1、第9章 吸 附 第九章 吸附 第一節 吸附分離操作的基本概念 第二節 吸附劑 第三節 吸附平衡 第四節 吸附動力學 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 本章主要內容 一、吸附分離操作的分類 二、吸附分離操作的應用 本節的主要內容 第一節 吸附分離操作的基本概念 ? 吸附操作是通過多孔固體物質與某一混合組分體系（氣體或液 體）接觸，有選擇地使體系中的一種或多種組分附著于固體表 面，從而實現特定組分分離的操作過程。 ? 被吸附到固體表面的組分吸附質 ? 吸附吸附質的多孔固體吸附劑 ? 吸附質附著到吸附劑表面的過程吸附 ? 吸附質從吸附劑表面逃逸到另一相的過程解吸 ? 吸附過程發生在“氣-固”或“液-固

2、”非均相界面 基本術語 第一節 吸附分離操作的基本概念 ? 按作用力性質分類：物理吸附和化學吸附 ? 物理吸附：吸附質分子與吸附劑表面分子間存在的范德華力 所引起的，也稱為范德華吸附。 ? 吸附熱較小（放熱過程，吸附熱在數值上與冷凝熱相當）， 可在低溫下進行； ? 過程是可逆的，易解吸； ? 相對沒有選擇性，可吸附多種吸附質； ? 相對分子質量越大，分子引力越大，吸附量越大； ? 可形成單分子吸附層或多分子吸附層 。 一、吸附分離操作的分類 第一節 吸附分離操作的基本概念 ? 化學吸附：又稱活性吸附，是由吸附劑和吸附質之間發生化 學反應而引起的，其強弱取決于兩種分子之間化學鍵作用力 的大小。

3、? 如石灰吸附CO2 CaCO3 ? 吸附熱大，一般在較高溫下進行； ? 具有選擇性，單分子層吸附； ? 化學鍵作用力大時，吸附不可逆。 第一節 吸附分離操作的基本概念 ? 按吸附劑再生方法分類：變溫吸附和變壓吸附 ? 按原料組成分類：大吸附量分離和雜質去除 ? 按分離機理分類：位阻效應、動力學效應和平衡效應 位阻效應：當流體通過吸附劑時，只有足夠小且形狀 適當的分子才能擴散進入吸附劑微孔，而其他分子被 擋在外。 第一節 吸附分離操作的基本概念 二、吸附分離操作的應用 ? 吸附分離操作的應用范圍很廣，既可以對氣體或液體混合 物中的某些組分進行大吸附量分離，也可以去除混合物中 的痕量雜質。 ?

4、日常生活： 木炭吸濕、吸臭；防腐劑；吸濕劑（硅膠） 第九章第一節 吸附分離操作的基本概念 第一節 吸附分離操作的基本概念 室內裝修中存在誤區： 有業主認為裝修時采用環保材料，裝修后用芳香劑、柚子皮、 茶葉、醋等弄弄就行了。 其實用芳香劑只是用一種氣味來掩蓋甲醛等有害物質的氣 味，沒有中和或分解有害物質，而用柚子皮、茶葉、醋等 手段吸附，吸附效果是非常差的，只能讓您及您的家人中 毒更深！ 第一節 吸附分離操作的基本概念 室內裝修中存在誤區： 有業主問：我沒聞到刺激性氣味，怎么會超標呢？ 居室內空氣中甲醛衛生標準（最高容許濃度）規定為 0.08mg/m 3.甲醛超標3倍以下時，一般是聞不到刺激性氣

5、味的， 當聞得到刺激性氣味時已超標 4至8倍以上，足以令您及您的 家人受到傷害。而這種聞不到的氣體更恐怖，因為您會不知 不覺的中毒，當發現時已經晚了 尤其到了夏天，溫度高 了，甲醛等有害物質的釋放量也高了，還要把門窗關閉起來 開空調，室內空氣不能與外界對流，有害物質會越積越多， 危害也會越大。況且每個人對甲醛等有害氣體的敏感程度是 不一樣的，沒聞到刺激性氣味，不表示不超標。 第一節 吸附分離操作的基本概念 ? 化工領域： 產品的分離提純，如制糖品工業，用活性炭處理糖液， 吸附 其中雜質，得到潔白的產品。 ? 環境領域： 水：脫色脫臭，有害有機物的去除，金屬離子，氮、磷 空氣：脫濕，有害氣體，脫

