环境工程原理 第八章 吸附
吸附的原理.ppt
四、吸附剂的种类
吸附剂必须具备的条件： （1）颗粒密度小，表面积大
（2）颗粒大小均匀 （3）吸附能力大，但要容易洗脱下来
1、疏水或非极性吸附剂
活性炭是疏水性的物质、它最适宜从极性溶媒，尤其是水溶液中吸
附非极性物质。吸附芳香族化合物的能力大于无环化合物。
由于活性炭作为吸附剂的选择件差。故应用抗生素的提取和精制时，
吸附性能不稳定选择性不高吸附剂的容量有限收率不稳定不能连续操作强度大?三吸附平衡?吸附平衡是指在一定温度和压力下气固或液固两相充分接触最后吸附质在两相中达到动态平衡
第二节 吸 附
吸附的原理 吸附平衡 吸附剂的种类 吸附的操作方式
一、概述
吸附：一种物质从一相移动到另外一相的现象。 吸附法的特点： （1）处理能力较小 （2）对溶质的作用较小 （3）可直接从发酵液中分离所需的产物 （4）溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系通常
单级吸附不能使抗生素纯度提高很多，只是用于抗生素的初步提炼，除
去溶液中的色素。
2、亲水或极性吸附剂
适用于非极性或极性较小的溶媒。如硅胶、氧化铝，活性 土皆属此类。
另外，吸附剂可以是中性、酸性或碱性。碳化钙、硫酸镁 等属中性吸附剂。氧化铝、氧化镁等属碱性吸附剂。酸性硅胶、 铝硅酸属酸性吸附剂。
碱性的吸附剂适宜于吸附酸性的物质，而酸性的吸附剂适宜 干吸附碱性的物质。氧化铝及某些活性土为两性化合物，因为 经酸或碱处理后很容易获得另外的性质。
三、吸附平衡
吸附平衡是指在一定温度和压力下，气固或液固两
相充分接触，最后吸附质在两相中达到动态平衡；也可以
是含有一定量的吸附质的惰性流体通过吸附剂固定床层，
吸附质流动相和固定相中反复分配，最后在动态下达到稳
环境工程原理第八章吸附
化学吸附
分子引力随分
若以操作时间为横坐标，以吸附器出口流出物中吸附质浓度为纵坐标，所绘制的流出物中吸附质浓度随时间变化的曲线称为透过曲线 。
子量增大而增 x／m——吸附剂的吸附容量，kg(吸附质)/kg(吸附剂)；
表 加； 联立操作线方程和平衡线方程，可求出固、液相的极限浓度x1, 1。
第二节 吸附剂
（三）活性氧化铝
化学式：Al2O3 n H2O 含水氧化铝加热脱水制成的一种极性吸附剂。 与硅胶相比，具有良好的机械强度 比表面积约为200～300m2/g，对水分有极强的吸附能力。 主要用于气体和液体的干燥、石油气的浓缩与脱硫的吸附。
第二节 吸附剂
（四）沸石分子筛
每一种分子筛都有相对均一的孔径，其大小随分子筛种类 的不同而异。 强极性吸附剂，对极性分子如H2O、CO2、H2S等有很强 的亲和力，对氨氮的吸附效果好，而对有机物的亲和力 较弱。
面 静电引力 第三节 吸附平衡理论
第三节 吸附平衡理论 2、内扩散传质速率方程：
交换吸附
无化学反应发
p—平衡时被吸附组分在气相中的分压，atm；
吸湿，高湿度气体的干燥。 A——吸附质的吸附平衡常数；
生。
吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。
⑶、化学吸附时，温度对吸附速率的影响较显著，温度升高则吸附速率加快，因其是一个活化过程，故又称活化吸附。
第二节 吸附剂
分子筛(合成沸石)一般可用
式表示的含水硅酸盐。其中M表示金属离子，多数为钠、钾、钙， 也可以是有机胺或复合离子。n表示复合离子的价数，y和w分别表示 SiO4和H2O的分子数，y又称为硅铝比，硅铝比为2左右的称为A型分子筛 ，3左右的称为X型分子筛，3以上称为Y型分子筛。
环境工程原理《吸附》习题及答案
环境工程原理《吸附》习题及答案1 、 25℃，101.3kPa 下，甲醛气体被活性炭吸附的平衡数据如下： q/[ g(气体)•g(活性炭)-1] 0 0.1 0.2 0.3 0.35 气体的平衡分压 /Pa2671600560012266试判断吸附类型，并求吸附常数。
如果25℃，101.3kPa 下，在1L 的容器中含有空气和甲醛的混合物，甲醛的分压为12kPa ，向容器中放入2g 活性炭，密闭。
忽略空气的吸附，求达到吸附平衡时容器内的压力。
解：由数据可得吸附的平衡曲线如下图1由上述的平衡曲线，可以判断吸附可能是Langmuir 或Freundlich 型。
由11111m mq q k p q =+，整理数据如下 1/q 10 5 3.3 2.86 1/p0.003740.000620.000180.00008作1/q 和1/p 的直线图2由ln 1/ln ln q n p k =+，整理数据如下：ln p 5.59 7.38 8.63 9.41 ln q-2.30-1.61-1.20-1.05作ln q 和ln p 的直线图3由以上计算可知，用Freundlich 等温方程拟合更好一些。
同时计算参数如下： 1/n=0.3336，n=3，lnk=-4.1266，k=0.016，所以等温线方程为1/30.016q p = 题设条件下，甲醛的物质的量为120000.0010.00488.314298pV n RT ⨯===⨯mol 质量为0.0048300.144m =⨯=g假设达到吸附平衡时吸附量为q ，则此时的压力为()0.14428.314298/300.001q p -⨯⨯=将1/30.016q p =代入，可以求得89p =Pa所以此时甲醛的平衡分压已经很低，如果忽略的话，可以认为此时容器内的压力为101.31289.3-=kPa2、 现采用活性炭吸附对某有机废水进行处理，对两种活性炭的吸附试验平衡数据如下：平衡浓度COD /(mg•L -1) 10050010001500200025003000A 吸附量/ [mg•g(活性炭)-1]55.6 192.3 227.8 326.1357.1378.8 394.7B 吸附量/[mg•g(活性炭)-1]47.6 181.8 294.1 357.3398.4 434.8476.2 试判断吸附类型，计算吸附常数，并比较两种活性炭的优劣。
