第五章

吸

附

學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解吸附的特點，吸附劑的基本特征，各種類型的吸附劑及吸附在環(huán)境保護中的應(yīng)用。

理解吸附過程的基本原理，吸附速率方程式。

掌握常用的吸附劑解吸再生方法，各種吸附分離工藝的原理、特點及流程。第五章吸附

第一節(jié)

概

述

吸附是利用某些多孔性固體具有能夠從流體混合物中選擇性地凝聚一定組分在其表面上的能力。

一、吸附與解吸1.吸附現(xiàn)象

當(dāng)流體與某些多孔性固體接觸時，固體的表面對流體分子會產(chǎn)生吸附作用。

多孔性固體物質(zhì)稱為吸附劑;

被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。｛物理吸附

｛

化學(xué)吸附吸附單分子層吸附多分子層吸附第一節(jié)概述

吸附是利用某些多孔性

(1)物理吸附

是指由于吸附劑與吸附質(zhì)之間的分子間力的作用所產(chǎn)生的吸附。

作用力---范德華力

物理吸附的特征:①吸附質(zhì)和吸附劑間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，低溫就能進行。②吸附一般沒有選擇性，只與分子間作用力的大小有關(guān)。

③吸附為放熱反應(yīng)，因此低溫有利于吸附。

④吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強。

⑤吸附速率快，幾乎不要活化能。

(1)物理吸附是指由于吸附劑與吸附質(zhì)之間(2)化學(xué)吸附

是一種發(fā)生在固體顆粒表面的化學(xué)反應(yīng)。

作用力---化學(xué)鍵力

化學(xué)吸附的特征：

①吸附有很強的選擇性。

②吸附速率較慢，需要一定的活化能。

③宜在較高溫度下進行。溫度對吸附過程的影響(2)化學(xué)吸附是一種發(fā)生在固體顆粒表面的化學(xué)2.解吸與吸附劑的再生

當(dāng)系統(tǒng)溫度升高或流體中吸附質(zhì)濃度（或分壓）降低時，被吸附物質(zhì)將從固體表面逸出，這就是解吸。

當(dāng)吸附劑達到飽和后需要再生。

再生方法有:⑴加熱解吸再生⑵降壓或真空解吸再生⑶溶劑萃取再生⑷置換再生⑸化學(xué)氧化再生2.解吸與吸附劑的再生

二、吸附劑的基本特征(1)大的比表面積(2)具有良好的選擇性

(3)吸附容量大

(4)具有良好的機械強度和均勻的顆粒尺寸(5)有良好的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性(6)有良好的再生性能

三、常用的吸附劑

活性炭

分子篩、

活性氧化鋁

硅膠

活性炭內(nèi)部微孔分布二、吸附劑的基本特征活性炭內(nèi)部微

四、影響吸附的因素(1)操作條件

(2)吸附劑的性質(zhì)

(3)吸附質(zhì)的性質(zhì)與濃度

(4)吸附劑的活性(5)接觸時間(6)吸附器的性能四、影響吸附的因素第二節(jié)

吸附平衡與吸附速率

一、吸附平衡

在一定條件下，當(dāng)流體與吸附劑接觸時，流體中吸附質(zhì)將被吸附劑吸附。隨著吸附過程的進行，吸附質(zhì)在吸附劑表面上的數(shù)量逐漸增加，也出現(xiàn)了吸附質(zhì)的解吸，且隨時間的推移，解吸速率逐漸加快，當(dāng)吸附速率和解吸速率相等時，吸附和解吸達到了動態(tài)平衡，稱為吸附平衡。

吸附平衡關(guān)系通常用吸附等溫線或吸附等溫式表示

1.氣體的吸附平衡第二節(jié)吸附平衡與吸附速率

一、吸附平衡1．吸附等溫線

吸附等溫線的分類2．吸附等溫方程式

①弗蘭德里希（Freundlich）方程1．吸附等溫線吸附等溫線的分類2．吸附等溫方程②朗格繆爾（Langmuir）方程③BET方程2.液體的吸附平衡②朗格繆爾（Langmuir）方程3.吸附平衡在吸附操作中的應(yīng)用(1)判斷傳質(zhì)過程進行的方向(2)指明傳質(zhì)過程進行的極限(3)計算過程的推動力

