分离过程-吸附...ppt

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1、一、吸附现象及吸附分离一、吸附现象及吸附分离二、吸附的应用二、吸附的应用三、吸附过程的特点三、吸附过程的特点四、分类比较四、分类比较五、吸附剂五、吸附剂六、吸附剂的再生六、吸附剂的再生第五章第五章吸附过程吸附过程概述及吸附平衡概述及吸附平衡FLGC5.1 概述概述吸吸附附:当当气气体体或或液液体体与与某某些些固固体体接接触触时时，气气体体或或液液体体的的分分子子会会积积聚聚在在固固体体表表面面上上，这这种种现现象象称称之之为为吸吸附附。它它可可以以被被认认为为是是某某些些固固体体能能将将某某些些物物质质从从气气体体混混合合物物(或或溶溶液液)中中凝凝聚聚到到其其表面上的一种物理化学现象。表面上

2、的一种物理化学现象。与吸收与吸收不不同，吸收同，吸收时时，液相中物，液相中物质质分子是均匀分散的。分子是均匀分散的。而吸附是流体分子富集在固体表面上，形成一吸附而吸附是流体分子富集在固体表面上，形成一吸附层层(或称或称吸附膜吸附膜)，而没有向固体内部渗透。由于，而没有向固体内部渗透。由于吸附是一种固体表吸附是一种固体表面现象面现象，所以只有那些具有较大内表面的多孔性固体才具有，所以只有那些具有较大内表面的多孔性固体才具有吸附能力。吸附过程是由流体吸附能力。吸附过程是由流体(气体或液体气体或液体)与固体构成一个与固体构成一个体系，体系，是非均相过程是非均相过程。5.1.1 吸附现象及吸附分离吸附

3、现象及吸附分离 FLGC 流流体体分分子子从从流流体体相相被被吸吸附附到到固固体体表表面面，其其分分子子的的自自由由焓焓降降低低，与与未未吸吸附附前前相相比比，其其分分子子的的熵熵也也降降低低了了。按按照照热热力力学学定定律律，自自由由焓焓变变化化(G G)、焓焓变变化化(H H)及及熵熵变变化化(S S)关关系系如下如下:G G=H H-T TS S 上上式式中中G G、S S均均为为负负值值。故故H H肯肯定定为为负负值值。因因此此，吸附吸附过过程必然是个程必然是个放放热过热过程程。所放出的所放出的热热，称，称为该为该物物质质在此固体表面上的吸附在此固体表面上的吸附热热。原因：原因：多孔性

4、固体表面的分子或原子因受力不均而具有剩余多孔性固体表面的分子或原子因受力不均而具有剩余的表面能，当流体中的某些物质碰撞固体表面时，受到这些的表面能，当流体中的某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的作用就会停留在固体表面上。不平衡力的作用就会停留在固体表面上。FLGC5.1.2 吸附的应用吸附的应用1 1、气体的分离：用于气体的干燥、脱臭和去除杂质成分、气体的分离：用于气体的干燥、脱臭和去除杂质成分 以及烃类气体的分离。以及烃类气体的分离。2 2、液体的分离：可用于油品的脱水、脱色、脱味和去除、液体的分离：可用于油品的脱水、脱色、脱味和去除 杂质以及烷烃与芳烃的分离等。杂质以及烷烃与芳烃的分

5、离等。邻二甲苯邻二甲苯 144.41间二甲苯间二甲苯 139.10对二甲苯对二甲苯 138.35乙乙 苯苯 136.19100-150块块800块块300-350块块 由于某些固体具有吸附能力，所以在化工中可用来实由于某些固体具有吸附能力，所以在化工中可用来实现气体或液体的分离。现气体或液体的分离。FLGC5.1.3 吸附过程的特点吸附过程的特点优点：优点：1、选择性高、选择性高。2、吸附速度快，过程进行完全。、吸附速度快，过程进行完全。3、常压、常温下进行。操作费用少。、常压、常温下进行。操作费用少。缺点：缺点：1、吸附量少、消耗吸附剂、设备庞大。、吸附量少、消耗吸附剂、设备庞大。2、吸附剂

6、的运输、装料、卸料较困难。、吸附剂的运输、装料、卸料较困难。3、吸附剂不易找到，吸附理论不完善。、吸附剂不易找到，吸附理论不完善。FLGC 根据吸附剂表面与被吸附物之间作用力的不同，吸附根据吸附剂表面与被吸附物之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附与化学吸附。可分为物理吸附与化学吸附。物物理理吸吸附附是是被被吸吸附附的的流流体体分分子子与与固固体体表表面面分分子子间间的的作作用用力力为为分分子子间间吸吸引引力力，即即所所谓谓的的范范德德华华力力(Van der waals)。因因此此，物物理理吸吸附附又又称称范范德德华华吸吸附附，它它是是一一种种可可逆过程。逆过程。化化学学吸吸附附是是固固体体表

7、表面面与与被被吸吸附附物物间间的的化化学学键键力力起起作作用用的的结结果果。这这类类型型的的吸吸附附需需要要一一定定的的活活化化能能，故故又又称称“活活化化吸吸附附”。这这种种化化学学键键亲亲和和力力的的大大小小可可以以差差别别很很大大，但但它大大超过物理吸附的范德华力。它大大超过物理吸附的范德华力。5.1.4 分类比较分类比较FLGC特点特点物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附1、作用力作用力范德华力化学键力2、热效应热效应与液化热相近,小化学吸附热与化学反应热相近，大3、选择性选择性选择性不强选择性强4、吸附形式吸附形式P 多层P 单层单层5、吸附速度吸附速度快慢6、温度要求温度要求低温高温7

