资源描述
Click to edit Master title style,Click to edit Master text stylesgood1,Second levelgood2,Third levelgood3,Fourth levelgood4,Fifth levelgood5,工业防毒技术,*,第,5,章有害气体的吸附净化,第一节 吸附的基本概念,第二节 吸附理论,第三节 吸附过程的计算,第四节 化学吸附,第五节 吸附剂再生,1,第一节 吸附的基本概念,吸附法：,是一种常用的净化方法。,它是利用一些固态物质对气体的吸附能力来除去废气中某些有害组分，从而达到净化目的。,吸附技术广泛应用于,工业气体的净化过程,，以及有毒气体的,个人防护过程,。,2,吸附剂：,具有较大吸附能力的固态物质称为吸附剂，,吸附质：,被吸附的物质称为,吸附质,。,吸附法,主要运用于以下几个方面：,(1),对于低浓度气体，吸附法的净化效率要比吸收法高，吸附法常用于浓度低、毒性大及,高净化要求的场合,的,有害气体，但吸附法处理的气体量不宜过大。,(2),用吸附法净化有机溶剂蒸气具有较高的效率。对各种有机溶剂蒸气，其净化效率接近,100,。,(3),当处理的气量较小时，用吸附法灵活方便。,3,一定量的吸附剂所能吸收的气体量是有限度的，在吸附一定时间之后会达到,饱和,，这时需要更换吸附剂。用过的吸附剂经过,再生,(,解吸,),后能够重复使用。,4,吸附法的优势,在实用上和经济上优于有竞争性的湿式工艺（如,洗涤法,）之处有以下几个方面：,（1）干床层、非腐蚀系统；,（2）良好的控制和对过程变化的敏感；,（3）没有化学品的处理问题；,（4）全自动、无人管理操作；,（5）能把生产过程气流中的污染物去除到极低的含量,。,5,木炭,（吸附剂）的历史,(1)公元前1550年，埃及有作为,医用,的记载；,(2)公元前460-359年，希腊医生Hippocrate用以,治羊癫疯；,(3) 1518-1593年，中国李时珍的,本草纲目,中提及,用于治病；,(4) 1993年有外电报道用于溃疡；,(5) 1794年，英国有家糖厂用于,加速脱色,。,(6)中国汉代将木炭用于墓穴中的,防腐,。（长沙马王堆）,上述例证应用的都是木炭，不是,活性炭,6,一战（19141918）德国使用毒气（氯气）,俄罗斯捷林斯基（18611953年）,发明了第一个通用的,木炭防毒面具,。,活性炭,：主要原料几乎可以是所有富含碳的有机材料，如煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳等。这些含碳材料在活化炉中，在高温和一定压力下通过热解作用被转换成活性炭。具有,较高的吸附能力,。,7,木炭,油脂脱色活性炭,过滤式防毒面具,消防,防毒面具,8,活性炭的作用,1.,新房吸附有害气体、厨房吸油烟、卫生间除臭、干燥防霉、烟嘴过滤、汽油吸附、净水、污水处理等。,2.,在工业发展史上最大的作用,是作为净水滤料用于污水处理。活性炭在污水处理中做主要的净水滤料，吸附污水中的杂质，起到吸附过滤作用，通常放于滤池中与石英砂滤料、无烟煤滤料等配合使用。,3.,椰壳活性炭,净水效果最好。椰壳活性炭的粒径最小，空隙半径最小，空隙率高，表面积最大，吸附效率最好。,9,第一节吸附的基本概念,一、吸附原理,1,、和吸收过程不同,吸收过程中吸收剂是,液体,，而吸附过程中吸附剂是,固体,；,吸收时吸收质均匀分散在液相中（例如，,硫酸或石灰吸收水分,），而吸附时吸附质只吸附在吸附剂表面，形成一层吸附层。,2,、分类,吸附过程可以分为,物理吸附和化学吸附,两类。,10,第一节吸附的基本概念,物理吸附,固体吸附剂与气体分子之间普遍存在着分子间的引力，即,范德华力,。产生物理吸附的原因是分子间的引力。,物理吸附主要特征为：,固体表面与被吸附的气体之间,不发生化学反应,；,对吸附的气体没有选择性，,可吸附一切气体,；,既可以是,单分子层,吸附也可形成,多分子层吸附,；,吸附过程为,放热过程,。