二、吸附速率

吸附的過程分為三步：

①外擴散過程；

②內(nèi)擴散過;③吸附質(zhì)被吸附劑吸附。吸附質(zhì)在吸附劑上的擴散示意圖3.吸附平衡在吸附操作中的應(yīng)用吸附質(zhì)在吸附劑上的擴散示

吸附過程復(fù)雜，影響因素多，吸附速率方程一般是憑經(jīng)驗或根據(jù)模擬試驗來確定1.外擴散速率方程2.內(nèi)擴散速率方程3.總吸附速率方程｛吸附過程復(fù)雜，影響因素多，吸附速率方程一般是憑經(jīng)驗第三節(jié)吸附分離工藝簡介

工業(yè)吸附過程兩步驟:①吸附操作②再生操作

一、固定床吸附

固定床吸附是在固定床吸附器上進行分離的操作工藝1.工作原理(1)透過曲線吸附透過曲線第三節(jié)吸附分離工藝簡介

工業(yè)吸附過程兩步驟:吸附透(2)吸附等溫線對透過曲線的影響①優(yōu)惠吸附等溫線

②線性吸附等溫線③非優(yōu)惠吸附等溫線吸附等溫線對濃度波的影響(2)吸附等溫線對透過曲線的影響吸附等溫線對濃度波的2.固定床吸附流程(1)雙器流程

雙器流程2.固定床吸附流程雙器流程(2)串聯(lián)流程

串聯(lián)流程(2)串聯(lián)流程串聯(lián)流程(3)并聯(lián)流程

并聯(lián)流程(3)并聯(lián)流程并聯(lián)流程

二、模擬移動床吸附移動床吸附原理圖二、模擬移動床吸附移動床吸附原理圖模擬移動床分離操作示意圖模擬移動床分離操作示意圖

三、變壓吸附

1.工作原理↑P↓T有利吸附↓P↑T有利解吸

吸附量與組分分壓關(guān)系曲線吸附量與組分分壓關(guān)系曲線2.變壓吸附的工業(yè)流程(1)二塔流程雙塔變壓吸附流程改進雙塔變壓吸附流程2.變壓吸附的工業(yè)流程雙塔變壓吸附流程改進雙(2)四塔流程四塔變壓吸附流程是工業(yè)上常用的流程

①吸附階段②均壓階段

③并流降壓階段

④逆流降壓階段⑤清洗階段⑥一段升壓階段⑦二段升壓階段

流化床吸附器

(2)四塔流程四塔變壓吸附流程是工業(yè)

四、其他吸附分離方法連續(xù)流化床吸附工藝流程圖

蜂窩轉(zhuǎn)輪吸附流程四、其他吸附分離方法連續(xù)流化床吸附工藝流程圖蜂窩轉(zhuǎn)輪吸

(3)回轉(zhuǎn)床吸附回轉(zhuǎn)床吸附器1-過濾器；2-冷卻器；3-風(fēng)機；4-電動機；5-吸附轉(zhuǎn)筒；6-外殼；7-轉(zhuǎn)筒電機；8-減速傳動裝置；9-水蒸汽入口管；10-脫附器出口管；11-冷凝冷卻器；12-分離器(3)回轉(zhuǎn)床吸附回轉(zhuǎn)床吸附器1-過濾器；2-冷卻器(4)參數(shù)泵參數(shù)泵工作原理示意圖(4)參數(shù)泵參數(shù)泵工作原理示意圖5．?dāng)嚢璨劢佑|吸附

攪拌槽接觸吸附操作5．?dāng)嚢璨劢佑|吸附攪拌槽接觸吸附操作第四節(jié)

吸附分離在環(huán)保工業(yè)中的應(yīng)用

一、用于氣態(tài)污染物的控制(1)煙氣中的SO2的凈化移動床吸附SO2工藝流程第四節(jié)吸附分離在環(huán)保工業(yè)中的應(yīng)用

一、用于(2)硝酸尾氣的凈化絲光沸石吸附NOx工藝流程1-風(fēng)機；2-冷卻塔；3-除霧器；4-吸附器；

5-分離器；6-加熱器；7-泵；8-冷凝冷卻塔(2)硝酸尾氣的凈化絲光沸石吸附NOx工藝流程1(3)含氟廢氣的凈化輸送床凈化含氟廢氣工藝流程1-電解槽；2-集氣罩；3-排氣管；4-反應(yīng)管；5-料倉；