6、臭 特別適合于低濃度混合物的分離 第一節 吸附分離操作的基本概念 (1)簡述吸附分離的基本原理。 (2)簡要說明吸附根據不同的分類方法可以分為哪 些類型。 (3)吸附在環境工程領域有哪些應用，舉例說明。 本節思考題 第一節 吸附分離操作的基本概念 一、常用吸附劑的主要特性 二、幾種常用的吸附劑 本節的主要內容 第二節 吸附劑 吸附容量大：由于吸附過程發生在吸附劑表面，所以吸附容 量取決于吸附劑表面積的大小。 選擇性高：對要分離的目的組分有較大的選擇性。 穩定性好：吸附劑應具有較好的熱穩定性，在較高溫度下解 吸再生其結構不會發生太大的變化。同時，還應具有耐酸堿 的良好化學穩定性。 適當的物理特性

7、：適當的堆積密度和強度 廉價易得 具有一定吸附能力的多孔物質都可以作吸附劑. 一、常用吸附劑的主要特性 第二節 吸附劑 （一）活性炭 活性炭是應用最為廣泛的吸附劑。是由煤或木質原料加 工得到的產品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、 秸稈等都可以加工成黑炭，經活化后制成活性炭。 炭化：把原料熱解成炭渣，溫度：200600 活化：形成發達的細孔。兩種辦法: 氣體法：通入水蒸氣，溫度在8001000； 藥劑法：加入氯化鋅、硫酸、磷酸等。 比表面積：500 1700 m2/g 二、幾種常用的吸附劑 第二節 吸附劑 ? 回顧世界活性炭的發展歷史，有兩個主要的事件推動了活性炭事 業的發展，一是第一次

8、世界大戰化學武器的應用；二是 1927年發生 在美國芝加哥自來水廠的飲用水惡臭事件。 ? 1915年德軍在比利時對毫無準備的英法聯軍使用 6000個鋼瓶施 放化學毒氣氯氣18萬公斤，造成士兵傷15000余人，其中約5000 人喪生。有“矛”必然會發明“盾”，有化學毒氣必然會發明防毒 武器。兩個星期后，軍事科學家就發明了防護氯氣武器，他們給前 線的每個士兵發了一種特殊的口罩，這種口罩里有用硫代硫酸鈉和 碳酸鈉溶液浸過的棉花。這兩種藥品都有除氯的功能，能起到防護 的作用。 第二節 吸附劑 ? 但是如果敵方改用第二種毒氣，這種口罩就無用武之地 了。事實也是如此。此后不到一年，雙方已經用過幾十種 不同

9、的化學毒氣，包括人們現今熟知的介子毒氣及氫氰化 合物。因此人們一直在尋找一種能使任何毒氣都失去毒性 的物質才好。這種百靈的解毒劑在1915年才被科學家找 到，它就是活性炭。到1917年，交戰雙方的防毒面具里 都裝上了活性炭，毒氣對交戰士兵的危害程度就大大降低 了。第二次世界大戰中德國首次利用介子氣引發了毒氣戰 爭，人們就開始尋求避免受到毒氣侵害的方法，而活性炭 正是因為其能高效防止毒氣的侵害，被廣泛應用于戰爭。 這樣就刺激了世界各國對活性炭的研究和生產。 第二節 吸附劑 ? 1927年美國芝加哥自來水廠發生了廣大居民難以接受的自來水惡臭事 件。這是由于原水中苯酚和消毒用的氯發生異臭所致。后來，

10、德國等地 的自來水廠也發生了同樣的事件，而這些事件都是用活性炭處理解決的。 從此以后，環境保護日益受到重視，政府的法令也日趨嚴格，不僅在凈 水方面，在其他領域也得到廣泛應用，由此，活性炭進入全面發展階段。 ? 50年代以前, 我們國家還沒有活性炭的加工企業，每年進口 30-50t ； 50年代到1981年，國產活性炭開始上市，特別是 1966年，從蘇聯引進 斯列普活化爐后有了規模化生產，國內生產能力逐步提升至 10000t/a ； 80年代末期到90年代末期，進入改革開放以后，國內開始建設大量的活 性炭廠，其規模也飛速發展，生產能力逐步從 10萬t/a發展到12萬t/a； 2000年到2008

