吸附法净化气态污染物概述2

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1、第六章第六章 吸附法净化气态污染物吸附法净化气态污染物吸附及吸附剂吸附机理吸附装置及工艺引引言言 1、吸附净化的概念：、吸附净化的概念：（1）多多孔孔性性固固体体物物质质具具有有选选择择性性吸吸附附废废气气中中的的一一种种或或多种有害组分的特点。多种有害组分的特点。（2）吸吸附附净净化化是是利利用用多多孔孔性性固固体体物物质质的的这这一一特特点点，实实现净化废气的一种方法。现净化废气的一种方法。2、吸附净化法的特点、吸附净化法的特点（1）适用范围）适用范围常常用用于于浓浓度度低低，毒毒性性大大的的有有害害气气体体的的净净化化，但但处处理理的气体量不宜过大；的气体量不宜过大；对有机溶剂蒸汽具有较

2、高的净化效率；对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率；当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。（2）优点：净化效率高，可回收有用组分，设备简单，）优点：净化效率高，可回收有用组分，设备简单，易实现自动化控制。易实现自动化控制。（3）缺点：吸附容量小，设备体积大；吸附剂容量往往）缺点：吸附容量小，设备体积大；吸附剂容量往往有限，需频繁再生，间歇吸附过程的再生操作麻烦且设有限，需频繁再生，间歇吸附过程的再生操作麻烦且设备利用率低。备利用率低。（4）应用：广泛应用于有机化工、石油化工等部门。）应用：广泛应用于有机化工、石油化工等部门。环境治理方面：废气治理中，脱除水

3、分、有机蒸汽、环境治理方面：废气治理中，脱除水分、有机蒸汽、恶臭、恶臭、HF、SO2、NOX等。等。l2吸附的分类吸附的分类l1）物理吸附：也称为范德华吸附，它是吸附质和吸附剂以）物理吸附：也称为范德华吸附，它是吸附质和吸附剂以分子间作用力为主的吸附。分子间作用力为主的吸附。l（1）非选择性吸附。吸附力为固体表面的原子或基团与外非选择性吸附。吸附力为固体表面的原子或基团与外来分子间的引力，本质是范德华力。来分子间的引力，本质是范德华力。l（2）分子筛效应。多孔固体的微孔孔径是均一的，而且与）分子筛效应。多孔固体的微孔孔径是均一的，而且与分子尺寸相当。小于微孔孔径的分子可以进入微孔而被吸附，分子

4、尺寸相当。小于微孔孔径的分子可以进入微孔而被吸附，比孔径大的分子则被排斥在外，这种现象称为分子筛效应。比孔径大的分子则被排斥在外，这种现象称为分子筛效应。l（3）通过微孔的扩散。利用气体在多孔固体中扩散速率的）通过微孔的扩散。利用气体在多孔固体中扩散速率的差别可以将混合物分离。差别可以将混合物分离。l（4）微孔中的凝聚。多数情况下毛细管上的可凝气体会在）微孔中的凝聚。多数情况下毛细管上的可凝气体会在小于其正常蒸气压的压力下在毛细管中凝聚。因此多孔固体小于其正常蒸气压的压力下在毛细管中凝聚。因此多孔固体周围的可凝缩气体会在与其孔径对应的压力下在微孔中凝聚。周围的可凝缩气体会在与其孔径对应的压力下

5、在微孔中凝聚。l2）化学吸附：是吸附质和吸附剂分子间的化学键作用所引）化学吸附：是吸附质和吸附剂分子间的化学键作用所引起的吸附，也称为起的吸附，也称为“活性吸附活性吸附”。l3吸附质、吸附剂：吸附质、吸附剂：l在固体表面积蓄的组分称为吸附质在固体表面积蓄的组分称为吸附质(adsorbate)，l多孔固体称为吸附剂多孔固体称为吸附剂(adsorbent)，其，其主要特征为具有多孔结构和很大的比主要特征为具有多孔结构和很大的比表面积。表面积。l吸附技术：吸附技术：l目前已经开发出以下三类吸附过程流程：目前已经开发出以下三类吸附过程流程：l1）变温吸附。吸附通常在环境温度进行，而解吸在）变温吸附。吸

6、附通常在环境温度进行，而解吸在直接或间接加热吸附剂的条件下完成，利用温度的直接或间接加热吸附剂的条件下完成，利用温度的变化实现吸附和解吸再生循环操作。变化实现吸附和解吸再生循环操作。l2）变压吸附。在较高组分分压的条件下选择性吸附）变压吸附。在较高组分分压的条件下选择性吸附气体混合物中的某些组分，然后降低压力或抽真空气体混合物中的某些组分，然后降低压力或抽真空使吸附剂解吸，利用压力的变化完成循环操作。使吸附剂解吸，利用压力的变化完成循环操作。l3）变浓度吸附。）变浓度吸附。气体混合物中的某些组分在环境条气体混合物中的某些组分在环境条件下选择性的吸附，然后用少量强吸附性气体解吸件下选择性的吸附，

