吸附法凈化氣態(tài)污染物課件

§7-2吸附法凈化氣態(tài)污染物概述1.定義吸附：利用多孔性固體使混合物中的一種或幾種組分濃集在固體表面從而分離的過程。吸附質(zhì)：能被吸附的物質(zhì).吸附劑：能吸附吸附質(zhì)的物質(zhì).

§7-2吸附法凈化氣態(tài)污染物概述1（1）適于處理低濃度廢氣，并可回收有用組分，流程短，凈化效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單。（2）吸附容量較小、設(shè)備體積大。2.特點(diǎn)：（1）適于處理低濃度廢氣，并可回收有用組分，流程23.主要內(nèi)容：

§7-2-1吸附過程與吸附劑

§7-2-2吸附理論

§7-2-3吸附設(shè)備§7-2-4固定床吸附器的計(jì)算3.主要內(nèi)容：§7-2-1吸附過程與吸附劑3§7-2-1吸附過程與吸附劑一、吸附過程靜電力或范德華力化學(xué)鍵力相當(dāng)于被吸附氣體的凝結(jié)熱

較小，20kJ/mol較大，80～400kJ/mol可逆的不可逆（無(wú)法還原為原有物質(zhì)）快慢作用力吸附熱

可逆性吸附速率吸附層數(shù)單分子層，多分子層單分子層或單原子層

物理吸附化學(xué)吸附§7-2-1吸附過程與吸附劑一、吸附過程靜電力或范德華4內(nèi)表面積大;具有較好的選擇性;吸附容量大;吸附容量:在一定溫度和一定的吸附質(zhì)濃度下,單位質(zhì)量或單位體積吸附劑所能吸附的最大吸附質(zhì)質(zhì)量.足夠的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性;來(lái)源廣泛,造價(jià)低廉等.二.吸附劑1.對(duì)工業(yè)吸附劑的要求內(nèi)表面積大;二.吸附劑1.對(duì)工業(yè)吸附劑的要求52.常用工業(yè)吸附劑（1）活性炭按形狀分：粒炭和粉炭非極性吸附劑，具有疏水性和親有機(jī)物性?？晌剑罕筋?、惡臭物質(zhì)、醛酮類等。（2）活性氧化鋁根據(jù)晶格構(gòu)造分：α型和γ型極性吸附劑，對(duì)水的吸附容量很大。用于：氣體的干燥，脫硫及含氟廢氣凈化等。

2.常用工業(yè)吸附劑6（3）硅膠分子式:SiO2.nH2O極性吸附劑，親水性強(qiáng)，孔徑均一。常用作干燥劑，也可作催化劑載體。(4)沸石分子篩［M2(Ⅰ)·M2(Ⅱ)］O·Al2O3·nSiO2·mH2O其中：M2(Ⅰ)——一價(jià)金屬；M2(Ⅱ)——二價(jià)金屬；n——硅鋁比；m——結(jié)晶水摩爾數(shù)。特點(diǎn):孔徑均一、吸附容量大、吸附選擇性強(qiáng)?？蓛艋篠O2、NOX等。（3）硅膠7（5）白土分為：漂白土和酸性白土。主要成分：硅鋁酸鹽。用途：油類脫色、除臭。（5）白土8三.影響氣體吸附的因素1.操作條件（1）溫度物理吸附，T?有利；化學(xué)吸附，T?有利。（2）壓力P?，則PA?，有利；P?，能耗?；

一般常壓操作三.影響氣體吸附的因素一般常壓操作92.吸附劑性質(zhì)的影響（1）極性（3）氣體流速vv?，則τ?，ΔP?不利；v?，則τ?，ΔP?，有利；v??，A??，設(shè)備費(fèi)?，不利；

固定床

v＝0.2～0.6m/s非極性吸附劑非極性吸附質(zhì)極性吸附質(zhì)極性吸附劑2.吸附劑性質(zhì)的影響（3）氣體流速vv?，則τ?，ΔP10（2）表面積式中：δ——吸附劑的比表面積，m2/g；f——單位體積氣體鋪成單分子層時(shí)所占面積，m2/ml；Vm——吸附劑表面被單層分子鋪滿時(shí)的氣體體積，ml;W——吸附劑的重量，g。

式中：N0——阿佛加德羅常數(shù)，6.02×1023；A——一個(gè)吸附質(zhì)分子的橫截面積，m2；

a.比表面積（2）表面積式中：δ——吸附劑的比表面積，m2/g；式中：113.吸附質(zhì)性質(zhì)和濃度的影響（1）性質(zhì)臨界直徑（見表7－13）、沸點(diǎn)、分子量、飽和性等（2）濃度C0?，吸附量?；

C0??，較早達(dá)飽和，吸附劑用量大，再生頻繁。b.有效表面積定義：吸附質(zhì)分子能進(jìn)入的表面積（微孔）微孔孔徑>分子臨界直徑（分子所能進(jìn)入的最小孔徑）3.吸附質(zhì)性質(zhì)和濃度的影響b.有效表面積124.吸附器設(shè)計(jì)的影響

（1）對(duì)吸附器的要求①

有足夠的氣流流通面積和停留時(shí)間②

氣流分布均勻③

有效控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度④

易于更換吸附劑

4.吸附器設(shè)計(jì)的影響13（2）對(duì)工藝的要求①

預(yù)先除去雜質(zhì)，防止吸附器污染。②對(duì)高濃度氣體進(jìn)行一級(jí)處理，將吸附作為二級(jí)處理，以減輕吸附系統(tǒng)負(fù)荷。（2）對(duì)工藝的要求14§7-2-2吸附理論

一、吸附平衡

1.平衡關(guān)系的表示某時(shí)刻：吸附速度＝脫附速度→動(dòng)態(tài)吸附平衡此時(shí)，吸附質(zhì)在氣相中的濃度稱為平衡濃度→p*吸附質(zhì)在固相中的濃度稱為平衡吸附量→XT

