大气污染控制工程气态污染物控制技术基础气体吸附
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▪ BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附）
吸附速率
▪ 吸附过程
➢ 外扩散（气流主体 外表面） ➢ 内扩散（外表面 内表面） ➢ 吸附
吸附速率
▪ 外扩散速率 ▪ 内扩散速率 ▪ 总吸附速率方程
吸附工艺
▪ 固定床
吸附工艺
▪ 移动床
吸附工艺
▪ 移动床
吸附工艺
▪ 流化床
固定床吸附计算
分子
丙烯 1-丁烯 2-反丁烯 1,3-丁二烯 二氟-氯甲烷(CFC-22) 噻吩 异丁烷-异二十二烷 二氟二氯甲烷(CFC-12) 环己烷 甲苯 对二甲苯 苯 四氯化碳 氯仿 新戊烷 间二甲苯 邻二甲苯 三乙胺
临界直径/Å
5.0 5.1 5.1 5.2 5.3 5.3 5.58 5.93 6.1 6.7 6.7 6.8 6.9 6.9 6.9 7.1 7.4 8.4
NH3在活性炭上的吸附等温线
吸附等温线
吸附方程式
▪ 弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线 中压部分）
▪ lgm对lgP作图为直线
m－单位吸附剂的吸附量 P－吸附质在气相中的平衡分压 K,n－经验常数, 实验确定
吸附方程式
▪ 朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线）
吸附方程式
大气污染控制工程气态污染 物控制技术基础气体吸附
§2气体吸附
▪ 吸附
➢ 用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物 中的组分浓集于固体表面
➢ 吸附质－被吸附物质 ➢ 吸附剂－附着吸附质的物质 ▪ 优点：效率高、可回收、设备简单 ▪ 缺点：吸附容量小、设备体积大
吸附机理
物理吸附和化学吸附
物理吸附
1.吸附力－范德华力； 2.不发生化学反应； 3.过程快，瞬间达到平 衡； 4.放热反应； 5.吸附可逆；
(1) 分子筛的需要量（按最小需要量的1.5倍计）；
(2) 需要再生时，分子筛中H2S的含量； (3) 需要的传质单元数。
解：(1) 吸附器进口气相组成：
H2S的流量＝0.03×6500＝195kg/h 空气的流量＝6500－195＝6305kg/h
吸附器出口气相组成：
H2S＝0.05×(195)＝9.75 kg/h 空气＝6305 kg/h
5A
13x
800
800
800
0.794
0.794
——
873
873
873
4
5
13
再生温度 /K
比表面积 / ㎡·g-1
373～413
600～ 1600
473～523 210～360
393～ 423
600
473～573 ——
473～573 ——
473～573 ——
常用吸附剂特性
▪ 分子筛特性
气体吸附的影响因素
固定床吸附计算
固定床吸附计算
固定床吸附计算
▪ 保护作用时间
τ－L实际曲线与理论曲线的比较 1－理论线 2实际曲线
固定床吸附计算
▪ 同样条件下
▪ 定义－动力特性
固定床吸附计算
▪ 吸附床长度
➢ 假定条件
等温吸附 低浓度污染物的吸附 吸附等温线为第三种类型 吸附区长度为常数 吸附床的长度大于吸附区长度
固定床吸附计算
▪ 吸附床长度
L0－吸附区长度 WA－穿透至耗竭的惰性气体通过量 WE－耗竭时的通过量 1-f－吸附区内的饱和度
吸附器的压力损失
1）图解计算
移动床计算
▪ 操作线 ▪ 吸附速率方程
移动床计算
例：用连续移动床逆流等温吸附过程净化含H2S的空气。吸 附剂为分子筛。空气中H2S的浓度为3％（重量），气相流 速为6500kg/h，假定操作在293K和1atm下进行，H2S的 净化率要求为95％，试确定：
常见分子的临界直径
分子
氦 氢 乙炔 氧 一氧化碳 二氧化碳 氮 水 氨 氩 甲烷 乙烯 环氧乙烷 乙烷 甲醇 乙醇 环丙烷 丙烷 正丁烷-正二十二烷
临界直径/Å