8、、可逆性、可逆性可逆不可逆物理吸附和化学吸附的比较物理吸附和化学吸附的比较FLGC可以由这些特性判断吸附类型可以由这些特性判断吸附类型5.1.5 吸附剂（制造困难，理论缺乏）吸附剂（制造困难，理论缺乏）怎样选择：怎样选择：1、选择性高（如分子筛）（、选择性高（如分子筛）（1）孔道（）孔道（2）极性）极性 2、比表面积大、表面活性好。、比表面积大、表面活性好。如：活性炭如：活性炭 1000平方米平方米/克克 x型分子筛型分子筛 1030平方米平方米/克克 3、有一定的机械强度和物理特性、有一定的机械强度和物理特性 4、有良好的化学稳定性、热稳定性、有良好的化学稳定性、热稳定性FLGC5.1.6

9、吸附剂的再生吸附剂的再生 当当吸吸附附进进行行一一定定时时间间后后，吸吸附附剂剂的的表表面面就就会会被被吸吸附附物物所所覆覆盖盖，使使吸吸附附能能力力急急剧剧下下降降，此此时时就就需需将将被被吸吸附附物物脱脱附附，使使吸吸附附剂剂得得到到再再生生。通通常常工工业业上上采采用用的的再再生生方方法法有有下下列列几种：几种：（1）降低压力）降低压力（2）升高温度）升高温度（3）通气吹扫）通气吹扫（4）置换脱附）置换脱附FLGC5.2 吸附理论吸附理论5.2.1 吸附平衡吸附平衡吸吸附附平平衡衡是是指指在在一一定定温温度度和和压压力力下下，气气固固或或液液固固两两相相充充分分接接触触，最最后后吸吸附附

10、质质在在两两相相中中达达到到动动态态平平衡衡；也也可可以以是是含含有有一一定定量量的的吸吸附附质质的的惰惰性性流流体体通通过过吸吸附附剂剂固固定定床床层层，吸吸附附质质流流动动相相和固定相中反复分配，最后在动态下达到稳定的动态平衡。和固定相中反复分配，最后在动态下达到稳定的动态平衡。单组分气相在固体上的吸附平衡单组分气相在固体上的吸附平衡 实实验验表表明明，当当流流体体为为气气相相时时，对对于于一一个个给给定定的的物物系系（即即一一定定的的吸吸附附剂剂和和一一定定的的吸吸附附质质），达达到到吸吸附附平平衡衡时时，吸吸附附量量与与温温度度及及压压力力有有关关，可表示为可表示为V=f（T，p）当当

11、T为为常常数数，V=f（p）,它它表表明明了了平平衡衡吸吸附附量量与与压压力力之之间间的的关关系系，反反映映这这一一关关系系的的曲曲线线称称为为吸吸附附等等温温线线。下下面面是是Brunauer等等研研究究的的单单组组分分气气体的五类物理吸附等温线。体的五类物理吸附等温线。FLGC五种类型的物理吸附等温线五种类型的物理吸附等温线 I为为-193 下下N在活性炭上吸附；在活性炭上吸附；II为为-195 下下N2在硅胶上吸附；在硅胶上吸附；III为为78 下溴下溴在硅胶上吸附；在硅胶上吸附；IV为为50 下苯在下苯在FeO上吸附；上吸附；V为为100 下水蒸气在活性炭上吸附。下水蒸气在活性炭上吸附

12、。I类类 吸吸附附出出现现饱饱和和值值。这这种种吸吸附附相相当当于于在在吸吸附附剂剂表表面面上上形形成成单单分分子子层层吸吸附附，接接近近Langmuir型型吸吸附附等等温温线线。常常适适用用于处理临界温度以上的气体。于处理临界温度以上的气体。II类类 其其特特点点是是不不出出现现饱饱和和值值，随随对对比比压压力力增增加加，平平衡衡吸吸附附量量急急剧剧上上升升，曲曲线线上上凸凸，属属于于多多分分子子层层物物理理吸吸附附。气气体体的的温温度度低低于于临临界界温温度度，压压力力也也较较低低，接近于饱和蒸汽压。接近于饱和蒸汽压。III类类 曲曲线线下下凹凹，属属于于多多分分子子层层物物理理吸吸附附。

13、在在压压力力较较低低时时，吸吸附附量量低低，随随着着相相对对压压力力的的提提高高，吸吸附附量量才才增增大大。吸吸附附气气体体量随组分分压增加而上升。量随组分分压增加而上升。IV类类 能能形形成成有有限限的的多多层层吸吸附附。开开始始吸吸附附量量随随着着气气体体中中组组分分分分压压的的增增加加迅迅速速增增大大，曲曲线线凸凸起起，吸吸附附剂剂表表面面形形成成易易于于移移动动的的单单分分子子层层吸吸附附；而而后后一一段段凸凸起起的的曲曲线线表表示示由由于于吸吸附附剂剂表表面面建建立立了了类类似似液液膜膜层层的的多多层层分分子子吸吸附附；两两线线段段间间的的突突变变，说说明明有有毛毛细孔的凝结现象。细

