第11章 吸附 法净化气体污染物
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第11章 吸附法净化气态污染物 大气污染控制工程课件
11. 吸附法
物理吸附与化学吸附有很多不同点，前者吸附剂与 吸附质之间不发生化学反应，物质性质不发生变化， 吸附进行速度较快，很快能达到吸附平衡，吸附反 应是放热反应，吸附热较小，相当于物质的液化热 或汽化热，吸附没有选择性，吸附质往往是多层的， 具有可逆性；
后者吸附进行缓慢，达到平衡需要时间长，吸附时 发生化学反应，并在吸附剂表面生成新物质，吸附 为放热过程，放热量较大，相当于化学反应热，吸 附有选择性，常常是不可逆的，一般为单层吸附。
（3）操作条件
影响吸附的操作条件主要有温度、压力、气 流速度等。
对于物理吸附，控制较低温度有利。对于化 学吸附，提高温度对吸附有利，
从理论上讲，增加压力对吸附有利，但提高 压力会增加能耗，实际上一般不采用。
气流速度大小受吸附时间的控制，为保证吸 附完全，应保证一定的接触时间，因此气流 速度不宜过大，实践表明，固定床吸附操作 合理的气流速度控制在0.2~0.6m/s。
图4-6 移动床吸附器示意图 1-冷却器；2-吸附器；3-分配板；4-提升管；5-再生器 ；6-吸附剂控制机械；7-固粒料面控制器;8-封闭装置；
9-出料阀门
3.流化床吸附器
它是由带有溢流装置的 多层吸附器和移动式脱 附器组成。废气从吸附 器的下部引入，气体通 过筛板向上移动，将吸 附剂吹起，在吸附段完 成吸附操作，吸附后的 气体进入扩大段，降低 气流速度，减少吸附剂 的携带。完成吸附从底 部另一侧排出的吸附剂 直接用蒸气进行脱附和 干燥，然后从顶部送回 吸附段继续使用。
3.连续式流程
连续化流程是由连续性运行的流化床或移动 床吸附器构成，其特点是吸附和脱附再生同 时进行，利于自动化操作。
4.吸附操作应注意的事项
根据影响吸附操作的影响因素，在进行吸附操作时，主要注意 以下问题：
物理吸附与化学吸附有很多不同点，前者吸附剂与 吸附质之间不发生化学反应，物质性质不发生变化， 吸附进行速度较快，很快能达到吸附平衡，吸附反 应是放热反应，吸附热较小，相当于物质的液化热 或汽化热，吸附没有选择性，吸附质往往是多层的， 具有可逆性；
后者吸附进行缓慢，达到平衡需要时间长，吸附时 发生化学反应，并在吸附剂表面生成新物质，吸附 为放热过程，放热量较大，相当于化学反应热，吸 附有选择性，常常是不可逆的，一般为单层吸附。
（3）操作条件
影响吸附的操作条件主要有温度、压力、气 流速度等。
对于物理吸附，控制较低温度有利。对于化 学吸附，提高温度对吸附有利，
从理论上讲，增加压力对吸附有利，但提高 压力会增加能耗，实际上一般不采用。
气流速度大小受吸附时间的控制，为保证吸 附完全，应保证一定的接触时间，因此气流 速度不宜过大，实践表明，固定床吸附操作 合理的气流速度控制在0.2~0.6m/s。
图4-6 移动床吸附器示意图 1-冷却器；2-吸附器；3-分配板；4-提升管；5-再生器 ；6-吸附剂控制机械；7-固粒料面控制器;8-封闭装置；
9-出料阀门
3.流化床吸附器
它是由带有溢流装置的 多层吸附器和移动式脱 附器组成。废气从吸附 器的下部引入，气体通 过筛板向上移动，将吸 附剂吹起，在吸附段完 成吸附操作，吸附后的 气体进入扩大段，降低 气流速度，减少吸附剂 的携带。完成吸附从底 部另一侧排出的吸附剂 直接用蒸气进行脱附和 干燥，然后从顶部送回 吸附段继续使用。
3.连续式流程
连续化流程是由连续性运行的流化床或移动 床吸附器构成，其特点是吸附和脱附再生同 时进行，利于自动化操作。
4.吸附操作应注意的事项
根据影响吸附操作的影响因素，在进行吸附操作时，主要注意 以下问题：
吸收法净化气体污染物课件
02
吸收剂的种类与选择
吸收剂的种类
01
02
03
物理吸收剂
利用吸收剂与气体污染物 之间的物理作用进行吸收 ，如水、乙醇、石油等。
化学吸收剂
通过吸收剂与气体污染物 之间的化学反应进行吸收 ，如氢氧化钠、硫酸等。
物理-化学吸收剂
同时具备物理和化学吸收 作用的吸收剂，如酸性或 碱性盐溶液。
吸收剂的选择原则
02
吸收法通常用于处理工业废气、 汽车尾气等气体污染物，是环境 保护领域中常用的技术手段之一 。
吸收法的原理
当气体通过吸收剂时，有害物质与吸 收剂发生化学或物理反应，被吸收剂 吸收，从而实现气体净化。