XT為吸附劑吸附量的極限值，亦稱靜活性?！?-2-2吸附理論一、吸附平衡XT為吸附劑吸附量的極15對(duì)于一定的吸附劑，XT＝f（T，p）固定溫度T，則XT＝f（p）→等溫吸附方程2.吸附等溫線描述一定溫度下，被吸附劑吸附的物質(zhì)的最大量（平衡吸附量）與氣相中吸附質(zhì)平衡分壓之間關(guān)系的曲線。P279-280:圖7-15、7-16。

對(duì)于一定的吸附劑，XT＝f（T，p）固定溫度T，則16NH3在活性炭上的吸附等溫線NH3在活性炭上的吸附等溫線17上圖中：相對(duì)壓力為：p/pv；p——?dú)庀嘀形劫|(zhì)分壓；pv——一定溫度下，吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓。上圖中：相對(duì)壓力為：p/pv；p——?dú)庀嘀形劫|(zhì)分壓；18

3.吸附等溫線方程（1）Freundlich方程

——適用于Ⅰ型等溫線中壓部分將上式兩邊取對(duì)數(shù)，則式中：XT——被吸附組分的質(zhì)量與吸附劑質(zhì)量的比值，

g質(zhì)/g劑；k，n——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，通常n＞1，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。3.吸附等溫線方程——適用于Ⅰ型等溫線中壓部分將19（2）Langmuir方程——單分子層吸附——適用于Ⅰ型等溫線。式中：A——飽和吸附量；

V——?dú)怏w分壓為p時(shí)被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積；Vm——吸附劑被覆蓋滿一層時(shí)被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積；A、B——常數(shù)。（2）Langmuir方程——單分子層吸附20(3)BET方程——多分子層吸附——適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等溫線（p/p0=0.05~0.35）式中：V——吸附達(dá)平衡的氣體吸附量,ml；Vm——

固體表面蓋滿單分子層所吸附的氣體體積，ml；P——被吸附組分在氣相中的平衡分壓，Pa；P0——在吸附溫度下該氣體的飽和蒸汽壓，Pa；C——與吸附熱有關(guān)的常數(shù)。(3)BET方程——多分子層吸附——適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等溫線21

外擴(kuò)散（氣流主體外表面）

吸附

內(nèi)擴(kuò)散（外表面內(nèi)表面）二、吸附速率

1.吸附過程及控制步驟1）吸附過程

2）控制步驟外擴(kuò)散（慢）內(nèi)擴(kuò)散（慢）吸附(物理）（快）控制步驟外擴(kuò)散（氣流主體外表面）吸附內(nèi)擴(kuò)散（外表面222.物理吸附速率公式（1）外擴(kuò)散速率

式中：dMA——dt時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)從氣相擴(kuò)散至固體表面的質(zhì)量，kg/m3劑;ky——外擴(kuò)散吸附分系數(shù)，kg/（m2.s）；ap——單位體積吸附劑的吸附表面積，m2/m3;YA、YAi——分別為A在氣相主體及吸附劑外表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù);2.物理吸附速率公式式中：dMA——dt時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)從23（2）內(nèi)擴(kuò)散速率式中：kx——內(nèi)擴(kuò)散吸附分系數(shù)，kg/（m2.s）；XA、XAi——分別為A在固相中及吸附劑外表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（2）內(nèi)擴(kuò)散速率式中：kx——內(nèi)擴(kuò)散吸附分系數(shù)，kg24（3）總吸附速率方程式式中：KY、KX——分別為氣相及吸附相吸附總系數(shù)，kg/（m2.s）；YA、YA*——分別為吸附平衡時(shí)A在氣相及與A在吸附相濃度成平衡的氣相濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)；XA、XA*——分別為A在吸附相濃度及與A在氣相濃度YA成平衡的吸附相濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（3）總吸附速率方程式式中：KY、KX——分別為氣相25分吸附系數(shù)與總吸附系數(shù)的關(guān)系m——吸附平衡曲線的斜率。分吸附系數(shù)與總吸附系數(shù)的關(guān)系m——吸附平衡曲線的斜率。263、活性炭吸附速率計(jì)算公式巴厄姆:活性炭吸附SO2、甲苯、氨蒸氣等3、活性炭吸附速率計(jì)算公式巴厄姆:活性炭吸附SO2、甲苯、27三、吸附劑解吸（脫附）方法1.升溫等壓下，吸附容量隨溫度升高而降低。

吸附劑吸附飽和時(shí)：XT,PA*；降低壓力，則PA?，平衡時(shí)XT’?,等溫下，吸附容量隨壓力降低而減小。常用脫附劑：水蒸氣、熱空氣2.降壓（吹掃脫附）三、吸附劑解吸（脫附）方法吸附劑吸附飽和時(shí)：XT,284.溶劑萃取使吸附質(zhì)在溶劑中的溶解性能大于吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附能力。5.化學(xué)轉(zhuǎn)化脫附化學(xué)反應(yīng)3.置換解吸采用與吸附劑結(jié)合能力更強(qiáng)的物質(zhì)進(jìn)行解吸。4.溶劑萃取3.置換解吸29§7-2-3吸附設(shè)備

一、固定床——吸附劑固定不動(dòng)

gga.立式ggb.臥式g吸附劑c.環(huán)式（徑向式）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，吸附截面積大，處理能力大，阻力小。處理氣量大，h=0.5-1.0m。處理小氣量，h=0.5-2.0m?！?-2-3吸附設(shè)備一、固定床——吸附劑固定不動(dòng)30特點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉；2.適于小氣量、間歇性污染源治理；3.應(yīng)用廣泛。特點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉；31固定床吸附工藝