,11,物理吸附分离原理大体上可分为以下四种类型,：,1,）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。吸附力的大小与,表面和分子两者的性质有关,。这些性质的差异引起了吸附力的差异，这就是选择性吸附。,2,）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，比孔径大的分子则被排斥在外，这种现象称为,分子筛效应,。,12,3,）,通过微孔的扩散。,气体在多孔固体中的,扩散速率,与气体的性质、吸附剂材料的性质以及微孔尺寸等因素有关。利用扩散速率的差别可以将混合物分离。,4,）微孔中的凝聚。,毛细管中液体曲面上的蒸气压与其正常蒸气压不同。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。在一定温度下凝聚压力与毛细管半径有关。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。,13,第一节 吸附的基本概念,化学吸附,化学吸附也称,活性吸附,，它是由于固体表面与吸附气体分子之间的,化学键,所造成。,化学吸附的特征为：,具有明显的选择性；,单分子层吸附；,吸附热量大。,吸附速率随温度升高而增加。故化学吸附宜在较高温度下进行。,为不可逆吸附。,14,15,影响气体吸附的因素,(1),操作条件,低温有利于物理吸附，提高温度有利于化学吸附。,增大气相主体的压力、从而增大了吸附质的分压，有利于吸附、但压力增大会增加能耗，且操作要求高。气体流速大压损大并使吸附质和吸附剂接触时间短、不利于吸附，气流速度应控制在一定范围内，对固定床吸附器而言，气流速度控制在,0.2,一,0.6m,s,范围内。,16,(2),吸附剂性质,吸附剂的孔隙率、孔径、颗粒度等影响其比表面面积的大小，因而影响吸附效果。,(3),吸附质的性质与浓度,其临界直径、分子量、沸点和饱和性等影响吸附。,若用同种活性炭吸附结构相似的有机物时，吸附质分子量越大，沸点越高，不饱和性越大，越易被吸附。,17,吸附平衡,(,一,),吸附过程,吸附过程中吸附质的传送过程可以分为四个阶段,（,1),吸附质分子通过,气膜,扩散到吸附剂外表面；,(2),吸附质分子在,微孔,中扩散到达内表面；,(3),吸附质分子被吸附在,内表面活性点,上；,(4),吸附质分子由吸附剂内表面向晶格内部扩散。,18,19,(,二,),静活性与动活性,单位质量吸附剂在一定的,温度、压力,下，达到,饱和状态,时所吸附的气体量称为吸附剂的,静活性,，又称,平衡吸附量,。,静活性,是表示吸附剂对气体吸附量的,极限,，是吸附操作的重要指标，是,设计和控制吸附过程,的重要参数。,20,气流通过一定厚度的吸附层时，出口处的吸附质浓度随时间变化的曲线,如图所示,。从图中看出，开始时吸附层出口出的气体浓度为零，经一段时间后，在吸附层出口处出现吸附质，这种现象称为,穿透,，所经历的这段时间称为,穿透时间,。,21,22,吸附过程出现穿透后，吸附层出口处的有害气体浓度迅速增加，直至与,进口浓度相等,为止。,吸附层从操作开始到穿透，吸附层的单位质量吸附剂所吸附的气体量叫做吸附剂的,动活性,。,在净化通风系统的排气时，吸附层穿透后一般应当立即更换吸附剂。,23,三、吸附剂的选择,(,一,),吸附剂的特性,吸附剂具有许多微孔，内表面积很大，例如,1kg,活性炭的总表面积可达,10,6,m,2,。活性炭的内表面积和微孔大小对其吸附性能有很大影响。吸附剂的特性参数均与多孔结构有关。,24,1,比表面积,25,2,孔半径,微孔大小通常用孔半径,rg,来表示，根据孔半径大小，可以把微孔分为,大孔,(rg,0.11.0um),，,大孔用来吸附液体分子,比较有效,中孔,(rg,0.0020.1um),中孔吸附蒸气分子,比较有效,小孔,(rg,0.002um) ),小孔吸附气体分子较有效,26,27,3,孔隙率,吸附剂内部的微孔体积和吸附剂个体总体积之比称为其,孔隙率,4,饱和吸附量,饱和吸附量即,静活性,。