩分分子的作用，故稱為分子篩。用，故稱為分子篩。l比表面積在比表面積在400一一750米米2克。克。l對極性分子不飽和分子具有優(yōu)先選擇吸附，在低分壓、高對極性分子不飽和分子具有優(yōu)先選擇吸附，在低分壓、高溫的條件仍有很好的吸附能力。溫的條件仍有很好的吸附能力。l廣泛用于氣體凈化、石油和化工等行業(yè)的氣體分離、干燥、廣泛用于氣體凈化、石油和化工等行業(yè)的氣體分離、干燥、催化劑載體等方面。催化劑載體

21、等方面。l我國某化工廠生產(chǎn)的絲光沸石，比表而積為我國某化工廠生產(chǎn)的絲光沸石，比表而積為300米米2克，克，吸苯率達(dá)吸苯率達(dá)0.7克克?？丝?。l絲光沸石對絲光沸石對NO2有較高的吸附能力，在有較高的吸附能力，在20時(shí)其飽和吸附時(shí)其飽和吸附量達(dá)量達(dá)30。含一定。含一定NOx濃度的氣體經(jīng)絲光沸石吸附層后，濃度的氣體經(jīng)絲光沸石吸附層后，尾氣尾氣NOx濃度可降到濃度可降到10ppm。硅膠硅膠 v（硅酸鈉）酸處理為硅酸凝膠，老化、水洗、（硅酸鈉）酸處理為硅酸凝膠，老化、水洗、（368403K）干燥脫水干燥脫水 v工業(yè)用的硅膠有球型、無定形、加工成型和粉工業(yè)用的硅膠有球型、無定形、加工成型和粉末狀四種末狀四

22、種 v較強(qiáng)極性較強(qiáng)極性-氣體的干燥氣體的干燥 v非極性物質(zhì)靠小孔作用：烴類氣體回收非極性物質(zhì)靠小孔作用：烴類氣體回收 吸附劑選擇吸附劑選擇 v非極性非極性活性炭；活性炭；對于非極性成分，飽對于非極性成分，飽和鍵成分以及分子直徑和分子量大的成和鍵成分以及分子直徑和分子量大的成分有較強(qiáng)的選擇性吸附。分有較強(qiáng)的選擇性吸附。 v極性極性活性氧化鋁、硅膠、分子篩活性氧化鋁、硅膠、分子篩（高溫、低壓）（高溫、低壓）l吸附劑具有良好的吸附特性，主要是因?yàn)樗卸嗫捉Y(jié)吸附劑具有良好的吸附特性，主要是因?yàn)樗卸嗫捉Y(jié)構(gòu)和較大的比表面積。構(gòu)和較大的比表面積。l與孔結(jié)構(gòu)和比表面積有關(guān)的基礎(chǔ)性能：與孔結(jié)構(gòu)和比表面積有關(guān)的

23、基礎(chǔ)性能：l密度（密度（g/cm3）l 1）填充密度）填充密度 B（又稱堆積密度）又稱堆積密度） 是指單位填充體積是指單位填充體積的吸附劑質(zhì)量。通常將烘干的吸附劑裝入量筒中，搖的吸附劑質(zhì)量。通常將烘干的吸附劑裝入量筒中，搖實(shí)至體積不變，此時(shí)吸附劑的質(zhì)量與該吸附劑所占的實(shí)至體積不變，此時(shí)吸附劑的質(zhì)量與該吸附劑所占的體積比稱為填充密度。體積比稱為填充密度。l2）表觀密度）表觀密度 P（又稱顆粒密度）又稱顆粒密度） 為單位體積吸附劑為單位體積吸附劑顆粒本身的質(zhì)量。顆粒本身的質(zhì)量。l3）真實(shí)密度）真實(shí)密度 t 是指扣除顆粒內(nèi)細(xì)孔體積后單位體積是指扣除顆粒內(nèi)細(xì)孔體積后單位體積吸附劑的質(zhì)量。吸附劑的質(zhì)量。

24、l吸附劑的比表面積吸附劑的比表面積l 指單位質(zhì)量的吸附劑所具有的吸附表面積，指單位質(zhì)量的吸附劑所具有的吸附表面積，g。l 吸附劑孔隙的孔徑大小直接影響吸附劑的比表吸附劑孔隙的孔徑大小直接影響吸附劑的比表面積，孔徑的大小可分三類：大孔、過渡孔、微面積，孔徑的大小可分三類：大孔、過渡孔、微孔。吸附劑的比表面積以微孔提供的表面積為主。孔。吸附劑的比表面積以微孔提供的表面積為主。l吸附容量吸附容量 一定條件下單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的一定條件下單位質(zhì)量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量量 ， kg吸附質(zhì)吸附質(zhì)kg吸附劑，吸附劑，它反映了吸附劑吸附它反映了吸附劑吸附能力的大小。能力的大小。l吸附吸附容容量可以

25、通過吸附前后吸附質(zhì)體積或質(zhì)量的量可以通過吸附前后吸附質(zhì)體積或質(zhì)量的變化測得。變化測得。吸附劑類型吸附劑類型活性炭活性炭活性氧化活性氧化鋁鋁硅膠硅膠沸石分子篩沸石分子篩4A5A13x堆 積 密 度堆 積 密 度 /kg/kgm m-3-32006007501000800800800800熱容熱容/kJ(kgK)-1-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作溫度上操作溫度上限限/K423773673873873873平均孔徑平均孔徑/15251848224513再 生 溫 度再 生 溫 度 /K37341347352339342347357347357347357

