环境工程原理-第八章-吸附..
环境工程原理第八章吸附ppt课件
第二节 吸附剂
(2)降低压力
压力高，吸附进行得快，
脱附进行得慢。当压力降低时，脱附现象开始显著。所以操作压力
降低后，被吸附的物质就会脱离吸附剂表面返回气相。有时为了脱
附彻底，甚至采用抽真空的办法。
这种改变压力的再生操作，在变压吸附中广为应用。如吸附
分离高纯度氢，先是在 1.37～4.12 MPa压力下吸附，然后在常压
一、吸附分离操作的分类
• 按作用力性质分类：分物理吸附和化学吸附 • 物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德华力
所引起的，也称为范德华吸附。 • 吸附热较小（放热过程，吸附热在数值上与冷凝热相当），
可在低温下进行； • 过程是可逆的，易解吸； • 相对没有选择性，可吸附多种吸附质； • 分子量越大，分子引力越大，吸附量越大； • 可形成单分子吸附层或多分子吸附层 。
下脱附，从而可得到高纯度氢，吸附剂也得到再生。
变压吸附 ——根据系统操作压力变化不同，变压吸附循环可
以是常压吸附、真空解吸，加压吸附、常压解吸，加压吸附、真空
解吸等几种方法。
第二节 吸附剂
(3) 通气吹扫 通入吸附剂床层，进行吹扫，以降低吸附剂上的吸附质分 压，从而达到脱附。当吹扫气的量一定时，脱附物质的量 取决于该操作温度和总压下的平衡关系。
第二节 吸附剂
四、吸附剂选择的影响因素
如何选择适宜的吸附剂？ ——需要根据被分离对象、分离条件和吸附剂本身的特点 确定 ——需要进行试验研究
第二节 吸附剂
(1)将超细活性炭微粒加入增稠剂后与纤维混纺制成单丝， 或用热熔法将活性炭粘附于有机纤维或玻璃纤维上，也可 以与纸浆混粘制成活性炭纸。
(2)以人造丝或合成纤维为原料，与制备活性炭一样经过炭 化和活化两个阶段，加工成具有一定比表面积和一定孔分 布结构的活性炭纤维。
环境工程原理复习资料
环境工程原理复习资料第i篇环境工程原理基础第一节普通物理量（1）什么是换算因数？英尺和米的换算因数是多少？（2）什么是量纲和无量纲标准？单位和尺寸之间有什么区别？（3）质量比和分数有什么区别？给出了质量比的应用实例。
（4）大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。
（5）平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？第二节质量衡算（1）质量会计的三个要素是什么？（2）简述了稳态系统和非稳态系统的特点。
（3）质量衡算的基本关系是什么？（4）以所有成分为对象时，质量平衡方程的特点是什么？（5）对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？第三节能量衡算（1）物质的总能量成分是什么？系统中能量的变化与环境之间的关系是什么？（2）什么是封闭系统和开放系统？（3）简述了热平衡方程的含义。
（4）对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？（5）对于不对外做功的开放系统，系统能量变化率可如何表示？第一节管道系统平衡方程（1）用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或管径不变，则管径或流速如何变化？（2）当布水孔板的开孔率为30％时，流过布水孔的流速增加多少？（3）扩展的伯努利方程显示了管道中各种机械能变化与外部能量之间的关系。
简要描述了这种关系，并解释了方程的适用条件。
（4）在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量？其宏观的表现形式是什么？（5）对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动？（6）如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率？（7）简要描述了层流和湍流的流型特征。
（8）什么是“内摩擦力”？简述不同流态流体中“内摩擦力”的产生机理。
（9）流体流动时产生阻力的根本原因是什么？（10）在什么情况下，牛顿粘度定律可以用来计算剪切应力？什么是牛顿流体？（11）简述了温度和压力对液体和气体粘度的影响。
环境工程原理名词解释
径， deS
A ；等
10.吸收过程类型： ⑴按溶质和吸收剂 之间发生的作用,
表面积当量直径：
dea
6 a
。
可分为 物理吸收 和 化学吸收 ； 物理吸收：在吸收
6.旋风分离器主要 剂中的溶解度大而
用于除去气体中颗 粒在 5m 以上的