14、孔的凝结现象。V类类 曲曲线线一一开开始始就就下下凹凹，吸吸附附质质较较难难被被吸吸附附，吸吸附附量量随随气气体体中中组组分分浓浓度度增增加加而而缓缓慢慢上上升升，当当接接近近饱饱和和压压力力时时，曲曲线线趋趋于于饱饱和和，形形成成多多层层吸吸附，有滞后效应。附，有滞后效应。IV类类、V类类 分分别别为为 II类类、III 类类的的等等温温吸吸附的毛细管冷凝型。附的毛细管冷凝型。5.2 吸附理论吸附理论5.2.1 吸附平衡吸附平衡一、一、单组分的吸附平衡单组分的吸附平衡1、郎格谬尔等温线方程、郎格谬尔等温线方程 假设假设：（1）固体表面是均匀的）固体表面是均匀的 （2）吸附是单分子层的）吸附是

15、单分子层的 （3）吸附分子间无相互作用力）吸附分子间无相互作用力 （4）吸附平衡是动态平衡）吸附平衡是动态平衡 气体分子（空间）固体吸附剂表面吸附解吸固体表面被吸附分子遮盖的分数p v ，vFLGC平衡时：平衡时：以以 V Vm m 表示表面覆盖满时表示表面覆盖满时(=1)(=1)的吸附量，的吸附量，V V表示在气体表示在气体压力为压力为 p p 时的吸附量，则表面覆盖分数为：时的吸附量，则表面覆盖分数为：所以：所以：FLGC 在在低低压压时时，bpbp项项比比1 1小小得得多多，即即1+bp1,1+bp1,因因VmVm、b b均均为为常常数数，所所以以吸吸附附量量V V与与p p成成正正比比

16、。在在高高压压时时，bpbp项项比比1 1大大得得多多，因因此此分分母母中中1+bpbp,1+bpbp,使使VVmVVm，所所以以增增加加压压力力，吸吸附附量量基基本本不不变变，表表明明吸吸附附剂剂表表面面已已被被单单分分子子层层的的吸吸附附质质所所覆覆盖盖，不不再再有有吸吸附附能能力力了了。至至于于中中压压范范围围，仍仍保保持持曲曲线线形形式式。因因此上页图中的第此上页图中的第种类型曲线也称朗格谬尔型吸附等温线。种类型曲线也称朗格谬尔型吸附等温线。讨论：讨论：FLGC2、BET方程方程假设假设：（1）固体表面是均匀的）固体表面是均匀的 （2）可以有多层分子吸附）可以有多层分子吸附 （3）吸附

17、分子间无相互作用力）吸附分子间无相互作用力 （4）第一层为物理吸附）第一层为物理吸附，第二层以上的为相变的，第二层以上的为相变的观点，认为在物理吸附中，固体和气体间的吸附是依靠分观点，认为在物理吸附中，固体和气体间的吸附是依靠分子间的引力发生的，已被吸附的分子仍有吸附能力，所以子间的引力发生的，已被吸附的分子仍有吸附能力，所以应是多分子层吸附。应是多分子层吸附。由此可导出由此可导出BETBET二常数的吸附等温线方程式如下：二常数的吸附等温线方程式如下：FLGCp p 平衡压力；平衡压力；V V 在在 p p 压力下的吸附量；压力下的吸附量；C C 与吸附热有关的常数；与吸附热有关的常数；V V

18、m m 第一层全部覆盖满时所吸附的量；第一层全部覆盖满时所吸附的量；p p0 0 实验温度下的饱和蒸气压。实验温度下的饱和蒸气压。上上式式是是在在假假定定固固体体表表面面为为均均匀匀的的，吸吸附附层层数数可可以以是是无无穷穷多多的的情情况况下下推推得得的的。但但吸吸附附剂剂是是属属多多孔孔性性固固体体，吸吸附附的的层层数数有有一一定定的的限限制制，当当假假设设吸吸附附层层数数为为n n层层时时，则则可可得得三三常数常数BETBET方程，如下所示方程，如下所示:FLGC 当当单单分分子子层层吸吸附附时时n=1n=1，上上式式可可简简化化为为朗朗格格谬谬尔尔方方程程式式；当当n=n=时时，即即吸吸

19、附附层层数数是是无无限限的的，则则即即为为上上式式。显显然然BETBET方方程程比比朗朗格格谬谬尔尔方方程程适适用用范范围围更更宽宽些些，把把吸吸附附理理论论向向前前发发展展了了一一步步。一一般般认认为为二二常常数数方方程程适适用用于于相相对对压压力力(p/p0)(p/p0)约约为为0.050.050.350.35之之间间。BETBET方方程程可可适适用用于于五五种种类类型型等等温温线线中中的的、种种，但但仍仍不不能能适适用用于于和和类类型型。该该理理论论的的不不足足之之处处是是没没有有考考虑虑表表面面的的不不均均匀匀性性，同同一一层层上上吸吸附附分分子子之之间间的的相相互互作作用用力力，以以