吸附PPT课件
35
干燥、炭化、活 化在一个直接燃 烧立式多段再生 炉中进行。 第1、2段用于干 燥； 第3、4段用于炭 化； 第5、6段为活化
36
化学氧化法 1、湿式氧化法 2、电解氧化法 3、臭氧氧化法
溶剂再生法：常用的溶剂有酸、碱、苯、丙 酮、甲醇等。
生物法
37
吸附操作方式 1、静态吸附操作（间歇式）
吸附
1
概念
通俗说法：一种物质在另一种物质表面上进行自动累积 浓集的现象。
专业说法：利用多孔性固体物质的表 面吸附污水中的一种或多种污染物。
能起吸附作用的多孔性固体物质—吸附剂 被吸附物质—吸附质
2
应用范围
脱色、除臭、脱除重 金属、各种溶解性有 机物、放射性元素等。
3
地位
预处理 二级处理后的深度处理
硅藻土
32
● 活性氧化铝：
具有许多毛细孔道，比表面积 大，可作为吸附剂、干燥剂及催化剂 使用。
活性氧化铝除氟类似于阴离子交 换树脂，但对氟离子的选择性阴离子 树脂大。活性氧化铝吸附脱氟效果 好，容量稳定，每立方米活～5，Φ4～6 。
33
吸附剂的再生
13
练习：某化工厂每小时排出含 COD30mg/L的污水50m3,采用活性 炭吸附处理，将COD降至3mg/L。 吸附等温式为q=0.058c0.5，求每小 时所加的活性炭的量（g）。
14
吸附的影响因素
1、吸附剂 种类、比表面积、孔结构、颗粒大小、表面化学性 质等 2、吸附质 溶解度、结构 3、操作条件 温度、PH值、接触时间 4、生物协同作用
4
优点
适应范围广 处理效果好 可回收有用物料 吸附剂可重复使用
环境工程原理第8章 吸收
A
A在气相中 摩尔分数 CA 的平衡分 为吸收质A在液相 压 中的体积摩尔浓度 m为相平 yA 为吸收质A在气相中的平 衡摩尔分数
YA 为吸收质AX 为吸收质A A
xA 为吸收质A在液相中的
衡系数
YA＝f ( X A )
mX A 1 (1 m) X A
稀溶液中 YA mX A
气相中吸收质A的物质的量n A(kmol) kmol吸收质A ( ) YA＝ 气相中惰性组分B的物质的量n B(kmol) kmol惰性组分B
对于理想气体 PA
PB
yA P yA y A T yB 1 yA P yB T
以 X A 表示液相中吸收质A的摩尔比，它是指每摩 尔纯溶剂溶解的吸收质A的物质的量
P ExA
nA nA nS
A
P
A
——溶质A在气相中的平衡分压 Pa或kPa
xA
xA —溶质A在平衡溶液中的摩尔分数
E——亨利系数 Pa或kPa
E的物理意义：
难溶气体，由于平衡分压 大，E值较大 易溶气体，由于平衡分 压小，E值较小
E值随温度的升高而增大。
2、亨利定律的浓度表达式
难溶气体 :
PA 很大，故H值很小。 平衡分压
亨利系数E与溶解度系数H的关系：
PA 由
cA ExA 和 PA H
得：
cA ExA H
①
假设在某系统中溶质A在溶液中的浓度为 cA kmol / m3 ， 溶液的密度为 T
kg / m3 ，溶剂的密度为 O kg / m3
,
A（即
PA PA
吸收过程的推动力 :
P PA P
环境工程基本知识第二版课后答案解析
第I 篇 习题解答第一章 绪论1.1简要概述环境学科的发展历史及其学科体系。
解：环境学科是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。
它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。
环境学科是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此目前有关环境学科的分支学科还没有形成统一的划分方法。
图1-1是环境学科的分科体系。
图1-1 环境学科体系1.2 简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。
解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。
图1-2是环境工程学的学科体系。
环境学科体系环境科学环境工程学环境生态学环境规划与管理图1-2 环境工程学的学科体系1.3 去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么？解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。
上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。
1.4 空气中挥发性有机物（VOCs ）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么？解：去除空气中挥发性有机物（VOCs ）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。