,28,(,二,),对吸附剂的要求,对吸附剂的主要要求是：,吸附能力,强，吸附容量大,。,吸附,容量,是指在一定的温度、吸附质浓度下,，单位质量(或单位体积)吸附剂所能吸附的最大量。吸附量大，可降低处理单位流体所需的吸附剂用量。,具,有大的比表面积和孔隙率,。,具有良好的选择性,。,29,机械强度、化学稳定性、热稳定性等性能良好，,使用寿命长。,颗粒均匀。如果颗粒,大,小不均匀，易造成短路和流速分布不均，引起气流返混，降低吸附分离效率：若颗粒太小，床层阻力过大，严重时会将吸附剂带出器外。,再生,容,易。,（7）,价格低廉易得,30,31,2,工业吸附剂,吸附剂可分为两大类，,一类是天然的吸附剂,，如硅藻土、白土、天然沸石等。,另一类是人工制作的吸附剂,，主要有,活性炭,、,硅胶,、活性氧化铝、合成沸石分子筛、有机树脂吸附剂等。,32,（1）活性炭,活性炭是许多具有较高吸附性能的碳基物质的总称。,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。,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，脱除水溶液中的色素。,合成纤维经炭化后可制成活性炭纤维吸附剂，使吸附容量提高数十倍，而且可以编制成各种织物，使装置更为紧凑并减少流体阻力。,活性炭也可加工成炭分子筛，,孔径范围0.2-1nm,，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。,活性炭的缺点是它的,可燃性，因而使用温度一般不能超过,473K,：,33,(,2,),硅胶,硅胶的分子式通常用SiO,2,nH,2,O表示。由H,2,SiO,3,溶液经过缩合、除盐、脱水等处理制得。比表面积达800 m2/g。,工业用的硅胶有球型、无定形、加工成型和粉末状四种。硅胶含硅大于,95,，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。,硅胶是,工业上和实验室,常用的吸附剂。主要用于气体或液体的干燥：烃类气体的回收；废气,(,含SO,2,，,N,O,x),净化等。,34,果冻型硅橡胶,硅胶条,硅胶干燥剂,硅胶干燥剂3克(爱华纸),35,（3）活性氧化铝,活性氧化铝的化学式是Al,2,o,3,nH,2,o,。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200500 m2/g，对水分有很强的吸附能力,。,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。,活性氧化铝主要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、氯化氢和二氧化硫等气体的干燥。,36,活性氧化铝干燥剂,食品环保防潮珠,活性-Al,2,O,3,微粉,37,(4),分子筛,分子筛是一种人工合成的泡沸石。孔径,(0.310)nm,，与天然泡沸石一样是水合铝硅酸盐晶体。分子筛在结构上有许多孔径均匀的孔道与排列整齐的孔穴，这些孔穴不但提供了很大的比表面积，而且只允许直径比孔径小的分子进入，故称为分子筛。,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,750 m2/g,，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，如从混合二甲苯中分离出对二甲苯，从空气中分离氧。,38,纳米级硅铝沸石分子筛（ZSM-5）,分子筛（,合成沸石）,39,（,5,）吸附树脂,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、中极性,4,大类。