20、及及压压力力很很高高时时多多孔孔性性吸吸附附剂剂因因吸吸附附多多分分子子层层而而使使孔孔径径变细后可能发生的毛细管凝聚作用等因素变细后可能发生的毛细管凝聚作用等因素。FLGC3、毛细管现象、毛细管现象 毛毛细细管管凝凝结结现现象象是是指指被被吸吸附附的的蒸蒸气气在在多多孔孔性性的的吸吸附附剂剂孔孔隙隙中中凝凝结结为为液液体体的的现现象象。开开尔尔文文(Kelvin)对对微微小小液液滴滴的的饱饱和和蒸气压研究得出蒸气压研究得出:式式中中:p0:p0平平面面的的饱饱和和蒸蒸气气压压；PrPr液液滴滴上上方方的的饱饱和和蒸蒸气气压压;r;r液液滴滴的的半半径径；液液体体的的密密度度;M液液体体的的相

21、相对对分分子子质质量量；液液体体的的表表面面张张力力；T绝绝对对温度。温度。FLGC 上上式式表表明明，液液体体的的饱饱和和蒸蒸气气压压与与其其液液面面的的曲曲率率半半径径(r)(r)有有关关，微微小小液液滴滴的的曲曲率率半半径径为为正正值值，故故其其饱饱和和蒸蒸气气压压PrPr恒恒大大于于平平面面液液体体的的饱饱和和蒸蒸气气压压p0p0。如如果果液液体体能能在在固固体体毛毛细细管管的的表表面面上上很很好好润润湿湿，则则毛毛细细管管内内液液面面应应是是凹凹面面，故故与与液液滴滴相相反反，这这种种液液面面的的曲曲率率半半径径应应为为负负值值。因因此此，在在毛毛细细管管内内液液体体的的饱饱和和蒸蒸

22、气气压压PrPr将将恒恒低低于于平平面面液液体体的的饱饱和和蒸蒸气气压压p0p0，所所以以对对平平面面液液体体尚尚未未达达到到饱饱和和的的蒸蒸气气，而而对对毛毛细细管管内内呈呈凹凹面面的的液液体体可可能能已已达达到到饱饱和和。对对于于给给定定的的蒸蒸气气压压P P1 1，可可从从上上式式算算出出使使蒸蒸气气开开始始凝凝结结的的毛毛细细管管半半径径r r1 1。显显然然，凡凡是是半半径径小小于于r r1 1 的的微微孔孔，此此时时蒸蒸气气都都可可在在其其中中凝凝结结。当当蒸蒸气气压压逐逐渐渐增增加加，较较大大的的微微孔孔也也将将先先后后被被填填满满，吸吸附附量量将将随随压压力力增增加加而而迅迅速

23、速增增加加，这这就就是是类类型型的的曲线在曲线在p/p0p/p0达达0.40.4以上时曲线向上弯曲的原因。以上时曲线向上弯曲的原因。当当毛毛细细管管半半径径大大于于cmcm时时，其其蒸蒸气气压压与与平平面面蒸蒸气气压压差差别别很很小小，这这样样的的毛毛细细管管中中不不会会出出现现毛毛细细管管凝凝结结现现象象。而而当当毛毛细细管管的的直直径径与与分分子子大大小小相相近近时时，同同样样也也不不会会有有毛毛细细管管凝凝结结现现象象。因因为为此此时时将将不不会会形形成成弯弯曲曲的的液液面面。FLGC4、吸附滞留现象、吸附滞留现象图图I 氨在木炭上的吸附等温线氨在木炭上的吸附等温线 五五种种吸吸附附等等

24、温温线线中中，不不管管何何种种类类型型的的吸吸附附，都都是是随随压压力力的的升升高高吸吸附附量量增增大大，随随温温度度的的增增加加吸吸附附量量降降低低，图图I I示示为为氨氨在在炭炭上上的的吸吸附附等等温温线线。所所讨讨论论的的吸吸附附等等温温线线都都是是完完全全可可逆逆的的，即即吸吸附附等等温温线线上上任任一一点点所所代代表表的的平平衡衡状状态态，既既可可以以由由新新鲜鲜吸吸附附剂剂进进行行吸吸附附时时达达到到(即即从从吸吸附附等等温温线线的的低低端端向向上上)，也也可可以以从从已已吸吸附附了了吸吸附附质质的的吸吸附附剂剂脱脱附附达达到到(即即从从等等温温线线的的高高端端向向下下)。但但有有

25、时时候候，在在某某一一段段等等温温线线上上，由由吸吸附附所所达达到到的的某某一一平平衡衡点点，与与由由脱脱附附达达到到该该点点时不是同一个平衡状态。时不是同一个平衡状态。FLGC图图II 吸附滞留现象吸附滞留现象 如如图图IIII所所示示。即即在在脱脱附附过过程程中中，欲欲使使吸吸附附剂剂达达到到与与吸吸附附时时同同样样的的吸吸附附量量，需需更更低低的的平平衡衡压压力力。这这种种现现象象称称之为之为“吸附滞留现象吸附滞留现象”。这这种种现现象象可可能能是是由由于于固固体体吸吸附附的的毛毛细细管管或或孔孔穴穴的的开开口口形形状状和和吸吸附附质质湿湿润润在在固固体体吸吸附附剂剂上上的的复复杂杂现现