固定床吸附工藝

32二、移動(dòng)床——吸附劑移動(dòng)二、移動(dòng)床——吸附劑移動(dòng)33特點(diǎn)：1.吸附劑在吸附床中不斷移動(dòng)；2.處理氣量大，吸附劑可循環(huán)使用，適用于穩(wěn)定、連續(xù)、量大的氣體凈化；3.吸附和脫附連續(xù)完成；4.動(dòng)力和熱量消耗較大，吸附劑磨損較為嚴(yán)重。

特點(diǎn)：1.吸附劑在吸附床中不斷移動(dòng)；34吸附法凈化氣態(tài)污染物課件35三、流化床——吸附劑運(yùn)動(dòng)（流化態(tài)）當(dāng)空氣自下而上地穿過固體顆粒隨意填充狀態(tài)的料層，而氣流速度達(dá)到或超過顆粒的臨界流化速度時(shí)，料層中顆粒呈上下翻騰，并有部分顆粒被氣流夾帶出料層的狀態(tài)。床層的這種狀態(tài)和液體相似稱為流化床。

三、流化床——吸附劑運(yùn)動(dòng)（流化態(tài)）當(dāng)空氣自下而上地穿過固體顆36特點(diǎn)：1.氣體速度大，氣固相均處于流化狀態(tài)，強(qiáng)化了氣固傳質(zhì)；2.處理能力大，適合于治理連續(xù)性、大氣量的污染源；3.吸附器和吸附劑磨損嚴(yán)重，排出氣體中帶有吸附劑粉末，需增設(shè)除塵設(shè)備。特點(diǎn)：37吸附法凈化氣態(tài)污染物課件38吸附劑床層可分為三個(gè)區(qū)域：Ⅰ：飽和區(qū)(所有吸附劑已達(dá)到飽和）Ⅱ：吸附區(qū)/傳質(zhì)區(qū)（部分吸附劑還在吸附）Ⅲ：未用區(qū)（所有吸附劑上均沒有吸附質(zhì)）IIIIII廢氣凈化氣§7-2-4固定床吸附器的計(jì)算一、

固定床吸附器的吸附過程吸附劑床層可分為三個(gè)區(qū)域：IIIIII廢氣凈化氣§7-391.吸附負(fù)荷曲線吸附負(fù)荷：氣體進(jìn)入吸附器吸附一定時(shí)間后，吸附質(zhì)在吸附劑上的濃度（吸附劑吸附量），x。吸附負(fù)荷曲線：某瞬間,吸附床層內(nèi)吸附質(zhì)濃度x隨床層長(zhǎng)度L變化的曲線。1.吸附負(fù)荷曲線吸附負(fù)荷：氣體進(jìn)入吸附器吸附一40①理想狀態(tài)設(shè)床層無(wú)阻力，吸附在瞬間達(dá)到平衡。則床層內(nèi)所有斷面上的吸附負(fù)荷均為一相同值。吸附負(fù)荷曲線為直角形的折線。相等Lx理想吸附負(fù)荷曲線L’L’’0①理想狀態(tài)設(shè)床層無(wú)阻力，吸附在瞬間達(dá)到平衡。相等L41②實(shí)際操作

床層中存在阻力，某一瞬間，床層內(nèi)各截面上的吸附負(fù)荷會(huì)有差異。IIIIII實(shí)際吸附負(fù)荷曲線0xL不相等負(fù)荷曲線L0IIIIII②實(shí)際操作IIIIII實(shí)際吸附負(fù)荷曲線0xL不相等負(fù)荷曲線L42吸附波（吸附前沿）吸附負(fù)荷曲線被形象地稱為吸附波。傳質(zhì)區(qū)（吸附區(qū)）高度一個(gè)吸附波所占據(jù)的床層高度稱為傳質(zhì)區(qū)高度L0。

吸附負(fù)荷曲線形狀與阻力之間有聯(lián)系

（1）曲線平緩，則吸附速率慢，過程阻力大；（2）曲線陡峭，則吸附速率快，過程阻力小；（3）曲線為垂線，則吸附速率無(wú)窮大，阻力為0，傳質(zhì)區(qū)為一面。吸附波（吸附前沿）吸附負(fù)荷曲線形狀與阻力之間有聯(lián)系432.透過曲線表示床層流出物中吸附質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的曲線。