7、然后用少量强吸附性气体解吸再生。再生。l吸附技术的应用吸附技术的应用l（1）气体或液体的脱水及深度干燥，如将乙烯气体中的）气体或液体的脱水及深度干燥，如将乙烯气体中的水分脱到痕量，再聚合。水分脱到痕量，再聚合。l（2）气体或溶液的脱臭、脱色及溶剂蒸气的回收，如在）气体或溶液的脱臭、脱色及溶剂蒸气的回收，如在喷漆工业中，常有大量的有机溶剂逸出，采用活性炭处理喷漆工业中，常有大量的有机溶剂逸出，采用活性炭处理排放的气体，既减少环境的污染，又可回收有价值的溶剂。排放的气体，既减少环境的污染，又可回收有价值的溶剂。l（3）气体中痕量物质的吸附分离，如纯氮、纯氧的制取。）气体中痕量物质的吸附分离，如纯氮

8、、纯氧的制取。l（4）分离某些精馏难以分离的物系，如烷烃、烯烃、芳）分离某些精馏难以分离的物系，如烷烃、烯烃、芳香烃馏分的分离。香烃馏分的分离。l（5）废气和废水的处理，如从高炉废气中回收一氧化碳）废气和废水的处理，如从高炉废气中回收一氧化碳和二氧化碳，从炼厂废水中脱除酚等有害物质。和二氧化碳，从炼厂废水中脱除酚等有害物质。（1 1）物理吸附的特点）物理吸附的特点l吸吸附附剂剂和和吸吸附附质质之之间间通通过过分分子子间间力力作作用用所所发发生生的的吸吸附附为物理吸附。为物理吸附。l没有选择性。没有选择性。l吸吸附附质质并并不不固固定定在在吸吸附附剂剂表表面面的的特特定定位位置置上上，而而是是多

9、多少能在界面范围内自由移动。少能在界面范围内自由移动。l物理吸附主要发生在低温状态下，放热较小。物理吸附主要发生在低温状态下，放热较小。l可以是单分子层或多分子层吸附。可以是单分子层或多分子层吸附。l解吸容易。解吸容易。l影影响响物物理理吸吸附附的的主主要要因因素素是是吸吸附附剂剂的的表表面面积积和和细细孔孔分分布布。（2 2）化学吸附的特点）化学吸附的特点l吸吸附附剂剂和和吸吸附附质质之之间间发发生生由由化化学学键键力力引引起起的的吸吸附称为化学吸附。附称为化学吸附。l有有选选择择性性，即即一一种种吸吸附附剂剂只只对对某某种种或或特特定定几几种种物质有吸附作用。物质有吸附作用。l一一般般为为

10、单单分分子子层层吸吸附附，分分子子不不能能在在表表面面自自由由移移动。动。l吸附牢固，解吸困难。吸附牢固，解吸困难。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；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率；升高温度有助于提高速率；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

11、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，发生化学吸附影响吸附的因素影响吸附的因素（1 1）吸附剂性质的影响）吸附剂性质的影响1 1）比表面积）比表面积单单位位重重量量吸吸附附剂剂的的表表面面积积称称为为比比表表面面积积。吸吸附附剂剂的的粒粒径径越越小小，或或是是微微孔孔越越发发达达，其其比比表表面面积积越越大大。吸吸附剂的比表面积越大，则吸附能力越强。附剂的比表面积越大，则吸附能力越强。2 2）孔结构）孔结构l吸附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响很大。吸附剂内孔的大小和分布对吸附性能影响

12、很大。l孔径太大，比表面积小，吸附能力差。孔径太大，比表面积小，吸附能力差。l孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分孔径太小，则不利于吸附质扩散，并对直径较大的分子起屏蔽作用。子起屏蔽作用。一、吸附机理一、吸附机理表面化学性质表面化学性质l吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表吸附剂在制造过程中会形成一定量的不均匀表面氧化物，其成分和数量随原料和活化工艺的面氧化物，其成分和数量随原料和活化工艺的不同而异。不同而异。l表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂具有类似化学吸附的能力，一般说来，有助于具有类似化学吸附的能力，一般说来，有助于极性分子的