被吸收； 化学吸收：溶质与
粉尘。反映旋风分 吸收剂发生化学反
离器的分离性能的 应而被吸收。
使边界层的溶质浓
⑴沉降方向不 有时层流，有时湍 上所受到的剪力称
少。
度大大高于主体溶 是向下，而是向外， 流，处于不稳定状 为剪切应力。
14.萃取剂的选择 液中的浓度，形成 即背离旋转中心； 态，称为过渡区； 流动阻力：流体具
原则应考虑一下几 由膜表面到主体溶
⑵离心力随颗 取决于外界干扰条 有“黏滞性” →流
3000 Kc 50000 ； 学讨论的主要问题
⑶超高速离心机： 是过程发生的 方
Kc 50000 。 Kc 为 分离因数。 8.过滤按过滤机理 可分为 表面过滤 和 深层过滤 ⑴表面过滤：采用
向、极限及推动 力。 12.相际传质的助 力全部集中在 两 层停滞膜中 ，即双 助力模型。（选择）
过滤介质的孔比过 13.传质总阻力包 滤流体中的固体颗 括 气模阻力 和
是 理 想 流 体 的 流 湍流时大，形体阻 1.按过滤机理分：
动。 （5）流动分 力较大。（2）物体 表面过滤和深层过
为两个区域。
表面的粗糙度的影 滤
边界层分离条件 ： 响：粗糙表面摩擦 2.按促使流体流动
黏性作用和存在逆 阻力大。但是，当 的推动力分：
压梯度是流动分离 表面粗糙促使边界 重力过滤：在水位
环境工程原理：第08章吸收.
稀溶液下
•溶质在气液两相之间的相平衡
亨利定律
•溶质在液相中的化学反应平衡
液相中物理溶解 态的溶质浓度
溶质气相分压
化学反应的平衡条件
假设溶质A仅与一种活性组分反应（单一组分），
反应关系式为： aA bB mM
（8.3.1）
化学反应平衡常数：
Mm
K Aa Bb
[A]——液相中未反应的，以物理溶解态存在的溶质浓度
采用吸收法处理气态污染物时，通常采用化学吸收。
• 湿式脱硫：石灰/石灰石洗涤烟气脱硫 • 干法脱硫：喷雾干燥烟气脱硫：SO2被雾化的
Ca(OH)2浆液或Na2CO3溶液吸收 • 水、酸、碱吸收净化含NOx废气（硝酸生产过程） • 水、碱液吸收净化含氟废气（磷酸生产中）
一、化学吸收的特点
溶质A被吸收剂吸收后，继续与吸收剂或者其中的活 性组分B发生化学反应。 气液相际传质和液相内的化学反应同时进行。
1.气液平衡
溶质A溶
解速度 气体
平衡分压, pA* 摩尔分数, yA 摩尔比，YA
…….
相际动态平衡
液体
溶质挥 发速度
如果温度和总压一定，溶质在液体 中的溶解度只取决于溶质在气相中 的组成。
气-液相平衡关系又称溶解度曲线
饱和浓度
质量浓度，A
物质的量浓度，cA 摩尔分数，xA 摩尔比，XA
2.亨利（Henry）定律
单组分等温物理吸收是最简单和最基础的。
第二节 物理吸收
一、物理吸收的热力学基础 二、物理吸收的动力学基础
一、物理吸收的热力学基础
热力学讨论的是： 过程发生的方向、所能达到的极限及推动力。物理吸
收仅仅涉及某一组分的简单传质过程。溶质在气液两相间 的平衡关系是研究吸收热力学的基础。
环境工程原理第二版胡洪营课后经典习题答案
4.2 某平壁材料的导热系数)1(0aT +=λλ W/(m·K)， T 的单位为℃。
若已知通过平壁的热通量为q W/m 2，平壁内表面的温度为1T 。
试求平壁内的温度分布。
解：由题意，根据傅立叶定律有q ＝－λ·dT/dy即q ＝－λ0（1＋αT ）dT/dy分离变量并积分 整理得此即温度分布方程4.3 某燃烧炉的炉壁由500mm 厚的耐火砖、380mm 厚的绝热砖及250mm 厚的普通砖砌成。
其λ值依次为1.40 W/(m·K)，0.10 W/(m·K)及0.92 W/(m·K)。
传热面积A 为1m 2。
已知耐火砖内壁温度为1000℃，普通砖外壁温度为50℃。
（1）单位面积热通量及层与层之间温度；（2）若耐火砖与绝热砖之间有一2cm 的空气层，其热传导系数为0.0459 W/(m·℃)。
内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少？ 解：设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为r 1、r 2、r 3。
（1）由题易得r 1＝b λ＝110.51.4mWm K--＝0.357 m 2·K/W r 2＝3.8 m 2·K/W r 3＝0.272·m 2 K /W所以有q ＝123Tr r r ∆++＝214.5W/m 2由题T 1＝1000℃ T 2＝T 1－QR 1 ＝923.4℃T 3＝T 1－Q （R 1＋R 2）＝108.3℃ T 4＝50℃（2）由题，增加的热阻为r’＝0.436 m 2·K/W q ＝ΔT/（r 1＋r 2＋r 3＋r’） ＝195.3W/m 24.4某一Φ60 mm×3mm 的铝复合管，其导热系数为45 W/(m·K)，外包一层厚30mm 的石棉后，又包一层厚为30mm 的软木。