Y——出口氣體中污染物濃度，kg污染物/kg惰性氣體；w——排出氣體的量，kg惰性氣體/m2；GS——通過床層的惰性氣體流量，kg/（s.m2)。0——表示入口；下標(biāo)B——表示床層被穿透；下標(biāo)E——表示床層被飽和；YY0YEYB穿透點(diǎn)飽和點(diǎn)wBwEw2.透過曲線Y——出口氣體中污染物濃度，0——表示441）床層穿透：流出床層氣體中吸附質(zhì)達(dá)到某一容許最大濃度時(shí)，稱床層穿透。穿透時(shí)間：從氣流通入床層開始至床層被穿透的時(shí)間，τB。動(dòng)活性：床層被穿透時(shí)，單位體積（質(zhì)量）吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量。1）床層穿透：流出床層氣體中吸附質(zhì)達(dá)到某一容許最大濃度動(dòng)活性452）床層飽和：流出床層氣體中吸附質(zhì)濃度與入口濃度相等時(shí)，稱床層飽和。飽和時(shí)間：從氣流通入到床層飽和的時(shí)間，τE。靜活性：床層飽和時(shí)，單位體積（質(zhì)量）吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量。2）床層飽和：流出床層氣體中吸附質(zhì)濃度與入口濃度相等靜活性：46小結(jié)：1、隨著吸附過程的進(jìn)行，吸附波以一定的速度不斷向前移動(dòng)（綠色曲線）。飽和區(qū)逐漸變長(zhǎng)，未用區(qū)逐漸縮短，傳質(zhì)區(qū)基本保持不變。2、床層穿透時(shí)，吸附波到達(dá)床層出口端（藍(lán)色曲線），未用區(qū)消失。3、床層飽和時(shí)，吸附波完全移出吸附床（紫色曲線），飽和區(qū)占據(jù)整個(gè)床層。L00xL負(fù)荷曲線IIIIII小結(jié)：1、隨著吸附過程的進(jìn)行，吸附波以一定的速度不斷向L0475、吸附波越平緩，則傳質(zhì)區(qū)越長(zhǎng)，吸附劑利用率越低；吸附波越陡峭，則傳質(zhì)區(qū)越短，吸附劑利用率越高；吸附波為一垂線，則傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度為0，吸附劑利用率最高。0xLIII飽和未飽和4、對(duì)于理想吸附操作，床層穿透時(shí)間和飽和時(shí)間相等，靜活性和動(dòng)活性相等。5、吸附波越平緩，則傳質(zhì)區(qū)越長(zhǎng)，吸附劑利用率越低；0xLI48二、保護(hù)作用時(shí)間的確定定義：吸附操作開始至吸附床層被穿透所經(jīng)歷的時(shí)間。1、希洛夫公式假定1）保護(hù)作用時(shí)間τ′內(nèi)，床層全部達(dá)飽和；2）氣相中吸附質(zhì)濃度很大，吸附等溫線符合Ⅰ型。二、保護(hù)作用時(shí)間的確定49物料衡算（理想狀態(tài)）:氣體中吸附質(zhì)的減少量＝吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量令：a——吸附劑的靜活性（平衡吸附量），kg質(zhì)/kg劑；L——吸附床長(zhǎng)度，m；v——?dú)饬髁魉?，m/s；ρb——吸附劑的堆積密度，kg/m3；Co——?dú)怏w中吸附質(zhì)濃度，kg/m3；S——床層截面積；τ′——保護(hù)作用時(shí)間，s。則C0·ν·S·τ′＝a·ρb·L·S物料衡算（理想狀態(tài)）:令：a——吸附劑的靜活性（平衡吸附50∴令式中：K——保護(hù)作用系數(shù)，s/m；物理意義：吸附負(fù)荷曲線在吸附層中移動(dòng)單位長(zhǎng)度所需要的時(shí)間；

1/K——吸附負(fù)荷曲線(吸附波)在吸附床層內(nèi)的移動(dòng)速度，m/s。

∴τ’=K·L(7-11)∴令式中：K——保護(hù)作用系數(shù)，s/m；∴τ’=K·L51實(shí)際操作，床層存在阻力，τ＜τ′令τ′－τ＝τ0τ0——保護(hù)作用時(shí)間損失?！唳樱溅印洌?將（7－11）代入上式有：

τ=K·L－τ0(7-12)或τ=K（L－h(huán))(7-13)h——死層，吸附層中未被利用部分的長(zhǎng)度。τ－L實(shí)際曲線與理論曲線的比較1－理論線 2實(shí)際曲線實(shí)際操作，床層存在阻力，τ＜τ′τ－L實(shí)際曲線與理論曲線的比522、經(jīng)驗(yàn)計(jì)算(

注意應(yīng)用條件）

公式二：B2（

動(dòng)力特性）公式一：K1v1=K2v2=常數(shù)B1（

動(dòng)力特性）式中：dp——吸附劑顆粒的直徑。公式三：τ·vn=常數(shù)τ·ρ

m=常數(shù)對(duì)于活性炭：m，n＝12、經(jīng)驗(yàn)計(jì)算(注意應(yīng)用條件）公式二：B2（動(dòng)力特性）公533、間歇式吸附過程持續(xù)吸附時(shí)間的確定

設(shè)：Co——進(jìn)入床層吸附質(zhì)初始濃度，kg/m3；C′——離開吸附床的吸附質(zhì)濃度，kg/m3；G——吸附劑裝填量，kg;v——?dú)饬魉俣龋琺/s；a——吸附劑的初始活性，質(zhì)量％；a′——吸附劑的殘留活性，質(zhì)量％。3、間歇式吸附過程持續(xù)吸附時(shí)間的確定設(shè)：54在一個(gè)操作周期內(nèi)做吸附質(zhì)的物料衡算:氣相吸附質(zhì)減少量＝吸附劑吸附量(Co－C′)·v·S·τ＝G·（a－a′）所以：(7-14)再生吸附劑COC’G，a’v在一個(gè)操作周期內(nèi)做吸附質(zhì)的物料衡算:所以：(7-155三、傳質(zhì)區(qū)高度的確定(邁克公式）１、計(jì)算式推導(dǎo)假定：等溫吸附低濃度污染物吸附等溫線為第三種類型吸附區(qū)長(zhǎng)度為常數(shù)吸附床的長(zhǎng)度大于傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度三、傳質(zhì)區(qū)高度的確定(邁克公式）１、計(jì)算式推56令吸附區(qū)（波）在床層內(nèi)移動(dòng)距離L0所需的時(shí)間為：設(shè)τf——傳質(zhì)區(qū)形成時(shí)間，s;f——穿透時(shí)，吸附劑仍具有的吸附能力與全部吸附能力之比。（1－f)——吸附區(qū)內(nèi)吸附劑的飽和程度；剩余吸附能力分?jǐn)?shù)令吸附區(qū)（波）在床層內(nèi)移動(dòng)距離L0所需的時(shí)間為：設(shè)τf——570xL吸附波L0L0YY0YEYB穿透點(diǎn)飽和點(diǎn)wBwEwWA=WB-WE0xL吸附波L0L0YY0YEYB穿透點(diǎn)飽和點(diǎn)wBwEwWA58即：自波形成至移出床層所需時(shí)間(1)穩(wěn)定操作時(shí)，吸附波形成后，其移動(dòng)速度為一常數(shù)，２、τf的確定(1-f):吸附區(qū)的飽和程度。f＝０，１－f=1，傳質(zhì)區(qū)內(nèi)吸附劑完全飽和，傳質(zhì)區(qū)形成時(shí)間τf