6-給料器；7-加料管；8-袋濾器；9-風(fēng)機；10-煙囪(3)含氟廢氣的凈化輸送床凈化含氟廢氣工藝流(4)清除和回收揮發(fā)性有機化合物

揮發(fā)性有機物對環(huán)境的影響：

①大多數(shù)有毒、有惡臭，一部分有致癌性；

②在陽光照射下,生成光化學(xué)煙霧；

③鹵代烴類可破壞臭氧層。(5)含汞及含汞化合物蒸氣的凈化(6)惡臭及其他有毒有害物質(zhì)脫除(7)核廢氣和其他放射性廢氣處理(4)清除和回收揮發(fā)性有機化合物

二、用于污水處理

新型吸附樹脂的不斷涌現(xiàn)和吸附技術(shù)的迅速發(fā)展，成為處理有機污水的有效方法之一。

活性炭吸附法目前用得較多的是在給水處理中去除有害物質(zhì)及臭味，已被廣泛用于處理飲用水及各種工業(yè)污水，可達到除去有機物、脫色、脫臭、脫除重金屬等目的。二、用于污水處理第五章

吸

附

學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解吸附的特點，吸附劑的基本特征，各種類型的吸附劑及吸附在環(huán)境保護中的應(yīng)用。

理解吸附過程的基本原理，吸附速率方程式。

掌握常用的吸附劑解吸再生方法，各種吸附分離工藝的原理、特點及流程。第五章吸附

第一節(jié)

概

述

吸附是利用某些多孔性固體具有能夠從流體混合物中選擇性地凝聚一定組分在其表面上的能力。

一、吸附與解吸1.吸附現(xiàn)象

當(dāng)流體與某些多孔性固體接觸時，固體的表面對流體分子會產(chǎn)生吸附作用。

多孔性固體物質(zhì)稱為吸附劑;

被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。｛物理吸附

｛

化學(xué)吸附吸附單分子層吸附多分子層吸附第一節(jié)概述

吸附是利用某些多孔性

(1)物理吸附

是指由于吸附劑與吸附質(zhì)之間的分子間力的作用所產(chǎn)生的吸附。

作用力---范德華力

物理吸附的特征:①吸附質(zhì)和吸附劑間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，低溫就能進行。②吸附一般沒有選擇性，只與分子間作用力的大小有關(guān)。

③吸附為放熱反應(yīng)，因此低溫有利于吸附。

④吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強。

⑤吸附速率快，幾乎不要活化能。

(1)物理吸附是指由于吸附劑與吸附質(zhì)之間(2)化學(xué)吸附

是一種發(fā)生在固體顆粒表面的化學(xué)反應(yīng)。

作用力---化學(xué)鍵力

化學(xué)吸附的特征：

①吸附有很強的選擇性。

②吸附速率較慢，需要一定的活化能。

③宜在較高溫度下進行。溫度對吸附過程的影響(2)化學(xué)吸附是一種發(fā)生在固體顆粒表面的化學(xué)2.解吸與吸附劑的再生

當(dāng)系統(tǒng)溫度升高或流體中吸附質(zhì)濃度（或分壓）降低時，被吸附物質(zhì)將從固體表面逸出，這就是解吸。

當(dāng)吸附劑達到飽和后需要再生。

再生方法有:⑴加熱解吸再生⑵降壓或真空解吸再生⑶溶劑萃取再生⑷置換再生⑸化學(xué)氧化再生2.解吸與吸附劑的再生

二、吸附劑的基本特征(1)大的比表面積(2)具有良好的選擇性

(3)吸附容量大

(4)具有良好的機械強度和均勻的顆粒尺寸(5)有良好的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性(6)有良好的再生性能

三、常用的吸附劑

活性炭

分子篩、

活性氧化鋁

硅膠

活性炭內(nèi)部微孔分布二、吸附劑的基本特征活性炭內(nèi)部微

四、影響吸附的因素(1)操作條件

(2)吸附劑的性質(zhì)

(3)吸附質(zhì)的性質(zhì)與濃度

(4)吸附劑的活性(5)接觸時間(6)吸附器的性能四、影響吸附的因素第二節(jié)