11、年，生產能力持續增長，現已達到每年 20余萬t。 第二節 吸附劑 生產工藝流程 ? 褐煤、煙煤和無煙煤均可作為活性炭的原料。國內的煤 質活性炭原料主要采用山西大同地區的弱粘結性煙煤和 寧夏的太西無煙煤。以太西無煙煤為主原料的合格原料煤 入廠后，被粉碎到一定細度（一般為200目），然后配入適 量黏結劑（一般為煤焦油）在混捏設備中混合均勻，然后在 一定壓力下用一定直徑模具擠壓成炭條，炭條經炭化、活化 后，經篩分、包裝制成成品活性炭。 ? 其工藝框圖如下所示： 第二節 吸附劑 活性炭生產工藝流程圖活性炭生產工藝流程圖 活化： 賦予炭顆粒活性，使炭形成多孔的微晶結構，具有發達的表面積的過程稱 為活化過

12、程。活化方法通常有三種，即化學藥品活化法、物理化學聯合活 化法和物理活化法 （1）化學藥品活化法 即將含碳原料與化學藥品活化劑混捏，然后炭化、活化制取活性炭。藥品 有ZnCl2,H3PO4,K2SO4及K2S等。 （2）物理化學聯合活化法 一般先進行化學藥品活化，然后進行物理活化。由物理活化法特別是用水 蒸氣活化制成的產品，微孔發達，對氣相物質有很好的吸附力，當然也可 以通過控制炭的活化程度而用于液相吸附；由化學藥品活化法制得的活性 炭次微孔發達，多用于液相吸附。 （3）物理活化法（氣體活化法） 在活化過程中通入氣體活化劑如二氧化碳，水蒸氣，空氣等。 第二節 吸附劑 ? 活化反應通過以下三個階

13、段最終達到活化造孔的目的： ? 第一階段：開放原來的閉塞孔。即高溫下，活化氣體首先與無序碳 原子及雜原子發生反應，將炭化時已經形成但卻被無序的碳原子及 雜原子所堵塞的孔隙打開，將基本微晶表面暴露出來。 ? 第二階段：擴大原有孔隙。在此階段暴露出來的基本微晶表面上的 碳原子與活化氣體發生氧化反應被燒失，使得打開的孔隙不斷擴大、 貫通及向縱深發展 。 ? 第三階段:形成新的孔隙。微晶表面上的碳原子的燒失是不均勻的， 同炭層平行方向的燒失速率高于垂直方向，微晶邊角和缺陷位置的 碳原子即活性位更易與活化氣體反應。同時，隨著活化反應的不斷 進行，新的活性位暴露于微晶表面，于是這些新的活性點又能同活 化氣

14、體進行反應。微晶表面的這種不均勻的燃燒不斷地導致新孔隙 的形成。 ? 隨著活化反應的進行，孔隙不斷擴大，相鄰微孔之間的孔壁被完全 燒失而形成較大孔隙，導致中孔和大孔孔容的增加，從而形成了活 性炭大孔、中孔和微孔相連接的孔隙結構，具有發達的比表面積。 ? 氣體活化的基本反應式如下： 活性炭產品一般質量要求 ? 1.成品炭（1.5mm、3.0mm、3.8mm、 4.0mm）：碘值1000 mg/g，四氯化碳 60%，亞甲藍180 mg/g，堆重460-530g/L， 灰份10%，強度95%。 ? 2.篩下成品炭：碘值1000 mg/g，灰份10%。 ? 3.破碎炭：碘值1000 mg/g，破篩率7

15、0%， 亞甲藍180 mg/g。 第二節 吸附劑 a.比表面積越大，吸附量越大：但應注意對一些大分子，微 孔所提供的比表面積基本上不起作用。 活性炭細孔分布情況： ? 微孔：2 nm，占總比表面95：主要支配吸附量。 ? 過渡孔：2 100nm，10，吸附等溫線幾乎變成矩形，是不可逆吸附。 相對壓力 相 對 吸 附 量 q / q0 第三節 吸附平衡 弗蘭德里希等溫線 弗蘭德里希公式參數的求解： 對吸附等溫式兩邊取對數： 1 lglglgqkp n ? k 雙對數坐標 1/n ? 1/n越小，說明吸附可在相當寬的濃 度范圍下進行。 ? 一般認為 1/n = 0.1 0.5 時容易吸 附。 第三