26、3比表面積比表面積 / /g-16001600210360600常用吸附劑的特性常用吸附劑的特性比表面比表面積積a(m2/g)孔隙孔隙體積體積V(cm3/g)微孔微孔/宏觀孔宏觀孔松散密松散密度度b (g/L)真密度真密度P (g/cm3)微粒密度微粒密度P (g/cm3)比熱比熱(J/kgK)活性炭（木活性炭（木炭）炭）100015000.60.80.50.83005002.20.6840木炭窄孔木炭窄孔60010000.30.60.30.44005002.00.8840木炭木炭1000.050.100.20.36001.90.9840氧化硅膠氧化硅膠窄孔窄孔6008500.350.450.

27、17008002.21.1920氧化硅膠氧化硅膠大孔大孔2503500.30.450.050.104008002.21.1920活性氧化鋁活性氧化鋁1004000.40.17008003.01.2880分子篩分子篩50010000.250.300.30.46009002.61.11.5920一、吸附平衡一、吸附平衡 吸附吸附 脫附脫附吸附平衡吸附平衡 吸附：吸附： 同一時(shí)間吸附劑的吸附量同一時(shí)間吸附劑的吸附量脫附量；脫附量； 吸附速度減慢；脫附速度不斷增大；吸附速度減慢；脫附速度不斷增大； 吸附平衡吸附平衡： 同一時(shí)間吸附劑的吸附量同一時(shí)間吸附劑的吸附量=脫附量脫附量 吸附過程停止吸附過程停止

28、平衡濃度平衡濃度：平衡時(shí)吸附質(zhì)在流體（氣相）中的濃度：平衡時(shí)吸附質(zhì)在流體（氣相）中的濃度平衡吸附量平衡吸附量：當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，吸附劑與流體當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，吸附劑與流體長時(shí)間接觸，吸附量不再增加，吸附相（吸附劑長時(shí)間接觸，吸附量不再增加，吸附相（吸附劑和已吸附的吸附質(zhì)）與流體和已吸附的吸附質(zhì)）與流體（氣相）（氣相）達(dá)到平衡時(shí)達(dá)到平衡時(shí)的吸附量。的吸附量。v研究平衡的意義研究平衡的意義 ：選擇評價(jià)吸附劑；選擇評價(jià)吸附劑； 確定工藝條件確定工藝條件: T、p、脫附脫附 確定吸附量、設(shè)計(jì)吸附器確定吸附量、設(shè)計(jì)吸附器 v吸附等溫線吸附等溫線 吸附平衡時(shí)，吸附質(zhì)在固相中的濃度和氣相中吸附平衡時(shí)，吸

29、附質(zhì)在固相中的濃度和氣相中的濃度之間具有一定的函數(shù)關(guān)系，氣體吸附的平衡的濃度之間具有一定的函數(shù)關(guān)系，氣體吸附的平衡關(guān)系：關(guān)系： X=f(p,T) 式中：式中：X平衡吸附量（平衡吸附量（g吸附質(zhì)吸附質(zhì)/g吸附劑）；吸附劑）； P平衡時(shí)吸附質(zhì)在氣相中的分壓；（平衡時(shí)吸附質(zhì)在氣相中的分壓；（Pa）；）； T吸附溫度。吸附溫度。1）T不變，可測得不變，可測得平衡吸附量平衡吸附量X與與平衡時(shí)吸附質(zhì)在平衡時(shí)吸附質(zhì)在氣相中的分壓氣相中的分壓p間的變化關(guān)系；間的變化關(guān)系； 吸附等溫線（等吸附等溫線（等溫吸附線）溫吸附線） 2）p不變，可測得不變，可測得平衡吸附量平衡吸附量X與與T間的變化關(guān)系；間的變化關(guān)系；

30、吸附等壓線吸附等壓線 （等壓吸附線（等壓吸附線 ）3）平衡吸附量平衡吸附量X不變，可測得不變，可測得p與與T間的變化關(guān)系；間的變化關(guān)系； 吸附等量線吸附等量線 （等量吸附線（等量吸附線 ）v吸附過程中溫度變化不大，吸附過程中溫度變化不大，吸附等溫線為最常吸附等溫線為最常用。用。v吸附等溫線和吸附等溫式：吸附等溫線和吸附等溫式： 把在一定溫度下，達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附量隨把在一定溫度下，達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附量隨平衡濃度平衡濃度(或壓力或壓力)而變化的曲線稱為而變化的曲線稱為吸附等溫線吸附等溫線，而把描述吸附等溫線的方程式稱為而把描述吸附等溫線的方程式稱為吸附等溫方程式吸附等溫方程式。NH3在活性炭

31、上的吸附等溫線在活性炭上的吸附等溫線l為了說明吸附的性質(zhì)和過程，許多學(xué)者在為了說明吸附的性質(zhì)和過程，許多學(xué)者在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了各種吸附理論，大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了各種吸附理論，但一般都只能解釋一種或幾種吸附現(xiàn)象。但一般都只能解釋一種或幾種吸附現(xiàn)象。l從實(shí)驗(yàn)測得的很多系統(tǒng)的吸附等溫線來看，從實(shí)驗(yàn)測得的很多系統(tǒng)的吸附等溫線來看，大致可歸納成五種類型大致可歸納成五種類型，如下圖所示。，如下圖所示。l型等溫吸附線型等溫吸附線 l 低壓下組分吸附量低壓下組分吸附量隨壓力的增加而增隨壓力的增加而增加；加；l當(dāng)當(dāng)p增加到某一值，增加到某一值，吸附量隨壓力的增吸附量隨壓力的增加變化小加變化小,甚至趨