13、吸附，削弱对非极性分子的吸附。极性分子的吸附，削弱对非极性分子的吸附。吸附质的性质吸附质的性质l对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，对于一定的吸附剂，由于吸附质性质的差异，吸附效果也不一样。吸附效果也不一样。l通常活性炭对有机物的吸附量随有机物分子通常活性炭对有机物的吸附量随有机物分子量的增大而增加。量的增大而增加。吸附剂吸附剂工业吸附剂必须满足下列要求工业吸附剂必须满足下列要求: :（a a）吸附能力强；（）吸附能力强；（b b）吸附选择性好；）吸附选择性好；（c c）吸附平衡浓度低；）吸附平衡浓度低；（d d）容易再生和再利用；）容易再生和再利用；（e e）机械强度好；（）机械强度好；

14、（f f）化学性质稳定；）化学性质稳定；（g g）来源广；（）来源广；（h h）价格低。）价格低。 一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要一般工业吸附剂难于同时满足这八个方面的要求，应根据不同的场合选用求，应根据不同的场合选用. .10X分子筛氧化铝树脂活性炭活性炭纤维l2）分类）分类l吸附剂可分为两大类：天然（如硅藻土、白土、天吸附剂可分为两大类：天然（如硅藻土、白土、天然沸石等）；人工（主要有活性炭、活性氧化铝、然沸石等）；人工（主要有活性炭、活性氧化铝、硅胶、合成沸石分子筛、有机树脂吸附剂等）。硅胶、合成沸石分子筛、有机树脂吸附剂等）。l（1）活性炭）活性炭l活性炭是最常用的非极性吸附

15、剂。为疏水性和亲有活性炭是最常用的非极性吸附剂。为疏水性和亲有机物的吸附剂，具有很高的比表面积，活性炭的主机物的吸附剂，具有很高的比表面积，活性炭的主体是炭，表面上的官能团较少，极性较弱，对烃类体是炭，表面上的官能团较少，极性较弱，对烃类及衍生物的吸附能力强。及衍生物的吸附能力强。l化学稳定性好，抗酸耐碱，热稳性高，再生容易。化学稳定性好，抗酸耐碱，热稳性高，再生容易。用于回收气体中的有机气体，脱除废水中的有机物，用于回收气体中的有机气体，脱除废水中的有机物，脱除水溶液中的色素。脱除水溶液中的色素。l活性炭也可加工成炭分子筛，孔径范围活性炭也可加工成炭分子筛，孔径范围0.2-1nm，能起到分子

16、筛的作用又有活性炭的基本性质，对同能起到分子筛的作用又有活性炭的基本性质，对同系物或有机异构体有良好的选择性。系物或有机异构体有良好的选择性。粒状活性炭的主要指标粒状活性炭的主要指标项目项目数值数值项目项目数值数值比表面积比表面积950-1500m2/g孔隙容积孔隙容积0.85cm3/g堆积密度堆积密度0.44g/cm3碘值碘值( (最小最小) )900mg/g颗粒密度颗粒密度1.3g/cm3磨损值磨损值( (最小最小) )70%真密度真密度2.1g/cm3灰分灰分( (最大最大) )7%有效粒经有效粒经0.8-0.9mm包装后含水包装后含水率率( (最大最大) )2%平均粒径平均粒径1.5-

17、1.7mm均匀系数均匀系数1.9l（2）硅胶）硅胶l硅胶的分子式通常用硅胶的分子式通常用SiO2nH2O表示。由表示。由H2SiO3溶液经溶液经过缩合、除盐、脱水等处理制得。比表面积达过缩合、除盐、脱水等处理制得。比表面积达800m2/g。工业用的硅胶有球型、无定形、加工成型和粉末状四种。工业用的硅胶有球型、无定形、加工成型和粉末状四种。硅胶是亲水性的极性吸附剂，对不饱和烃、甲醇、水分等硅胶是亲水性的极性吸附剂，对不饱和烃、甲醇、水分等有明显的选择性。主要用于气体和液体的干燥、溶液的脱有明显的选择性。主要用于气体和液体的干燥、溶液的脱水。水。l（3）活性氧化铝）活性氧化铝l活性氧化铝的化学式是

18、活性氧化铝的化学式是Al2O3nH2O。活性氧化铝表面上具。活性氧化铝表面上具有高官能团密度，这些官能团为极性分子的吸附提供了活有高官能团密度，这些官能团为极性分子的吸附提供了活性中心。因此活性氧化铝是一种极性吸附剂，其比表面积性中心。因此活性氧化铝是一种极性吸附剂，其比表面积约为约为200500m2/g，对水分有很强的吸附能力，可脱水至，对水分有很强的吸附能力，可脱水至1*10-6。用不同的原料，在不同的工艺条件下，可制得不。用不同的原料，在不同的工艺条件下，可制得不同结构、不同性能的活性氧化铝。同结构、不同性能的活性氧化铝。l活性氧化铝主要用于气体的干燥和液体的脱水，如汽油、活性氧化铝主要