16、節 吸附平衡 lg p l g q 2. 朗格謬爾（Langmuir)公式 方程推導的基本假定： ? 吸附劑表面性質均一，每一個具有剩余價力的表面分子或原子 吸附一個氣體分子。 ? 吸附質在吸附劑表面為單分子層吸附。 ? 吸附是動態的，被吸附分子受熱運動影響可以重新回到氣相。 ? 吸附過程類似于氣體的凝結過程，脫附類似于液體的蒸發過程 ? 吸附在吸附劑表面的吸附質分子之間無作用力。 第三節 吸附平衡 設吸附表面覆蓋率為，則可以表示為： 氣體的脫附速率與成正比，可以表示為：kd 氣體的吸附速率與剩余吸附面積(1)和氣體分壓成正比， 可以表示為：ka p(1) qm為吸附劑表面所有吸附點均被吸附質

17、覆蓋時的吸附量，即 飽和吸附量。 m q q ? 第三節 吸附平衡 (9.3.3) a d 1 k p k ? ? ? ? 吸附達到平衡時，吸附速率與脫附速率相等，則： 整理后可得單分子層吸附的Langmuir方程： 1m 1 1 k q p q k p ? ? p吸附質的平衡分壓，Pa； q, qm分別為吸附量和單分子層吸附容量，L/kg； k1Langmuir常數，與吸附劑和吸附質的性質和溫度有關， 該值越大表示吸附劑的吸附能力越強。 第三節 吸附平衡 (9.3.4) (9.3.5) 如何求解Langmuir公式參數？ 1mm 1111 qk qpq ? 1/p 1/q 1/qm 1/(k

18、1qm) m1m 1pp qqkq ? 或 第三節 吸附平衡 公式變換得： 當p很小時，則：q=k1qmp 呈亨利定律，即吸附量與氣體的平衡分壓成正比。 當p?時， q=qm 此時，吸附量與氣體分壓無關，吸附劑表面被占滿，形成 單分子層。 Langmuir 公式分析： 第三節 吸附平衡 3.BET公式 由Brunaner, Emmett和Teller 3人提出的。 基于多分子層吸附，在Langmuir公式基礎上推導出來的。 假設： ? 吸附分子在吸附劑上是按各個層次排列的。 ? 吸附過程取決于范德華引力，吸附質可以在吸附劑表面一 層一層地累疊吸附。 ? 每一層吸附都符合Langmuir公式。

19、第三節 吸附平衡 bm 0b 0 ()(1(1) k pq q p ppk p ? ? p0吸附質組分的飽和蒸氣壓； qm吸附劑表面完全被吸附質單分子層覆蓋時的吸附量； kb常數，與溫度、吸附熱和冷凝熱有關。 BET公式中的參數qm和kb可以通過實驗測定。 通常只適用于比壓（p/p0）約為0.050.35。 比壓0.35，毛細凝聚變得顯著，破壞多層物理吸附平衡。 第三節 吸附平衡 (9.3.6) 二、雙組分氣體吸附 ? 混合氣體中有兩種組分發生吸附時，每種組分吸附量均受另 一種組分的影響。 ? 活性炭對乙烷的吸附較多，而硅膠對乙烯的吸附較多。 乙烷-乙烯混合氣體的平衡吸附(25，101.325

20、 kPa) 第三節 吸附平衡 氣相中乙烷的摩爾分數xA 吸 附 相 中 乙 烷 的 摩 爾 分 數 yA 各組分的吸附量 ? qA0、qB0分別為各組分單獨存在且壓力等于雙組分總壓時的 平衡吸附量。 ? qA、qB為混合氣體吸附平衡時的吸附量。 AB A0B0 1 qq qq ? 第三節 吸附平衡 (9.3.12) 1.液相吸附的特點 液相吸附的機理比氣相復雜。在吸附質發生吸附時，溶劑也有可 能被吸附。 影響因素包括：除溫度和溶質濃度外，溶劑種類、吸附質的溶解 度和離子化、各種溶質之間的相互作用等。 在溶劑的吸附作用忽略不計時，可以認為是單組分吸附。 三、液相吸附 第三節 吸附平衡 2. 吸附