上述方法对应的技术原理分别为：物理吸收、化学吸收、界面吸附作用、氧化还原反应、生物降解作用、燃烧反应。
1.5 简述土壤污染可能带来的危害及其作用途径。
解：土壤污染的危害及其作用途径主要有以下几个方面：①通过雨水淋溶作环境工程学 环境净化与污染控制技术及原理生态修复与构建技术及原理清洁生产理论及技术原理环境规划管理与环境系统工程环境工程监测与环境质量评价水质净化与水污染控制工程空气净化与大气污染控制工程固体废弃物处理处置与管理物理性污染控制工程 土壤净化与污染控制技术 废物资源化技术用,可能导致地下水和周围地表水体的污染;②污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入;③通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。
环境工程学原理吸附
第二节 吸附剂
二、几种常用的吸附剂
（一）活性炭
活性炭是应用最为广泛的吸附剂。是由煤或木质原料加 工得到的产品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、 秸秆等都可以加工成黑炭，经活化后制成活性炭。 炭化：把原料热解成炭渣，温度：200－600度 活化：形成发达的细孔。两种办法:
第一节 吸附分离操作的基本概念
• 化学吸附：又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间发生化 学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间化学键力的大 小。 • 如石灰吸附CO2 → CaCO3 • 吸附热大(化学反应热)，一般在较高温下进行； • 具有选择性，单分子层吸附； • 化学键力大时，吸附不可逆。
第一节 吸附分离操作的基本概念
物理吸附和化学吸附的比较
物理吸附
化学吸附
吸附力 范德华力
化学键力
吸附热 较小(～液化热)
较大
选择性 无选择性
有选择性
稳定性 不稳定,易解吸
稳定
分子层 单分子层或多分子层 单分子层
吸附速率 较快,
较慢.
受温度影响小
受温度影响大
物理吸附仅仅是一种物理作用，没有电子转移，没有化学键 的生成与破坏，也没有原子重排等。化学吸附相当与吸附剂 表面分子与吸附质分子发生了化学反应，在红外、紫外-可 见光谱中会出现新的特征吸收带。
位阻吸附时，分子筛吸附有极高的选择性，它能将只有分子 大小和形状稍有差异的混合物分开，这是一般分离方法难以 实现的。
缺点：由于吸附剂是固体，难于实现连续操作；吸附剂的吸 附容量小，再生频繁，不适用分离高浓度体系等，这些使吸 附操作的应用受到了一定的限制。
第九章第一节第吸一附分节离操吸作的附基本分概离念 操作的基本概念
环境工程原理知识点总结
第I I篇思考题第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么？2.去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？它们的技术原理是什么？3.简述土壤污染治理的技术体系。
4.简述废物资源化的技术体系。
5.阐述环境净化与污染控制技术原理体系。
6.一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。
试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。
第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数？英尺和米的换算因素是多少？2．什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？3．质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。
4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。
5．平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么？2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。
3.质量衡算的基本关系是什么？4.以全部组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有什么特征？5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量的变化与环境的关系如何？2．什么是封闭系统和开放系统？3．简述热量衡算方程的涵义。
4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示？第三章流体流动第一节管流系统的衡算方程1．用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或管径不变，则管径或流速如何变化？2．当布水孔板的开孔率为30％时，流过布水孔的流速增加多少？3．拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系，试简述这种关系，并说明该方程的适用条件。
