第十一章 吸附法净化气态污染物 引 言
1、吸附净化的概念：
（1）多孔性固体物质具有选择性吸附废气中的一种或多种 有害组分的特点。
（2）吸附净化是利用多孔性固体物质的这一特点，实现净 化废气的一种方法。 2、吸附净化法的特点 （1）适用范围 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；
800
0.92 673 22 393～ 423 600
800
0.794 873 4 473～573 ——
800
0.794 873 5 473～573 ——
800
—— 873 13 473～573 ——
第十一章 吸附法净化气态污染物
3、影响气体吸附的因素
（1）操作条件： ①低温（有利） 高温（有利） 物理吸附； 化学吸附。
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。
第十一章 吸附法净化气态污染物
（2）优点：净化效率高，可回收有用组分，设备简单， 易实现自动化控制。
（3）缺点：吸附容量小，设备体积大；吸附剂容量往往 有限，需频繁再生，间歇吸附过程的再生操作麻烦且设 备利用率低。
（4）应用：广泛应用于有机化工、石油化工等部门。
②吸附质分压上升，吸附量增加。
③气流速度：对固定床为0.2~0.6m/s
2）吸附剂的性质： 如孔隙率、孔径、粒度
比表面积
吸附效果
第十一章 吸附法净化气态污染物
（3）吸附质的性质与浓度：
如临界直径、分子量、沸点、饱和性。
例：同种活性炭做吸附剂，对于结构相似的有机物分子 量和不饱和性越高，沸点越高，吸附越容易。 （4）吸附剂的活性 定义：以被吸附物质的重量对吸附剂的重量或体积分数 表示，是吸附剂吸附能力的标志。
第三节 吸附反应设备的计算
2、吸附器的确定 对吸附器的基本要求： ①具有足够的过气断面和停留时间； ②良好的气流分布； ③预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质； ④能够有效的控制和调节吸附操作温度； ⑤易于更换吸附剂。
第三节 吸附反应设备的计算
3、吸附剂的选择（同：工业吸附剂应具备的条件） 依据：等温吸附线（得到或测出） 须满足条件： ①对所处理污染物选择性强； ②比表面积大； ③吸附容量大； ④具有较好机械强度、热稳定性及化学稳定性。
设：吸附质对吸附表面的覆盖率为θ，则为覆盖率为 （1-θ）， 。 已覆盖的面积 X

固体总面积 X max
若气相分压为P，则吸附速率为k1P(1-θ)。 解吸速率为k2θ，当吸附达平衡时： k1P(1-θ)= k2θ

k1 p k 2 k1 p
第二节 吸附理论
（三）BET方程式（是朗氏理论基础上的发展） BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附）
②活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟 废气净化（对水有强吸附能力）。 ③硅胶：亲水性，从水中吸附水份量可达硅胶自身 质量的50%，而难于吸附非极性物质。常用于处 理含湿量较高的气体干燥，烃类物质回收等。 ④沸石分子筛：是一种人工合成沸石，为微孔型、 具有立方晶体的硅酸盐。 通式为：[Mex/n(Al2O3)x(SiO2)y]· 2O mH 特点：孔径整齐均一，因而具有筛分性能，一种 离子型吸附剂，对极性分子，不饱和有机物具有 选择吸附能力。
第十一章 吸附法净化气态污染物
⑤吸附树脂：最初为酚、醛类缩合高聚物，以 后出现一系列的交联共聚物，如聚苯乙烯等。 大孔吸附树脂除了价格较贵外，比起活性炭， 物理化学性能稳定，品种较多，能用于废水处 理，维生素的分离及H2O2的精制等。
第十一章 吸附法净化气态污染物
常用吸附剂特性
吸附剂类型 活性炭 活性氧化 铝 沸石分子筛 硅胶 4A 5A 13x
第三节 吸附反应设备的计算
（一）常见的吸附器 （详见P186） （二）固定床吸附器的设计计算 设计计算应包括确定： （1）吸附器的型式；（2）吸附剂的种类；（3）吸 附剂的需要量；（4）吸附床高度；（5）吸附周期； 等。 以上参数的选择应从吸附平衡、吸附传质速率及压降 来考虑。 1、设计依据 废气的流量、性质及污染物浓度，国家排放标准。
（物）：极快，常常瞬间即达平衡； （化）：较慢，达平衡需较长时间。
（物）：与气体的液化热相近,较小（几百焦耳/mol左 右）； （化）：与化学反应热相近，很大（>42kJ/mol）。 （物）：没有多大的选择性（可逆）； （化）：具有较高的选择性（不可逆）。 （物）：吸附与脱附速率一般不受温度的影响，但吸附 量随温度上升而上升； （化）：可看成一个表面化学过程，需一定的活化能， 吸附与脱附速率随温度升高而明显加快。 （物）：单分子层或双分子层，解析容易，低压多为单 分子层随吸附压力增加变为多分子层； （化）：总是单分子层或单原子层，且不易解吸。
q aP
1 n
q—吸附质质量与吸附剂质量之比值，无量纲，单位吸附剂在吸附 平衡时的饱和吸附量(m3/kg)或(kg/kg) P—吸附质在气相中的分压， pa； a,n—经验常数，与吸附剂、吸附质种类及吸附温度有关，对于一 定的吸附物质，仅与平衡时的分压和温度有关，其值需由 实验确定，而n≥1。
适应范围：在广泛的中压部分，与实际数据符合较好；常用于低 浓度气体的吸附。
第三节 吸附反应设备的计算
τ0 τ τ+Δτ
吸附剂中吸附质浓度的变化
第三节 吸附反应设备的计算
τb >τb ≥τe
吸附剂中吸附质浓度的变化(续）
第三节 吸附反应设备的计算
（a）图：τ＜τ0：未通过含吸附质气体时 （b）图：τ=τ：已通入含吸附质气体，在吸附剂进口处 吸附剂刚刚出现饱和时。 （c）图：τ=τ+Δτ：在床层的进气端吸附质负荷为Xe， 此区称为“平衡区”或称“饱和区”；而靠近气体出 口侧，床层中的吸附负荷仍为X0，此区内的吸附剂仍 具有高度活性，此区称为“未用区”；介于平衡区和 未用区之间的那一部分床层其吸附负荷由饱和Xe 的变 化到起始的X0，形成一个S形曲线，这段床层进行吸附 过程，故称“传质区”或“传质带”，而S曲线称为“ 吸附波”或“传质波”，又称“传质前沿”。
C 1P P 1 V P0 P V m C V m C P0
式中： P0—在同温度下该气体的液相饱和蒸汽压，Pa； C—与吸附热有关的常数； Xe—饱和吸附量分数，无量纲；
第二节 吸附理论
吸附速率
• 吸附过程