21、等溫線測定方法： 假設溶劑不被吸附，或者液體混合物是溶質的稀溶液 測定溶液與吸附劑接觸前后的濃度變化 第三節 吸附平衡 達到吸附平衡時： V液體容積； m吸附劑質量； ?吸附平衡時，液相中溶質濃度； ? 0吸附前，液相中溶質濃度。 q = V(? 0-?)/m 3.吸附等溫式 Freundlich吸附等溫方程式： q 平衡吸附量，kg/kg； k 和吸附劑種類、特性、溫度以及所用單位有關的常數； n 常數，和溫度有關； ? 吸附質在液相中的平衡濃度, mg/L。 1/ n qk? 第三節 吸附平衡 (9.3.13) (1)吸附平衡是如何定義的，平衡吸附量如何計算？ (2)環境條件如何影響吸附平

22、衡？ (3)等溫吸附線的物理意義是什么，溫度對吸附是如何 影響的？ (4)Freundlich方程的形式和適用范圍，方程式中的常數 如何求解？ 本節思考題 第三節 吸附平衡 (5)Langmuir方程的基本假設是什么，方程的形式 和適用范圍，方程式中的常數如何求解？ (6)BET方程的物理意義是什么？ (7)如何評價不同吸附劑對污染物的吸附性能？ (8)液相吸附和氣相吸附相比有何特點？簡要說明 液體吸附的吸附等溫式形式和適用范圍。 本節思考題 第三節 吸附平衡 一、吸附劑顆粒外表面界膜傳質速率 二、吸附劑顆粒內表面擴散速率 三、內表面擴散阻力控制的吸附過程 四、外表面界膜阻力和內表面擴散阻力同

23、時 存在時的吸附過程 五、外表面界膜控制時的吸附過程 本節的主要內容 第四節 吸附動力學 （1）吸附質從流體主體擴散到吸附劑外表面外擴散 （2）吸附質由吸附劑的外表面向微孔中的內表面擴散內擴散 （3）吸附質在吸附劑的內部表面上被吸附 一般第(3)步的速率很快，吸附傳質速率主要取決于第(1)和(2) 兩步。 外擴散速率很慢外擴散控制 內擴散速率很慢內擴散控制 吸附劑從流體中吸附吸附質的傳質過程 第四節 吸附動力學 m AP d () d i q NVkA? ? ? NA 吸附質的擴散速率，kg/s； qm 吸附質在吸附劑顆粒內的平均吸附量，kg/kg； ? P 吸附劑顆粒密度，kg/m3； V

24、吸附劑顆粒體積，m3； A 吸附劑顆粒表面積，m2； ? 吸附時間，s； k 界膜傳質系數，m/s； ?, ? i流體相及顆粒表面流體的吸附質質量濃度，kg/m3。 一、吸附劑顆粒外表面界膜傳質速率 第四節 吸附動力學 (9.4.1) 二、吸附劑顆粒內表面擴散速率 2 pe 2 2 () q D rrr ? ? ? ? ? ? q從顆粒中心到距離r處的吸附量，kg/kg； ?r處流體中吸附質質量濃度，kg/m3； ? p吸附劑顆粒密度，kg/m3； ?吸附時間，s； De吸附劑在顆粒中有效擴散系數，m2/s。 假設q和?的平衡關系用直線方程近似表示： q=m? m 吸附平衡常數 0 dr r

25、r0 第四節 吸附動力學 (9.4.2) (9.4.3) 積分的邊界條件 ? =0時，q=0； ? r=0時， ? r=r0時， 0 r ? ? ? () ei Dk r ? ? ? ? ? 求解求解q 求解顆粒的積求解顆粒的積 分平均吸附量分平均吸附量 qm 第四節 吸附動力學 p /() em1 22 e 6e (/)(1 1/) n m n nn qq qff ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? p0p0e e / 1/ kr mmrD f Dk ? ? 內表面阻力 外表面阻力 第四節 吸附動力學 設對應于質量濃度?的平衡吸附量為qe，則可得 (9.4.4) 式中： e 2 0 co

26、t1 nnn D r fn ? ? ? ? ?是的第 個正根。 三、內表面擴散阻力控制時的吸附過程 第四節 吸附動力學 22 em 2 ep 6 exp() n qqn qnm ? ? ? ? ? ?2 =1 1 當f1時，式（9.4.4）可以整理為 (9.4.5) 當較大時，式（9.4.5）可以迅速收斂，取第一項 2 eme 22 e0p 6 exp() qqD qr m ? ? ? ? (9.4.6) 第四節 吸附動力學 2 * em 2 p 0 d () d Dq r ? ? ? 對上式微分，并設與qm平衡的流體中的濃度為? *，可 以得到吸附顆粒的吸附速率方程： (9.4.8) 考慮式