用于废水中的有机物处理、维生素等天然产物和生物化学品的分离与精制。,40,第二节 吸附理论,吸附平衡,就固相吸附剂对气相组分吸附而言，如果吸附过程是可逆的，当混合气体与吸附剂充分接触后，一方面吸附质被吸附剂吸附，另一方面，又有一部分已被吸附的吸附质，由于热运动的结果，能够脱离吸附剂的表面，又回到混合气体中去。,当吸附达到平衡时，被吸附组分在固相中的浓度及平衡时吸附组分在气相中的浓度之间具有一定的函数关系，即；,X=f(Y),式中,X,被吸附组分在固相中的浓度，即单位重量的吸附剂所吸附的组分量；,Y,平衡时被吸附组分在气相中的浓度，,(kg,kg,情性组分,),。,41,第二节 吸附理论,一、吸附等温线,关于吸附的大量实验数据是表达平衡关系的，即吸附达到平衡时，吸附量与温度及平衡浓度或分压之间的关系，可以表示为：,在恒温条件下，考察吸附量与平衡压力的关系，可以得到吸附等温线。如图,P173,。,42,第二节 吸附理论,（一）弗伦德里希方程,通过归纳总结实验结果，弗伦德里希提出了一个被广泛应用的经验公式,此式只适用,第一类等温线中压部分的等温吸附,，而不适用于低压和高压部分。,当对上式两边取对数后，方程变为：,43,第二节 吸附理论,（,二）朗格缪尔吸附等温线,朗格缪尔根据固体表面存在着,表面能,的观点指出，由于固体表面存在着不饱和力场，表层原子具有某种,剩余价键力,，若气体分子碰撞到固体表面，就有可能被此键力所吸附。他认为这种吸附于普通化学反应并无不同，只是一种较松懈的化学反应，被吸附的气体分子与表面的作用力可以看成化合键的剩余价键力。此力的作用范围大约在分子直径的范围内，固体表面的吸附作用，只能是,单分子层的吸附,，所以此理论又称为单分子层吸附理论,从动力学的观点出发，朗格缪尔提出过一个关于气体吸附的理论，其中心内容如下：气体分子碰撞固体表面时，可以是,弹性的,，即碰撞后分子立刻自表面弹回，无能量交换。而通常的碰撞时,非弹性的,，即分子将在表面停留一些时间，然后离去。吸附现象就是这种暂时停留造成的。,44,第二节 吸附理论,朗格谬尔在推导公式的过程中，做了如下的假设：,1,、只有撞在空白表面上的分子才会被吸附，倘若撞在一个已被吸附的分子上，则是弹性碰撞。也就是说，吸附式单分子层的。,2,、分子从表面逃逸的几率不受周围环境和位置的影响。也就是说，相邻的被吸附分子之间无作用力，而且表面是均匀的。,设,代表某一瞬间已吸附的固体表面积对固体总面积的比值，（,1-,）代表未吸附的面积对总面积之比。因气体的,解吸速度与,成正比,，则解吸速度,=k,1,k,1,是一定温度时的解吸速度；同理，气体的吸附速度和未吸附的面积成正比，并且和气相中的分压成正压，即,吸附速度,=k,2,p(1-,),吸附达到平衡时，解吸速度等于吸附速度,，即,k,1,=k,2,p(1-,),因此，,45,第二节 吸附理论,如果用,表示某一定量吸附剂上吸附气体的摩尔数，而,N,0,为此一定量的吸附剂所能吸附分子的最大数目，,N,为阿弗加罗数，则这一定量吸附剂所能吸附的气体的最大摩尔数,A=N,0,/N,，,A,又称为,饱和吸附量,。未饱和时，被吸附的气体的摩尔数,与吸附面积分数,成正比，所以：,46,第二节 吸附理论,对于第一类吸附等温线，当气体压强很低时，,1+bp1,上式可简化为,=,m,bp,此时,与,p,成直线关系；当气体压强很高时，,1+bpbp,上式可简化为,=,m,，即在高压范围内，吸附量达恒定值，与压强无关。,（三）,BET,方程式,布鲁若、埃默勒三人在朗格缪尔理论的基础上提出了多分子层吸附理论。他们接受了朗格缪尔的一个假定，而放弃了另一个假定，即认为：（,1,）固体表面是均匀的，且分子逃逸时不受周围其他分子的影响；（,2,）在物理吸附中，固体和气体是依靠范德华力而发生吸附的，但是吸附的分子对外也有引力，在第一层吸附层之上，还可以吸附第二层、第三层,，即不只是单分子层吸附，还可以是多分子层吸附；,在多层吸附的情况下，气体吸附量等于各层吸附量的总和。