第七章吸附法净化气态污染物

吸附速率 吸附层数
快 单分子层，多分子层
慢 单分子层或单原子层
二. 吸附剂 1. 对工业吸附剂的要求 ① 内表面积大; ② 具有较好的选择性;
③ 吸附容量大;
吸附容量 : 在一定温度和一定的吸附质浓度下 , 单位质量 或单位体积吸附剂所能吸附的最大吸附质质量. ④ 足够的机械强度、化学和热稳定性; ⑤ 来源广泛,造价低廉等.
（ 2）浓度
C0 ￪，吸附量￪；
C0 ￪ ￪ ，较早达饱和，吸附剂用量大，再生频繁。
4. 吸附器设计的影响
（1）对吸附器的要求
① 有足够的气流流通面积和停留时间
② 气流分布均匀
③ 有效控制和调节吸附操作温度 ④ 易于更换吸附剂
（2） 对工艺的要求
① 预先除去杂质，防止吸附器污染。
② 对高浓度气体进行一级处理，将吸附作为二级
（3 ）气体流速v
v￪ ，则τ￬，ΔP ￪ 不利；
v ￬ ，则τ￪， ΔP ￬，有利； 固定床 v＝0.2～0.6m/s
v ￬ ￬， A ￪ ￪，设备费￪，不利；
2. 吸附剂性质的影响 （1）极性 极性吸附剂 非极性吸附剂 极性吸附质 非极性吸附质
（2）表面积 a.比表面积
fVm W
式中：δ ——吸附剂的比表面积，m2/g； f ——单位体积气体铺成单分子层时所占面积， m2/ml；
3. 吸附等温线方程 （1） Freundlich 方程
XT k p
1 n
式中：XT —— 被吸附组分的质量与吸附剂质量的比值， g质/g剂； k，n —— 经验常数，通常n＞1，由实验测定。
1 将上式两边取对数，则 lg XT lgk lgp n
——适用于Ⅰ型等温线中压部分
（2） Langmuir方程——单分子层吸附
固定温度T，则 XT ＝f（p）
2. 吸附等温线
→
等温吸附方程
描述一定温度下，被吸附剂吸附的物质的最大量（平衡吸
附量）与气相中吸附质平衡分压之间关系的曲线。
P279-280:图7-15、7-16。
NH3在活性炭上的吸附等温线
上图中：相对压力为：p/pv；p——气相中吸附质分压； pv ——一定温度下，吸附质的饱和蒸气压。
ABP X T A 1 BP
V BP Vm 1 BP
式中：A —— 饱和吸附量；
V ——气体分压为p时被吸附气体在标准状态下的 体积； V m——吸附剂被覆盖满一层时被吸附气体在标准状态 下的体积； A、B ——常数。
ห้องสมุดไป่ตู้
——适用于Ⅰ型等温线。
(3)BET方程——多分子层吸附
p 1 C 1p V p 0 p Vm C Vm C p 0
2.常用工业吸附剂
（1）活性炭
按形状分：粒炭和粉炭 非极性吸附剂，具有疏水性和亲有机物性。 可吸附：苯类、恶臭物质、醛酮类等。 （2）活性氧化铝
根据晶格构造分：α 型和γ 型
极性吸附剂，对水的吸附容量很大。 用于：气体的干燥，脱硫及含氟废气净化等。
（3）硅胶 分子式: SiO2.nH2O 极性吸附剂，亲水性强，孔径均一。 常用作干燥剂，也可作催化剂载体。 (4) 沸石分子筛 ［M2(Ⅰ)· M2(Ⅱ)］O· Al2O3· nSiO2· mH2O
Vm ——吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，ml;
W ——吸附剂的重量，g。
N0A f 22 .4 10 3
式中：N0 ——阿佛加德罗常数，6.02× 1023； A——一个吸附质分子的横截面积， m2；
b. 有效表面积
定义：吸附质分子能进入的表面积（微孔） 微孔孔径 >分子临界直径（分子所能进入的最小孔径） 3. 吸附质性质和浓度的影响 （1）性质 临界直径（见表7－13）、沸点、分子量、饱和性等
式中： V —— 吸附达平衡的气体吸附量,ml ； Vm —— 固体表面盖满单分子层所吸附的气体体积，ml； P —— 被吸附组分在气相中的平衡分压， Pa ； P0 —— 在吸附温度下该气体的饱和蒸汽压， Pa ； C —— 与吸附热有关的常数。
——适用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等温线（p/p0=0.05~0.35）
二、吸附速率 1. 吸附过程及控制步骤 1）吸附过程

外扩散（气流主体 内扩散（外表面 吸附
外表面） 内表面）
2）控制步骤 外扩散 内扩散 吸附(物理） （慢） （慢） （快） 控制步骤
2. 物理吸附速率公式 （1） 外扩散速率
dM A k y a p ( YA YAi ) dt
3.主要内容：
§7-2-1 吸附过程与吸附剂
§7-2-2 吸附理论
§7-2-3 吸附设备
§7-2-4 固定床吸附器的计算
§7-2-1 吸附过程与吸附剂
一、吸附过程
物理吸附 作用力 吸附热 静电力或范德华力 相当于被吸附气体的凝结热 较小，20 kJ/mol 可逆性 可逆的 较大，80～400 kJ/mol 不可逆（无法还原为原有物 质） 化学吸附 化学键力
式中：dMA —— dt时间内吸附质从气相扩散至固体表面的 质量，kg/m3剂 ;
§7-2 吸附法净化气态污染物
概述
1. 定义
吸附：利用多孔性固体使混合物中的一种或几种组分
浓集在固体表面从而分离的过程。 吸附质：能被吸附的物质. 吸附剂：能吸附吸附质的物质.
2. 特点： （1）适于处理低浓度废气，并可回收有用组分，流程短， 净化效率高，设备简单。 （2）吸附容量较小、设备体积大。
其中：M2(Ⅰ) ——一价金属； M2(Ⅱ) ——二价金属；
n——硅铝比； m——结晶水摩尔数。 特点:孔径均一、吸附容量大、吸附选择性强。
可净化：SO2 、NOX 等。
（5） 白土
分为：漂白土和酸性白土。
主要成分：硅铝酸盐。 用途：油类脱色、除臭。
三. 影响气体吸附的因素
1. 操作条件
（1） 温度 物理吸附，T￬有利； 化学吸附，T￪有利。 （2） 压力 P ￪，则PA￪，有利； P ￪ ，能耗￪； 一般常压操作
处理，以减轻吸附系统负荷。
§7-2-2 吸附理论
一、吸附平衡 1. 平衡关系的表示
某时刻： 吸附速度＝脱附速度 → 动态吸附平衡
此时，吸附质在气相中的浓度称为平衡浓度→ p* 吸附质在固相中的浓度称为平衡吸附量 →XT
XT为吸附剂吸附量的极限值，亦称静活性。
对于一定的吸附剂， XT ＝f（T，p）