26、象象所所造造成成。在在任任何何情情况况下下，如如果果产产生生滞滞留留现现象象，则则对对应应于于同同一一吸吸附附量量，其其吸吸附附的的平平衡衡压压力力一一定定比脱附的平衡压力高。比脱附的平衡压力高。FLGC5.2.1吸附平衡吸附平衡5.2.1.1单组分气体的吸附单组分气体的吸附5.2.1.2双组分气体的吸附双组分气体的吸附 1.只有一个组分显著的被吸附只有一个组分显著的被吸附 2.两组分都被吸附两组分都被吸附5.2.1.3液固吸附平衡液固吸附平衡5.2.2吸附速率吸附速率第五章第五章吸附过程吸附过程吸附理论吸附理论FLGC二、二、双组分气体的吸附双组分气体的吸附1、只有一个组分显著的被吸附、只有

27、一个组分显著的被吸附例：丙酮（易吸附组分）例：丙酮（易吸附组分）+甲烷（难吸附组分）甲烷（难吸附组分）+活性炭活性炭 平衡压力：取混合物中易吸附组分的蒸汽分压平衡压力：取混合物中易吸附组分的蒸汽分压，此时可以，此时可以采用纯蒸汽的吸附等温线。采用纯蒸汽的吸附等温线。5.2 吸附理论吸附理论5.2.1 吸附平衡吸附平衡FLGC2、两组分都被吸附，被吸附的程度相差不大、两组分都被吸附，被吸附的程度相差不大 （1）三角相图）三角相图(重量分率重量分率)例：氧和氮在活性炭上吸附例：氧和氮在活性炭上吸附 如下图示如下图示(恒温恒压条件下恒温恒压条件下)：AB边代表气相边代表气相AC边代表氧和吸附剂共存边

28、代表氧和吸附剂共存BC边代表氮和吸附剂共存边代表氮和吸附剂共存H点和点和G点代表单一气相吸附量点代表单一气相吸附量R表示吸附达到平衡时的气相组成表示吸附达到平衡时的气相组成E表示与表示与R成平衡的吸附相的三个组分的浓度成平衡的吸附相的三个组分的浓度HG曲线代表吸附相组成，曲线代表吸附相组成，RE为线系为线系FLGC讨论：讨论：（1）若）若RE线延长不过线延长不过C点点易分离易分离分离因子：分离因子：（2）若）若RE线延长过线延长过C点，则不能分离两个组分。点，则不能分离两个组分。（3）若吸附量较少时，可采用无吸附剂来表示组成，见下页图。）若吸附量较少时，可采用无吸附剂来表示组成，见下页图。FL

29、GC为了方便为了方便:将三角相图改为直角坐标图将三角相图改为直角坐标图横坐标横坐标=A/A+B，以无吸附剂基表示，以无吸附剂基表示纵坐标纵坐标=C/A+B，每吸附一公斤吸附质需吸附，每吸附一公斤吸附质需吸附剂的公斤数剂的公斤数AB代表气相代表气相HG曲线代表吸附相组成曲线代表吸附相组成R表示吸附达到平衡时的气相组成表示吸附达到平衡时的气相组成E表示与表示与R成平衡的吸附相的三个组分的浓度成平衡的吸附相的三个组分的浓度由图看出：由图看出：硅胶优先吸附乙炔硅胶优先吸附乙炔 活性炭优先吸附乙烯活性炭优先吸附乙烯结论：相同的吸附质用不结论：相同的吸附质用不同的吸附剂吸附情况不同同的吸附剂吸附情况不同F

30、LGC（3）压力对吸附的影响：）压力对吸附的影响：压压力力升升高高,增增加加吸吸附附剂剂上上吸吸附附质质的的量量压压力力升升高高,分分离离因因子子（相相对对吸吸附附度度）减减小小FLGC（4）双组分气体吸附等温方程：）双组分气体吸附等温方程：FLGC三、三、液固吸附平衡液固吸附平衡液固吸附与气固吸附的区别：液固吸附与气固吸附的区别：（1）溶液吸附比气体吸附复杂）溶液吸附比气体吸附复杂 （2）溶液吸附速度的影响因素多）溶液吸附速度的影响因素多 如：黏度如：黏度 分子大小分子大小 扩散速度快慢扩散速度快慢 固体孔径大小等固体孔径大小等FLGC三、三、液固吸附平衡液固吸附平衡1、稀溶液中溶质的吸附、

31、稀溶液中溶质的吸附 当当吸吸附附剂剂与与二二元元溶溶液液混混合合时时，溶溶质质与与溶溶剂剂二二者者都都同同时时被被吸吸附附。由由于于真真正正的的吸吸附附量量不不能能测测定定，常常以以溶溶质质的的相相对对吸吸附附量量或或表表观观吸吸附附量量a a来表示。来表示。其其定定义义为为：将将重重量量为为 m m 的的吸吸附附剂剂放放入入体体积积为为 V V 的的溶溶液液中中，溶溶液液原原始始的的浓浓度度 C0 0，吸吸附附达达到到平平衡衡后后溶溶液液的的浓浓度度为为 C*，则则表表观吸附量为：观吸附量为：kg吸附质吸附质/kg吸附吸附剂剂 此此种种计计算算是是假假定定溶溶剂剂未未被被吸吸附附，即即忽忽略

