吸附分離技術(shù)

1、吸附分離技術(shù)吸附分離技術(shù)小組成員：小組成員： 吳伊威吳伊威 劉劉 海海 田田 野野內(nèi)容內(nèi)容 概述概述 吸附平衡吸附平衡 吸附機(jī)理和吸附速率吸附機(jī)理和吸附速率 吸附設(shè)備吸附設(shè)備 20世紀(jì)70年代以來(lái)，吸附分離技術(shù)作為一種低能耗的固相萃取分離技術(shù)，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中得到廣泛關(guān)注。他是利用具有較強(qiáng)吸附能力的多空固體吸附劑，選擇性的將一種或一類物質(zhì)吸附在固體表面，從而實(shí)現(xiàn)流體混合物中不同組分的分離。吸附過(guò)程實(shí)質(zhì)上是通過(guò)相界面上的吸附作用以達(dá)到一種或數(shù)種組分在固相吸附劑上的富集濃縮。 吸附操作在化工、輕工、煉油、冶金和環(huán)保等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。如氣體中水分的脫除，溶劑的回收，水溶液或有機(jī)溶液的脫色、脫臭

2、，有機(jī)烷烴的分離，芳烴的精制等吸附定義吸附定義 固體物質(zhì)表面對(duì)氣體或液體分子的吸著現(xiàn)象稱為吸附。其中被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)，固體物質(zhì)稱為吸附劑。吸附劑吸附質(zhì)溶劑/水相互作用相互作用相互作用如：溶解吸附分類吸附分類根據(jù)吸附質(zhì)和吸附劑之間吸附力的不同，吸附操作分為以下兩種：物理吸附 （范德華引力、偶極-偶極作用、氫鍵）化學(xué)吸附 （通過(guò)形成化學(xué)鍵的吸附 離子鍵、配位鍵、易斷裂的共價(jià)鍵）吸附的再生及方法吸附的再生及方法吸附劑的再生，即吸附劑脫附，對(duì)吸附過(guò)程是非常重要的。方法： 提高溫度 降低吸附質(zhì)在氣相中的分壓吸附分離過(guò)程的分類1 變溫吸附 在一定壓力下吸附的自由能變化G有如下關(guān)系: GHTS 2 變

3、壓吸附 對(duì)一定的吸附劑而言，壓力變化愈大，吸附質(zhì)脫除 得越多。3 溶劑置換 在恒溫恒壓下，已吸附飽和的吸附劑可用溶劑將床層中已吸附的吸附質(zhì)沖洗出來(lái)，同時(shí)使吸附劑解吸再生。常用的溶劑有水、有機(jī)溶劑等各種極性或非極性物質(zhì)。 吸附分離過(guò)程的適用范圍 吸附分離是利用混合物中各組分與吸附劑間結(jié)合力強(qiáng)弱的差別，即各組分在固相（吸附劑）與流體間分配不同的性質(zhì)使混合物中難吸附與易吸附組分分離。適宜的吸附劑對(duì)各組分的吸附可以有很高的選擇性，故特別適用于用精餾等方法難以分離的混合物的分離，以及氣體與液體中微量雜質(zhì)的去除。此外，吸附操作條件比較容易實(shí)現(xiàn)。常用吸附劑吸附劑吸附劑活性炭分子篩活性氧化鋁硅膠吸附劑的選擇原

4、則 具有較大的平衡吸附量。一般比表面積大的吸附 劑，其吸附能力強(qiáng)； 具有良好的吸附選擇性； 容易解吸，即平衡吸附量與溫度或壓力具有較敏 感的關(guān)系； 有一定的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，性能穩(wěn)定，較低的 床層壓降，價(jià)格便宜 等。第二節(jié)第二節(jié) 吸附平衡吸附平衡吸附平衡：在一定溫度和壓力下，當(dāng)流體(氣體或液體)與固體吸附劑經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間充分接觸后，吸附質(zhì)在流體相和固體相中的濃度達(dá)到平衡狀態(tài)，稱為吸附平衡。吸附過(guò)程的方向和極限：吸附平衡關(guān)系決定了吸附過(guò)程的方向和極限，是吸附過(guò)程的基本依據(jù)。若流體中吸附質(zhì)濃度高于平衡濃度，則吸附質(zhì)將被吸附，若流體中吸附質(zhì)濃度低于平衡濃度，則吸附質(zhì)將被解吸，最終達(dá)吸附平衡，過(guò)程停止。吸附