4．在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量？其宏观的表现形式是什么？5．对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动？6．如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率？第二节流体流动的内摩擦力1.简述层流和湍流的流态特征。
环境工程原理知识重点归纳(最新整理)
第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么？2. 去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？它们的技术原理是什么？3. 简述土壤污染治理的技术体系。
4. 简述废物资源化的技术体系。
5. 阐述环境净化与污染控制技术原理体系。
6. 一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。
试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。
第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数？英尺和米的换算因素是多少？2．什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？3．质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。
4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。
5．平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么？2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。
3.质量衡算的基本关系是什么？4.以全部组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有什么特征？5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量的变化与环境的关系如何？2．什么是封闭系统和开放系统？3．简述热量衡算方程的涵义。
4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示？第四章热量传递第一节热量传递的方式1.什么是热传导？2.什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自然对流传热的实例。
3.简述辐射传热的过程及其特点4.试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空气处于流动状态。
5.若冬季和夏季的室温均为18℃，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？第二节热传导1. 简述傅立叶定律的意义和适用条件。
水质工程学吸附全解课件
06
吸附过程的经济技术评估与 案例分析
经济技术评估方法与指标
评估方法
吸附过程的经济技术评估主要包 括生命周期成本分析、投资回报 率分析、成本效益分析等。
评估指标
主要的评估指标包括每吨水的处 理成本、设备运行效率、设备维 护费用、设备使用寿命等。
吸附工艺的经济技术评估
工艺选择
根据原水水质、处理要求和场地条件 等因素，选择合适的吸附工艺，并进 行技术经济比较。
03
吸附平衡与动力学
吸附平衡
01
02
03
定义
吸附平衡是指在水处理过 程中，吸附剂与水中污染 物通过相互作用达到动态 平衡的状态。
平衡机制
吸附平衡主要受污染物在 水中的溶解度、吸附剂的 表面性质、以及水中的pH 值等因素影响。
吸附等温线
描述了在不同温度和压力 条件下，吸附剂对污染物 的吸附量与溶液中污染物 浓度的关系曲线。
03
固定床吸附设备
利用固定床层进行吸附，适用于大流量、低 浓度污染物的处理；
05
02
物理吸附设备
利用吸附剂的多孔性和高比表面积，通过物 理吸附去除水中的污染物；
04
按结构
可分为固定床吸附设备和移动床吸附 设备；
06
移动床吸附设备
利用移动床层进行吸附，适用于高浓度污染物 的处理。
常用吸附工艺流程
01
02
03
04
原水进入吸附塔前，需进行预 处理，以去除大颗粒物和悬浮
物；
预处理后的水进入吸附塔，与 吸附剂接触，污染物被吸附；
吸附后的水经过排放口排出， 或进行后续处理；
吸附剂可通过空气吹脱或水洗 脱方式进行再生。
吸附塔的设计与优化
环境工程原理思考题总结
物质的转化速率如何表示？
第三节 能量衡算
本节思考题
（1）物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量 的变化与环境的关系如何？
（2）什么是封闭系统和开放系统？ （3）简述热量衡算方程的涵义。 （4）对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变
化如何表现？ （5）对于不对外做功的开放系统，系统能量变化率
第二节 物理吸收
本节思考题