＝τa

；f＝1，１－f=0，傳質(zhì)區(qū)內(nèi)吸附劑不含吸附質(zhì)，傳質(zhì)區(qū)形成時(shí)間τf＝0。即：自波形成至移出床層所需時(shí)間(1)穩(wěn)定操作時(shí)，吸附波形成后59所以：τf＝（1-f）τa(2）將（2）式代入（1）式，Ｗa、WE、f通過透過曲線確定實(shí)際計(jì)算中f=0.4～0.6所以：τf＝（1-f）τa(2）將（2）式60若床層全部飽和，此時(shí)最大吸附量為a.(LSρb)實(shí)際操作中，實(shí)際吸附量＝飽和吸附量＋傳質(zhì)區(qū)吸附量飽和區(qū)吸附量＝a（L－L0）Sρb傳質(zhì)區(qū)吸附量＝aLOSρb(1－f)

四、吸附床的飽和度DBS＝∴若床層全部飽和，此時(shí)最大吸附量為a.(LSρb)四、吸附床610x吸附波L0L0x吸附波L0L62化簡(jiǎn)有：保護(hù)作用時(shí)間：∴化簡(jiǎn)有：保護(hù)作用時(shí)間：∴63五、床層壓降

影響因素：吸附劑的形狀、大小、床層厚度、氣體流速等。標(biāo)態(tài)下吸附器的壓力損失見圖7－27（P284)五、床層壓降影響因素：吸附劑的形狀、大小、床層厚度、氣體流64了解吸附法的特點(diǎn)、掌握各影響因素對(duì)吸附過程的影響及工業(yè)上常用吸附劑的特點(diǎn)。理解吸附平衡的概念，了解吸附等溫線的類型及不同等溫方程的形式及應(yīng)用條件。了解不同控制步驟時(shí)吸附速率方程的形式

。掌握常用的吸附劑再生方法及原理。了解吸附設(shè)備的分類與特點(diǎn)

。本節(jié)要求：了解吸附法的特點(diǎn)、掌握各影響因素對(duì)吸附過程的影本節(jié)要求：65掌握吸附負(fù)荷曲線與透過曲線的概念，理解吸附波、傳質(zhì)區(qū)高度、靜活性、動(dòng)活性、吸附床飽和度等概念。理解保護(hù)作用時(shí)間的概念，會(huì)運(yùn)用希洛夫公式進(jìn)行計(jì)算。掌握間歇操作活性炭用量及吸附塔尺寸的確定。理解傳質(zhì)區(qū)高度計(jì)算的邁克公式的推導(dǎo)過程。掌握吸附負(fù)荷曲線與透過曲線的概念，理解吸附波、傳質(zhì)區(qū)高度、靜66§7-2吸附法凈化氣態(tài)污染物概述1.定義吸附：利用多孔性固體使混合物中的一種或幾種組分濃集在固體表面從而分離的過程。吸附質(zhì)：能被吸附的物質(zhì).吸附劑：能吸附吸附質(zhì)的物質(zhì).

§7-2吸附法凈化氣態(tài)污染物概述67（1）適于處理低濃度廢氣，并可回收有用組分，流程短，凈化效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單。（2）吸附容量較小、設(shè)備體積大。2.特點(diǎn)：（1）適于處理低濃度廢氣，并可回收有用組分，流程683.主要內(nèi)容：

§7-2-1吸附過程與吸附劑

§7-2-2吸附理論

§7-2-3吸附設(shè)備§7-2-4固定床吸附器的計(jì)算3.主要內(nèi)容：§7-2-1吸附過程與吸附劑69§7-2-1吸附過程與吸附劑一、吸附過程靜電力或范德華力化學(xué)鍵力相當(dāng)于被吸附氣體的凝結(jié)熱

較小，20kJ/mol較大，80～400kJ/mol可逆的不可逆（無(wú)法還原為原有物質(zhì)）快慢作用力吸附熱

可逆性吸附速率吸附層數(shù)單分子層，多分子層單分子層或單原子層

物理吸附化學(xué)吸附§7-2-1吸附過程與吸附劑一、吸附過程靜電力或范德華70內(nèi)表面積大;具有較好的選擇性;吸附容量大;吸附容量:在一定溫度和一定的吸附質(zhì)濃度下,單位質(zhì)量或單位體積吸附劑所能吸附的最大吸附質(zhì)質(zhì)量.足夠的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性;來(lái)源廣泛,造價(jià)低廉等.二.吸附劑1.對(duì)工業(yè)吸附劑的要求內(nèi)表面積大;二.吸附劑1.對(duì)工業(yè)吸附劑的要求712.常用工業(yè)吸附劑（1）活性炭按形狀分：粒炭和粉炭非極性吸附劑，具有疏水性和親有機(jī)物性。可吸附：苯類、惡臭物質(zhì)、醛酮類等。（2）活性氧化鋁根據(jù)晶格構(gòu)造分：α型和γ型極性吸附劑，對(duì)水的吸附容量很大。用于：氣體的干燥，脫硫及含氟廢氣凈化等。

