固定床吸附实验
9第三章第四节固定床吸附过程地计算
第四节固定床吸附过程的计算固定床吸附器结构简单，但由于气体吸附过程是气—固传质，对任一时间或任一颗粒来说都是不稳定过程，因此固定床吸附器的吸附操作是非稳态的，计算过程非常复杂，一般要涉及到物料衡算方程、吸附等温线方程和传热速率方程及热量衡算。
而在气态污染物的吸附净化设计中，由于所涉及到的物系是低浓度的气态混合物，且气量一般比较大，吸附热相对较小，因此可近似地按等温过程处理，可不考虑传热速率方程和热量方程（升温脱附除外）。
这样在设计过程中可采用简化了的方法进行近似计算，计算时往往提出如下假设：（1）气相中吸附质浓度低；（2）吸附操作在等温下进行；（3）传质区通过整个床层时长度保持不变；（4）床层长度比传质区长度大得多。
这些简化限制条件对目前工业上应用的吸附器来说，一般是符合的。
设计中较常采用的是希洛夫近似计算法和透过曲线计算法。
计算过程一般是在吸附剂的选择、吸附设备的选择和吸附效率确定之后进行的。
设计计算的任务是求出吸附器的床层直径和高度，吸附剂的用量，吸附器的一次循环工作时间，床层压降等。
下面首先介绍固定床吸附器的吸附过程。
一、固定床吸附器的吸附过程在固定床吸附器的吸附操作中，一般是混合气体从床层的一端进入，净化了的气体从床层的另一端排出。
因此，首先吸附饱和的应是靠近进气口一端的吸附剂床层。
随着吸附的进行，整个床层会逐渐被吸附质饱和，床层末端流出污染物，此时吸附应该停止，完成了一个吸附过程。
为了描述吸附过程，提出了以下概念。
（一）吸附负荷曲线与透过曲线1. 吸附负荷曲线在实际操作中，对于一个固定床吸附器，气体以等速进入床层，气体中的吸附质就会按某种规律被吸附剂所吸附。
吸附一定时间后，吸附质在吸附剂上就会有一定的浓度，我们把这一定的浓度称为该时刻的吸附负荷。
如果把这一瞬间床层内不同截面上的吸附负荷对床层的长度（高度）作一条曲线，即得吸附负荷曲线。
也就是说，吸附负荷曲线是吸附床层内吸附质浓度x随床层长度z变化的曲线。
床类的吸附分离
一 固定床的吸附分离及计算
当吸附波继续移动出现出口处吸附剂达到饱和的情况时(f)， 此时表明床层中全部吸附剂均已饱和，与进料中吸附质的 浓度达到平衡状态，整个床层已完全失去吸附能力，所用 时间为тe。 床层内吸附负荷曲线表示了床层中吸附质浓度的分布情况， 可以直观地了解床层内的操作情况，这是重要的优点。可 是它虽然可通过实验测得，但毕竟非常麻烦，若是吸附剂 一小薄层一小薄层取出来分析吸附剂的吸附量，或者在实 验过程中从床层不同位置取样分析流体的浓度，不仅采样 困难，而且均会破坏床层的稳定或破坏流体的流速和浓度 分布。因此在评价固定床吸附剂的性能时，常采用吸附器 出口流出物中吸附质的浓度随时间变化的透过曲线。
床类的吸附分离
一，固定床吸附分离及计算 二，移动床吸附分离及计算
一 固定床的吸附分离及计算
1.固定床吸附器
它多为圆柱形立式设备，在内部支撑的格板和多孔板，放置 吸附剂成为固定吸附床层。当预处理的流体通过床层时， 吸附质被吸附在吸附剂上，其余流体由出口流出。
2.固定床吸附器的 优点：结构简单，造价低，吸附剂磨损少。 缺点：间歇操作，吸附和再生两过程必须周期性更换这样不 但需有备用设备，而且要较多的进出口阀门，操作十分麻 烦，为大型化，自动化带来困难。即使实现自动化，控制 的程序也是比较复杂的。 在吸附器内为了保证产品质量，床层要有一定的富余，需 要放置多余实际需要的吸附剂，使吸附剂耗用量增加。