根据这个原则可导出：,47,第二节 吸附理论,这就是二常数,BET,方程，式中,代表在平衡压力,p,时的吸附量，,m,代表表面被一层分子盖满时所需的气体量，,p,0,是平衡温度下吸附质的饱和蒸气压，,c,是与吸附热有关的常数。另外,BET,方程又可以写成如下形式：,BET,方程的作用之一是用来计算多孔固体的比面积，方法如下,在恒温下测得不同分压下的吸附体积,V,，所得的实验数据以 对作图，这,p/p,0,样得到一条直线。,48,第二节 吸附理论,由斜率和截距可以计算单分子层饱和吸附量,若每个气体分子的横截面积为已知，就可用下式求出该吸附剂的表面积,49,第二节 吸附理论,（四）关于等温线的讨论,通过对大量实验结果的分析，气体与蒸气的物理吸附等温线可归纳为五种类型。,吸附等温线在固体表面与孔的研究，吸附的微观状态及吸附的工程设计上有重要的作用。下面讨论等温线在吸附器的设计应用中对操作过程的影响。,在吸附操作中，混合气体通过吸附剂床层时，以吸附剂上流体内吸附质的平衡浓度与气流主体内吸附质浓度的关系绘制成的吸附等温线就表示了等温条件下的吸附平衡关系。,分为三种情况：,1.,优惠型吸附等温线,2.,线性吸附等温线,3.,非优惠型吸附等温线,50,第二节 吸附理论,二、吸附位势理论,吸附具有位势能的概念，是由俄国学着爱坚与波辽尼等人提出的，他们认为：吸附时吸附引力的作用范围相当大，因此吸附剂的表面能吸留若干层吸附质分子。由于外层吸附质分子的吸引力及压力逐层降低，离吸附剂表面越远，则该多分子层的密度越低。因此，最紧密的吸附层是直接与吸附剂表面接触的第一层。在吸附空间内，被吸附的分子相互间的作用力与它们在自由状态下的相互作用力是相同的，即气体在被吸附时与自由时的状态方程式是相同的。因此，对于被吸附的气体可采用范德华状态方程式。吸附质所具有的密度和聚集状态，将与吸附容积内的压力相对应。,吸附层上每一点有其相应的所谓吸附势，而吸附势为该点至吸附剂表面距离的函数。,爱坚首先将吸附力视为分子力位势的梯度，而用定量公式表示位势理论应当归功于波辽你。,波辽尼把吸附势,定义为吸附力将一个分子从无限远，吸到与吸附剂表面的距离为,x,的一点上所做的功。,=,（,x,）,51,第二节 吸附理论,在吸附空间中，吸附势的分布曲线,=,（,W,）称为特性曲线。按照势能理论，特性曲线与温度无关，仅取决于吸附质的种类。当两个不同物质的吸附空间容积相等时，其吸附势之比（即特性曲线纵坐标之比）是恒定的，并以,a,表示。,把纵坐标具有恒定比值的特性曲线称之为亲和特性曲线，,a,称之为亲和系数。以上两条曲线特性方程式的区别仅在于这固定的系数,a,，如果表示第一个物质的特性曲线为,1,=,（,W,）,则对于第二个物质为,1,=,a,（,W,）,52,第二节 吸附理论,或,取近似值可以认为,W=,V,式中,单位吸附剂所吸附物质的摩尔数，,mol,；,V,吸附质的摩尔体积，,m,3,/mol,；,(,一）亲和系数的计算,吸附势概念的引入，有可能利用某种物质在某一温度下的吸附等温线而把其他物质在任何温度下的吸附等温线求出来。按照杜宾和季莫菲叶夫的意见，蒸气态物质的亲和系数用下式计算，可得到充分满意的近似值。,53,第二节 吸附理论,（二）等温线的换算,在实际应用中，当对所研究的物质缺乏应有的吸附平衡数据或等温线时，可借助已有某物质的吸附等温线通过换算来求得所研究物质的吸附等温线。,位势论认为，,在恒温条件下，吸附力将,1,摩尔蒸气自吸附力实际上不再其作用的地方吸至吸附剂表面所做的功，等于将,1,摩尔蒸气自体积,V,恒温压缩至,Vs,所做的功，,即有,54,第二节 吸附理论,应用公式时曾假设理想气体状态方程式的使用范围一直达到饱和压力，不过一直到接近临界温度为止，用以修正蒸气与理想气体两者性质差异的修正系数在这里不大，可不予以考虑。,如果某一种物质的吸附势,55,第二节 吸附理论,于是,56,第二节 吸附理论,由公式可以从已知物质在某一温度下的吸附平衡分压，换算出另一物质在任意温度下的吸附平衡分压，这是等温线换算的第一个公式。