32、略了了溶溶液液体体积积的的变变化化，所所以所得结果只是相对或相近的吸附量。以所得结果只是相对或相近的吸附量。适用范围：适用范围：1 1）稀溶液；）稀溶液；2 2）溶剂被吸附的分数很小。）溶剂被吸附的分数很小。（1 1）表观吸附量）表观吸附量 FLGC 稀稀溶溶液液的的吸吸附附等等温温线线，在在浓浓度度范范围围较较小小时时，可可用用弗弗朗朗德德利利希方程式表示希方程式表示：式中：式中：C*吸附达到平衡后溶液中溶质的浓度，吸附达到平衡后溶液中溶质的浓度，kgkg溶质溶质/m/m3 3溶液；溶液；a a 表观吸附量，表观吸附量，kgkg吸附剂吸附剂/kg/kg吸附剂；吸附剂；k，n 实验测得的常数。

33、实验测得的常数。对上式取对数可得：对上式取对数可得：（2 2）稀溶液的吸附等温稀溶液的吸附等温线线：FLGC 把把实实验验测测得得的的C C*和和C C0 0值值代代入入可可求求得得k k和和n n，或或以以溶溶质质的的平平衡衡浓浓度度为为纵纵坐坐标标，以以表表观观吸吸附附量量为为横横坐坐标标，在在双双对对数数坐坐标标上上标标绘绘，可可得得斜率为斜率为n n，截距为，截距为k k的直线。的直线。k k随单位不同而异，但随单位不同而异，但n n对稀溶液来说则是不变的。对稀溶液来说则是不变的。下下图图中中的的(a)(a)、(b)(b)两两线线表表示示不不同同溶溶剂剂对对等等温温线线的的影影响响，(

34、c)(c)线线则则表表明明在在高高浓浓度度和和浓浓度度范范围围较较大大时时将将不不为为直直线线，可可能能此此时时溶溶剂剂被被吸附的比率增大。所以应注意弗朗德利希公式的应用范围吸附的比率增大。所以应注意弗朗德利希公式的应用范围。左左图图为为：稀稀溶溶液液中中溶溶质质的的吸吸附附等等温温线线（a a）从苯中用硅胶吸附苯甲酸；从苯中用硅胶吸附苯甲酸；（b b）从从C CCl4中用硅胶吸附苯甲酸；中用硅胶吸附苯甲酸；（c）从水中用石墨吸附丁醇从水中用石墨吸附丁醇。FLGC2、浓溶液的吸附、浓溶液的吸附（1）曲线）曲线a 溶质优先被吸附溶质优先被吸附 C*降低降低 a=0（2）曲线）曲线b 溶质、溶剂被

35、吸附的能力溶质、溶剂被吸附的能力大致相同大致相同 S形形 弧弧CD 溶质优先溶质优先 C*降低降低,a0 弧弧DE 溶剂优先溶剂优先 C*升高升高,a0 C（纯溶剂）、（纯溶剂）、E（纯溶质）（纯溶质）D（吸附比例相等）（吸附比例相等）,a=0如右图示：如右图示：FLGC5.2.2 吸附速率吸附速率 吸吸附附平平衡衡表表达达了了吸吸附附过过程程进进行行的的极极限限，但但要要达达到到平平衡衡往往往往两两相相经经过过长长时时间间的的接接触触才才能能建建立立。在在实实际际吸吸附附操操作作中中，相相际际接接触触的的时时间间一一般般是是有有限限的的。因因此此，吸吸附附量量常常决决定定于于吸吸附附速速率率

36、。而而吸吸附附速速率率又又依依吸吸附附剂剂及及被被吸吸附附组组分分的的性性质质不不同同而而差差异异很很大大。一一般般地地说说，溶溶液液的的吸吸附附要要比比气气体体的的吸吸附附慢慢得得多多。开开始始时时过过程程进进行行得得较较快快，随随即即变变慢慢。由由于于吸吸附附过过程程的的复复杂杂性性，故故工工业业上上所所需需的的吸吸附附速速率率数数据据从从理理论论上上推推导导往往往往有有困困难难，目目前前吸吸附附器器的的设设计计所所需需基础数据或凭经验、或在模拟的情况下通过实验来进行测定。基础数据或凭经验、或在模拟的情况下通过实验来进行测定。吸附各步骤示意图 吸附速率是一个综合的效果，吸附速率是一个综合的

37、效果，它主要受速度最慢的步骤控制。它主要受速度最慢的步骤控制。右图为固体吸附颗粒在流体中右图为固体吸附颗粒在流体中吸附过程的示意图：吸附过程的示意图：FLGC(1)(1)外外部部扩扩散散。吸吸附附剂剂周周围围的的流流体体相相中中组组分分A A扩扩散散穿穿过过流流体体膜膜到到达达固固体体吸吸附附剂剂表面。表面。(2)(2)内内部部扩扩散散。组组分分A A从从固固体体表表面面进进入入其其微微孔孔道道，在在微微孔孔道道的的吸吸附附流流体体相相中中扩扩散到微孔表面。散到微孔表面。(3)(3)吸附。扩散到微孔表面的组分吸附。扩散到微孔表面的组分A A分子被固体所吸附，完成吸附。分子被固体所吸附，完成吸附