理想吸附波形：吸附过程的吸附速率为无限大，也就是吸附 剂完全没有传质阻力时，则透过曲线将是一条树立的直线。
一 固定床的吸附分离及计算
实际情况下吸附阻力时存在的，吸附速率也就不可能无限大。 就形成了S形波曲线。 S曲线分析： 吸附传质阻力越大，吸附速率越低，传质区越大，S形波幅 越大，反之亦然。除了吸附过程的快慢外，流体通过床层 的流速，进料中溶质的浓度，吸附剂床层的高度都会对波 形产生影响；一般随床层高度的减少，吸附剂颗粒的增大， 流体通过床层流速的增大以及进料中吸附质初始浓度的征 稿，都会使破点出现的时间提前。
现代分离技术：第三节 固定床吸附分离
样会因取样点的存在而破坏流动状态）
若取固相中溶质的浓度，可在某一时间i 时停止进
料，然后沿轴向分层取出吸附剂，测定每一小薄层吸 附剂的吸附量。两种方法可得到同样形状的吸附负荷 曲线。
3. 透过曲线
吸附负荷曲线可以反映出固定床层内的 吸附情况，但床层内吸附质的浓度比较难测 定，工程上一般采用固定床层出口处流出物 中吸附质的浓度来表示吸附过程的进行情况。 所 绘 得 的 曲 线 称 为 透 过 曲 线 (breakthrough curve)。
1. 吸附剂的活性
吸附剂的活性
被吸附物质的重量 吸附剂的重量
100 %
或：
吸附剂的活性
被吸附物质的体积 吸附剂的体积
100 %
• 活性可细分为静活性和动活性。
• 静活性——在操作T、P下，与流体相中吸 附质初始浓度C0成平衡时的最大吸附量与吸附 剂量之比（或者说是在该操作条件下，吸附剂 达饱和时的活性)。
(3) 线性型
Za不变。
PVL mol sieve unit
第四节 其他吸附设备
一、移动床
1. 移动床吸附器的工作原理
整个吸附塔按不同物料的进出口位置, 分成四个作 用不同的区域
(1) ab段 (2) bc段 (3) cd段 (4) da段
A吸附区 B脱附区 A脱附区 D部分脱附区
2. 移动床吸附器
出每个时间i下的曲线，称为吸附负荷曲线。即在
不同时间、不同床层段吸附质的浓度变化曲线。
(2) 理想的吸附负荷曲线
流体以柱塞流进入床层，初始浓度C0，床层的吸附速 率=∞，或阻力=0，则吸附负荷曲线为一垂直于横轴的 直线。
C0
固定床吸附器的基本原理
固定床吸附器是一种常见的气体分离设备，其基本原理是利用固体吸附剂对气体混合物进行物理吸附，将其中某些组分吸附下来，从而实现气体的分离纯化。
具体来说，固定床吸附器主要由固定床、进料管、出料管和气体分离控制系统等部分组成。
气体混合物通过进料管进入固定床，在固定床中被吸附剂吸附，从而将其中一些组分分离出来。
经过一段时间的吸附作用后，吸附剂会逐渐饱和，需要进行脱附或再生。
在脱附或再生过程中，用气体或者其他物质通过固定床，把吸附剂上吸附的物质带走，从而恢复吸附剂的吸附性能，为下一轮分离作业做好准备。
固定床吸附器主要应用于石油化工、制药、食品加工等领域，用于气体混合物的分离、纯化、脱水、除臭等处理过程中。
材料吸附性能测试方法总结
材料吸附性能测试方法总结在现代科学技术的发展中，材料的吸附性能是一个重要的研究方向。
吸附作为材料科学的基础性问题，对于环境治理、催化剂设计、能源储存等领域具有重要意义。
因此，准确评估材料的吸附性能是必不可少的。
本文将总结几种常见的材料吸附性能测试方法。
1.批量吸附实验法批量吸附实验法是最常用的测试材料吸附性能的方法之一。
该方法使用一定量的材料，将其与待测物质接触一段时间后，通过测定液相中待测物质的浓度变化来评估材料的吸附性能。