(1)亨利定律有哪些表达形式，意义如何，常数之 间的关系如何？
(2)如何通过相平衡曲线判断传质方向，其物理意 义何在？
(3)举例说明如何改变平衡条件来实现传质极限的 改变。
(4)吸收过程有哪几个基本步骤？
第二节 物理吸收
本节思考题
(5)双膜理论的基本论点是什么？ (6)吸收速率与传质推动力和传质阻力的关系，有
同点。 (3)使用转子流量计时读数为什么需要换算？ (4)测定气体的流量计能否用来测量液体？ (5)简述转子流量计的安装要求。
第四章 热量传递
第一节 热量传递的方式
本节思考题
(1)什么是热传导？ (2)什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自
然对流传热的实例。 (3)简述辐射传热的过程及其特点。 (4)试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空
么影响。
第二节 重力沉降
本节思考题
(1)简要分析颗粒在重力沉降过程中的受力情况。 (2)层流区颗粒的重力沉降速度主要受哪些因素影响？ (3)影响层流区和湍流区颗粒沉降速度的因素有何不同，
原因何在？ (4)流体温度对颗粒沉降的主要影响是什么？ (5)列出你所知道的环境工程领域的重力沉降过程。 (6)分析说明决定降尘室除尘能力的主要因素是什么。 (7)通过重力沉降过程可以测定颗粒和流体的哪些物性
环境工程原理第08章吸收
第二节 物理吸收
（四）传质阻力分析
包括气膜阻力和液膜阻力两部分：
1 1 1 （以气相分压差为推动力时） KG kG HkL （8.2.29）
在通常的吸收操作条件下，kG和kL的数值大致相当， 而不同溶质的亨利系数值却相差很大。
第二节 物理吸收
对于易溶气体：H值很大，液膜阻力相对很小
1 1 kG HkL
吸收在环境领域中的应用
• 净化有害气体： 湿式烟气脱硫：如用水或碱液吸收烟气中SO2，
石灰/石灰石洗涤烟气脱硫。 干法脱硫：喷雾干燥烟气脱硫：SO2被雾化的
Ca(OH)2浆液或Na2CO3溶液吸收。 水、酸吸收净化含NOx废气。
• 回收有用物质：如用吸收法净化石油炼制尾气中的硫化 氢的同时，还可以回收有用的元素硫。
用气、液两相平衡图来判断更加直观。
根据初始状态点在平衡图中 所处的位置来判断。
吸
yA
收
解吸
xA
第二节 物理吸收
2.计算传质的推动力 实际组成与平衡组成之间的差距——推动力 有不同的表示方法：
y yA yA* （8.2.10）p pA pA*（8.2.12）气相
（摩尔分数）
（气体分压、物质的浓度）
x xA* xA （8.2.11）c cA* cA（8.2.13）液相
第二节 物理吸收
3.确定传质过程的极限
• 溶质在气液两相间的传质过程不是无限制地进行， 传质过程的极限状态就是平衡状态。
• 在治理气态污染物时，希望通过吸收操作使出塔 气体中的污染物浓度尽可能地低。
• 可以通过增加塔高，减少处理气体的量，增加吸 收剂的量来实现。
第一节 吸收的基本概念
吸收在化工领域中的应用
• 净化原料气及精制气体产品：比如用水（或碳酸钾水溶 液）脱除合成氨原料气中的CO2等。 • 制取液体产品或半成品：比如水吸收NO2制取硝酸；水 吸收HCl制取盐酸等。
环境工程原理_名词解释
n
质量比：混合物 中 某组分的质量 与 惰性组分质量 之比 X m ；
mA A
m mA
摩尔比：混合物 中 某组分的物质 的量 与 惰性组分 物质的量 之比 n ； X
A A
Байду номын сангаас
n nA
流量：单位时间 流过 流动截面 的 流体体积 ； 流速：单位时间 内流体在 流动方 向上 流过的 距 离 。 4.沉降分离包括： 重力沉降、离心沉 降、点沉降、惯性 沉降和扩散沉降 。 重力沉降和离心沉 降：利用分离颗粒 与流体之间存在的 密度差，在 重力或 离心力 的作用下 使颗粒和流体之间 发生相对运动；
1.按过滤机理分： 表面过滤和深层过 滤 2.按促使流体流动 的推动力分： 重力过滤：在水位 差的作用下被过滤 流态对分离的影 的混合液通过过滤 响： 层流边界层和 介质进行过滤，如 湍流边界层都会发 水处理中的快滤 生分离，在相同逆 池。 压梯度下，层流边 真空过滤：在真空 界层比湍流边界层 下过滤，如水处理 更容易发生分离， 中的真空过滤机。 由于层流边界层中 第五章 质量传递 压力差过滤：在加 近壁处速度随 y 的 传质机理：①分子 压条件下过滤，如 增长缓慢，逆压梯 扩散（慢） ：由分子 水处理中的压滤滤 度更容易阻滞靠近 的热运动引起；涡 池。 壁面的低速流体质 流扩散（快） ：由流 离心过滤：使被分 点，湍流边界层的 体微团的宏观运动 离的混合液旋转， 分离点延迟产生。 引起。 在所产生的惯性离 阻力损失起因： （1） 单向扩散 ：只有气 心力的作用下，使 内摩擦造成的摩擦 相组分从气相向液 流体通过周边的滤 阻力（2）物体前后 相传递，而没有物 饼和过滤介质，从 压强差造成的形体 质从液相想气相作 而实现与颗粒物的 阻力 相反方向的传递， 分离。 摩擦阻力：边界层 这种现象可视为单 主要特征：随着过 内的流动状态，边 向扩散（氨被水吸 滤过程的进行，流 界层的厚度 收） 。原理：P186 体中的固体颗粒被 形体阻力：物体前 等分子扩散： 在一 截留在过滤介质表 后压强差，边界层 些双组份混合体系 面并逐渐积累成滤 分离，尾流区域的 的传质过程中，当 饼层。 