32、于甚至趨于水平。水平。 l一般認(rèn)為這是單分一般認(rèn)為這是單分子層吸附的特征曲子層吸附的特征曲線，也有人認(rèn)為它線，也有人認(rèn)為它是由微孔充填形成是由微孔充填形成的曲線。的曲線。吸附等溫線吸附等溫線v型等溫吸附線型等溫吸附線 v多層吸附多層吸附 無孔無孔/中間孔中間孔 v典型典型S型曲線，隨著壓力的型曲線，隨著壓力的無限量地被吸附，無限量地被吸附，接近達(dá)到飽和接近達(dá)到飽和 v型等溫吸附線型等溫吸附線 v 吸附劑與吸附質(zhì)相互作用較弱吸附劑與吸附質(zhì)相互作用較弱v多分子層吸附多分子層吸附 v型等溫吸附線型等溫吸附線 v多分子層吸附；多分子層吸附； v323K、苯在苯在FeO上的吸附（毛細(xì)管現(xiàn)象）上的吸附（毛

33、細(xì)管現(xiàn)象） v型等溫吸附線型等溫吸附線 v373K、水蒸汽在活性炭上的吸附水蒸汽在活性炭上的吸附 同同、相互作用較弱（毛細(xì)管現(xiàn)象）相互作用較弱（毛細(xì)管現(xiàn)象） v多分子層吸附多分子層吸附 l吸附等溫方程式吸附等溫方程式1、弗羅德里希（、弗羅德里希（Freundlich）方程（）方程（I型等溫線中壓部分）型等溫線中壓部分）npmxq1lglg1lglgpnmxqq單位吸附劑在吸附平衡時(shí)的飽和吸附量單位吸附劑在吸附平衡時(shí)的飽和吸附量kgkg；x被吸附組分的量，被吸附組分的量，kg；m吸附劑的量，吸附劑的量，kg；p吸附平衡時(shí)被吸附組分在氣相中的分壓，吸附平衡時(shí)被吸附組分在氣相中的分壓，Pa；、n經(jīng)驗(yàn)

34、常數(shù)；對于一定的吸附物質(zhì)僅與平衡時(shí)的分壓和溫度有關(guān)經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；對于一定的吸附物質(zhì)僅與平衡時(shí)的分壓和溫度有關(guān)，其值需由實(shí)驗(yàn)確定，而，其值需由實(shí)驗(yàn)確定，而 n 1。l2、朗格繆爾（、朗格繆爾（Langmuir）方程（）方程（I型等溫線）型等溫線）l在推導(dǎo)等溫吸附方程式的過程中，首先假定：在推導(dǎo)等溫吸附方程式的過程中，首先假定：l （1）吸附劑表面性質(zhì)是均一的。也就是說，每一個(gè)具）吸附劑表面性質(zhì)是均一的。也就是說，每一個(gè)具有剩余價(jià)力的表面層分子或原子吸住一個(gè)氣體分子。有剩余價(jià)力的表面層分子或原子吸住一個(gè)氣體分子。l （2）氣體分子在固體表面的吸附只有一層。）氣體分子在固體表面的吸附只有一層。l （3）

35、吸附是動態(tài)的，被吸附分子受熱運(yùn)動的影響，可）吸附是動態(tài)的，被吸附分子受熱運(yùn)動的影響，可重新回到空間而成為氣態(tài)，這種現(xiàn)象稱為脫附。重新回到空間而成為氣態(tài)，這種現(xiàn)象稱為脫附。l （4）吸附過程類似于氣體的凝結(jié)過程，脫附類似于液）吸附過程類似于氣體的凝結(jié)過程，脫附類似于液體的蒸發(fā)過程。在達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)，蒸發(fā)速度等于凝結(jié)速體的蒸發(fā)過程。在達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)，蒸發(fā)速度等于凝結(jié)速度。也就是脫附速度等于吸附速度。度。也就是脫附速度等于吸附速度。l （5）氣體分子在固體界面上的吸附速度正比于該組分）氣體分子在固體界面上的吸附速度正比于該組分在氣相中的分壓在氣相中的分壓l （6）被吸附在固體表面上的氣體分子之間無作

36、用。）被吸附在固體表面上的氣體分子之間無作用。l根據(jù)上面假設(shè)，可以作如下推導(dǎo)：根據(jù)上面假設(shè)，可以作如下推導(dǎo)：l設(shè)設(shè)代表任一瞬間巳吸附的固體表面積與代表任一瞬間巳吸附的固體表面積與固體總面積之比固體總面積之比l或或代表已被吸附分子數(shù)和固體表面全部代表已被吸附分子數(shù)和固體表面全部吸附時(shí)的分子總數(shù)的比值，即吸附時(shí)的分子總數(shù)的比值，即maxqq固固體體總總面面積積已已覆覆蓋蓋的的面面積積 式中式中 q已被吸附的量已被吸附的量 q max飽和吸附量飽和吸附量l氣體的脫附速度與氣體的脫附速度與成正比，成正比，l于是于是 脫附速度脫附速度 k1l式中式中 k1在一定溫度下脫附速度常在一定溫度下脫附速度常數(shù)。