石棉和软木的导热系数分别为0.15W/(m·K)和0.04 W/(m·K)。
环境工程原理《吸附》习题及答案
环境工程原理《吸附》习题及答案1 、 25℃，101.3kPa 下，甲醛气体被活性炭吸附的平衡数据如下： q/[ g(气体)•g(活性炭)-1] 0 0.1 0.2 0.3 0.35 气体的平衡分压 /Pa2671600560012266试判断吸附类型，并求吸附常数。
如果25℃，101.3kPa 下，在1L 的容器中含有空气和甲醛的混合物，甲醛的分压为12kPa ，向容器中放入2g 活性炭，密闭。
忽略空气的吸附，求达到吸附平衡时容器内的压力。
解：由数据可得吸附的平衡曲线如下图1由上述的平衡曲线，可以判断吸附可能是Langmuir 或Freundlich 型。
由11111m mq q k p q =+，整理数据如下 1/q 10 5 3.3 2.86 1/p0.003740.000620.000180.00008作1/q 和1/p 的直线图2由ln 1/ln ln q n p k =+，整理数据如下：ln p 5.59 7.38 8.63 9.41 ln q-2.30-1.61-1.20-1.05作ln q 和ln p 的直线图3由以上计算可知，用Freundlich 等温方程拟合更好一些。
同时计算参数如下： 1/n=0.3336，n=3，lnk=-4.1266，k=0.016，所以等温线方程为1/30.016q p = 题设条件下，甲醛的物质的量为120000.0010.00488.314298pV n RT ⨯===⨯mol 质量为0.0048300.144m =⨯=g假设达到吸附平衡时吸附量为q ，则此时的压力为()0.14428.314298/300.001q p -⨯⨯=将1/30.016q p =代入，可以求得89p =Pa所以此时甲醛的平衡分压已经很低，如果忽略的话，可以认为此时容器内的压力为101.31289.3-=kPa2、 现采用活性炭吸附对某有机废水进行处理，对两种活性炭的吸附试验平衡数据如下：平衡浓度COD /(mg•L -1) 10050010001500200025003000A 吸附量/ [mg•g(活性炭)-1]55.6 192.3 227.8 326.1357.1378.8 394.7B 吸附量/[mg•g(活性炭)-1]47.6 181.8 294.1 357.3398.4 434.8476.2 试判断吸附类型，计算吸附常数，并比较两种活性炭的优劣。
环境工程原理知识重点归纳
环境工程原理知识重点归纳第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么？2.去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？它们的技术原理是什么？3.简述土壤污染治理的技术体系。
4.简述废物资源化的技术体系。
5.阐述环境净化与污染控制技术原理体系。
6.一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。
试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。
第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数？英尺和米的换算因素是多少？2．什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？3．质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。
4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。
5．平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么？2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。
3.质量衡算的基本关系是甚么？4.以所有组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有甚么特征？5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量的变化与环境的关系如何？2．什么是封闭系统和开放系统？3．简述热量衡算方程的涵义。