大小 体系总浓度保持均 滤饼层厚度：随过 阻力损失的影响因 匀不变时，组分 A 滤时间的增长而增 素： （ 流 动 的 雷 诺 在分子扩散的同时 厚，其增加速率与 数、物体的形状、 伴有组分 B 向相反 过滤所得的滤液的 表面粗糙度等） 摩 方向的分子扩散， 量成正比。 擦阻力：边界层内 且组分 B 扩散的量 过滤速度：由于滤 的流动状态，边界 与组分 A 相等，这 饼层厚度的增加， 层的厚度；形体阻 种传质过程就叫等 因此在过滤过程中 力：物体前后压强 分子扩散。 是变化的。 差，边界层分离， 第七章 过滤 比表面积等于混合 尾流区域的大小。 过滤过程 ：混合物 颗粒的比表面积的 （1）流态的影响： （非均相）的分离： 颗粒粒径 湍流时，摩擦阻力 液体或气体通过过 颗粒 i 的等体积当 较层流时大。但与 滤介质，固体颗粒 量直径 ：各筛上筛 层流时相比，分离 被截留下来，而流 留物的平均直径 点后移，尾流区较 体通过过滤介质， 颗粒床层的当量直 小，形体阻力将减 从而实现固液或固 径： 与床层空隙体
环境工程原理--吸附
本章主要内容
第一节
第二节 第三节 第四节
概述
吸附平衡 吸附速率 吸附操作及计算
第一节 吸附分离操作的基本概念
•一：吸附操作------利用多孔固体物质选择性的吸附流体中的
一种或多种组分，从而使流体混合物得以分离的方法。 •被吸附到固体表面的组分——称为吸附质 •用于吸附的多孔固体物质——称为吸附剂 •吸附质附着到吸附剂表面的过程——吸附 吸附质从吸附剂表面脱离的过程——解吸或脱附 •吸附过程发生在——“气－固”或“液－固”非均相界面 吸收质的传递方向：
假设： • 吸附分子在吸附剂上是按各个层次排列的。 • 吸附过程取决于范德华引力，吸附质可以在吸附剂表面一 层一层地累叠吸附。 • 每一层吸附都符合Langmuir公式。
q
kb pq m p ( p p0 )[(1 ( kb 1) ] p0
(9.3.6)
p0——吸附质组分的饱和蒸气压
q=f(q,T)
单分子层吸附等温线 不同温度下NH3在木炭上的吸附等温线
具有代表性的等温吸附方程
1. 朗格谬尔（langmuir)公式
q=kө=kbp/(1+bp)
q—平衡吸附量
p—吸附质分压 ө —覆盖度，即吸附剂表面被吸附质分子覆盖的比例 ，量纲为一 k，b —为常数 ө=V/vm V，vm —分别为气体分压为p时吸 附剂覆盖单层 分子时被吸附气体在标准状况下的体积。
在溶剂的吸附作用忽略不计时，可以认为是单组分吸附。
2. 吸附等温线测定方法： 假设溶剂不被吸附，或者液体混合物是溶质的稀溶液 ,则V不变，测定溶液与吸附剂接触前后的浓度变化 达到吸附平衡时：
V：液体容积， m：吸附剂质量
q = V(C0-C*)/m
环境工程原理思考题
环境工程原理思考题第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么2. 去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法它们的技术原理是什么3. 简述土壤污染治理的技术体系。
4. 简述废物资源化的技术体系。
5. 阐述环境净化与污染控制技术原理体系。
6. 一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。
试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。
第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数英尺和米的换算因素是多少2．什么是量纲和无量纲准数单位和量纲的区别是什么3．质量分数和质量比的区别和关系如何试举出质量比的应用实例。
4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。
5．平均速度的涵义是什么用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。
3.质量衡算的基本关系是什么4.以全部组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有什么特征5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成系统内部能量的变化与环境的关系如何2．什么是封闭系统和开放系统3．简述热量衡算方程的涵义。
4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示第三章流体流动第一节管流系统的衡算方程1．用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或管径不变，则管径或流速如何变化2．当布水孔板的开孔率为30％时，流过布水孔的流速增加多少3．拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系，试简述这种关系，并说明该方程的适用条件。
4．在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量其宏观的表现形式是什么5．对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动6．如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率第二节流体流动的内摩擦力1.简述层流和湍流的流态特征。