,根据位势论，吸附空间容积可以表示为：,57,第二节 吸附理论,三、活性炭的结构形式与分类,有的研究者认为，如果吸附速度主要决定于被吸附分子进入微孔的通路孔的结构，若将炭粉碎，相应增加其表面积，其吸附速度可大大提高；另一些研究者指出，吸附能力只与微孔的结构有关，粉碎炭以增加其外部表面积，只能稍微增加其吸附能力。活性炭的合理分类方法是按其结构来分。,第一种是适度活化的炭，其烧去率通常不超过,50%,。这种炭的孔较细，小孔可按最简单的形式表示为缝隙，而各等势面以虚线比哦啊是，缝隙内每一点的吸附势为相对的两壁的吸附势之和。,第二种结构型式的炭为极度活性化炭。其烧去率在,75%,以上。,58,第二节 吸附理论,四、混合蒸气的吸附,在实际应用中，经常遇到混合蒸气或气体吸附，这时的吸附状况就会变得复杂了。当混合气体的成分及组成比例不同时，吸附等温线都会发生变化。目前对混合气体或蒸气的计算有一些方法可以应用。但往往缺乏相关的数据，准确的计算存在困难。以下是一些基本公式，提供参考。,59,第二节 吸附理论,五、吸附传质速率,吸附速率分为传质速率和吸附的绝对速率两种。,吸附速率即单位时间内被单位体积吸附剂所吸附的物质量，可按吸附动力学方程式求得：,60,第二节 吸附理论,动力学系数又可称为从气流到吸附剂表面的质量传递系数，当吸附时间为,1s,时，同时（,c-y)=1kg/m,3,时，,=,。因此动力学系数或质量传递系数,是指，,当浓度为,1kg/m,3,时在,1s,内从气流传递到,1m,3,吸附层的物质量,，,1kg/m,3,的浓度差应当是气流中吸附质的含量和吸附剂成平衡的气体浓度之差,，质量传递系数的单位是,s,-1,。,假设吸附本身进行的极快，实际上几乎是瞬间完成，其 吸附动力学决定于内扩散与外扩散的速度。若外扩散动力学系数以,1,表示，内扩散动力学系数以,2,表示，则总动力学系数,与数值,1,和,2,具有下列关系：,有关这方面的大量研究都是要说明，那一种扩散式主要的，但实际上载吸附过程的不同阶段和在不同的条件下，外扩散或是内扩散都可能是主要的。,61,第二节 吸附理论,质量传递系数要根据每个不同的情况以实验方法求得的，并以准数方程来表示。,62,第三节 吸附过程的计算,计算吸附过程是指确定吸附剂的需要量、吸附过程的持续时间、吸附器的尺寸以及能量的消耗等主要内容。,一、吸附的流程及特点,吸附流程包括三个步骤。,使流体和固体吸附剂进行接触，使吸附质吸附在吸附剂上。,将未被吸附的流体从已吸附了吸附质的吸附剂上分开。,吸附剂的再生或更换。,吸附器可按吸附剂和流体的接触方式不同而分为两种。,填充式吸附，其中又分为,1,）固定床吸附；,2,）移动床吸附；,3,）流化床吸附；,其他形式吸附,63,吸附设备,1,、固定床吸附器,在固定床吸附器内，,吸附剂固定不动,，仅使气体流经吸附床进行吸附。吸附达到饱和后，用解吸气体按反方向通过吸附床进行解吸。因此在吸附器内，吸收和解吸交替进行。有害气体由入口,1,流经吸附剂,7,，内出口,2,排出；解吸可采用蒸气,(,入口,3,和出口,4),或热空气,(,入口,5,和出口,6),。,64,2,、移动床吸附器,在移动床吸附器中，,吸附剂层为流动,(,一般为自上而下的流动,),的移动床，它与废气流的流动方向相反。与固定床吸附器比较，处理气体量大，净化有害气体的效率也较高，缺点是动力和热量消耗比较大，吸附剂腐蚀严重,3,、流化床吸附器,在流化床吸附器内，分置在筛孔板上的吸附剂颗粒，在高速度气的作用下，强烈搅动，上下浮沉，使其成流态化。,吸附剂内传质作热的速率快、床层温度均匀，操作稳定。缺点是吸附剂和容器的磨损严重,65,第三节 吸附过程的计算,二、有机溶剂的蒸发量计算,计算有机溶剂的蒸发量，即发散量，是计算吸附工作量以及吸附回收率的基础。散发量可按以下方法计算：,66,第三节 吸附过程的计算,三、间歇操作的吸附器的工艺计算,（一）吸附持续时间的计算,1.,希洛夫方程,当气体流过吸附剂厚度为,L,的间歇式固定床吸附器时，吸附剂层逐段饱和，吸附质完全被吸附的一段吸附剂层高度,L,0,称为吸附剂的工作高度。