37、數(shù)。l則則（1）代表未吸附的表面積對總面積的分代表未吸附的表面積對總面積的分?jǐn)?shù)，可以看作式吸附過程的推動力，氣體的吸數(shù)，可以看作式吸附過程的推動力，氣體的吸附速度與固體未吸附的表面積和氣相中的分壓附速度與固體未吸附的表面積和氣相中的分壓成正比成正比,l于是于是 吸附速度吸附速度k2 p（1）l式中式中 k2在一定溫度下的吸附速度常數(shù)。在一定溫度下的吸附速度常數(shù)。l當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，脫附速度等于吸附速度，當(dāng)吸附達(dá)到平衡時(shí)，脫附速度等于吸附速度，即即lk1k2 p（1）lk1k2 pk2 plk1k2 pk2 pl（k1k2 p）k2 pl此式即為朗格謬爾吸附等溫式。此式即為朗格謬爾吸附等溫式。p

38、kkpkqq212max l為了分析和使用方便，令為了分析和使用方便，令k2/k1=k（吸收（吸收系數(shù)），上式變換并代入后得，系數(shù)），上式變換并代入后得，pkkkkpkkpkkpkqq121112212max 則：則：maxmaxmaxmax1111qqkpPkpqqkpkpPkpkpqqq則則可忽略可忽略大得多，分母中大得多，分母中比比很大時(shí)，很大時(shí)，當(dāng)壓力當(dāng)壓力則則可忽略可忽略小得多，分母中小得多，分母中比比很小時(shí)，很小時(shí)，當(dāng)壓力當(dāng)壓力 l有時(shí)將朗格謬爾公式改寫為倒數(shù)形式，有時(shí)將朗格謬爾公式改寫為倒數(shù)形式，即即maxmaxmaxmaxmaxmax111111111qpkqqkpqkpkpq

39、kpqkpkpkpqql此式為一直線方程式此式為一直線方程式l(1)“外擴(kuò)散外擴(kuò)散”過程過程 l(2)“內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散”過程過程 l (3)吸附過程吸附過程 l(4)脫附過程脫附過程l(5)內(nèi)孔中吸附質(zhì)的反內(nèi)孔中吸附質(zhì)的反擴(kuò)散過程擴(kuò)散過程 l (6)外表面反擴(kuò)散過程外表面反擴(kuò)散過程 吸附質(zhì)的外擴(kuò)散傳質(zhì)速率可表示為：吸附質(zhì)的外擴(kuò)散傳質(zhì)速率可表示為：)(yyakdtdqAPyA吸附質(zhì)的內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)速率可表示為：吸附質(zhì)的內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)速率可表示為：)(AAPxAxxakdtdq式中：式中： - - dt時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)A從氣相主體擴(kuò)散從氣相主體擴(kuò)散 Adq到固體表面的質(zhì)量（到固體表面的質(zhì)量（kg/m

40、3）；）；- -外擴(kuò)散吸附分系外擴(kuò)散吸附分系數(shù)數(shù)（kg/hm2）；）；yk- -內(nèi)擴(kuò)散吸附分系內(nèi)擴(kuò)散吸附分系數(shù)數(shù)（kg/hm2）；）；xk- -吸附劑比表面積（吸附劑比表面積（m2/m3）；）；Pa- -吸附質(zhì)吸附質(zhì)A A在在氣相主體氣相主體、固固相相外表面外表面氣體中氣體中的的濃度（濃度（kg(吸附質(zhì)吸附質(zhì))/kg(惰性氣體惰性氣體)）；）；AyAy- -吸附質(zhì)吸附質(zhì)A A在在吸附劑吸附劑內(nèi)表面內(nèi)表面、外表面外表面的濃的濃度度（kg(吸附質(zhì)吸附質(zhì))/kg（吸附劑）。吸附劑）。AxAx)(yyakdtdqAPyA)(AAPxAxxakdtdq因外表面上吸附質(zhì)的濃度不易測定，因而吸附速率因外表面

41、上吸附質(zhì)的濃度不易測定，因而吸附速率也常用總吸附系數(shù)表示：也常用總吸附系數(shù)表示：式中：式中： Ky、Kx- -分別為氣相與吸附相總傳質(zhì)系數(shù)；分別為氣相與吸附相總傳質(zhì)系數(shù)；- - 氣相和固相的平衡濃度氣相和固相的平衡濃度。 *Ay*Ax()(*xA )xaKyyaKdtdqAPxApyAA吸附過程中吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附達(dá)到平衡時(shí)，氣吸附過程中吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附達(dá)到平衡時(shí)，氣相中吸附質(zhì)相中吸附質(zhì)A A的濃度與吸附相上的吸附質(zhì)的濃度與吸附相上的吸附質(zhì)A濃度有如下濃度有如下關(guān)系：關(guān)系：AAmxy*式中： m-平衡曲線斜率。則：pxpyPyakmakaK11由此可得：mPyPxpxakakaK11