4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示？第四章热量传递第一节热量传递的方式1.甚么是热传导？2.甚么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和天然对流传热的实例。
3.简述辐射传热的过程及其特性4.试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空气处于流动状态。
5.若冬季和夏季的室温均为18℃，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？第二节热传导1.简述傅立叶定律的意义和适用条件。
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件下，溶质在气液两相中的组成存在某种特定的对应关系，称为相平衡关系。
②亨利定律（见表 8-3）
表 8-3 亨利定律介绍
要点
具体内容
在特定的条件下，溶质在气、液两相中的相平衡关系函数可以表达成比较简单
的形式。比如，在稀溶液条件下，温度一定，总压不大时，气体溶质的平衡分
定义 压和溶解度成正比，其相平衡曲线是一条通过原点的直线，这一关系称为亨利
（2）双膜理论（见表 8-5）
表 8-5 双膜理论
要点
具体内容
①相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧分别有一层虚拟的
气膜和液膜。溶质分子以稳态的分子扩散连续通过这两层膜。
基本 ②在相界面处，气、液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力，溶质在界
论点 面上两相的组成存在平衡关系。
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第八章 吸收
8.1 复习笔记
【知识框架】
吸收的定义和应用
吸收的基本概念
吸收的类型
气—液平衡和亨利定律
物理吸收的热力学基础
相平衡关系在吸收过程中的应用
物理吸收
吸收过程机理
双膜理论
物理吸收的动力学基础 总传质速率方程
传质阻力分析
在一定条件下，一相的实际组成如果等于平衡组成，传质过程就不
定义
会发生，而如果与平衡组成有差距，就会产生传质过程。实际组成 与平衡组成之间的差距越大，传质过程的速率就会越快，通常把这
计算相际传 质过程的推
动力
个差距称为过程推动力
①如用气相和液相的浓度差表示，推动力可以写为 推动
力的
（8-6）
不同 表示 方法
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第一节 吸附分离操作的基本概念
• 化学吸附：又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间发生化 学反应而引起的，其强弱取决于两种分子之间化学键力的大 小。
• 如石灰吸附2 → 3 • 吸附热大，一般在较高温下进行； • 具有选择性，单分子层吸附； • 化学键力大时，吸附不可逆。
第一节 吸附分离操作的基本概念
一、吸附分离操作的分类
• 按作用力性质分类：分物理吸附和化学吸附 • 物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德华力
所引起的，也称为范德华吸附。 • 吸附热较小（放热过程，吸附热在数值上与冷凝热相当），
可在低温下进行； • 过程是可逆的，易解吸； • 相对没有选择性，可吸附多种吸附质； • 分子量越大，分子引力越大，吸附量越大； • 可形成单分子吸附层或多分子吸附层 。
第二节 吸附剂
活性炭的优点：是吸附容量大，抗酸耐碱、化学稳定 性好，解吸容易，在高温下进行解吸再生时其晶体结构不 发生变化，热稳定性高，经多次吸附和解吸操作，仍能保 持原有的吸附性能。
第九章第一节第吸一附分节离操吸作的附基本分概离念 操作的基本概念
二、吸附分离操作的应用
• 吸附分离操作的应用范围很广，既可以对气体或液体混合 物中的某些组分进行大吸附量分离，也可以去除混合物中 的痕量杂质。
• 日常生活： • 木炭吸湿、吸臭；防腐剂；吸湿剂（硅胶）
第一节 吸附分离操作的基本概念
• 化工领域： • 产品的分离提纯，如制糖品工业，用活性炭处理糖液， 吸