19、用于气体的干燥和液体的脱水，如汽油、煤油、芳烃等化工产品的脱水；空气、氦、氢气、氯气、煤油、芳烃等化工产品的脱水；空气、氦、氢气、氯气、氯化氢和二氧化硫等气体的干燥。氯化氢和二氧化硫等气体的干燥。l（4）分子筛）分子筛l沸石分子筛也称为沸石，是硅铝酸金属盐的晶体，沸石分子筛也称为沸石，是硅铝酸金属盐的晶体，它是一种强极性的吸附剂，对极性分子，特别是它是一种强极性的吸附剂，对极性分子，特别是对水有很大的亲和能力，一般比表面积可达对水有很大的亲和能力，一般比表面积可达750m2/g，具有很强的选择性。常用于石油馏分的分，具有很强的选择性。常用于石油馏分的分离、各种气体和液体的干燥等场合，如从混合二

20、离、各种气体和液体的干燥等场合，如从混合二甲苯中分离出对二甲苯，从空气中分离氧。甲苯中分离出对二甲苯，从空气中分离氧。l（5）吸附树脂）吸附树脂l吸附树脂是具有网状结构的高分子聚合物，常用吸附树脂是具有网状结构的高分子聚合物，常用的有聚苯乙烯树脂和聚丙烯酸树脂。单体的变化的有聚苯乙烯树脂和聚丙烯酸树脂。单体的变化和单体上官能团的变化可以赋予树脂各种特殊的和单体上官能团的变化可以赋予树脂各种特殊的性能。吸附树脂有强极性、弱极性、非极性、中性能。吸附树脂有强极性、弱极性、非极性、中极性极性4大类。大类。l吸附剂的性能：吸附剂的性能：l吸附剂具有良好的吸附特性，主要是因为它有多孔结构和吸附剂具有良好

21、的吸附特性，主要是因为它有多孔结构和较大的比表面积，下面介绍与孔结构和比表面积有关的基较大的比表面积，下面介绍与孔结构和比表面积有关的基础性能。础性能。l（1）密度）密度l1a）填充密度）填充密度 B（又称体积密度）（又称体积密度）是指单位填充体积的吸是指单位填充体积的吸附剂质量。通常将烘干的吸附剂装入量筒中，摇实至体积附剂质量。通常将烘干的吸附剂装入量筒中，摇实至体积不变，此时吸附剂的质量与该吸附剂所占的体积比称为填不变，此时吸附剂的质量与该吸附剂所占的体积比称为填充密度。充密度。l2a）表观密度）表观密度 P（又称颗粒密度）（又称颗粒密度）定义为单位体积吸附剂定义为单位体积吸附剂颗粒本身的

22、质量。颗粒本身的质量。l3a）真实密度）真实密度 t是指扣除颗粒内细孔体积后单位体积吸附是指扣除颗粒内细孔体积后单位体积吸附剂的质量。剂的质量。l（2）吸附剂的比表面积）吸附剂的比表面积l吸附剂的比表面积是指单位质量的吸附剂所具有的吸吸附剂的比表面积是指单位质量的吸附剂所具有的吸附表面积，附表面积，g。吸附剂孔隙的孔径大小直接影响吸。吸附剂孔隙的孔径大小直接影响吸附剂的比表面积，孔径的大小可分三类：大孔、过渡附剂的比表面积，孔径的大小可分三类：大孔、过渡孔、微孔。吸附剂的比表面积以微孔提供的表面积为孔、微孔。吸附剂的比表面积以微孔提供的表面积为主，常采用气相吸附法测定。主，常采用气相吸附法测定

23、。l（3）吸附容量）吸附容量l吸附容量是指吸附剂吸满吸附质时的吸附量（单位质吸附容量是指吸附剂吸满吸附质时的吸附量（单位质量的吸附剂所吸附吸附质的质量），它反映了吸附剂量的吸附剂所吸附吸附质的质量），它反映了吸附剂吸附能力的大小。吸附量可以通过观察吸附前后吸附吸附能力的大小。吸附量可以通过观察吸附前后吸附质体积或质量的变化测得。也可用电子显微镜等观察质体积或质量的变化测得。也可用电子显微镜等观察吸附剂固体表面的变化测得。吸附剂固体表面的变化测得。常用吸附剂特性常用吸附剂特性吸附剂类型吸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堆堆积积密密度度 /kg/k