2.常用工業(yè)吸附劑72（3）硅膠分子式:SiO2.nH2O極性吸附劑，親水性強(qiáng)，孔徑均一。常用作干燥劑，也可作催化劑載體。(4)沸石分子篩［M2(Ⅰ)·M2(Ⅱ)］O·Al2O3·nSiO2·mH2O其中：M2(Ⅰ)——一價(jià)金屬；M2(Ⅱ)——二價(jià)金屬；n——硅鋁比；m——結(jié)晶水摩爾數(shù)。特點(diǎn):孔徑均一、吸附容量大、吸附選擇性強(qiáng)?？蓛艋篠O2、NOX等。（3）硅膠73（5）白土分為：漂白土和酸性白土。主要成分：硅鋁酸鹽。用途：油類脫色、除臭。（5）白土74三.影響氣體吸附的因素1.操作條件（1）溫度物理吸附，T?有利；化學(xué)吸附，T?有利。（2）壓力P?，則PA?，有利；P?，能耗?；

一般常壓操作三.影響氣體吸附的因素一般常壓操作752.吸附劑性質(zhì)的影響（1）極性（3）氣體流速vv?，則τ?，ΔP?不利；v?，則τ?，ΔP?，有利；v??，A??，設(shè)備費(fèi)?，不利；

固定床

v＝0.2～0.6m/s非極性吸附劑非極性吸附質(zhì)極性吸附質(zhì)極性吸附劑2.吸附劑性質(zhì)的影響（3）氣體流速vv?，則τ?，ΔP76（2）表面積式中：δ——吸附劑的比表面積，m2/g；f——單位體積氣體鋪成單分子層時(shí)所占面積，m2/ml；Vm——吸附劑表面被單層分子鋪滿時(shí)的氣體體積，ml;W——吸附劑的重量，g。

式中：N0——阿佛加德羅常數(shù)，6.02×1023；A——一個(gè)吸附質(zhì)分子的橫截面積，m2；

a.比表面積（2）表面積式中：δ——吸附劑的比表面積，m2/g；式中：773.吸附質(zhì)性質(zhì)和濃度的影響（1）性質(zhì)臨界直徑（見表7－13）、沸點(diǎn)、分子量、飽和性等（2）濃度C0?，吸附量?；

C0??，較早達(dá)飽和，吸附劑用量大，再生頻繁。b.有效表面積定義：吸附質(zhì)分子能進(jìn)入的表面積（微孔）微孔孔徑>分子臨界直徑（分子所能進(jìn)入的最小孔徑）3.吸附質(zhì)性質(zhì)和濃度的影響b.有效表面積784.吸附器設(shè)計(jì)的影響

（1）對(duì)吸附器的要求①

有足夠的氣流流通面積和停留時(shí)間②

氣流分布均勻③

有效控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度④

易于更換吸附劑

4.吸附器設(shè)計(jì)的影響79（2）對(duì)工藝的要求①

預(yù)先除去雜質(zhì)，防止吸附器污染。②對(duì)高濃度氣體進(jìn)行一級(jí)處理，將吸附作為二級(jí)處理，以減輕吸附系統(tǒng)負(fù)荷。（2）對(duì)工藝的要求80§7-2-2吸附理論

一、吸附平衡

1.平衡關(guān)系的表示某時(shí)刻：吸附速度＝脫附速度→動(dòng)態(tài)吸附平衡此時(shí)，吸附質(zhì)在氣相中的濃度稱為平衡濃度→p*吸附質(zhì)在固相中的濃度稱為平衡吸附量→XT

XT為吸附劑吸附量的極限值，亦稱靜活性?！?-2-2吸附理論一、吸附平衡XT為吸附劑吸附量的極81對(duì)于一定的吸附劑，XT＝f（T，p）固定溫度T，則XT＝f（p）→等溫吸附方程2.吸附等溫線描述一定溫度下，被吸附劑吸附的物質(zhì)的最大量（平衡吸附量）與氣相中吸附質(zhì)平衡分壓之間關(guān)系的曲線。P279-280:圖7-15、7-16。

對(duì)于一定的吸附劑，XT＝f（T，p）固定溫度T，則82NH3在活性炭上的吸附等溫線NH3在活性炭上的吸附等溫線83上圖中：相對(duì)壓力為：p/pv；p——?dú)庀嘀形劫|(zhì)分壓；pv——一定溫度下，吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓。上圖中：相對(duì)壓力為：p/pv；p——?dú)庀嘀形劫|(zhì)分壓；84

3.吸附等溫線方程（1）Freundlich方程

——適用于Ⅰ型等溫線中壓部分將上式兩邊取對(duì)數(shù)，則式中：XT——被吸附組分的質(zhì)量與吸附劑質(zhì)量的比值，

g質(zhì)/g劑；k，n——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，通常n＞1，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。3.吸附等溫線方程——適用于Ⅰ型等溫線中壓部分將85（2）Langmuir方程——單分子層吸附——適用于Ⅰ型等溫線。式中：A——飽和吸附量；

V——?dú)怏w分壓為p時(shí)被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積；Vm——吸附劑被覆蓋滿一層時(shí)被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積；A、B——常數(shù)。（2）Langmuir方程——單分子層吸附86(3)BET方程——多分子層吸附——適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等溫線（p/p0=0.05~0.35）式中：V——吸附達(dá)平衡的氣體吸附量,ml；Vm——

固體表面蓋滿單分子層所吸附的氣體體積，ml；P——被吸附組分在氣相中的平衡分壓，Pa；P0——在吸附溫度下該氣體的飽和蒸汽壓，Pa；C——與吸附熱有關(guān)的常數(shù)。(3)BET方程——多分子層吸附——適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等溫線87

外擴(kuò)散（氣流主體外表面）

吸附

內(nèi)擴(kuò)散（外表面內(nèi)表面）二、吸附速率

1.吸附過程及控制步驟1）吸附過程

2）控制步驟外擴(kuò)散（慢）內(nèi)擴(kuò)散（慢）吸附(物理）（快）控制步驟外擴(kuò)散（氣流主體外表面）吸附內(nèi)擴(kuò)散（外表面882.物理吸附速率公式（1）外擴(kuò)散速率