38、。(4)(4)脱附。已被吸附的组分脱附。已被吸附的组分A A分子，部分脱附，离开微孔道表面。分子，部分脱附，离开微孔道表面。(5)(5)内反扩散。脱附的组分内反扩散。脱附的组分A A分子从孔道内吸附流体相扩散到吸附剂外表面。分子从孔道内吸附流体相扩散到吸附剂外表面。(6)(6)外外反反扩扩散散。组组分分A A分分子子从从外外表表面面反反扩扩散散穿穿过过流流体体膜膜，进进入入外外界界周周围围的的流流体体中，从而完成脱附。中，从而完成脱附。由由于于物物理理吸吸附附是是可可逆逆的的，开开始始吸吸附附的的速速度度比比脱脱附附速速度度快快，使使吸吸附附剂剂表表面面上上被被吸吸附附组组分分的的浓浓度度逐逐

39、渐渐增增加加，当当两两者者速速度度相相等等时时，即即达达到到吸吸附附平平衡衡。在在上上述述步步骤骤中中，吸吸附附与与脱脱附附这这两两步步的的速速度度远远比比外外扩扩散散与与内内扩扩散散为为快快。因因此此，通通常常影影响吸附过程总速度的是外扩散与内扩散速度。响吸附过程总速度的是外扩散与内扩散速度。FLGC一、一、固定床吸附器固定床吸附器二、二、吸附负荷线和透过曲线吸附负荷线和透过曲线三、透过曲线影响因素三、透过曲线影响因素第五章第五章吸附过程吸附过程固定床吸附过程固定床吸附过程FLGC5.3 固定床吸附过程固定床吸附过程5.3.1 固定床吸附器固定床吸附器 右右图图是是典典型型的的两两个个吸吸附

40、附器器轮轮流流操操作作的的流流程程图图。它它是是一一个个原原料料气气的的干干燥燥过过程程，当当干干燥燥器器A A在在操操作作时时，原原料料气气由由下下方方通通入入(通通干干燥燥器器B B的的阀阀关关闭闭)，经经干干燥燥后后的的原原料料气气从从顶顶部部出出口口排排出出。与与此此同同时时，干干燥燥器器B B处处于于再再生生阶阶段段。再再生生用用气气体体经经加加热热器器加加热热至至要要求求的的温温度度。从从顶顶部部进进入入干干燥燥器器B(B(通通干干燥燥器器A A的的阀阀关关闭闭)，再再生生气气携携带带从从吸吸附附剂剂上上脱脱附附的的水水分分从从干干燥燥器器底底部部排排出出，经经冷冷却却器器使使再再

41、生生气气降降温温，水水气气结结成成水水分分离出去，再生气可循环使用。离出去，再生气可循环使用。固定床吸附器流程示意图固定床吸附器流程示意图FLGC（1 1）固定床吸附器的固定床吸附器的优优点是点是：结结构构简单简单，造价低，吸附，造价低，吸附剂剂磨磨损损少。少。（2 2）固定床吸附器的缺点是固定床吸附器的缺点是：间间歇操作，吸附和再生两歇操作，吸附和再生两过过程必程必须须周期性更周期性更换换，这样这样不不但需有但需有备备用用设备设备，而且要，而且要较较多的多的进进、出口、出口阀门阀门，操作十分麻，操作十分麻烦烦，为为大型化，自大型化，自动动化化带带来困来困难难。即使。即使实现实现操作自操作自动

42、动化，控化，控制的程序也是比制的程序也是比较较复杂复杂的。的。其次，在吸附器内其次，在吸附器内为为了保了保证产证产品的品的质质量，床量，床层层要有一定要有一定的富余，需要放置多于的富余，需要放置多于实际实际需要的吸附需要的吸附剂剂，使，使吸附剂耗用量吸附剂耗用量增加增加。除此之外，再生除此之外，再生时时需加需加热热升温，吸附升温，吸附时时放出吸附放出吸附热热，不，不但但热热量不能利用，而且由于静止的吸附床量不能利用，而且由于静止的吸附床层导热层导热性差，性差，对对床床层层的的热热量量输输入和入和导导出均不容易，因此容易出出均不容易，因此容易出现现床层局部过热床层局部过热现象现象而影响吸附。加热

43、再生后还需冷却也延长了再生时间。而影响吸附。加热再生后还需冷却也延长了再生时间。固定固定床吸附器床吸附器的特点是：的特点是：非定态传质过程非定态传质过程。FLGC5.3.2 吸附负荷曲线和透过曲线吸附负荷曲线和透过曲线 吸附负荷曲线与穿透曲线成镜面相似，即从穿透曲线吸附负荷曲线与穿透曲线成镜面相似，即从穿透曲线的形状可以推知吸附负荷曲线。对吸附速度高而吸附传质的形状可以推知吸附负荷曲线。对吸附速度高而吸附传质区短的吸附过程，其吸附荷曲线与穿透曲线均陡些。区短的吸附过程，其吸附荷曲线与穿透曲线均陡些。FLGC横坐标：床层距进口 操作时间 端的距离纵坐标：床层吸附剂 流出物中吸附 的负荷 质的浓度

44、吸附操作分析分析吸附剂 分析流出物吸附负荷线 透过曲线xzcdba(1)利用率 (2)阻力=0，速率=无穷大，传质速率阻力利用率达到破点的时间FLGC5.3.3 透过曲线的影响因素透过曲线的影响因素床层直径与粒径对透过曲线的影响床层直径与粒径对透过曲线的影响进料中吸附质浓度的影响进料中吸附质浓度的影响FLGC吸附周期对透过曲线的影响吸附周期对透过曲线的影响不同分子筛吸附不同分子筛吸附CO2的透过曲线的透过曲线FLGC 移动床吸附理论简介移动床吸附理论简介 固定床吸附分离固定床吸附分离设备设备是是间间歇操作，歇操作，设备结设备结构构简单简单，操作易于，操作易于掌握，有一定的可靠性，常被中、小型生