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• 分子量越大，分子引力越大，吸附量越大；
• 可形成单分子吸附层或多分子吸附层 。
第一节 吸附分离操作的基本概念
• 化学吸附：又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间发生化 学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间化学键力的大 小。 • 如石灰吸附CO2 → CaCO3
• 吸附热大，一般在较高温下进行；
• 微孔：<2 nm，占总比表面95％：主要支配吸附量
• 过渡孔：2-100nm，<5％：起通道和吸附作用
• 大孔：100-10000 nm，不足1％：主要起通道作用，影
响吸附速度。
第二节 吸附剂
活性炭的优点：是吸附容量大，抗酸耐碱、化学稳定
性好，解吸容易，在高温下进行解吸再生时其晶体结构不 发生变化，热稳定性高，经多次吸附和解吸操作，仍能保 持原有的吸附性能。 活性炭常用于溶剂回收，溶液脱色、除臭、净制等过
停留在固体表面上 。
• 被吸附到固体表面的组分——称为吸附质 • 吸附吸附质的多孔固体——称为吸附剂 • 吸附质附着到吸附剂表面的过程——称为吸附 • 吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相的过程——称为解吸
• 吸附过程发生在——“气－固”或“液－固”非均相界面
第一节 吸附分离操作的基本概念
吸附分离过程的适用范围： 吸附分离是利用混合物中各组分与吸附剂间结合力强弱的差别 ，即各组分在固相（吸附剂）与流体间分配不同的性质使混合物中 难吸附与易吸附组分分离。 适宜的吸附剂对各组分的吸附可以有很高的选择性，故特别适 用于用精馏、吸收等方法难以分离的混合物的分离，以及气体与液
第八章 吸 附
第八章 吸附
第一节 吸附分离操作的基本概念
第二节 吸附剂
第三节 吸附平衡理论
第四节 吸附动力学
第五节 吸附操作与吸附穿透曲线
第一节 吸附分离操作的基本概念
一、吸附分离操作的分类 二、吸附分离操作的应用
第一节 吸附分离操作的基本概念
基本概念
• 吸附是固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面 能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而
第一节 吸附分离操作的基本概念
气体处理
①常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化，但处理 的气体量不宜过大；
②对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率；
③当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。 脱除水分、有机蒸汽、恶臭、HF 、SO2、NOX等。
第二节 吸附剂
一、几种常用的吸附剂
二、吸附剂再生
三、吸附剂的性能要求 四、吸附剂选择的影响因素
• 具有选择性，单分子层吸附；
• 化学键力大时，吸附不可逆。
第一节 吸附分离操作的基本概念
⑴、化学吸附热与化学反应热相近，比物理吸附热大得多。如二氧化碳和 氢在各种吸附剂上的化学吸附热为83740J／mol和62800J／mol，而这两种 气体的物理吸附热约为25120J／mol和8374J／mol。 ⑵、化学吸附有较高的选择性。如氯可以被钨或镍化学吸附。物理吸附则 没有很高的选择性，它主要取决于气体或液体的物理性质及吸附剂的特性
活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理 含汞量低的废水。
第一节 吸附分离操作的基本概念
炼油厂、印染厂废水的深度处理
某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后， 再经砂滤和活性炭过滤深度处理。 废水的含酚量从0.1mg/L(生物处理后)降至0.005mg/L， 氰从0.19mg/L降至0.048mg/L，COD从85mg/L降至18mg/L。
第二节 吸附剂
(4) 置换脱附
程度较吸附质弱时，通入的流体就将吸附质置换与吹扫出来，这种流体称
为脱附剂。 如果通入的脱附剂，其被吸附程度比吸附质强时，则纯属置换脱附，
否则就兼有吹扫作用。脱附剂被吸附的能力越强，则吸附质脱附就越彻底
。这种脱附剂置换脱附的方法特别适用于热敏性物质。当然，采用置换脱 附时，还需将脱附剂进行脱附。
子筛的作用，故称为分子筛。
第二节 吸附剂
分子筛(合成沸石)一般可用
式表示的含水硅酸盐。其中M表示金属离子，多数为钠、钾、钙， 也可以是有机胺或复合离子。n表示复合离子的价数，y和w分别表示
SiO4和H2O的分子数，y又称为硅铝比，硅铝比为2左右的称为A型分子筛
，3左右的称为X型分子筛，3以上称为Y型分子筛。 根据原料配比、组成和制造方法不同，可以制成不同孔径(一般从
第一节 吸附分离操作的基本概念
• 按吸附剂再生方法分类：变温吸附和变压吸附 • 按原料组成分类：大吸附量分离和杂质去除