24、gm m-3-32006007501000800800800800热热容容/kJ(kgK)-1-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操操作作温温度度上上限限/K423773673873873873平均孔径平均孔径/15251848224513再再生生温温度度 /K373413473523393423473573473573473573比比表表面面积积 / /g-16001600210360600第二节第二节 吸附吸附机理机理l一一吸附平衡吸附平衡l吸附平衡：在一定温度和压力下，当气体与固体吸附剂经吸附平衡：在一定温度和压力下，当气体与固体吸附剂经长时间充分接触

25、后，吸附质在长时间充分接触后，吸附质在气体相和固体相中的浓度达气体相和固体相中的浓度达到平衡状态，称为吸附平衡。到平衡状态，称为吸附平衡。l平衡吸附量：当温度、压强一定时，吸附剂与流体长时间平衡吸附量：当温度、压强一定时，吸附剂与流体长时间接触，吸附量不再增加，吸附相（吸附剂和已吸附的吸附接触，吸附量不再增加，吸附相（吸附剂和已吸附的吸附质）与流体达到平衡，此时的吸附量为平衡吸附量。质）与流体达到平衡，此时的吸附量为平衡吸附量。l平衡浓度：达到吸附平衡时吸附质在气相中的浓度称为平平衡浓度：达到吸附平衡时吸附质在气相中的浓度称为平衡浓度。平衡吸附量则是指吸附质在吸附剂中的浓度。衡浓度。平衡吸附量

26、则是指吸附质在吸附剂中的浓度。l吸附过程的方向和极限：吸附平衡关系决定了吸附过程的方向和极限，是吸附过程的基本依据。若流体中吸附质浓度高于平衡浓度，则吸附质将被吸附，若流体中吸附质浓度低于平衡浓度，则吸附质将被解吸，最终达吸附平衡，过程停止.吸附量常用单位质量吸附剂吸附气体的摩尔数表示，如m克吸附剂，在一定条件下达到吸附平衡时吸附xmol气体，则吸附量：l二二气相的吸附等温线气相的吸附等温线l大量试验取得的平衡数据表明：大量试验取得的平衡数据表明：l吸附量与吸附量与吸附质在气相中的压力吸附质在气相中的压力及及吸附温度吸附温度之间之间存在一定的关系：存在一定的关系：lP为吸附平衡时吸附质组分在气

27、相中的分压，为吸附平衡时吸附质组分在气相中的分压，Palt吸附温度，摄氏度。吸附温度，摄氏度。l实际工作中，对于一定的吸附系统，唱固定一变实际工作中，对于一定的吸附系统，唱固定一变量作为参数，考察另外两个变量的关系，则可以量作为参数，考察另外两个变量的关系，则可以得到吸附等温式、等压式。得到吸附等温式、等压式。l吸附平衡关系通常用等温下单位质量吸附剂的吸吸附平衡关系通常用等温下单位质量吸附剂的吸附容量附容量q与流体相中吸附质的分压与流体相中吸附质的分压(或浓度或浓度C)间的间的关系关系表示，称为吸附等温线。由于吸附剂和吸附表示，称为吸附等温线。由于吸附剂和吸附质分子间作用力的不同，形成了不同形

28、状的吸附质分子间作用力的不同，形成了不同形状的吸附等温线。等温线。l以以q对相对压力对相对压力作图作图(为该温度下吸附质的饱为该温度下吸附质的饱和蒸汽压和蒸汽压)，所得曲线为等温线。，所得曲线为等温线。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，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

29、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l经验方程：经验方程：l吸附作用是固体表面力作用的结果，但这种吸附作用是固体表面力作用的结果，但这种表面力的性质至今未被充分了解。为了说明表面力的性质至今未被充分了解。为了说明吸附作用，许多学者提出了多种假设或理论，吸附作用，许多学者提出了多种假设或理论，但只能解释有限的吸附现象，可靠的吸附等但只能解释有限的吸附现象，可靠的吸附等温线只能依靠实验测定。至今，尚未得到一温线只能依靠实验测定。至今，尚未得到一个通用的半经验方程。常用的经验方程包括个通用的半经验方程。常用的经验方程包括Langmuir方程、方程、BET方程方程(Brunauer

30、、Emmett、Teller)、Freundlich方程等方程等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）型等温线中压部分）lgXT对lgP作图为直线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）KAKA组分组分A A的平衡吸附常数的平衡吸附常数吸附速度吸附速度(adsorptionrate)：l吸附速度吸附速度（adsorption rate)adso