2.0 2.4 2.4 2.8 2.8 2.8 3.0 3.15 3.8 3.84 4.0 4.25 4.2 4.2 4.4 4.4 4.75 4.89 4.9
▪ 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
吸附剂性质
➢比表面积（孔隙率ห้องสมุดไป่ตู้孔径、粒度等）
气体吸附的影响因素
▪ 典型吸附质分子的横截面积
气体吸附的影响因素
▪ 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
▪ 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
气体吸附的影响因素
▪ 吸附剂再生
➢ 加热再生 吸附作用 ，再生温度
➢ 降压或真空解吸 ➢ 置换再生
脱附剂需要再脱附 ➢ 溶剂萃取
活性炭吸附SO2，可用水脱附
吸附剂再生
(a)吸附
(b)解吸
二、吸附机理
吸附平衡
▪ 当吸附速度＝脱附速度时，吸附平衡，此时吸 附量达到极限值
▪ 极限吸附量受气体压力和温度的影响 ▪ 吸附等温线
移动床计算
实验得到的平衡关系如右图 假定X2＝0，从图得（X1）最大＝0.1147
所以实际需要的分子筛 ＝0.372×6305＝2345.5kg/h
(2)
分子筛吸收H2S的平衡数据
常用吸附剂特性
吸附剂类型
堆积密度 /kg·m-3 热容 /kJ(kg·K)-1 操作温度上 限/K 平均孔径/Å
活性炭
200～600
0.836～ 1.254 423
15～25
活性氧化 铝
750～ 1000 0.836～ 1.045 773
18～48
硅胶 800 0.92 673 22
沸石分子筛
4A
化学吸附
1.吸附力－化学键力； 2.发生化学反应； 3.过程慢； 4.升高温度有助于提高 速率； 5.吸附不可逆；
物理吸附和化学吸附
• 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
一、吸附剂
▪ 吸附剂需具备的特性
➢ 内表面积大 ➢ 具有选择性吸附作用 ➢ 高机械强度、化学和热稳定性 ➢ 吸附容量大 ➢ 来源广泛，造价低廉 ➢ 良好的再生性能
吸附速率
▪ 吸附过程
➢ 外扩散（气流主体 外表面） ➢ 内扩散（外表面 内表面） ➢ 吸附
吸附速率
▪ 外扩散速率 ▪ 内扩散速率 ▪ 总吸附速率方程
吸附工艺
▪ 固定床
吸附工艺
▪ 移动床
吸附工艺
▪ 移动床
吸附工艺
▪ 流化床
固定床吸附计算
分子
丙烯 1-丁烯 2-反丁烯 1,3-丁二烯 二氟-氯甲烷(CFC-22) 噻吩 异丁烷-异二十二烷 二氟二氯甲烷(CFC-12) 环己烷 甲苯 对二甲苯 苯 四氯化碳 氯仿 新戊烷 间二甲苯 邻二甲苯 三乙胺
临界直径/Å
5.0 5.1 5.1 5.2 5.3 5.3 5.58 5.93 6.1 6.7 6.7 6.8 6.9 6.9 6.9 7.1 7.4 8.4
NH3在活性炭上的吸附等温线
吸附等温线
吸附方程式
▪ 弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线 中压部分）
▪ lgm对lgP作图为直线
m－单位吸附剂的吸附量 P－吸附质在气相中的平衡分压 K,n－经验常数, 实验确定
吸附方程式
▪ 朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线）
吸附方程式
大气污染控制工程气态污染 物控制技术基础气体吸附
§2气体吸附
▪ 吸附
➢ 用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物 中的组分浓集于固体表面
➢ 吸附质－被吸附物质 ➢ 吸附剂－附着吸附质的物质 ▪ 优点：效率高、可回收、设备简单 ▪ 缺点：吸附容量小、设备体积大
吸附机理
物理吸附和化学吸附
物理吸附
1.吸附力－范德华力； 2.不发生化学反应； 3.过程快，瞬间达到平 衡； 4.放热反应； 5.吸附可逆；
(1) 分子筛的需要量（按最小需要量的1.5倍计）；