外扩散（气流主体
外表面）


内扩散（外表面
吸附
根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力不同。 物理吸附和化学吸附的区别（见补表11-1）。
注意一点：
物理吸附和化学吸附可同时发生但常以某一类吸附为主 。 同一污染物的吸附量随温度的变化曲线
（见图11-1 ：吸附过程曲线）
第十一章 吸附法净化气态污染物
物理吸附和化学吸附的区别
吸附作用力 吸附速率 吸附热 （区别二者的 重要标志） 选择性 （物）：一种物理作用，分子间力（范德华力）； （化）：一种表面化学反应（化学键力）。
堆 积 密 度 /kg·m-3
热 容 /kJ(kg· -1 K) 操作温度上 限/K 平均孔径/Å 再 生 温 度 /K 比表面积 / ㎡·g-1
200～600
0.836～ 1.254 423 15～25 373～413 600～ 1600
750～ 1000
0.836～ 1.045 773 18～48 473～523 210～360
（1）由吸附剂与吸附质本身的物化性质所决定的吸附平 衡（进行的可能性）； （2）由物质传递所决定的吸附动力学（吸附速率）（进
行的快慢）。
第二节 吸附理论
一、吸附平衡
吸附平衡：吸附质与吸附剂长期接触后，气相中吸附质 的浓度与吸附剂（相）中吸附质的浓度终将达到动态平 衡。 平衡吸附量：吸附剂对吸附质的极限吸附量，亦称静吸 附量分数或静活性分数，用XT或m吸附质/m吸附量表示，是 设计和生产中一个十分重要的参数，用吸附等温线或吸 附等温方程来描述。
第十一章 吸附法净化气态污染物
二、吸附剂及再生 （一）吸附剂
2、工业常用吸附剂
①活性炭：疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱
除尾气中SO2、NOX等恶臭物质的净化；
优点：性能稳定、抗腐蚀。 缺点：可燃性，因此使用温度不能超过200℃，在惰性 气流掩护下，操作温度可达500℃。
第十一章 吸附法净化气态污染物
第三节 吸附反应设备的计算
4、吸附区高度的计算
常用两种：穿透曲线法；希洛夫近似法。 （1）穿透曲线（透过曲线）法 （A）吸附负荷曲线 在流动状态下，气相中的吸附质沿床层不同高度的浓度 变化曲线，或在一定温度下吸附剂中吸附的吸附质沿床 层不同高度的浓度变化曲线称为吸附负荷曲线。 说明：横轴Z—吸附剂床层高度；横轴X—吸附剂的吸 附负荷；X0—吸附剂原始浓度（或反复再生过的吸附剂 中残留的吸附质浓度）；Xe—吸附剂达到饱和时的负荷 ；τ0—床层开始吸附的时间；τb—达到破点的时间；τe— 全床达到吸附平衡（饱和）的时间。
环境治理方面：废气治理中，脱除水分、有机蒸汽、 恶臭、HF 、SO2、NOX等。
成功的例子：用变压吸附法来处理合成氨放气，可回 收纯度很高（>98%）的氢气，实现废物资源化。
第十一章 吸附法净化气态污染物 第一节 吸附过程与吸附剂
吸附过程：是用多孔固体（吸附剂）将流体（气体或液 体）混合物中一种或多种组分积聚或凝缩在 表面达到分离目的操作。 一、物理吸附和化学吸附
第三节 吸附反应设备的计算
Y0
饱和区(平衡区)
传质区(传质带)
未用区
Y
吸附剂床层中各区分布示意图
第三节 吸附反应设备的计算
（d）图：τ=τb：吸附波前沿刚刚到达吸附层下端口， 若继续进行吸附，则从流出床层气体中，将发现有吸 附，此即所谓“穿透现象”或称“透过现象”。出现 穿透的点称为“穿透点”（或称“破点”），到达破 点所需的时间为“透过时间” τb（或“穿透时间”） 。