42、11yxKKm由 式可知，當(dāng) 時(shí)， ，即外擴(kuò)散的阻力可忽略不計(jì)，整個(gè)吸附過程的阻力以內(nèi)擴(kuò)散阻力為主；當(dāng) 時(shí)，則 ，則內(nèi)擴(kuò)散阻力可忽略不計(jì)，總傳質(zhì)系數(shù)等于外擴(kuò)散分系數(shù)，整個(gè)吸附過程的阻力以外擴(kuò)散阻力為主。mkkxy/mkkxy/yykKpxpyPyakmakaK11mkKxyl式中： - 擴(kuò)散系數(shù)（m2/s）； - 氣相混合物流速（m/s）； - 運(yùn)動粘度，（m2/s）； - 吸附劑顆粒直徑，（m）。 DVvd 由于吸附機(jī)理較為復(fù)雜，傳質(zhì)系數(shù)目前還常從經(jīng)驗(yàn)公式求得。 對于一般粒度的活性炭吸附蒸汽的過程，總傳質(zhì)系數(shù)可用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：46. 154. 054. 06 . 1dDVaKPy一、固定

43、床吸附器類型一、固定床吸附器類型l固定床吸附器是應(yīng)用最廣的吸附設(shè)備。固定床吸附器是應(yīng)用最廣的吸附設(shè)備。 l優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、價(jià)格低廉優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、價(jià)格低廉等等 立式固定床吸附器立式固定床吸附器 l分上流式和分上流式和下流式下流式兩種。兩種。l吸附劑裝填高度以保證吸附劑裝填高度以保證凈化效率和一定的阻力凈化效率和一定的阻力降 為 原 則 ， 一 般 取降 為 原 則 ， 一 般 取0520m。l床層直徑以滿足氣體流床層直徑以滿足氣體流量和保證氣流分布均勻量和保證氣流分布均勻?yàn)樵瓌t進(jìn)行設(shè)計(jì)。為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。l處理腐蝕性氣體時(shí)應(yīng)注處理腐蝕性氣體時(shí)應(yīng)注意采取防腐蝕措施，一意采取防腐

44、蝕措施，一般是加裝內(nèi)襯。般是加裝內(nèi)襯。l立式固定床吸附器適合立式固定床吸附器適合于于小氣量濃度低小氣量濃度低的情況。的情況。左圖為左圖為常用臥式吸常用臥式吸附器，附器，其殼體為圓其殼體為圓柱形、吸附劑床層柱形、吸附劑床層高高0.51.0米。米。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：處理氣量大，處理氣量大，流體阻力小流體阻力小、壓降、壓降小小，動力消耗少。，動力消耗少。 缺點(diǎn)：吸附劑床層缺點(diǎn)：吸附劑床層橫截面面積大，易橫截面面積大，易產(chǎn)生氣流分布不均產(chǎn)生氣流分布不均現(xiàn)象，現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)時(shí)特在設(shè)計(jì)時(shí)特別注意氣流均布的別注意氣流均布的問題。問題。l固定床吸附器也存在一些缺點(diǎn)：固定床吸附器也存在一些缺點(diǎn)：l (1)間歇操作間歇

45、操作 為使氣流連續(xù)，操作必然不斷地周期為使氣流連續(xù)，操作必然不斷地周期性切換，為此必須配置較多的進(jìn)出口閥門，操作十分性切換，為此必須配置較多的進(jìn)出口閥門，操作十分麻煩。即使實(shí)現(xiàn)了自動化操作，控制程序也是比較復(fù)麻煩。即使實(shí)現(xiàn)了自動化操作，控制程序也是比較復(fù)雜的。雜的。l (2)需設(shè)有備用設(shè)備需設(shè)有備用設(shè)備 即當(dāng)一部分吸附器進(jìn)行吸附時(shí)，即當(dāng)一部分吸附器進(jìn)行吸附時(shí)，要有一部分吸附床進(jìn)行再生，這些吸附床中的吸附劑要有一部分吸附床進(jìn)行再生，這些吸附床中的吸附劑即處于非生產(chǎn)狀態(tài)。即使處于生產(chǎn)中的設(shè)備里，為了即處于非生產(chǎn)狀態(tài)。即使處于生產(chǎn)中的設(shè)備里，為了保證吸附區(qū)的高度有一定富余，也需要放置多于實(shí)際保證吸附

46、區(qū)的高度有一定富余，也需要放置多于實(shí)際需要的吸附劑，因而總吸附劑用量增多。需要的吸附劑，因而總吸附劑用量增多。l (3)吸附劑層導(dǎo)熱性差吸附劑層導(dǎo)熱性差 吸附時(shí)產(chǎn)生的吸附熱不易導(dǎo)出，吸附時(shí)產(chǎn)生的吸附熱不易導(dǎo)出，操作時(shí)容易出現(xiàn)局部床層過熱。另外，再生時(shí)加熱升操作時(shí)容易出現(xiàn)局部床層過熱。另外，再生時(shí)加熱升溫和冷卻降溫都很不容易，因而延長了再生的時(shí)間。溫和冷卻降溫都很不容易，因而延長了再生的時(shí)間。l (4)壓力損失較大壓力損失較大 對于采用厚床層，壓力損失也較大，對于采用厚床層，壓力損失也較大，因此，能耗增加。因此，能耗增加。l適于小型、分散、間歇性的氣體毒害物適于小型、分散、間歇性的氣體毒害物治理