45、掌握，有一定的可靠性，常被中、小型生产产装置所采用。但固装置所采用。但固定床切定床切换频换频繁，是不繁，是不稳稳定操作，定操作，产产品品质质量会受到一定影响，而量会受到一定影响，而且生且生产产能力小，吸附能力小，吸附剂剂用量大，因此，如何使用量大，因此，如何使间间歇操作歇操作过过渡到渡到连续连续操作，以便操作，以便大型化及自动化，成为化工生产的方向。大型化及自动化，成为化工生产的方向。移动吸附床中流体或固体可以连续而均匀地在移动床吸附器移动吸附床中流体或固体可以连续而均匀地在移动床吸附器中移动，稳定地输入和输出。同时使流体与固体两相接触良好，中移动，稳定地输入和输出。同时使流体与固体两相接触良

46、好，不致发生局部不均匀的现象。不致发生局部不均匀的现象。在在移移动动床床吸吸附附器器中中，由由于于固固体体吸吸附附剂剂连连续续运运动动，使使流流体体及及吸吸附附剂剂两两相相均均以以恒恒定定的的速速度度通通过过设设备备，任任一一断断面面上上的的组组成成都都不不随随时时间间而而变变，即即操操作作是是连连续续稳稳定定状状态态。为为了了达达到到许许多多理理论论级级的的分分离离，故故采采用用逆逆流流操操作作。因因为为如如果果采采用用两两相相并并流流，则则最最好好的的结结果果只能只能是流出的两股流体之间达到平衡，只相当于一个理论级。是流出的两股流体之间达到平衡，只相当于一个理论级。FLGC 右右图图为为一

47、一移移动动床床吸吸附附装装置置，是是用用由由椰椰壳壳或或果果核核制制成成的的致致密密坚坚硬硬的的活活性性炭炭，进进行行轻轻烃烃气气体体分分离离而而设设计计的的，称称为为“超超吸吸附附器器”。设设备备高高约约202030m30m，分分为为若若干干段段，最最上上段段为为冷冷却却器器，是是垂垂直直的的列列管管式式热热交交换换器器，用用于于冷冷却却吸吸附附剂剂，往往下下是是吸吸附附段段、增增浓浓段段(精精馏馏段段)、气气提提段段，它它们们彼彼此此由由分分配配板板隔隔开开。最最下下部部是是脱脱附附器器，它它和和冷冷却却器器一一样样也也是是列列管管式式的的热热交交换换器器。在在塔塔的的下下部部还还装装有有

48、吸吸附附剂剂流流控控制制器器，固固体体颗颗粒粒层层高高度度控控制制器器以以及及颗颗粒粒卸卸料料阀阀门门及及其其封封闭闭装装置置。塔塔的的结结构构可可以以使使固固相相连连续续，稳稳定定的的输输入入和和输输出出，气气固固两两相相接接触触良良好好，不不致致发生沟流或局部不均匀现象。发生沟流或局部不均匀现象。FLGC 超超吸吸附附器器的的工工作作原原理理如如下下：经经脱脱附附后后的的活活性性炭炭从从设设备备顶顶部部连连续续进进入入冷冷却却器器，使使温温度度降降低低后后，经经分分配配板板进进入入吸吸附附段段，再再由由重重力力作作用用不不断断下下降降通通过过整整个个吸吸附附器器。在在吸吸附附段段与与气气体

49、体混混合合物物逆逆流流接接触触，气气体体中中易易被被吸吸附附的的重重组组分分优优先先被被吸吸附附，没没有有被被吸吸附附的的气气体体便便从从吸吸附附段段的的顶顶部部引引出出称称为为塔塔顶顶产产品品或或轻轻馏馏分分。吸吸附附了了吸吸附附质质的的活活性性炭炭从从吸吸附附段段进进入入增增浓浓段段，与与自自下下而而上上的的气气流流相相遇遇，固固体体上上较较易易挥挥发发的的组组分分被被置置换换出出去去，置置换换出出来来的的气气体体向向上上升升，吸吸附附剂剂离离开开增增浓浓段段时时，就就只只剩剩下下易易被被吸吸附附的的组组分分，这这样样在在此此段段内内就就起起到到了了“增增浓浓”作作用用。吸吸附附剂剂进进入入气气提提段段后后，此此时时吸吸附附剂剂富富含含易易吸吸附附的的组组分分，被被蒸蒸气气加加热热和和吹吹扫扫使使之之脱脱附附，部部分分上上升升到到增增浓浓段段作作为为回回流流，部部分分作作为为塔塔底底产产品品。固固体体吸吸附附剂剂继继续续下下降降经经脱脱附附器器进进一一步步把把尚尚未未脱脱附附的的吸吸附附质质全全部部脱脱附附出出来来，然然后后吸吸附附剂剂下下降降到到下下提提升升罐罐，再再用用气气体体提提升升至至上上提提升升罐罐，从从顶顶部部再再进进入入冷却器，如此循环进行吸附分离过程。冷却器，如此循环进行吸附分离过程。超吸附器的工作原理超吸附器的工作原理FLGC