31、rption rate)是指单位质量是指单位质量的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质的数量。的吸附剂在单位时间内所吸附的吸附质的数量。吸附速度取决于吸附剂和吸附质的性质，吸附吸附速度取决于吸附剂和吸附质的性质，吸附速度由试验来确定。速度由试验来确定。吸附速度决定了吸附质和吸附剂的吸附速度决定了吸附质和吸附剂的接触时间接触时间(contact time)(contact time)。吸附速度越快，接触时间越。吸附速度越快，接触时间越短，所需的吸附设备的容积也就越小。短，所需的吸附设备的容积也就越小。l三三吸附动力学过程吸附动力学过程l当物系及操作条件一定时，吸附质在吸附剂的多孔表面上当物系及操作条

32、件一定时，吸附质在吸附剂的多孔表面上被吸附的过程包括以下步骤：被吸附的过程包括以下步骤：l（1）吸附质从流体主体通过分子扩散与对流扩散的形式传）吸附质从流体主体通过分子扩散与对流扩散的形式传递到固体吸附剂的外表面，此过程称为外扩散。递到固体吸附剂的外表面，此过程称为外扩散。l（2）吸附质从吸附剂的外表面进入吸附剂的微孔结构的内）吸附质从吸附剂的外表面进入吸附剂的微孔结构的内表面，称为内扩散。表面，称为内扩散。l（3）吸附质在固体内表面上被吸附剂所吸附，称为表面吸）吸附质在固体内表面上被吸附剂所吸附，称为表面吸附过程。附过程。l（4）已经被吸附的分子从固体内表面脱附。）已经被吸附的分子从固体内表

33、面脱附。l（5）脱附分子从微孔扩散到固体表面（内扩散）。）脱附分子从微孔扩散到固体表面（内扩散）。l（6）脱附分子从固体表面扩散到空气中（外扩散）。）脱附分子从固体表面扩散到空气中（外扩散）。吸附速率吸附速率l吸附过程吸附过程 吸附 外扩散（气流主体 外表面） 内扩散（外表面 内表面）l3）外扩散控制的吸附：当外扩散速率小于内扩散）外扩散控制的吸附：当外扩散速率小于内扩散速率时，总吸附速率由外扩散速率决定，此吸附速率时，总吸附速率由外扩散速率决定，此吸附为外扩散控制的吸附。为外扩散控制的吸附。l4）内扩散控制的吸附：当内扩散速率小于外扩散）内扩散控制的吸附：当内扩散速率小于外扩散速率时，此吸附

34、为内扩散控制的吸附，总吸附速速率时，此吸附为内扩散控制的吸附，总吸附速率由内扩散速率决定。率由内扩散速率决定。 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。l吸附过程不同阶段的吸附速率大小：吸附过程不同阶段的吸附速率大小：l对于一定体系，在一定的操作条件下，两相接触、吸附质对于一定体系，在一定的操作条件下，两相接触、吸附质被吸附剂吸附的

35、过程如下：被吸附剂吸附的过程如下：l开始时，吸附质在流体相中浓度较高，在吸附剂上的含开始时，吸附质在流体相中浓度较高，在吸附剂上的含量较低，远离平衡状态，传质推动力大，故吸附速率高。量较低，远离平衡状态，传质推动力大，故吸附速率高。l过程中期，随着过程的进行，流体相中吸附质浓度降低，过程中期，随着过程的进行，流体相中吸附质浓度降低，吸附剂上吸附质含量增高，传质推动力降低吸附速率逐渐吸附剂上吸附质含量增高，传质推动力降低吸附速率逐渐下降，下降，l末期平衡时，经过很长时间，吸附质在两相间接近平衡，末期平衡时，经过很长时间，吸附质在两相间接近平衡，吸附速率趋近于零。吸附速率趋近于零。气体吸附的影响因

36、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）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

37、环丙烷环丙烷丙烷丙烷正正丁丁烷烷-正正二二十十二二烷烷2.02.42.42.82.82.83.03.153.83.844.04.254.24.24.44.44.754.894.9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二二氟氟二二氯氯甲甲烷烷(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5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97

38、.17.48.4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 加热再生吸附剂的脱附和劣化吸附剂的脱附和劣化l1滞后现象滞后现象l吸附剂的吸附容量有限，在吸附剂的吸附容量有限，在140(质量分数质量分数)之间，当吸附达到或接近饱和时，都要脱附再生。之间，当吸附达到或接近饱和时，都要脱附再生。l从理论上讲，吸附剂经过脱附，吸附质应该全部从理论上讲，吸附剂经过脱附，吸附质应该全部脱附出来，也就是说，吸附曲线和脱附曲线在理脱附出来