27、（9.4.5）所有項時，吸附速率方程為 (9.4.9) * em 2 p 0 15d () d Dq r ? ? ? 四、外表面界面膜阻力和內表面擴散阻力同時存在 時的吸附過程 第四節 吸附動力學 以? i的時間變化為邊界條件，由式（9.4.2）可以求得 吸附劑顆粒內部的傳質速率，可以整理為 (9.4.10) * em p 2 0 15d () d Dq VV r ? ? ? 第四節 吸附動力學 將式（9.4.10）與（9.4.1）聯立，設總傳質系數為KF單 位為，m/s，得 (9.4.12) (9.4.11) * m pF d () d q VK A? ? ? 2 0 Fe 11 15 Ar

28、 KkDV ? 五、外表面界面膜控制時的吸附過程 第四節 吸附動力學 外表面界面膜控制通常發生在液相吸附的情況。 (9.4.13) * m p d () d q VkA? ? ? 達到顆粒表面的吸附劑被迅速吸附，顆粒內的吸附質 平均吸附量為qm，其與液相中吸附質質量濃度的平衡關系 為用qmm ?*表示的直線關系，則吸附速度可以表示為 0時，qm0；rr0時， ?* qm/m 。解（9.4.13）可 以求得半徑為r0的吸附劑顆粒的吸附量qm與時間關系為 (9.4.14) em e0p 3 exp() qqk qr m ? ? ? ? (1)吸附過程有哪幾個基本步驟？ (2)吸附過程可能的控制步驟

29、是什么？ (3)吸附劑顆粒外表面、內表面擴散速率方程的物 理意義何在？ 本節思考題 第四節 吸附動力學 一、接觸過濾吸附 二、固定床吸附 本節的主要內容 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 為適用不同的過程特點和分離要求，吸附有各種不同的操作 工藝，如： ? 液體接觸過濾器 ? 固定床吸附塔 ? 流化床吸附塔 ? 移動床吸附塔 吸附工藝過程 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 一、接觸過濾吸附 接觸過濾吸附是一種專門用于液體吸附的方法。 將吸附劑與被處理的溶液加入到攪拌的吸附槽中，經過足夠 的接觸時間后，將液體和吸附劑分離。 操作方式可以分為單級吸附、多級吸附和逆流吸附等。 第五節 吸附操作與吸附穿透

30、曲線 液體接觸過濾器示意圖 活性炭 染料廢水 處理水 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 （一）單級吸附 G, ? 0 G, ? 1 L, x0 L, x1 ? 溶劑量G和吸附劑量L不變。 ? 根據質量守恒定律： G溶劑量，m3； L吸附劑量，kg； x0, x1吸附質在進、出吸附槽的吸附劑 中的濃度，kg（吸附質）/kg（吸附劑）； ? 0, ?1吸附質在進、出吸附槽的溶液 中的濃度，kg（吸附質）/m3（溶劑）。 0110 ()()GL xx? 吸附劑 溶液 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 (9.5.1) 過端點（x0, ? 0）和（x1, ?1），斜率為L/G的直線。 假設在該級操作中，固液

31、之間達到平衡，即為一個理論 級，則（x1, ? 1）點在平衡線上。 ? 0 ? 1 x0 x1 x ? 操作線 平衡線 單級吸附操作線 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 如果吸附平衡關系可用弗蘭德里希公式表示，則吸附平衡可 表示為： 聯立操作線方程和平衡線方程，可求出固、液相的極限濃度 x1, ? 1。 如何求出固、液相的極限濃度x1, ? 1？ 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 xk? 1/n (9.3.13) 01 1/ 1 / () n L G k ? ? ? ? 或已知x1, ? 1，求固液比L/G： x00時 n1 ? 0 ? 1 x -L/G (9.5.2) （二）多級吸附 G, ?