式中：dMA——dt時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)從氣相擴(kuò)散至固體表面的質(zhì)量，kg/m3劑;ky——外擴(kuò)散吸附分系數(shù)，kg/（m2.s）；ap——單位體積吸附劑的吸附表面積，m2/m3;YA、YAi——分別為A在氣相主體及吸附劑外表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù);2.物理吸附速率公式式中：dMA——dt時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)從89（2）內(nèi)擴(kuò)散速率式中：kx——內(nèi)擴(kuò)散吸附分系數(shù)，kg/（m2.s）；XA、XAi——分別為A在固相中及吸附劑外表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（2）內(nèi)擴(kuò)散速率式中：kx——內(nèi)擴(kuò)散吸附分系數(shù)，kg90（3）總吸附速率方程式式中：KY、KX——分別為氣相及吸附相吸附總系數(shù)，kg/（m2.s）；YA、YA*——分別為吸附平衡時(shí)A在氣相及與A在吸附相濃度成平衡的氣相濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)；XA、XA*——分別為A在吸附相濃度及與A在氣相濃度YA成平衡的吸附相濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。（3）總吸附速率方程式式中：KY、KX——分別為氣相91分吸附系數(shù)與總吸附系數(shù)的關(guān)系m——吸附平衡曲線的斜率。分吸附系數(shù)與總吸附系數(shù)的關(guān)系m——吸附平衡曲線的斜率。923、活性炭吸附速率計(jì)算公式巴厄姆:活性炭吸附SO2、甲苯、氨蒸氣等3、活性炭吸附速率計(jì)算公式巴厄姆:活性炭吸附SO2、甲苯、93三、吸附劑解吸（脫附）方法1.升溫等壓下，吸附容量隨溫度升高而降低。

吸附劑吸附飽和時(shí)：XT,PA*；降低壓力，則PA?，平衡時(shí)XT’?,等溫下，吸附容量隨壓力降低而減小。常用脫附劑：水蒸氣、熱空氣2.降壓（吹掃脫附）三、吸附劑解吸（脫附）方法吸附劑吸附飽和時(shí)：XT,944.溶劑萃取使吸附質(zhì)在溶劑中的溶解性能大于吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附能力。5.化學(xué)轉(zhuǎn)化脫附化學(xué)反應(yīng)3.置換解吸采用與吸附劑結(jié)合能力更強(qiáng)的物質(zhì)進(jìn)行解吸。4.溶劑萃取3.置換解吸95§7-2-3吸附設(shè)備

一、固定床——吸附劑固定不動(dòng)

gga.立式ggb.臥式g吸附劑c.環(huán)式（徑向式）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，吸附截面積大，處理能力大，阻力小。處理氣量大，h=0.5-1.0m。處理小氣量，h=0.5-2.0m。§7-2-3吸附設(shè)備一、固定床——吸附劑固定不動(dòng)96特點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉；2.適于小氣量、間歇性污染源治理；3.應(yīng)用廣泛。特點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉；97固定床吸附工藝

固定床吸附工藝

98二、移動(dòng)床——吸附劑移動(dòng)二、移動(dòng)床——吸附劑移動(dòng)99特點(diǎn)：1.吸附劑在吸附床中不斷移動(dòng)；2.處理氣量大，吸附劑可循環(huán)使用，適用于穩(wěn)定、連續(xù)、量大的氣體凈化；3.吸附和脫附連續(xù)完成；4.動(dòng)力和熱量消耗較大，吸附劑磨損較為嚴(yán)重。

特點(diǎn)：1.吸附劑在吸附床中不斷移動(dòng)；100吸附法凈化氣態(tài)污染物課件101三、流化床——吸附劑運(yùn)動(dòng)（流化態(tài)）當(dāng)空氣自下而上地穿過固體顆粒隨意填充狀態(tài)的料層，而氣流速度達(dá)到或超過顆粒的臨界流化速度時(shí)，料層中顆粒呈上下翻騰，并有部分顆粒被氣流夾帶出料層的狀態(tài)。床層的這種狀態(tài)和液體相似稱為流化床。

三、流化床——吸附劑運(yùn)動(dòng)（流化態(tài)）當(dāng)空氣自下而上地穿過固體顆102特點(diǎn)：1.氣體速度大，氣固相均處于流化狀態(tài)，強(qiáng)化了氣固傳質(zhì)；2.處理能力大，適合于治理連續(xù)性、大氣量的污染源；3.吸附器和吸附劑磨損嚴(yán)重，排出氣體中帶有吸附劑粉末，需增設(shè)除塵設(shè)備。特點(diǎn)：103吸附法凈化氣態(tài)污染物課件104吸附劑床層可分為三個(gè)區(qū)域：Ⅰ：飽和區(qū)(所有吸附劑已達(dá)到飽和）Ⅱ：吸附區(qū)/傳質(zhì)區(qū)（部分吸附劑還在吸附）Ⅲ：未用區(qū)（所有吸附劑上均沒有吸附質(zhì)）IIIIII廢氣凈化氣§7-2-4固定床吸附器的計(jì)算一、

固定床吸附器的吸附過程吸附劑床層可分為三個(gè)區(qū)域：IIIIII廢氣凈化氣§7-1051.吸附負(fù)荷曲線吸附負(fù)荷：氣體進(jìn)入吸附器吸附一定時(shí)間后，吸附質(zhì)在吸附劑上的濃度（吸附劑吸附量），x。吸附負(fù)荷曲線：某瞬間,吸附床層內(nèi)吸附質(zhì)濃度x隨床層長(zhǎng)度L變化的曲線。1.吸附負(fù)荷曲線吸附負(fù)荷：氣體進(jìn)入吸附器吸附一106①理想狀態(tài)設(shè)床層無(wú)阻力，吸附在瞬間達(dá)到平衡。則床層內(nèi)所有斷面上的吸附負(fù)荷均為一相同值。吸附負(fù)荷曲線為直角形的折線。相等Lx理想吸附負(fù)荷曲線L’L’’0①理想狀態(tài)設(shè)床層無(wú)阻力，吸附在瞬間達(dá)到平衡。相等L107②實(shí)際操作