47、。在連續(xù)性的氣體毒害物治理中應(yīng)治理。在連續(xù)性的氣體毒害物治理中應(yīng)用也相當(dāng)普遍。用也相當(dāng)普遍。 l固定床吸附器有方型、圓型及立式、臥固定床吸附器有方型、圓型及立式、臥式之分，內(nèi)設(shè)吸附層可以是單層、多層式之分，內(nèi)設(shè)吸附層可以是單層、多層l二、固定床吸附過程及計(jì)算二、固定床吸附過程及計(jì)算l 在氣態(tài)毒害物的吸附凈化設(shè)計(jì)中，由于所涉及到的在氣態(tài)毒害物的吸附凈化設(shè)計(jì)中，由于所涉及到的物系是低濃度的氣態(tài)混合物，且氣量一般比較大，吸物系是低濃度的氣態(tài)混合物，且氣量一般比較大，吸附熱相對較小，因此可附熱相對較小，因此可近似地按等溫過程處理近似地按等溫過程處理。l計(jì)算過程的前提：計(jì)算過程的前提：一般是在一般是在吸

48、附劑吸附劑的選擇、的選擇、吸附設(shè)備吸附設(shè)備的選擇和的選擇和吸附效率吸附效率確定之后進(jìn)行的。確定之后進(jìn)行的。l設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)：設(shè)計(jì)計(jì)算的任務(wù)：是求出吸附器的是求出吸附器的床層直徑床層直徑和和高高度吸附劑的用量度吸附劑的用量，吸附器的一次循環(huán)工作時(shí)間床吸附器的一次循環(huán)工作時(shí)間床層壓降層壓降等。等。 l吸附劑的活性吸附劑的活性 活性大小是以單位重量活性大小是以單位重量(或體積或體積)吸吸附劑所能吸附的吸附質(zhì)重量附劑所能吸附的吸附質(zhì)重量(或體積或體積)的多的多少表示。少表示。 吸附劑的活性分為吸附劑的活性分為靜活性靜活性和和動活性動活性。l動活性動活性是指在一定溫度和一定濃度的情況下，是指在一定溫度和

49、一定濃度的情況下，氣體通過一定厚度的吸附劑床層，當(dāng)出口出現(xiàn)氣體通過一定厚度的吸附劑床層，當(dāng)出口出現(xiàn)該氣體時(shí)，單位重量或體積吸附劑所吸附氣體該氣體時(shí)，單位重量或體積吸附劑所吸附氣體量。量。 l靜活性靜活性是指在一定溫度和一定濃度的情況下，是指在一定溫度和一定濃度的情況下，吸附劑吸附氣體達(dá)到飽和狀態(tài)，即吸附量與脫吸附劑吸附氣體達(dá)到飽和狀態(tài)，即吸附量與脫吸量處于平衡狀態(tài)時(shí)，單位重量或體積吸附劑吸量處于平衡狀態(tài)時(shí)，單位重量或體積吸附劑所吸附的氣體最大量。所吸附的氣體最大量。l動活性小于靜活性動活性小于靜活性，用吸附法凈化有害氣體時(shí)，用吸附法凈化有害氣體時(shí)，應(yīng)按動活性來計(jì)算。應(yīng)按動活性來計(jì)算。 l吸附負(fù)

50、荷曲線吸附負(fù)荷曲線l 對于對于個(gè)固定床吸附器，氣體以等速進(jìn)入床個(gè)固定床吸附器，氣體以等速進(jìn)入床層，氣體中的吸附質(zhì)就會按某種規(guī)律被吸附劑所層，氣體中的吸附質(zhì)就會按某種規(guī)律被吸附劑所吸附。吸附。吸附一定時(shí)間后，在吸附劑上吸附質(zhì)就會吸附一定時(shí)間后，在吸附劑上吸附質(zhì)就會有一定的濃度有一定的濃度，此濃度稱為該時(shí)刻的，此濃度稱為該時(shí)刻的吸附負(fù)荷吸附負(fù)荷。 l 在一定溫度下，吸附劑中所吸附的吸附質(zhì)在一定溫度下，吸附劑中所吸附的吸附質(zhì)（被吸附物）沿床層不同高度（或長度）的濃度（被吸附物）沿床層不同高度（或長度）的濃度變化曲線，稱為變化曲線，稱為吸附負(fù)荷曲線吸附負(fù)荷曲線。l 或在流動狀態(tài)下或在流動狀態(tài)下,氣相中

51、的吸附質(zhì)（被吸附物）氣相中的吸附質(zhì)（被吸附物）沿床層不同高度（或長度）的濃度變化曲線，稱沿床層不同高度（或長度）的濃度變化曲線，稱為吸附負(fù)荷曲線。為吸附負(fù)荷曲線。l 也就是說，吸附負(fù)荷曲線也就是說，吸附負(fù)荷曲線是吸附床層內(nèi)吸附是吸附床層內(nèi)吸附質(zhì)濃度質(zhì)濃度x隨床層高度（或長度）隨床層高度（或長度） Z變化的曲線變化的曲線。l 在理想狀態(tài)下，若床層完全沒有阻在理想狀態(tài)下，若床層完全沒有阻力，吸附會在瞬間達(dá)到平衡，即吸附速力，吸附會在瞬間達(dá)到平衡，即吸附速率無窮大，則在床層內(nèi)所有斷面上的吸率無窮大，則在床層內(nèi)所有斷面上的吸附負(fù)荷均為一個(gè)相同的值，吸附負(fù)荷曲附負(fù)荷均為一個(gè)相同的值，吸附負(fù)荷曲線將是一個(gè)