(2) 需要再生时，分子筛中H2S的含量； (3) 需要的传质单元数。
解：(1) 吸附器进口气相组成：
H2S的流量＝0.03×6500＝195kg/h 空气的流量＝6500－195＝6305kg/h
吸附器出口气相组成：
H2S＝0.05×(195)＝9.75 kg/h 空气＝6305 kg/h
5A
13x
800
800
800
0.794
0.794
——
873
873
873
4
5
13
再生温度 /K
比表面积 / ㎡·g-1
373～413
600～ 1600
473～523 210～360
393～ 423
600
473～573 ——
473～573 ——
473～573 ——
常用吸附剂特性
▪ 分子筛特性
气体吸附的影响因素
固定床吸附计算
固定床吸附计算
固定床吸附计算
▪ 保护作用时间
τ－L实际曲线与理论曲线的比较 1－理论线 2实际曲线
固定床吸附计算
▪ 同样条件下
▪ 定义－动力特性
固定床吸附计算
▪ 吸附床长度
➢ 假定条件
等温吸附 低浓度污染物的吸附 吸附等温线为第三种类型 吸附区长度为常数 吸附床的长度大于吸附区长度
固定床吸附计算
▪ 吸附床长度
L0－吸附区长度 WA－穿透至耗竭的惰性气体通过量 WE－耗竭时的通过量 1-f－吸附区内的饱和度
吸附器的压力损失
1）图解计算
移动床计算
▪ 操作线 ▪ 吸附速率方程
移动床计算
例：用连续移动床逆流等温吸附过程净化含H2S的空气。吸 附剂为分子筛。空气中H2S的浓度为3％（重量），气相流 速为6500kg/h，假定操作在293K和1atm下进行，H2S的 净化率要求为95％，试确定：
常见分子的临界直径
分子
氦 氢 乙炔 氧 一氧化碳 二氧化碳 氮 水 氨 氩 甲烷 乙烯 环氧乙烷 乙烷 甲醇 乙醇 环丙烷 丙烷 正丁烷-正二十二烷
临界直径/Å
2.0 2.4 2.4 2.8 2.8 2.8 3.0 3.15 3.8 3.84 4.0 4.25 4.2 4.2 4.4 4.4 4.75 4.89 4.9
▪ 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
吸附剂性质
➢比表面积（孔隙率ห้องสมุดไป่ตู้孔径、粒度等）
气体吸附的影响因素
▪ 典型吸附质分子的横截面积
气体吸附的影响因素
▪ 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
▪ 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
气体吸附的影响因素
▪ 吸附剂再生
➢ 加热再生 吸附作用 ，再生温度
➢ 降压或真空解吸 ➢ 置换再生
脱附剂需要再脱附 ➢ 溶剂萃取
活性炭吸附SO2，可用水脱附
吸附剂再生
(a)吸附
(b)解吸
二、吸附机理
吸附平衡
▪ 当吸附速度＝脱附速度时，吸附平衡，此时吸 附量达到极限值
▪ 极限吸附量受气体压力和温度的影响 ▪ 吸附等温线
移动床计算
实验得到的平衡关系如右图 假定X2＝0，从图得（X1）最大＝0.1147
所以实际需要的分子筛 ＝0.372×6305＝2345.5kg/h
(2)
分子筛吸收H2S的平衡数据
常用吸附剂特性
吸附剂类型
堆积密度 /kg·m-3 热容 /kJ(kg·K)-1 操作温度上 限/K 平均孔径/Å
活性炭
200～600
0.836～ 1.254 423
15～25
活性氧化 铝
750～ 1000 0.836～ 1.045 773
18～48
硅胶 800 0.92 673 22
沸石分子筛
4A
化学吸附
1.吸附力－化学键力； 2.发生化学反应； 3.过程慢； 4.升高温度有助于提高 速率； 5.吸附不可逆；
物理吸附和化学吸附
• 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
一、吸附剂
▪ 吸附剂需具备的特性
➢ 内表面积大 ➢ 具有选择性吸附作用 ➢ 高机械强度、化学和热稳定性 ➢ 吸附容量大 ➢ 来源广泛，造价低廉 ➢ 良好的再生性能