床層中存在阻力，某一瞬間，床層內(nèi)各截面上的吸附負(fù)荷會(huì)有差異。IIIIII實(shí)際吸附負(fù)荷曲線0xL不相等負(fù)荷曲線L0IIIIII②實(shí)際操作IIIIII實(shí)際吸附負(fù)荷曲線0xL不相等負(fù)荷曲線L108吸附波（吸附前沿）吸附負(fù)荷曲線被形象地稱為吸附波。傳質(zhì)區(qū)（吸附區(qū)）高度一個(gè)吸附波所占據(jù)的床層高度稱為傳質(zhì)區(qū)高度L0。

吸附負(fù)荷曲線形狀與阻力之間有聯(lián)系

（1）曲線平緩，則吸附速率慢，過程阻力大；（2）曲線陡峭，則吸附速率快，過程阻力??；（3）曲線為垂線，則吸附速率無(wú)窮大，阻力為0，傳質(zhì)區(qū)為一面。吸附波（吸附前沿）吸附負(fù)荷曲線形狀與阻力之間有聯(lián)系1092.透過曲線表示床層流出物中吸附質(zhì)濃度隨時(shí)間變化的曲線。

Y——出口氣體中污染物濃度，kg污染物/kg惰性氣體；w——排出氣體的量，kg惰性氣體/m2；GS——通過床層的惰性氣體流量，kg/（s.m2)。0——表示入口；下標(biāo)B——表示床層被穿透；下標(biāo)E——表示床層被飽和；YY0YEYB穿透點(diǎn)飽和點(diǎn)wBwEw2.透過曲線Y——出口氣體中污染物濃度，0——表示1101）床層穿透：流出床層氣體中吸附質(zhì)達(dá)到某一容許最大濃度時(shí)，稱床層穿透。穿透時(shí)間：從氣流通入床層開始至床層被穿透的時(shí)間，τB。動(dòng)活性：床層被穿透時(shí)，單位體積（質(zhì)量）吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量。1）床層穿透：流出床層氣體中吸附質(zhì)達(dá)到某一容許最大濃度動(dòng)活性1112）床層飽和：流出床層氣體中吸附質(zhì)濃度與入口濃度相等時(shí)，稱床層飽和。飽和時(shí)間：從氣流通入到床層飽和的時(shí)間，τE。靜活性：床層飽和時(shí)，單位體積（質(zhì)量）吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量。2）床層飽和：流出床層氣體中吸附質(zhì)濃度與入口濃度相等靜活性：112小結(jié)：1、隨著吸附過程的進(jìn)行，吸附波以一定的速度不斷向前移動(dòng)（綠色曲線）。飽和區(qū)逐漸變長(zhǎng)，未用區(qū)逐漸縮短，傳質(zhì)區(qū)基本保持不變。2、床層穿透時(shí)，吸附波到達(dá)床層出口端（藍(lán)色曲線），未用區(qū)消失。3、床層飽和時(shí)，吸附波完全移出吸附床（紫色曲線），飽和區(qū)占據(jù)整個(gè)床層。L00xL負(fù)荷曲線IIIIII小結(jié)：1、隨著吸附過程的進(jìn)行，吸附波以一定的速度不斷向L01135、吸附波越平緩，則傳質(zhì)區(qū)越長(zhǎng)，吸附劑利用率越低；吸附波越陡峭，則傳質(zhì)區(qū)越短，吸附劑利用率越高；吸附波為一垂線，則傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度為0，吸附劑利用率最高。0xLIII飽和未飽和4、對(duì)于理想吸附操作，床層穿透時(shí)間和飽和時(shí)間相等，靜活性和動(dòng)活性相等。5、吸附波越平緩，則傳質(zhì)區(qū)越長(zhǎng)，吸附劑利用率越低；0xLI114二、保護(hù)作用時(shí)間的確定定義：吸附操作開始至吸附床層被穿透所經(jīng)歷的時(shí)間。1、希洛夫公式假定1）保護(hù)作用時(shí)間τ′內(nèi)，床層全部達(dá)飽和；2）氣相中吸附質(zhì)濃度很大，吸附等溫線符合Ⅰ型。二、保護(hù)作用時(shí)間的確定115物料衡算（理想狀態(tài)）:氣體中吸附質(zhì)的減少量＝吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量令：a——吸附劑的靜活性（平衡吸附量），kg質(zhì)/kg劑；L——吸附床長(zhǎng)度，m；v——?dú)饬髁魉?，m/s；ρb——吸附劑的堆積密度，kg/m3；Co——?dú)怏w中吸附質(zhì)濃度，kg/m3；S——床層截面積；τ′——保護(hù)作用時(shí)間，s。則C0·ν·S·τ′＝a·ρb·L·S物料衡算（理想狀態(tài)）:令：a——吸附劑的靜活性（平衡吸附116∴令式中：K——保護(hù)作用系數(shù)，s/m；物理意義：吸附負(fù)荷曲線在吸附層中移動(dòng)單位長(zhǎng)度所需要的時(shí)間；

1/K——吸附負(fù)荷曲線(吸附波)在吸附床層內(nèi)的移動(dòng)速度，m/s。

∴τ’=K·L(7-11)∴令式中：K——保護(hù)作用系數(shù)，s/m；∴τ’=K·L117實(shí)際操作，床層存在阻力，τ＜τ′令τ′－τ＝τ0τ0——保護(hù)作