吸附平衡與吸附速率

一、吸附平衡

在一定條件下，當(dāng)流體與吸附劑接觸時，流體中吸附質(zhì)將被吸附劑吸附。隨著吸附過程的進行，吸附質(zhì)在吸附劑表面上的數(shù)量逐漸增加，也出現(xiàn)了吸附質(zhì)的解吸，且隨時間的推移，解吸速率逐漸加快，當(dāng)吸附速率和解吸速率相等時，吸附和解吸達到了動態(tài)平衡，稱為吸附平衡。

吸附平衡關(guān)系通常用吸附等溫線或吸附等溫式表示

1.氣體的吸附平衡第二節(jié)吸附平衡與吸附速率

一、吸附平衡1．吸附等溫線

吸附等溫線的分類2．吸附等溫方程式

①弗蘭德里希（Freundlich）方程1．吸附等溫線吸附等溫線的分類2．吸附等溫方程②朗格繆爾（Langmuir）方程③BET方程2.液體的吸附平衡②朗格繆爾（Langmuir）方程3.吸附平衡在吸附操作中的應(yīng)用(1)判斷傳質(zhì)過程進行的方向(2)指明傳質(zhì)過程進行的極限(3)計算過程的推動力

二、吸附速率

吸附的過程分為三步：

①外擴散過程；

②內(nèi)擴散過;③吸附質(zhì)被吸附劑吸附。吸附質(zhì)在吸附劑上的擴散示意圖3.吸附平衡在吸附操作中的應(yīng)用吸附質(zhì)在吸附劑上的擴散示

吸附過程復(fù)雜，影響因素多，吸附速率方程一般是憑經(jīng)驗或根據(jù)模擬試驗來確定1.外擴散速率方程2.內(nèi)擴散速率方程3.總吸附速率方程｛吸附過程復(fù)雜，影響因素多，吸附速率方程一般是憑經(jīng)驗第三節(jié)吸附分離工藝簡介

工業(yè)吸附過程兩步驟:①吸附操作②再生操作

一、固定床吸附

固定床吸附是在固定床吸附器上進行分離的操作工藝1.工作原理(1)透過曲線吸附透過曲線第三節(jié)吸附分離工藝簡介

工業(yè)吸附過程兩步驟:吸附透(2)吸附等溫線對透過曲線的影響①優(yōu)惠吸附等溫線

②線性吸附等溫線③非優(yōu)惠吸附等溫線吸附等溫線對濃度波的影響(2)吸附等溫線對透過曲線的影響吸附等溫線對濃度波的2.固定床吸附流程(1)雙器流程

雙器流程2.固定床吸附流程雙器流程(2)串聯(lián)流程

串聯(lián)流程(2)串聯(lián)流程串聯(lián)流程(3)并聯(lián)流程

并聯(lián)流程(3)并聯(lián)流程并聯(lián)流程

二、模擬移動床吸附移動床吸附原理圖二、模擬移動床吸附移動床吸附原理圖模擬移動床分離操作示意圖模擬移動床分離操作示意圖

三、變壓吸附

1.工作原理↑P↓T有利吸附↓P↑T有利解吸

吸附量與組分分壓關(guān)系曲線吸附量與組分分壓關(guān)系曲線2.變壓吸附的工業(yè)流程(1)二塔流程雙塔變壓吸附流程改進雙塔變壓吸附流程2.變壓吸附的工業(yè)流程雙塔變壓吸附流程改進雙(2)四塔流程四塔變壓吸附流程是工業(yè)上常用的流程

①吸附階段②均壓階段

③并流降壓階段

④逆流降壓階段⑤清洗階段⑥一段升壓階段⑦二段升壓階段

流化床吸附器

(2)四塔流程四塔變壓吸附流程是工業(yè)

四、其他吸附分離方法連續(xù)流化床吸附工藝流程圖

蜂窩轉(zhuǎn)輪吸附流程四、其他吸附分離方法連續(xù)流化床吸附工藝流程圖蜂窩轉(zhuǎn)輪吸

(3)回轉(zhuǎn)床吸附回轉(zhuǎn)床吸附器1-過濾器；2-冷卻器；3-風(fēng)機；4-電動機；5-吸附轉(zhuǎn)筒；6-外殼；7-轉(zhuǎn)筒電機；8-減速傳動裝置；9-水蒸汽入口管；10-脫附器出口管；11-冷凝冷卻器；12-分離器(3)回轉(zhuǎn)床吸附回轉(zhuǎn)床吸附器1-過濾器；2