第五章-吸-附课件.ppt

1、第五章第五章 吸吸 附附 学习目标学习目标 了解吸附的特点，吸附剂的基本特征，各种类型的吸了解吸附的特点，吸附剂的基本特征，各种类型的吸附剂及吸附在环境保护中的应用。附剂及吸附在环境保护中的应用。理解吸附过程的基本原理，吸附速率方程式。理解吸附过程的基本原理，吸附速率方程式。掌握常用的吸附剂解吸再生方法，各种吸附分离工艺掌握常用的吸附剂解吸再生方法，各种吸附分离工艺的原理、特点及流程的原理、特点及流程。第一节第一节 概概 述述 吸附是利用某些多孔性固体具有能够从流体混合物中选吸附是利用某些多孔性固体具有能够从流体混合物中选择性地凝聚一定组分在其表面上的能力择性地凝聚一定组分在其表面上的能力。一

2、、吸附与解吸一、吸附与解吸 1.吸附现象吸附现象 当流体与某些多孔性固体接触时，固体的表面对流体分当流体与某些多孔性固体接触时，固体的表面对流体分子会产生吸附作用子会产生吸附作用。多孔性固体物质称为吸附剂多孔性固体物质称为吸附剂;被吸附的物质称为吸附质被吸附的物质称为吸附质。物理吸附 化学吸附化学吸附吸附吸附单分子层吸附单分子层吸附多分子层吸附多分子层吸附 (1)物理吸附物理吸附 是指由于吸附剂与吸附质之间的分子间力是指由于吸附剂与吸附质之间的分子间力的作用所产生的吸附。的作用所产生的吸附。作用力作用力-范德华力范德华力 物理吸附的特征物理吸附的特征:吸附质和吸附剂间不发生化学反应，低温就能进

3、行。吸附质和吸附剂间不发生化学反应，低温就能进行。吸附一般没有选择性，吸附一般没有选择性，只只与分子间与分子间作用作用力力的的大大小有关小有关。吸附为放热反应，因此低温有利于吸附吸附为放热反应，因此低温有利于吸附。吸附剂与吸附质间的吸附力不强吸附剂与吸附质间的吸附力不强。吸附速率快，几乎不要活化能。吸附速率快，几乎不要活化能。(2)化学吸附化学吸附 是一种发生在固体颗粒表面的化学反应是一种发生在固体颗粒表面的化学反应。作用作用力力-化学键力化学键力 化学吸附的特征：化学吸附的特征：吸附有很强的选择性。吸附有很强的选择性。吸附速率较慢，需要一定的活化能。吸附速率较慢，需要一定的活化能。宜在较高温

4、度下进行。宜在较高温度下进行。温度对吸附过程的影响温度对吸附过程的影响 2.解吸与吸附剂的再生解吸与吸附剂的再生 当系统温度升高或流体中吸附质浓度（或分压）降低时，当系统温度升高或流体中吸附质浓度（或分压）降低时，被吸附物质将从固体表面逸出，这就是解吸。被吸附物质将从固体表面逸出，这就是解吸。当吸附剂达到饱和后需要再生。当吸附剂达到饱和后需要再生。再生方法有再生方法有:加热解吸再生加热解吸再生 降压或真空解吸再生降压或真空解吸再生 溶剂萃取再生溶剂萃取再生 置换再生置换再生 化学氧化再生化学氧化再生 二、吸附剂的基本特征二、吸附剂的基本特征 (1)大的比表面积大的比表面积 (2)具有良好的选择

5、性具有良好的选择性 (3)吸附容量大吸附容量大 (4)具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸具有良好的机械强度和均匀的颗粒尺寸 (5)有良好的热稳定性及化学稳定性有良好的热稳定性及化学稳定性 (6)有良好的再生性能有良好的再生性能 三、常用的吸附剂三、常用的吸附剂 活性炭活性炭 分子筛、分子筛、活性氧化铝活性氧化铝 硅胶硅胶 活性炭活性炭内部微孔分布内部微孔分布 四、影响吸附的因素四、影响吸附的因素 (1)(1)操作条件操作条件 (2)(2)吸附剂的性质吸附剂的性质 (3)(3)吸附质的性质与浓度吸附质的性质与浓度 (4)(4)吸附剂的活性吸附剂的活性 (5)(5)接触时间接触时间 (6)(6)吸