32、0 G, ? 1 L1, x0 L1, x1 G, ? 2 L2, x0 L2, x2 對于第1級： 對于第2級： 第1級 第2級 01110 ()()GL xx? 12220 ()()GL xx? 吸附劑 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 (9.5.1) (9.5.1) ? 0 ? 1 x0 x1 x ? 操作線 平衡線 x2 ? 2 A1 A2 如果吸附平衡可表示為： x0=0時， 011212 1/1/ 12 1 nn LL Gk ? ? ? ? ? ? 每一級都是理論級，即 （x1, ? 1）和（x2, ?2）都 在平衡線上。 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 xk? 1/n (9.5.5

33、) 對于最小吸附劑總用量，d(L1+L2)/G/d? 10 對于一定體系和分離要求，k, n, ? 0及?2為常數，則得： 1/ 01 21 11 1 n nn ? ? ? ? ? ? 即當? 1符合上式時，總吸附劑用量為最小。 由上式求出? 1, 然后再計算各級所需要的吸附劑用量。 吸附劑用量如何計算？ 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 (9.5.6) （三）逆流多級吸附 G, ? 0 ? 1 ? 2 ? m L, x1 L, xm+1 x2 x3 1 2 m 上式為逆流吸附操作線方程。 理論級數，可通過在平衡線和操作線之間做階梯確定。 吸附劑 溶液 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 對第m級做

34、物料衡算： 11 ()() mmmm GL xx? ? ? (9.5.7a) 以整個流程為體系，做吸附質的物料衡算： 011 ()() mm GL xx? ? ?(9.5.7b) ? 0 xm+1 x1 x ? 操作線 平衡線 ? m 理論級數：2 理論級數的圖解法 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 B A 吸附劑量的計算 ? 在給定級數后，過B點作不同斜率的操作線，求出最小吸 附劑量。 ? 0 xm+1 x1 x ? ? m ?0 xm+1 x1 x ? ? m （L/G) min 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 （L/G) min 若體系的平衡關系可用弗蘭德里希公式表示，且所用的吸附劑不 含

35、吸附質，xm+1=0時，吸附劑用量可通過計算求得。 以二級吸附為例： 1/ 011 222 11 n ? ? ? ? ? ? 由該式可求得離開第1級的液相組成? 1， 再求出吸附劑用量等其他參數。 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 (9.5.8) 二、固定床吸附 G 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 (一)穿透點和穿透曲線 固定床吸附器吸附傳質過程示意圖 吸附帶 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 穿透曲線示意圖 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 ? G 溶液流入速率，m3/(m2s)； ? 0溶液中溶質濃度，kg/m3； ? Z 固定床吸附塔填充高度，m； ? B穿透點濃度，kg/m3； ? E穿透曲

36、線終點濃度，kg/m3； ? B 出口處溶質濃度達到?B時的流量，m3/m2； ? a吸附區移動了吸附區高度za區間的流量，m3/m2。 各符號的意義 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 0 ()d E B W ? ? ? ? B, E間被吸附的吸附質量W/(kgm-2)： 吸附塔中的吸附區吸附劑全部被飽和時的吸附量為? 0?a 吸附區形成后吸附劑可吸附的吸附量與飽和吸附量之比f為： 0 0a0a ()d E B W f ? ? ? ? ? ? ? ? ? （二）穿透時間 1.穿透曲線法 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 (9.5.10) (9.5.9) ? 設床層的填充密度為b /(kgm-3)

37、? 與? 0平衡的吸附濃度為x0/(kg溶質kg-1吸附劑) ? 則吸附塔全部被飽和時的吸附量為zb x0/(kg m-2) ? 穿透點的吸附量（單位為kg/m2）為： ? 穿透點吸附劑的飽和度為： ab0ab0ab0 ()(1)()zzxzxfzz fx? ab0ab0a b0 ()(1)zzxzxfzfz zxz ? ? ? ? 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 (9.5.11) 假設吸附區不動，吸附塔以一定速度與溶液流向相反的方向移動 假設吸附塔高度與吸附區高度相比足夠高， 塔頂：吸附劑與溶液中的吸附質達到平衡。 塔底：流出的溶液中吸附質濃度為0。 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 2.韋伯（Weber）法 ? 對吸附塔做物料平衡： 0 00 0 (0)(0), L GL x Gx ? ? * F d()d a GKz? ?*對應操作線的濃度?的平衡濃度， kg/m3； KF吸附過程中的總括傳質容量系數，1/s。 過原點和平衡線（x0,? 0）的操作線 第五節 吸附操作與吸附穿透曲線 ? 針對吸附區微小高度dz，溶液中溶質濃度變化為： (9.5.12) (9.5.13) ? 吸附區高度za=Nt HTU0 ? 當給定傳質單元高度HT