39、，也就是说，吸附曲线和脱附曲线在理论上应该吻合。然而实际至少在等温线上的一部论上应该吻合。然而实际至少在等温线上的一部分会产生不同的平衡，如图所示。这种现象称为分会产生不同的平衡，如图所示。这种现象称为滞后现象。滞后现象。l2吸附剂的脱附再生方法吸附剂的脱附再生方法l(1)升温脱附升温脱附l升高温度，可增大吸附质分子的动能，使吸附质由升高温度，可增大吸附质分子的动能，使吸附质由固体吸附剂上逸出而脱附（吸附剂的吸附容量在等固体吸附剂上逸出而脱附（吸附剂的吸附容量在等压下随温度升高而降低）。压下随温度升高而降低）。l升温脱附经常采用过热蒸汽、电感加热或微波加热。升温脱附经常采用过热蒸汽、电感加热或

40、微波加热。l(2)降压脱附降压脱附l降低压强也就是降低吸附质分子在气相中的分压，降低压强也就是降低吸附质分子在气相中的分压，从而使吸附质分子从固相转入气相，达到脱附的从而使吸附质分子从固相转入气相，达到脱附的目的（吸附剂的吸附容量在等温下随压力降低而目的（吸附剂的吸附容量在等温下随压力降低而降低）。降低）。l工程上采用降压或真空脱附，采用降压脱附要考工程上采用降压或真空脱附，采用降压脱附要考虑系统的安全性和经济性。降压脱附的回收率一虑系统的安全性和经济性。降压脱附的回收率一般较低，实际工程上很少采用般较低，实际工程上很少采用l(3)置换脱附置换脱附l采用在脱附条件下与吸附剂亲和能力比原吸附质更

41、采用在脱附条件下与吸附剂亲和能力比原吸附质更强的物质，将原吸附质置换下来的方法，称为置换强的物质，将原吸附质置换下来的方法，称为置换脱附。脱附。l置换脱附特别适用于对热敏感性强的吸附质，能使置换脱附特别适用于对热敏感性强的吸附质，能使吸附质的残留负荷达到很低（如气体净化中使用热吸附质的残留负荷达到很低（如气体净化中使用热水蒸气作脱附剂）水蒸气作脱附剂）l(4)吹扫脱附吹扫脱附l吹扫脱附的原理与降压脱附相似，也是降低吸吹扫脱附的原理与降压脱附相似，也是降低吸附质在气相中的分压，使吸附质脱附。附质在气相中的分压，使吸附质脱附。l采用的吹扫气体必须是不被该吸附剂吸附的气采用的吹扫气体必须是不被该吸附

42、剂吸附的气体体l如用惰性气体吹扫吸附床层中的水蒸气等。如用惰性气体吹扫吸附床层中的水蒸气等。l(5)化学转化脱附化学转化脱附l向吸附床层中加入可与吸附质进行化学反应的向吸附床层中加入可与吸附质进行化学反应的物质，使生成的产物不易被吸附，从而使吸附物质，使生成的产物不易被吸附，从而使吸附质脱附。质脱附。l这种方法多用于吸附量不太大的有机物，可以这种方法多用于吸附量不太大的有机物，可以使之转化成使之转化成CO2而脱附下来。而脱附下来。l3吸附剂的劣化现象吸附剂的劣化现象l由于吸附剂的反复吸附由于吸附剂的反复吸附再生的循环使用，使吸再生的循环使用，使吸附剂的吸附容量逐渐下降的现象，称为吸附剂的附剂的

43、吸附容量逐渐下降的现象，称为吸附剂的劣化现象。劣化现象。l吸附剂的劣化现象主要是由滞后现象和吸附剂再吸附剂的劣化现象主要是由滞后现象和吸附剂再生造成的。生造成的。l（1）吸附剂）吸附剂毛细管孔洞和微孔形状复杂或固毛细管孔洞和微孔形状复杂或固体被吸附质润湿体被吸附质润湿的情况复杂，有时发生化学反的情况复杂，有时发生化学反应，使再生后的吸附剂中总会有一些吸附质残应，使再生后的吸附剂中总会有一些吸附质残留在里面并随着循环次数的增多而逐渐积累，留在里面并随着循环次数的增多而逐渐积累，这些残留积累将会覆盖在吸附剂的表面，从而这些残留积累将会覆盖在吸附剂的表面，从而造成吸附容量不断下降。造成吸附容量不断下

44、降。l（2）吸附剂再生时，如加热再生，会使吸附剂成）吸附剂再生时，如加热再生，会使吸附剂成为半熔融状态，使部分细孔堵塞或消失，引起吸为半熔融状态，使部分细孔堵塞或消失，引起吸附表面积的减少。如硅、铝类吸附剂在附表面积的减少。如硅、铝类吸附剂在320左右左右就会产生半熔融现象。就会产生半熔融现象。l（3）化学反应也会破坏吸附剂细孔的结晶，如气）化学反应也会破坏吸附剂细孔的结晶，如气体或溶液中的稀酸或稀碱就会使合成沸石、活性体或溶液中的稀酸或稀碱就会使合成沸石、活性氧化铝的结晶或无定形物质破坏，从而导致吸附氧化铝的结晶或无定形物质破坏，从而导致吸附性能下降。性能下降。l吸附剂的劣化现象用劣化率或劣

