環(huán)境工程原理課件圖文解析一五

第五章吸附

學(xué)習(xí)目標(biāo)了解吸附的特點(diǎn)，吸附劑的基本特征，各種類(lèi)型的吸附劑及吸附在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用。理解吸附過(guò)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(diǎn)及流程。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(shí)，固體的表面對(duì)流體分子會(huì)產(chǎn)生吸附作用。

多孔性固體物質(zhì)稱(chēng)為吸附劑;被吸附的物質(zhì)稱(chēng)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

(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(jìn)行。②吸附一般沒(méi)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(qiáng)。⑤吸附速率快，幾乎不要活化能。(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(qiáng)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(jìn)行。溫度對(duì)吸附過(guò)程的影響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(shí)，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(dá)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(jī)械強(qiáng)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?jī)?nèi)部微孔分布

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(shí)間(6)吸附器的性能第二節(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(shí)，流體中吸附質(zhì)將被吸附劑吸附。隨著吸附過(guò)程的進(jìn)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(shí)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(shí)，吸附和解吸達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，稱(chēng)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1．吸附等溫線

吸附等溫線的分類(lèi)2．吸附等溫方程式

①弗蘭德里希（Freundlich）方程②朗格繆爾（Langmuir）方程③BET方程2.液體的吸附平衡3.吸附平衡在吸吸附操作中的的應(yīng)用(1)判斷傳質(zhì)過(guò)程程進(jìn)行的方向向(2)指明傳質(zhì)過(guò)程程進(jìn)行的極限限(3)計(jì)算過(guò)程的推推動(dòng)力二、吸附速率率吸附的過(guò)程分分為三步：①外擴(kuò)散過(guò)程程；②內(nèi)擴(kuò)散過(guò);③吸附質(zhì)被吸附附劑吸附。吸附質(zhì)在吸附劑上的擴(kuò)散示意圖吸附過(guò)程復(fù)雜雜，影響因素素多，吸附速速率方程一般般是憑經(jīng)驗(yàn)或或根據(jù)模擬試試驗(yàn)來(lái)確定1.外擴(kuò)散速率方方程2.內(nèi)擴(kuò)散速率方方程3.總吸附速率方方程｛第三節(jié)吸附附分離工藝簡(jiǎn)簡(jiǎn)介工業(yè)吸附過(guò)程程兩步驟:①吸附操作②再生操作一、固定床吸吸附固定床吸附是是在固定床吸附器上上進(jìn)行分離的操作工藝1.工作原理(1)透過(guò)曲線吸附透過(guò)曲線線(2)吸附等溫線對(duì)對(duì)透過(guò)曲線的的影響①優(yōu)惠吸附等溫溫線②線性吸附等溫溫線③非優(yōu)惠吸附等等溫線吸附等溫線對(duì)濃度波的影響2.固定床吸附流流程(1)雙器流程雙器流程(2)串聯(lián)流程串聯(lián)流程(3)并聯(lián)流程并聯(lián)流程二、模擬移動(dòng)動(dòng)床吸附移動(dòng)床吸附原原理圖模擬移動(dòng)床分分離操作示意意圖三、變壓吸附附1.工作原理↑P↓T有利吸附↓P↑T有利解吸吸附量與組分分分壓關(guān)系曲曲線2.變壓吸附的工工業(yè)流程(1)二塔流程雙塔變壓吸附附流程改進(jìn)雙塔變壓吸附流程(2)四塔流程四塔變壓吸附流程是是工業(yè)上常用用的流程①吸附階段②均壓階段③并流降壓階段段④逆流降壓階段段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四、其他吸附分離方法連續(xù)流化床吸附工工藝流程圖蜂窩轉(zhuǎn)輪吸附流程程(3)回轉(zhuǎn)床吸附回轉(zhuǎn)床吸附器1-過(guò)濾器；2-冷卻器；3-風(fēng)機(jī)；4-電動(dòng)機(jī)；5-吸附轉(zhuǎn)筒；6-外殼；7-轉(zhuǎn)筒電機(jī)；8-減速傳動(dòng)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(4)參數(shù)泵參數(shù)泵工作原理示示意圖5．?dāng)嚢璨劢佑|吸附附攪拌槽接觸吸附操操作第四節(jié)吸附分離在環(huán)保工工業(yè)中的應(yīng)用一、用于氣態(tài)污染染物的控制(1)煙氣中的SO2的凈化移動(dòng)床吸附SO2工藝流程(2)硝酸尾氣的凈化絲光沸石吸附NOx工藝流程1-風(fēng)機(jī)；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(3)含氟廢氣的凈化輸送床凈化含氟廢廢氣工藝流程1-電解槽；2-集氣罩；3-排氣管；4-反應(yīng)管；5-料倉(cāng)；6-給料器；7-加料管；8-袋濾器；9-風(fēng)機(jī)；10-煙囪(4)清除和回收揮發(fā)性性有機(jī)化合物揮發(fā)性有機(jī)物對(duì)環(huán)環(huán)境的影響：①大多數(shù)有毒、有惡臭，一一部分有致癌性；；②在陽(yáng)光照射下,生成光化學(xué)煙霧；；③鹵代烴類(lèi)可破壞壞臭氧層。(5)含汞及含汞化合物物蒸氣的凈化(6)惡臭及其他有毒有有害物質(zhì)脫除(7)核廢氣和其他放射射性廢氣