6、附器的性能吸附器的性能第二节第二节 吸附平衡与吸附速率吸附平衡与吸附速率 一、吸附平衡一、吸附平衡 在一定条件下，当流体与吸附剂接触时，流体中吸附在一定条件下，当流体与吸附剂接触时，流体中吸附质将被吸附剂吸附。随着吸附过程的进行，吸附质在吸附质将被吸附剂吸附。随着吸附过程的进行，吸附质在吸附剂表面上的数量逐渐增加，也出现了吸附质的解吸，且随剂表面上的数量逐渐增加，也出现了吸附质的解吸，且随时间的推移，解吸速率逐渐加快，当吸附速率和解吸速率时间的推移，解吸速率逐渐加快，当吸附速率和解吸速率相等时，吸附和解吸达到了动态平衡，称为吸附平衡。相等时，吸附和解吸达到了动态平衡，称为吸附平衡。吸附平衡关系

7、通常用吸附等温线或吸附等温式表示吸附平衡关系通常用吸附等温线或吸附等温式表示 1.1.气体的吸附平衡气体的吸附平衡 1 1吸附等温线吸附等温线 吸附等温线的分类吸附等温线的分类 2 2吸附等温方程式吸附等温方程式 弗兰德里希（弗兰德里希（Freundlich）方程方程nkpq1 朗格缪尔（朗格缪尔（LangmuirLangmuir）方程）方程 BETBET方程方程 2.2.液体的吸附平衡液体的吸附平衡KppKqqm1)1(1)(00ppbppbpqqmmccVKc)(*0*3.3.吸附平衡在吸附操作中的应用吸附平衡在吸附操作中的应用(1)(1)判断传质过程进行的方向判断传质过程进行的方向 (2

8、)(2)指明传质过程进行的极限指明传质过程进行的极限 (3)(3)计算过程的推动力计算过程的推动力 二、吸附速率二、吸附速率 吸附的过程分为三步：吸附的过程分为三步：外扩散过程；外扩散过程；内扩散过内扩散过;吸附质被吸附剂吸附吸附质被吸附剂吸附。吸附质在吸附剂上的扩散示意图吸附质在吸附剂上的扩散示意图 吸附过程复杂，影响因素多，吸附速率方程一般是凭吸附过程复杂，影响因素多，吸附速率方程一般是凭经验或根据模拟试验来确定经验或根据模拟试验来确定 1.1.外扩散速率方程外扩散速率方程 2.2.内扩散速率方程内扩散速率方程 3.3.总吸附速率方程总吸附速率方程)(ipfccakddq)(qqakddq

9、ips)(*ccaKddqpf)(*qqaKddqps第三节第三节 吸附分离工艺简介吸附分离工艺简介 工业吸附过程两步骤工业吸附过程两步骤:吸附操作吸附操作 再生操作再生操作 一、固定床吸附一、固定床吸附 固定床吸附是在固固定床吸附是在固定床吸附器上进行分离定床吸附器上进行分离的操作工艺的操作工艺 1.1.工作原理工作原理 (1)(1)透过曲线透过曲线 吸附透过曲线吸附透过曲线 (2)(2)吸附等温线对透过曲线的影响吸附等温线对透过曲线的影响 优惠吸附等温线优惠吸附等温线 线性吸附等温线线性吸附等温线 非优惠吸附等温线非优惠吸附等温线吸附等温线对浓度波的影响吸附等温线对浓度波的影响 2.2.固

10、定床吸附流程固定床吸附流程 (1)(1)双器流程双器流程 双器流程双器流程 (2)(2)串联流程串联流程 串联流程串联流程 (3)(3)并联流程并联流程 并联流程并联流程 二、模拟移动床吸附二、模拟移动床吸附移动床吸附原理图移动床吸附原理图模拟移动床分离操作示意图模拟移动床分离操作示意图 三、变压吸附三、变压吸附 1.工作原理工作原理 P T 有利吸附有利吸附 P T 有利解吸有利解吸 吸附量与组分分压关系曲线吸附量与组分分压关系曲线 2.变压吸附的工业流程变压吸附的工业流程 (1)二塔流程二塔流程 双塔变压吸附流程双塔变压吸附流程 改进双塔变压吸附流程改进双塔变压吸附流程 (2)四塔流程四塔