该方法具有简单快捷、成本较低的优点，适用于吸附速度较快的材料。
2.固定床吸附实验法固定床吸附实验法是一种更接近实际工作条件的测试方法。
该方法将待测材料填充在固定床中，通过控制流体的流速和浓度，来测定材料对待测物质的吸附效果。
固定床吸附实验法可以考察材料的吸附容量、吸附速率以及吸附平衡等性能指标，同时还能模拟实际应用中的流体动力学条件。
3.动态吸附实验法动态吸附实验法是一种较为精确的测试方法。
该方法对待测材料进行连续进样，实时监测出样品中待测物质的浓度变化，通过对吸附过程的分析，得出材料的吸附性能。
动态吸附实验法适用于吸附速率较慢的材料，可以更准确地评估吸附容量、吸附速率以及吸附动力学等性能。
4.计算模拟方法计算模拟方法是一种辅助评估吸附性能的手段。
通过计算机模拟材料的结构和吸附过程，可以得到材料的吸附能力和选择性等性能参数。
计算模拟方法可以提供重要的理论指导，帮助优化实验设计和解释实验结果。
5.表面分析方法表面分析方法是评估材料吸附性能的重要手段之一。
通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)等技术，可以观察材料的表面形貌和结构，进而推测材料的吸附机理和性能。
总结起来，以上所述的几种材料吸附性能测试方法各有优劣，可以根据待测材料的性质和实际需求来选择合适的方法。
对于快速评估吸附性能，批量吸附实验法是一个不错的选择；固定床吸附实验法则更加适用于模拟实际工作条件；动态吸附实验法则可以提供更精确的吸附性能数据；计算模拟方法和表面分析方法则可以提供更深入的分析和解释。
甘薯吸附剂固定床吸附脱水制燃料乙醇及技术思考
甘薯吸附剂固定床吸附脱水制燃料乙醇及技术思考近年来，随着环保意识的不断提高和对可再生能源的追求，生物质能源成为了人们关注的焦点。
而燃料乙醇作为生物质能源的重要代表之一，其生产技术已越来越受到关注。
在燃料乙醇的制备过程中，脱水是一个重要的步骤，而甘薯吸附剂固定床吸附脱水工艺是一种新型的处理方式。
一、甘薯吸附剂固定床吸附脱水工艺1、吸附剂的选择与制备甘薯是一种常见的食品，其淀粉质含量较高。
由此，科学家们将其提取出来制备成吸附剂，用于脱除燃料乙醇中的水分。
研究表明，甘薯吸附剂可以有效地防止燃料乙醇中水分的存在，从而提高燃料乙醇的纯度和热值。
其制备主要包括以下步骤：（1）将甘薯放入清洁的大碗中，倒入适量的水搅拌均匀。
（2）将搅拌好的甘薯浆过滤出淀粉质。
（3）将过滤后的甘薯淀粉质除去杂质，将其晒干。
（4）将干燥的甘薯淀粉质煮沸15分钟，冷却后迅速过滤，得到甘薯吸附剂。
2、吸附床的设计与搭建甘薯吸附剂用于固定床吸附脱水制燃料乙醇，需要设置吸附床。
通常，吸附床由不锈钢或陶瓷制成，可以有效抵御吸附剂的腐蚀和高温。
吸附床的大小和形状可以根据生产需求调整。
然后，将甘薯吸附剂填充到吸附床中，形成吸附剂层。
3、吸附脱水过程甘薯吸附剂固定床吸附脱水制燃料乙醇的过程大致分为两个步骤：吸附与脱附。
首先，燃料乙醇进入吸附床，与吸附剂中的水分相互扩散，水分得以被吸附剂吸附。
当吸附剂中的燃料乙醇纯度达到要求时，废水排出，同时强制通入流经吸附剂层的干燥空气，通过脱附过程，将吸附剂中的水分去除，使甘薯吸附剂再次具有吸附能力，与此同时干燥空气中的水分也被带走。
二、技术思考甘薯吸附剂固定床吸附脱水制燃料乙醇技术具有以下优点：1、非常适合小规模课题研究：该技术相对于其他大型设备，使用成本较低，适合小型的生产实验室等研究场所的学者使用，是一种非常高效的工具。