52、直角形的折線，如圖所示：線將是一個(gè)直角形的折線，如圖所示：l但實(shí)際上是不可能的，但實(shí)際上是不可能的，在實(shí)際操作中由于床層中在實(shí)際操作中由于床層中存在著阻力，在某存在著阻力，在某瞬間瞬間床層內(nèi)各個(gè)截面上的吸附床層內(nèi)各個(gè)截面上的吸附負(fù)荷會有差異。負(fù)荷會有差異。 l介于介于平衡區(qū)（平衡區(qū)（飽和區(qū)飽和區(qū) ）與與未用區(qū)未用區(qū)之間的這一部分床之間的這一部分床層，其吸附質(zhì)負(fù)荷由飽和層，其吸附質(zhì)負(fù)荷由飽和濃度的濃度的xe，變化到起始吸，變化到起始吸附質(zhì)負(fù)荷附質(zhì)負(fù)荷x0，形成一個(gè)，形成一個(gè)s形形曲線曲線。l在這段床層里在這段床層里有有部分吸部分吸附劑還正在吸附附劑還正在吸附，故，故s形波形波所占的這一部分床層為

53、所占的這一部分床層為“傳質(zhì)區(qū)傳質(zhì)區(qū)”l而而s形曲線稱為形曲線稱為“吸附波吸附波”或或“傳質(zhì)波傳質(zhì)波”，也稱為，也稱為“傳質(zhì)前沿傳質(zhì)前沿”。l由于流體是以穩(wěn)態(tài)進(jìn)入床層，由于流體是以穩(wěn)態(tài)進(jìn)入床層，則吸附波以等速向前移動，則吸附波以等速向前移動，其曲線形狀基本不變。其曲線形狀基本不變。l當(dāng)當(dāng)吸附波的下端吸附波的下端到達(dá)床層出到達(dá)床層出口端時(shí)，就產(chǎn)生所謂的口端時(shí)，就產(chǎn)生所謂的“穿穿透現(xiàn)象透現(xiàn)象”，吸附波稍微再向，吸附波稍微再向前移動一點(diǎn)就出到床層以外，前移動一點(diǎn)就出到床層以外，在流出物分析中，將發(fā)現(xiàn)有在流出物分析中，將發(fā)現(xiàn)有吸附質(zhì)漏出來（吸附質(zhì)漏出來（這時(shí)床層被這時(shí)床層被穿透穿透 ）。）。l當(dāng)床層被穿

54、透的這個(gè)時(shí)刻，當(dāng)床層被穿透的這個(gè)時(shí)刻，稱為稱為“破點(diǎn)破點(diǎn)”（或穿透點(diǎn)）（或穿透點(diǎn)）。l此時(shí)流出氣體中吸附質(zhì)的濃此時(shí)流出氣體中吸附質(zhì)的濃度稱為度稱為“破點(diǎn)濃度破點(diǎn)濃度”。l從開始進(jìn)氣到出現(xiàn)破點(diǎn)的這從開始進(jìn)氣到出現(xiàn)破點(diǎn)的這段時(shí)間稱為段時(shí)間稱為“穿透時(shí)間穿透時(shí)間” B 。l當(dāng)吸附流動繼續(xù)進(jìn)當(dāng)吸附流動繼續(xù)進(jìn)行，則逐漸地使行，則逐漸地使吸吸附波的頂端附波的頂端也到達(dá)也到達(dá)床層的出口，這時(shí)床層的出口，這時(shí)所需的時(shí)間稱為所需的時(shí)間稱為“平衡時(shí)間平衡時(shí)間e”。如圖如圖f。l此時(shí)床層中全部吸此時(shí)床層中全部吸附劑與進(jìn)料流體中附劑與進(jìn)料流體中吸附質(zhì)濃度達(dá)到平吸附質(zhì)濃度達(dá)到平衡狀態(tài)，吸附劑容衡狀態(tài)，吸附劑容量全部被用

55、完，床量全部被用完，床層失去吸附能力。層失去吸附能力。l實(shí)際上吸附操作進(jìn)實(shí)際上吸附操作進(jìn)行到穿透點(diǎn)時(shí)就要行到穿透點(diǎn)時(shí)就要停止操作，進(jìn)行再停止操作，進(jìn)行再生處理。生處理。l 通常改用在通常改用在一定的時(shí)間間隔一定的時(shí)間間隔內(nèi)，分析內(nèi)，分析床層流床層流出物中吸附質(zhì)濃出物中吸附質(zhì)濃度的變化度的變化，以，以流流出物中吸附質(zhì)濃出物中吸附質(zhì)濃度度y為縱坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，時(shí) 間時(shí) 間 為 橫 坐為 橫 坐標(biāo)則隨著時(shí)間標(biāo)則隨著時(shí)間的推移可畫出一的推移可畫出一條條y曲線。曲線。如圖所示。如圖所示。l 開始時(shí)流出物中吸開始時(shí)流出物中吸附質(zhì)濃度為附質(zhì)濃度為yB，到到B時(shí)時(shí)流出物中吸附質(zhì)濃度開流出物中吸附質(zhì)濃度開始上升