5、等溫線吸附等溫線 通常用等溫下單位質(zhì)量吸附劑的吸附容量q與流體相中吸附質(zhì)的分壓p(或濃度C)間的關(guān)系 表示，稱為吸附等溫線。 吸附劑和吸附質(zhì)分子間作用力的不同，形成了不同形狀的吸附等溫線。經(jīng)驗(yàn)方程經(jīng)驗(yàn)方程 吸附作用是固體表面力作用的結(jié)果，但這種表面力的性質(zhì)至今未被充分了解。尚未得到一個(gè)通用的半經(jīng)驗(yàn)方程，有以下幾種經(jīng)驗(yàn)方程： Langmuir方程 BET方程(Brunauer、Emmett、Teller) Freundlich方程將重點(diǎn)介紹Langmuir方程朗格繆爾吸附模型假定條件u 吸附是單分子層的，即一個(gè)吸附位置只 吸附一個(gè)分子；u 被吸附分子之間沒(méi)有相互作用力；u 吸附劑表面是均勻的。

6、上述假定條件下的吸附稱為理想吸附。LANGMUIR方程的推導(dǎo)過(guò)程：吸附速率與吸附質(zhì)氣體分壓和吸附劑表面上吸附位置數(shù)成正比。若用“吸附劑表面上已被吸附的位置的分率”表示，則吸附速率為： kp(1-)脫附速率與已被吸附的位置數(shù)也成正比，即脫附速率為： k吸附平衡時(shí)，吸附速率與脫附速率相等： 令： 則上式變?yōu)椋?若以q 表示氣體分壓為 下的吸附量，qm 表示所有的吸附位置被占滿時(shí)的飽和吸附量，則： ，上式經(jīng)整理可得： 上式即為朗格繆爾吸附等溫線方程。式中 qm吸附劑的的最大吸附量； q 實(shí)際吸附量， p 吸附質(zhì)在氣體混合物中的分壓； k1 朗格繆爾常數(shù)。L LANGMUIRANGMUIR方程的應(yīng)用方

7、程的應(yīng)用計(jì)算吸附劑的比表面積Langmuir方程可以寫成以下形式：以 為縱坐標(biāo)，p為橫坐標(biāo)作圖，可得一直線，從該直線斜率 可以求出形成單分子層的吸附量，進(jìn)而可計(jì)算吸附劑的比表面積。朗格繆爾方程適用范圍：僅適用于I型等溫線，如用活性炭吸附N2 ，Ar，CH4等氣體。 吸附機(jī)理和吸附速率吸附機(jī)理和吸附速率吸附機(jī)理吸附質(zhì)被吸附劑吸附的過(guò)程可分為三步：u外擴(kuò)散u內(nèi)擴(kuò)散u吸附對(duì)于物理吸附，第三步通常是瞬間完成的所以吸附過(guò)程的速率通常由前二步?jīng)Q定。據(jù)內(nèi)、外擴(kuò)散速率的相對(duì)大小分為：外擴(kuò)散控制、內(nèi)擴(kuò)散控制和內(nèi)外擴(kuò)散聯(lián)合控制三種吸附速率吸附速率定義定義：吸附質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)被吸附的量稱為吸附速率吸附的傳質(zhì)速率方程