2、节约能源，环保节能：甘薯吸附剂能够循环使用，不会造成环境污染，同时固定床吸附脱水的工作过程，则使得设备节约大量的能源，能在更短的时间内取得更好的生产效益。
固定床吸附计算
空气＝6305 kg/h
Y2
9.75 1.55 10 6305
Y2
9.75 1.55 10 3 63053
移动床计算
实验得到的平衡关系如右图
假定X2＝0，从图得（X1）最大＝0.1147
( LS / GS ) 最小 0.03 0.00155 0.284 0.1147 0.0000
2
150(1 ) g d pG '
1.75
P: 压降 (lb/ft2)
D: 固定床厚度 (ft) : 孔隙率 G’: 气体流量 (lb/ft2-hr) g: 气体粘度 (lb/ft-hr) dp: 颗粒直径 (ft)
移动床计算
操作线
Y ( LS / GS ) X [Y2 ( LS / GS ) X 2 ]
1 Y Y*
Y1
图解积分法计算NOG
Y
0.00155 0.00500 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030
Y*
0.00 ~0.00 0.0001 0.0005 0.0018 0.0043 0.0078
645 200 101 69 55 48.3 45.0
NOG＝3.127
( LS / GS )实际 1.5( LS / GS ) 最小 1.5 0.284 0.372
所以实际需要的分子筛
＝0.372×6305＝2345.5kg/h
(2)
( X 1 )实际 195 9.75 0.079 2345.5
移动床计算
(3)ห้องสมุดไป่ตู้
N OG dY Y Y* Y2
活性炭吸附试验报告
一、实验原理1、活性炭处理工艺是运用吸附的方法来去除异味、某些离子以及难以进行生物降解的有机污染物。
在吸附过程中，活性炭比表面积起着主要作用。
同时，被吸附物质在溶剂中的溶解度也直接影响吸附的速度。
此外，pH 的高低、温度的变化和被吸附物质的分散程度也对吸附速度有一定影响。
活性炭对水中所含杂质的吸附既有物理吸附现象，也有化学吸着作用。
有一些被吸附物质先在活性炭表面上积聚浓缩，继而进入固体晶格原子或分子之间被吸附，还有一些特殊物质则与活性炭分子结合而被吸着。
当活性炭对水中所含杂质吸附时，水中的溶解性杂质在活性炭表面积聚而被吸附，同时也有一些被吸附物质由于分子的运动而离开活性炭表面，重新进入水中即同时发生解吸现象。
当吸附和解吸处于动态平衡状态时，称为吸附平衡。
这时活性炭和水(即固相和液相)之间的溶质浓度，具有一定的分布比值。
如果在一定压力和温度条件下，用 m 克活性炭吸附溶液中的溶质，被吸附的溶质为 x 毫克，则单位重量的活性炭吸附溶质的数量qe，即吸附容量可按下式计算:q e=x/m (1) q e的大小除了决定于活性炭的品种之外，还与被吸附物质的性质、浓度、水的温度及pH 值有关。
一般说来，当被吸附的物质能够与活性炭发生结合反应、被吸附物质又不容易溶解于水而受到水的排斥作用，且活性炭对被吸附物质的亲和作用力强、被吸附物质的浓度又较大时，q e值就比较大。
描述吸附容量q e与吸附平衡时溶液浓度 C 的关系有Langmuir、BET 和 Fruendlieh 吸附等温式。
在水和污水处理常用 Fruendlich 表达式来比较不同温度和不同溶液浓度时的活性炭的吸附容量，即q e=KC1/n （2）式中：q e——吸附容量(mg/g)；K——与吸附比表面积、温度有关的系数；n——与温度有关的常数，n>1；C——吸附平衡时的溶液浓度(mg/L)。