45、化度来表示，对吸附剂的劣化现象用劣化率或劣化度来表示，对于长期使用的吸附剂，在设计时其劣化度至少应于长期使用的吸附剂，在设计时其劣化度至少应为初始吸附量的为初始吸附量的1030第三节第三节吸附装置及工艺吸附装置及工艺固定床吸附操作固定床吸附操作l固定床吸附操作是把吸附剂均匀堆放在吸附塔中的多孔支固定床吸附操作是把吸附剂均匀堆放在吸附塔中的多孔支承板上，含吸附质的流体可以自上而下流动，也可自下而承板上，含吸附质的流体可以自上而下流动，也可自下而上流过吸附剂。在吸附过程中，吸附剂不动。上流过吸附剂。在吸附过程中，吸附剂不动。l通常固定床的吸附过程与再生过程在两个塔式设备中交替通常固定床的吸附过程与

46、再生过程在两个塔式设备中交替进行，吸附在吸附塔进行，吸附在吸附塔1中进行，当出塔流体中吸附质的浓中进行，当出塔流体中吸附质的浓度高于规定值时，物料切换到吸附塔度高于规定值时，物料切换到吸附塔2，与此同时吸附塔，与此同时吸附塔1采用变温或减压等方法进行吸附剂再生，然后再在塔采用变温或减压等方法进行吸附剂再生，然后再在塔1中中进行吸附，塔进行吸附，塔2中进行再生，如此循环操作。中进行再生，如此循环操作。固定床吸附器的操作特性固定床吸附器的操作特性l1)、非定态的传质过程、非定态的传质过程(固定床吸附器内床层吸附固定床吸附器内床层吸附剂的吸附过程剂的吸附过程)l当流体通过固定床吸附剂颗粒层时，床层中

47、吸当流体通过固定床吸附剂颗粒层时，床层中吸附剂的吸附量随着操作过程的进行而逐渐增加，附剂的吸附量随着操作过程的进行而逐渐增加，同时床层内各处浓度分布也随时间而变化。同时床层内各处浓度分布也随时间而变化。4）固定床吸附器应用举例）固定床吸附器应用举例l优点：固定床吸附塔结构简单，加工容易，操优点：固定床吸附塔结构简单，加工容易，操作方便灵活，吸附剂不易磨损，物料的返混少，作方便灵活，吸附剂不易磨损，物料的返混少，分离效率高，回收效果好。分离效率高，回收效果好。l故固定床吸附操作广泛用于气体中溶剂的回收、故固定床吸附操作广泛用于气体中溶剂的回收、气体干燥和溶剂脱水等方面。气体干燥和溶剂脱水等方面。

48、l缺点：固定床吸附操作传热性能差，且当吸附缺点：固定床吸附操作传热性能差，且当吸附剂颗粒较小时，流体通过床层的压降较大，因剂颗粒较小时，流体通过床层的压降较大，因吸附、再生及冷却等操作需要一定的时间，故吸附、再生及冷却等操作需要一定的时间，故生产效率较低。生产效率较低。固定床吸附器的优缺点固定床吸附器的优缺点移动床吸附器移动床吸附器 l移动床吸附器又称移动床吸附器又称“超吸附器超吸附器”，特别适用于，特别适用于轻烃类气体混合物的提纯。如图轻烃类气体混合物的提纯。如图.移动床吸附移动床吸附过程可实现逆流连续操作，吸附剂用量少，但过程可实现逆流连续操作，吸附剂用量少，但吸附剂磨损严重。可见能否降低吸附剂的磨损吸附剂磨损严重。可见能否降低吸附剂的磨损消耗，减少吸附装置的运转费用，是移动床吸消耗，减少吸附装置的运转费用，是移动床吸附器能否大规模用于工业生产的关键。附器能否大规模用于工业生产的关键。 流化床流化床 l移动床吸附操作是指待处理的流体在塔内自上移动床吸附操作是指待处理的流体在塔内自上而下流动，在与吸附剂接触时，吸附质被吸附，而下流动，在与吸附剂接触时，吸附质被吸附，已达饱和的吸附剂从塔下连续或间歇排出，同已达饱和的吸附剂从塔下连续或间歇排出，同时在塔的上部补充新鲜的或再生后的吸附剂。时在塔的上部补充新鲜的或再生后的吸附剂。