⑴、化学吸附热与化学反应热相近，比物理吸附热大得多。如二氧化碳和 氢在各种吸附剂上的化学吸附热为83740J／和62800J／，而这两种气体的 物理吸附热约为25120J／和8374J／。 ⑵、化学吸附有较高的选择性。如氯可以被钨或镍化学吸附。物理吸附则 没有很高的选择性，它主要取决于气体或液体的物理性质及吸附剂的特性 。 ⑶、化学吸附时，温度对吸附速率的影响较显著，温度升高则吸附速率加 快，因其是一个活化过程，故又称活化吸附。而物理吸附即使在低温下， 吸附速率也可能较大，因它不属于活化吸附。 ⑷、化学吸附总是单分子层或单原子层，而物理吸附则不同，低压时，一 般是单分子层，但随着吸附质分压增大，吸附层可能转变成多分子层。
炭化：把原料热解成炭渣，温度：200－600度 活化：形成发达的细孔。两种办法: 气体法：通入水蒸气，温度在800－1000度； 药剂法：加入氯化锌、硫酸、磷酸等
比表面积：500－1700 m2
第二节 吸附剂
比表面积越大，吸附量越大：但应注意对一些大分子，微孔 所提供的比表面积基本上不起作用。 活性炭细孔分布情况： 微孔：<2 ，占总比表面95％：主要支配吸附量 过渡孔：2-100，<5％：起通道和吸附作用 大孔：100-10000 ，不足1％：主要起通道作用，影 响吸 附速度。
第八章 吸附
第八章 吸附
第一节 吸附分离操作的基本概念 第二节 吸附剂 第三节 吸附平衡理论 第四节 吸附动力学 第五节 吸附操作与吸附穿透曲线
第一节 吸附分离操作的基本概念
一、吸附分离操作的分类 二、吸附分离操作的应用
第一节 吸附分离操作的基本概念
基本概念
• 吸附是固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面 能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而 停留在固体表面上 。
第二节 吸附剂
一、几种重常见吸附剂 活性炭、活性炭纤维； 吸附树脂； 特殊吸附剂：活性氧化铝、硅胶、沸石分子筛； 其它吸附剂：褐煤、煤灰、煤灰渣等。
第二节 吸附剂
（一）活性炭
活性炭是应用最为广泛的吸附剂。是由煤或木质原 料加 工得到的产品，通常一切含碳的物料，如煤、木 材、果核、秸秆等都可以加工成黑炭，经活化后制成活 性炭。
活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理 含汞量低的废水。
第一节 吸附分离操作的基本概念
炼油厂、印染厂废水的深度处理 某炼油厂含油废水，经隔油，气浮和生物处理后，
再经砂滤和活性炭过滤深度处理。 废水的含酚量从0.1(生物处理后)降至0.005，氰从0.19
降至0.048，从85降至18。
第一节 吸附分离操作的基本概念
气体处理
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； 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。
脱除水分、有机蒸汽、恶臭、 、2、等。
第二节 吸附剂
一、几种常用的吸附剂 二、吸附剂再生 三、吸附剂的性能要求 四、吸附剂选择的影响因素
附其中杂质，得到洁白的产品。 • 环境领域： • 水：脱色脱臭，有害有机物的去除，金属离子，氮、磷 • 空气：脱湿，有害气体，脱臭
特别适合于低浓度混合物的分离
第一节 吸附分离操作的基本概念
应用
给水处理 嗅、味的吸附净化； 微量污染物的吸附净化。
废水处理 典型有机污染物的吸附回收(酚、苯等)； 组合工艺的达标把关措施；
第一节 吸附分离操作的基本概念
吸 分子间力 附 剂 化学键力 表 面 静电引力
物理吸附 化学吸附 交换吸附
特征
表面能降低， 为放热反应；
吸附无选择性， 分子引力随分 子量增大而增 加；
无化学反应发 生。
第一节 吸附分离操作的基本概念
• 按吸附剂再生方法分类：变温吸附和变压吸附 • 按原料组成分类：大吸附量分离和杂质去除 • 按分离机理分类：位阻效应、动力学效应和平衡效应
• 被吸附到固体表面的组分——称为吸附质 • 吸附吸附质的多孔固体——称为吸附剂 • 吸附质附着到吸附剂表面的过程——称为吸附 • 吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相的过程——称为解吸 • 吸附过程发生在——“气－固”或“液－固”非均相界面
第一节 吸附分离操作的基本概念
吸附分离过程的适用范围： 吸附分离是利用混合物中各组分与吸附剂间结合力强弱的差别
，即各组分在固相（吸附剂）与流体间分配不同的性质使混合物中 难吸附与易吸附组分分离。
适宜的吸附剂对各组分的吸附可以有很高的选择性，故特别适 用于用精馏、吸收等方法难以分离的混合物的分离，以及气体与液 体中微量杂质的去除。
吸附操作条件比较容易实现。 吸附操作缺点，主要是理论尚不够完善成熟。
第一节 吸附分离操作的基本概念