这是一个经验公式，通常用图解方法求出 K，n 的值．为了方便易解，往往将式(2)变换成线性对数关系式Lgq e=lg(C0-C/m)=lgK+lgC/n (3)式中：C0——水中被吸附物质原始浓度(mg/L)；C——被吸附物质的平衡浓度(mg/L)；m——活性炭投加量(g/L)。
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乙醇摩尔分率
1.3312
0.382
1.3354
0.435
1.3393
0.507
1.3465
0.607
1.3511
0.755
1.3559
0.870
1.3571
1.000
1.3578
25℃的折光率 1.3584 1.3589 1.3596 1.3600 1.3606 1.3611 1.3584
固定床吸附实验
一、实验目的
(1)通过本实验，使学生充分了解在固定床中液—固吸附的基本原理和实验 方法；
(2)立工作的能力。
二、基本原理
吸附是化工分离过程的单元操作之一，也是研究实验中分离气体混合物和液 体混合物的主要方法。吸附在工程上分为气—固吸附和液—固吸附两大类。本实 验是在装有活性炭的固定床吸附柱中吸附液体混合物中某一组分（乙醇），通过 测定不同时间下馏出物的浓度，从而可求出活性炭的吸附能力，并可绘出穿透曲 线。
（3）绘制穿透曲线
由表 1 数据，以流出液浓度为纵坐标，时间为横坐标，即可绘制穿透曲线，
并指出破点及穿透点。
七、要求
（1）实验记录要和实验报告一并交上来。
（2）绘制一律用坐标纸。
八、思考题
（1）什么是物理吸附和化学吸附？二者有何区别？ （2）什么是穿透曲线？影响穿透曲线的因素有那些？
序号
取样时间
表 1 实验记录和结果
六、数据处理
（1）接触时间的测定()
所谓的接触时间即液体混合物与吸附剂在吸附柱内的接触时间。亦即液体混
合物与炭层开始接触到离开所经过的时间。
（2）活性炭吸附能力的计算(W)
W
V(1C1 2C2 ) G
g 溶质/g 活性炭
V：流出液总体积
1、2：吸附前后液体混合物的密度 C1、C2：吸附前后液体混合物的浓度(wt%) G：吸附剂的量(g)
折光率 nd25
含量 C (wt%)
备注 乙醇混合液：
比重1：
折光指数：
浓度 C1：
流出混合液： 质量： 体积： 折光指数：
浓度 C2：
C2 2
乙醇摩尔分率
0.000 0.031 0.059 0.112 0.158 0.240 0.278 0.306
表 2 乙醇—水溶液组成与折光率的关系
25℃的折光率
三、实验装置
1．混合液高位槽 2．进料阀 3．玻璃吸附柱 4．活性炭 5．取样阀
图 1 固定床吸附实验装置
四、实验药品
乙醇、蒸馏水、活性炭
五、实验步骤
（1）配制乙醇水溶液（乙醇：水=4：6 体积比），用比重计测比重，用阿 贝折光仪测折光指数，查图，得到混合液浓度。
（2）量取 300ml 乙醇水溶液倒入高位槽中。 （3）用天平称取活性炭 100 克，装入吸附柱中，把吸附柱固定在铁架上， 调垂直。 （4）开启进料阀 2，控制一定的流量(1 滴/秒左右)，同时开始计时。 （5）当吸附柱出口有流出液时，以上时间即为液体混合物与活性炭的接触 时间，同时开始取流出液分析组成。 （6）每隔 2 分钟取样分析一次，直至流出液的组成基本接近为止（即吸附 饱和），关闭阀门 2。 （7）收集所有流出液，测折光指数（组成）、质量和体积，做好记录，实 验老师签字后，方可离开。