从吸附开始，到吸附器出口开始出现微量吸附质的这一段时间称为吸附层的保护作用时间。而吸附剂的动活性就是以开始“逸出”微量吸附质为标志的。,当达到穿透点时，吸附带以前的吸附剂层均已达到饱和，所以可以假定吸附过程符合朗格缪尔等温线的第三段，即平衡静活性,不再与气流浓度有关，并假定吸附速度无穷大，所以在穿透时间 内的吸附量为：,67,第三节 吸附过程的计算,68,第三节 吸附过程的计算,2.,物料恒算求保护作用时间,吸附过程每次间歇操作的持续时间，还可以根据实测吸附层的平均吸附量，用物料平衡来确定。每次间歇操作被吸附的物质数量为,69,第三节 吸附过程的计算,（三）吸附热对操作的影响,用活性炭吸附物质时，通常放出一定的吸附热，这个热量会使床层升温，其影响的结果是床层的操作温度高于设计的温度。,（四）吸附时水蒸气的消耗量,用活性炭吸附回收有机溶剂时，通常采用高温水蒸气使吸附的溶剂脱附。而脱附时水蒸气的消耗量是要通过计算确定。,1.,加热蒸汽量消耗量,D1,2.,动力蒸汽消耗量,D2,3.,补偿炭为水润湿的负润湿热的蒸汽消耗量,D3,脱附是水蒸气的总消耗量,D= D1+ D2+ D3,70,第三节 吸附过程的计算,四、活性炭的吸附热,用活性炭吸附物质时，通常放出相当数量的热，放出来的热使炭层和气流升温，对继续进行吸附不利。,吸附热分为积分吸附热和微分吸附热两种。计算吸附过程时，往往需要的是积分吸附热，人们通常把积分吸附热简称为吸附热。并以,q,表示。所谓的积分吸附热是指纯净的吸附剂在吸附吸附质时所放出来的全部热量。而微分吸附热是指分别在各个吸附阶段放出的热量而言。以,q,0,表示，如果吸附质的总量为,A,，则，吸附时放出的总热量，一部分消耗于加热混合气，一部分散失于周围介质，大部分吸附热为混合气所吸收。,71,第四节 化学吸附,一、化学吸附的三个特点,（一）化学吸附都是单分子层的吸附,（二）化学吸附过程要求具有足够的活化能，因此有时过程可能十分缓慢,（三）化学吸附在不同的表面位置常常有迥然不同的吸附能力,二、化学吸附在气体净化方面的应用,（一）吸附剂在许多情况下可导致催化反应的发生,1.,分解反应,2.,转化反应,3.,水解反应,4.,氧化反应,5.,聚合反应,72,第四节 化学吸附,（二）吸附与化学反应相结合将提高吸附效率,在吸附剂表面浸渍某些特定的盐类，可以使污染物质在吸附剂表面发生化学反应，再除去反应生成物，一是可提高吸附效率，二是缩短了处理时间。,浸渍物有时起化学作用，有时起催化作用。浸渍物在起催化作用时，一般不需要经常补充浸渍物。在起化学作用时，浸渍物的消耗量完全符合化学计算当量，因此每次再生后均需要重新进行浸渍。,73,吸附饱和的吸附剂，经历再生，可以重复使用。,所谓再生，就是在吸附剂本身结构不发生或极少发生变化的情况下，用各种方法将被吸附剂吸附的物质，从吸附剂的细孔中除去，使吸附剂的吸附能力得以恢复。,由于影响吸附作用的因素主要是温度、压强、被吸附组分的性质、被吸附相的组成以及吸附剂的化学组成和物理结构等。因此吸附剂解吸的规律和操作方法也必须从这些因素之中寻找。,第五节 吸附剂再生,74,再生的方法一般有下面几种,(),加热解吸再生,利用吸附剂容量在等压下随温度升高而降低的特点，在低温或常温下吸附，然后提高温度，在加热下吹扫脱附。这样的循环方法又称作变温吸。,(2),降压或真空解吸,利用吸附容量在恒温下随压力的下降而降低的特点，加压进行吸附，减压或真空下解吸，这种循这样的循环方法又称作变压吸附。,(3),溶剂置换再生,某些热敏性物质，如不饱和烯烃类物质，在较高温度下易聚合，可以采用亲合力较强的溶剂进行置换再生的方法。用解吸剂置换，使吸附质脱附出来然后加热床层，脱附解吸剂，再进行干炽燥，使吸附剂再生，此法又称变浓度吸附。,75,
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