• 按分离机理分类：位阻效应、动力学效应和平衡效应
第九章第一节 吸附分离操作的基本概念
第一节 吸附分离操作的基本概念
二、吸附分离操作的应用
• 吸附分离操作的应用范围很广，既可以对气体或液体混合 物中的某些组分进行大吸附量分离，也可以去除混合物中 的痕量杂质。 • 日常生活： 木炭吸湿、吸臭；防腐剂；吸湿剂（硅胶）
的亲和力，对氨氮的吸附效果好，而对有机物的亲和力
较弱。
第二节 吸附剂
具有特定的均匀一致的孔穴尺寸，多孔性的硅酸铝骨
架结构。比表面约为800～1000m2/g。
这些骨架结构里面有空洞，即所谓“窗口”，窗口的尺 寸就限制了可以进入的分子大小。比它小的分子可以进入， 比它大的分子就被拒于“窗外”。这样，它只能允许比其微 孔孔径小的分子吸附上去，比其大的分子则不能进入，有分
程。是当前应用最普遍的吸附剂。
第二节 吸附剂
（二）活性炭纤维
活性炭纤维吸附能力比一般活性炭要高1～10倍。
活性炭纤维分为两种：
(1)将超细活性炭微粒加入增稠剂后与纤维混纺制成单丝，
或用热熔法将活性炭粘附于有机纤维或玻璃纤维上，也可
以与纸浆混粘制成活性炭纸。 (2)以人造丝或合成纤维为原料，与制备活性炭一样经过炭 化和活化两个阶段，加工成具有一定比表面积和一定孔分 布结构的活性炭纤维。
硅胶的化学式：SiO2 nH20
用硫酸处理硅酸钠水溶液，生成凝胶。水洗除去硫酸钠后经
干燥，便可得到玻璃状的硅胶。
硅胶是极性吸附剂，难于吸附非极性物质，易于吸附极性物
质（如水、甲醇等）
吸湿，高湿度气体的干燥。
第二节 吸附剂
二、吸附剂的再生
当吸附进行一定时间后吸附剂的表面就会被吸附物所覆盖，使吸附
能力急剧下降，此时就需将被吸附物脱附，使吸附剂得到再生。
第一节 吸附分离操作的基本概念
• 化工领域： 产品的分离提纯，如制糖品工业，用活性炭处理糖液， 吸附 其中杂质，得到洁白的产品。 • 环境领域： 水：脱色脱臭，有害有机物的去除，金属离子，氮、磷 空气：脱湿，有害气体，脱臭
特别适合于低浓度混合物的分离
第一节 吸附分离操作的基本概念
应用
给水处理 嗅、味的吸附净化； 微量污染物的吸附净化。 废水处理 典型有机污染物的吸附回收(酚、苯等)； 组合工艺的达标把关措施；
第二节 吸附剂
一、几种重常见吸附剂
活性炭、活性炭纤维； 吸附树脂； 特殊吸附剂：活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛；
其它吸附剂：褐煤、煤灰、煤灰渣等。
第二节 吸附剂
（一）活性炭
活性炭是应用最为广泛的吸附剂。是由煤或木质原料加 工得到的产品，通常一切含碳的物料，如煤、木材、果核、 秸秆等都可以加工成黑炭，经活化后制成活性炭。
第二节 吸附剂
(2)降低压力 压力高，吸附进行得快，
脱附进行得慢。当压力降低时，脱附现象开始显著。所以操作压力
降低后，被吸附的物质就会脱离吸附剂表面返回气相。有时为了脱
附彻底，甚至采用抽真空的办法。 这种改变压力的再生操作，在变压吸附中广为应用。如吸附
分离高纯度氢，先是在 1.37～4.12 MPa压力下吸附，然后在常压
吸附剂的再生，即吸附剂脱附，通常采用的方法：提高温度或降低 吸附质在气相中的分压，这样的结果：吸附质将以原来的形态从吸附剂 上回到气相或液相，这种现象称为“脱附”，所以物理吸附过程是可逆 的。吸附分离过程正是利用物理吸附的这种可逆性来实现混合物的分离 。
第二节 吸附剂
(1) 升高温度 吸附，温度升高有利于脱附。这是因为分子的动能随温度的升高而增加 ，使吸附在固体表面上的分子不稳定，不易被吸附剂表面的分子吸引力 所控制，也就越容易逸入气相中去。 变温吸附——吸附操作通常是在低温下进行，然后提高操作温度使 被吸附组分脱附。通常用水蒸汽直接加热吸附剂使其升温解吸，解吸物 与水蒸汽冷凝后分离。吸附剂则经间接加热升温干燥和冷却等阶段组成 变温吸附过程，吸附剂循环使用。
选择性高：对要分离的目的组分有较大的选择性。
稳定性好：吸附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度下解 吸再生其结构不会发生太大的变化。同时，还应具有耐酸碱 的良好化学稳定性。 有巨大的内表面 适当的物理特性 廉价易得
第二节 吸附剂
四、吸附剂选择的影响因素
如何选择适宜的吸附剂？ ——需要根据被分离对象、分离条件和吸附剂本身的特点 确定 ——需要进行试验研究
溶剂置换 在恒温恒压下，已吸附饱和的吸附剂可用溶剂将床层中已
吸附的吸附质冲洗出来，同时使吸附剂解吸再生。常用的溶剂有水、有机 溶剂等各种极性或非极性物质。
第二节 吸附剂
三、吸附剂的性能要求
具有一定吸附能力的多孔物质都可以作吸附剂.
吸附容量大：由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以吸附容 量取决于吸附剂表面积的大小。
体中微量杂质的去除。
吸附操作条件比较容易实现。 吸附操作缺点，主要是理论尚不够完善成熟。
第一节 吸附分离操作的基本概念
一、吸附分离操作的分类
• 按作用力性质分类：分物理吸附和化学吸附 • 物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德华力
所引起的，也称为范德华吸附。
• 吸附热较小（放热过程，吸附热在数值上与冷凝热相当）， 可在低温下进行； • 过程是可逆的，易解吸； • 相对没有选择性，可吸附多种吸附质；