56、，到始上升，到E時(shí)升到時(shí)升到y(tǒng)E，即接近床層進(jìn)口濃即接近床層進(jìn)口濃度，這時(shí)床層已完全沒度，這時(shí)床層已完全沒有吸附能力，吸附波的有吸附能力，吸附波的末端也離了開床層。末端也離了開床層。l 在在y圖上，從圖上，從B到到E呈現(xiàn)一個(gè)呈現(xiàn)一個(gè)S型型曲線，這條曲線稱為曲線，這條曲線稱為“透過曲線透過曲線”。它的形。它的形狀與吸附負(fù)荷曲線是完?duì)钆c吸附負(fù)荷曲線是完全相似的，只是方向相全相似的，只是方向相反。反。 l 保護(hù)作用時(shí)間是固定床吸保護(hù)作用時(shí)間是固定床吸附器的附器的有效工作時(shí)間有效工作時(shí)間。l 它定義為它定義為從吸附操作開始到從吸附操作開始到床層被穿透所經(jīng)歷的時(shí)間稱為床層被穿透所經(jīng)歷的時(shí)間稱為保護(hù)作用時(shí)

57、間保護(hù)作用時(shí)間(即穿透時(shí)間即穿透時(shí)間)。l 如圖所示的如圖所示的0到到B所經(jīng)歷所經(jīng)歷的時(shí)間。的時(shí)間。l 時(shí)間到達(dá)時(shí)間到達(dá)E時(shí)，吸附波整個(gè)時(shí)，吸附波整個(gè)移出床層，說明床層內(nèi)的吸附移出床層，說明床層內(nèi)的吸附劑已完全飽和，完全失去了吸劑已完全飽和，完全失去了吸附能力，這個(gè)時(shí)刻稱為附能力，這個(gè)時(shí)刻稱為“耗竭耗竭點(diǎn)或稱干點(diǎn)點(diǎn)或稱干點(diǎn)”。l到達(dá)到達(dá)“干點(diǎn)干點(diǎn)”時(shí)，床層內(nèi)流出時(shí)，床層內(nèi)流出的氣體中，吸附質(zhì)濃度基本回的氣體中，吸附質(zhì)濃度基本回復(fù)到進(jìn)口濃度。復(fù)到進(jìn)口濃度。l在理想狀態(tài)下，在理想保護(hù)作用時(shí)間在理想狀態(tài)下，在理想保護(hù)作用時(shí)間B內(nèi)通過吸附床的吸附質(zhì)將全部被吸附內(nèi)通過吸附床的吸附質(zhì)將全部被吸附l即即通過

58、床層的吸附質(zhì)的量通過床層的吸附質(zhì)的量一定等于一定等于床層床層內(nèi)所吸附的量內(nèi)所吸附的量，即：，即：氣體中毒害物初始濃度氣體中毒害物初始濃度由上式可得：由上式可得：對于一定的吸附系統(tǒng)和操作條件，對于一定的吸附系統(tǒng)和操作條件， 均己確定，因此可令：均己確定，因此可令：則則 式可變成：式可變成：B KZ 但對一個(gè)實(shí)際的操作過程，由于床層存但對一個(gè)實(shí)際的操作過程，由于床層存在阻力，因此在阻力，因此實(shí)際上的保護(hù)作用時(shí)間實(shí)際上的保護(hù)作用時(shí)間B要比要比理想保護(hù)作用時(shí)間理想保護(hù)作用時(shí)間B短短，我們，我們把被縮短的這把被縮短的這段時(shí)間稱為段時(shí)間稱為保護(hù)作用時(shí)間損失，用保護(hù)作用時(shí)間損失，用0來表示來表示。 阻力越大

59、，阻力越大，0越大。越大。三個(gè)時(shí)間的關(guān)系可表示如下：三個(gè)時(shí)間的關(guān)系可表示如下：l將將B KZ 式代入式代入B = B 0， 即得：即得： B KZo令令oKZol式中：式中：lo 為保護(hù)作用時(shí)間損失；為保護(hù)作用時(shí)間損失； lK為吸附層保護(hù)作用系數(shù)；為吸附層保護(hù)作用系數(shù)；lZo 為床層長度損失或稱死層（床層中未被利用的吸為床層長度損失或稱死層（床層中未被利用的吸附層長度）。附層長度）。l則則 lB KZo KZKZol K（ZZo）lB KZo K（ZZo）即為具有實(shí)用價(jià)值的希洛夫公式即為具有實(shí)用價(jià)值的希洛夫公式0和和Zo均可由實(shí)驗(yàn)求得均可由實(shí)驗(yàn)求得根據(jù)希洛夫公式來確定吸附劑床層長度根據(jù)希洛夫公

60、式來確定吸附劑床層長度Z ：Z （B o）/ K B / K Zol流體流過床層的壓力降，主要是由于流流體流過床層的壓力降，主要是由于流體與顆粒表面間的摩擦阻力和流體在孔體與顆粒表面間的摩擦阻力和流體在孔道中的收縮、擴(kuò)大和再分布等局部阻力道中的收縮、擴(kuò)大和再分布等局部阻力引起。引起。l當(dāng)流動狀態(tài)為層流時(shí)，以摩擦阻力為主，當(dāng)流動狀態(tài)為層流時(shí)，以摩擦阻力為主，當(dāng)流動狀態(tài)為湍流時(shí)，以局部阻力為主當(dāng)流動狀態(tài)為湍流時(shí)，以局部阻力為主 l影響壓力降的因素很多，目前尚無一個(gè)較完影響壓力降的因素很多，目前尚無一個(gè)較完善的通用計(jì)算公式善的通用計(jì)算公式 l歐根歐根從大量實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)出了單一流體通過固定從大量實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)出