11、流程 四塔变四塔变压吸附流程是工业上常用的流程压吸附流程是工业上常用的流程 吸附阶段吸附阶段 均压阶段均压阶段 并流降压阶段并流降压阶段 逆流降压阶段逆流降压阶段 清洗阶段清洗阶段 一段升压阶段一段升压阶段 二段升压阶段二段升压阶段 流化床吸附器流化床吸附器 四、其四、其他他吸附分离方法吸附分离方法连续流化床吸附工艺流程图连续流化床吸附工艺流程图 蜂窝转轮吸附流程蜂窝转轮吸附流程 (3)回转床吸附回转床吸附回转床吸附器回转床吸附器1-过滤器；过滤器；2-冷却器；冷却器；3-风机；风机；4-电动机；电动机；5-吸附转筒；吸附转筒；6-外壳；外壳；7-转筒电机；转筒电机；8-减速传动装置；减速传动

12、装置；9-水蒸汽入口管；水蒸汽入口管；10-脱附器出口管；脱附器出口管；11-冷凝冷却器；冷凝冷却器；12-分离器分离器 (4)参数泵参数泵参数泵工作原理示意图参数泵工作原理示意图 5搅拌槽接触吸附搅拌槽接触吸附 搅拌槽接触吸附操作搅拌槽接触吸附操作第四节第四节 吸附分离在环保工业中的应用吸附分离在环保工业中的应用 一、用于气态污染物的控制一、用于气态污染物的控制 (1)烟气中的烟气中的SO2的净化的净化 移动床吸附移动床吸附SO2工艺流程工艺流程 (2)硝酸尾气的净化硝酸尾气的净化丝光沸石吸附丝光沸石吸附NONOx x工艺流程工艺流程1 1-风机；风机；2 2-冷却塔；冷却塔；3 3-除雾器

13、；除雾器；4 4-吸附器；吸附器；5 5-分离器；分离器；6 6-加热器；加热器；7 7-泵；泵；8 8-冷凝冷却塔冷凝冷却塔 (3)含氟废气的净化含氟废气的净化输送床净化含氟废气工艺流程输送床净化含氟废气工艺流程1 1-电解槽；电解槽；2 2-集气罩；集气罩；3 3-排气管；排气管；4 4-反应管；反应管；5 5-料仓；料仓；6 6-给料器；给料器；7 7-加料管；加料管；8 8-袋滤器；袋滤器；9 9-风机；风机；1010-烟烟囱囱 (4)清除和回收挥发性有机化合物清除和回收挥发性有机化合物 挥发性有机物对环境的影响：挥发性有机物对环境的影响：大多大多数数有毒、有恶臭，一部分有致癌性；有毒

14、、有恶臭，一部分有致癌性；在阳光照射下在阳光照射下,生成光化学烟雾；生成光化学烟雾；卤代烃类可破坏臭氧层卤代烃类可破坏臭氧层。(5)含汞及含汞化合物蒸气的净化含汞及含汞化合物蒸气的净化 (6)恶臭及其他有毒有害物质脱除恶臭及其他有毒有害物质脱除 (7)核废气和其他放射性废气处理核废气和其他放射性废气处理 二、用于二、用于污污水处理水处理 新型吸附树脂的不断涌现和吸附技术的迅速发展，成为新型吸附树脂的不断涌现和吸附技术的迅速发展，成为处理有机污水的有效方法之一。处理有机污水的有效方法之一。活性炭吸附法目前用得较多的是在给水处理中去除有害活性炭吸附法目前用得较多的是在给水处理中去除有害物质及臭味，已被广泛用于处理饮用水及各种工业污水，可物质及臭味，已被广泛用于处理饮用水及各种工业污水，可达到除去有机物、脱色、脱臭、脱除重金属等目的。达到除去有机物、脱色、脱臭、脱除重金属等目的。