8、吸附的傳質(zhì)速率方程 對(duì)于某一瞬間，按擬穩(wěn)態(tài)處理，吸附速率可分別用外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散或總傳質(zhì)速率方程表示。1)、外擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程： 吸附質(zhì)從流體主體擴(kuò)散到固體吸附劑外表面的傳質(zhì)速率方程為： kF與流體物性，顆粒幾何形狀，兩相接觸的流動(dòng)狀況以及溫度、壓力等操作條件有關(guān)2)、內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程： 把內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程簡(jiǎn)單地處理成從外表面向顆粒內(nèi)的傳質(zhì)過(guò)程，內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)速率方程為 :ks與吸附劑的微孔結(jié)構(gòu)性質(zhì)、吸附質(zhì)的物性以及吸附過(guò)程持續(xù)時(shí)間等多種因素有關(guān)。 值由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。3)、總傳質(zhì)速率方程： 由于吸附劑外表面處的濃度 與 無(wú)法測(cè)定，因此通常按擬穩(wěn)態(tài)處理，將吸附速率用總傳質(zhì)方程表示為:對(duì)于穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過(guò)程，存在：如

9、果在操作的濃度范圍內(nèi)吸附平衡為直線，即：得由以上兩式整理： ( a) , (b) (b) 表示吸附過(guò)程的總傳質(zhì)阻力為外擴(kuò)散阻力與內(nèi)擴(kuò)散阻力之和。若內(nèi)擴(kuò)散很快，過(guò)程為外擴(kuò)散控制，qi 接近 q，則 KF=kF。若外擴(kuò)散很快，過(guò)程為內(nèi)擴(kuò)散控制， C接近于Ci ,則 Ks ks。 第四節(jié)第四節(jié) 吸附吸附設(shè)備設(shè)備立式固定床吸附器立式固定床吸附器臥式固定床吸附器臥式固定床吸附器環(huán)式固定床吸附器環(huán)式固定床吸附器 移動(dòng)床吸附器移動(dòng)床吸附器 流化床吸附器流化床吸附器 適合于小氣量濃度高的情況 適合處理氣量大、濃度低的氣體 阻力小，處理能力大，用以凈化有機(jī)蒸氣 （一）類型（一）類型立式固定床吸附器立式固定床吸附

10、器1礫石；2卸料孔；3，6網(wǎng)；4裝料孔；5廢氣及空氣入口；7脫附氣排出；8安全閥接管；9頂蓋；10重物；11剛性環(huán)；12外殼；13吸附劑；14支撐環(huán)；15柵板；16凈氣出口；17粱；18視鏡；19冷凝排放及供水；20擴(kuò)散器；21吸附器底；22梁支架；23擴(kuò)散器水蒸氣接管臥式固定床吸附器臥式固定床吸附器1殼體；2供水；3人孔；4安全閥接管；5擋板；6蒸汽進(jìn)口；7凈化氣體出口；8裝料口；9吸附劑；10卸料口；11礫石層；12支腳：13填料底座；14支架；15蒸汽及熱空氣出入口環(huán)式吸附器環(huán)式吸附器1支腳；2廢氣及冷熱空氣入口；3吸附劑筒底支座；4殼體；5，6多孔外筒和內(nèi)筒；7頂蓋；8視孔；9裝料口；

11、10補(bǔ)償料斗；11安全閥接管；12吸附劑；13吸附劑筒底座；14卸料口；15器底；16凈化器出口及脫附水蒸氣入口；17脫附時(shí)排氣口 帶再生的多層流化床吸附裝置帶再生的多層流化床吸附裝置 1脫附器；2吸附器；3分配板；4料斗；5空氣提升機(jī)構(gòu)；6冷卻器（二）固定床吸附系統(tǒng)（二）固定床吸附系統(tǒng) 固定床的應(yīng)用較多見。固定床的應(yīng)用較多見。如果只需短期處理氣流，那么通常只需一個(gè)吸附裝如果只需短期處理氣流，那么通常只需一個(gè)吸附裝置。置。要求待處理氣體連續(xù)流動(dòng)，必須采用能按這種方式要求待處理氣體連續(xù)流動(dòng)，必須采用能按這種方式操作的一個(gè)或多個(gè)裝置組成以一定的順序進(jìn)行吸附操作的一個(gè)或多個(gè)裝置組成以一定的順序進(jìn)行吸附操作和再生操作，