吸收过程通常在常温常压下进行，操 作简单、能耗低，且可以回收利用有 害物质，具有较高的环保效益。
吸收法的应用场景
案例二：工业炉窑的烟气除尘
总结词
工业炉窑烟气除尘是吸收法净化气体污染物的又一应 用，通过吸收剂与烟气中的颗粒物反应，使其沉降下 来，达到除尘效果。
详细描述
工业炉窑在生产过程中会产生大量的烟气，其中含有颗 粒物等污染物，这些颗粒物不仅会污染环境，还会对人 类健康造成危害。因此，需要对工业炉窑的烟气进行除 尘处理。吸收法是烟气除尘的重要技术之一，通过将吸 收剂（如石灰石、熟石灰等）与烟气中的颗粒物反应， 使其沉降下来，从而达到除尘效果。该方法具有处理效 果好、技术成熟、运行稳定等优点，是目前工业炉窑烟 气除尘的主要技术之一。
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吸收法净化气体污染物课 件
目录
• 吸收法概述 • 吸收剂的种类与选择 • 吸收设备与工艺流程 • 吸收法净化气体污染物的效果与影响因素 • 吸收法净化气体污染物的案例分析 • 吸收法净化气体污染物的未来发展与挑战
吸附法净化气态污染物概述(PPT 29张)
降压再生 再生时压力低于吸附操作时的压力，或对床层抽真空，使吸附质解 吸出来，再生温度可与吸附温度相同。 通气吹扫 向再生设备中通入基本上无吸附性的吹扫气，降低吸附质在气相中 再生 的分压，使其解吸出来。操作温度愈高，通气温度愈低，效果愈好。 置换脱附 采用可吸附的吹扫气，置换床层中已被吸附的物质，吹扫气的吸附 再生 性愈强，床层解吸效果愈好，比较适用于对温度敏感的物质。为使 吸附剂再生，还需对再吸附物进行解吸。 化学再生 向床层通入某种物质使吸附质发生化学反应，生成不易被吸附的物 质而解吸下来。
一、吸附法净化含氮氧化物废气
2.工艺流程 NOx尾气进入固定床 吸附装置被吸附，净化 后气体经风机排至大气， 活性炭定期用碱液再生。
活性炭吸附NOx的工艺流程
1－酸洗槽 2－固定吸附床 3－再生器 4－风机
一、吸附法净化含氮氧化物废气
3.影响因素 含氧量：NOx尾气中含氧量越大，则净化效 率越高。 水分：水分有利于活性炭对NOx的吸附，当 湿度大于50%时，影响更为显著。 吸附温度：吸附是放热过程，低温有利于吸 附。 接触时间和空塔速率：接触时间长，吸附效 率高；空塔速率大，吸附效率低。
二、吸附法净化含二氧化硫废气
1.吸附净化原理 利用活性炭对烟气中SO2进行吸附，既有物理 吸附，也有化学吸附；
在烟气中存在氧和蒸汽时，化学吸附尤为明显
因为活性炭是SO2与O2反应的催化剂，反应生
成SO3，SO3溶于水生成硫酸
二、吸附法净化含二氧化硫废气
1.吸附净化原理 (1)吸附 物理吸附（以*表示吸附态分子）： SO2 SO2* 1/2O2 1/2 O2* H2O 化学吸附： SO2* ＋1/2O2* SO3* SO3*＋H2O* H2SO4* H2SO4*＋nH2O H2SO4·nH2O* 总反应方程： SO2＋H2O＋1/2O2 活性炭 H2SO4
吸附法净化气态污染物
其中：M2(Ⅰ) ——一价金属； M2(Ⅱ) ——二价金属；
n——硅铝比； m——结晶水摩尔数。 特点:孔径均一、吸附容量大、吸附选择性强。
可净化：SO2 、NOX 等。
（5） 白土
分为：漂白土和酸性白土。
主要成分：硅铝酸盐。 用途：油类脱色、除臭。
三. 影响气体吸附的因素
1. 操作条件
（1） 温度 物理吸附，T￬有利； 化学吸附，T￪有利。 （2） 压力 P ￪，则PA￪，有利； P ￪ ，能耗￪； 一般常压操作
式中：dMA —— dt时间内吸附质从气相扩散至固体表面的 质量，kg/m3剂 ;
吸附速率 吸附层数
快 单分子层，多分子层
慢 单分子层或单原子层
二. 吸附剂 1. 对工业吸附剂的要求 ① 内表面积大; ② 具有较好的选择性;
③ 吸附容量大;
吸附容量 : 在一定温度和一定的吸附质浓度下 , 单位质量 或单位体积吸附剂所能吸附的最大吸附质质量. ④ 足够的机械强度、化学和热稳定性; ⑤ 来源广泛,造价低廉等.
固定温度T，则 XT ＝f（p）
2. 吸附等温线
→
等温吸附方程
描述一定温度下，被吸附剂吸附的物质的最大量（平衡吸
附量）与气相中吸附质平衡分压之间关系的曲线。
P279-280:图7-15、7-16。
NH3在活性炭上的吸附等温线
上图中：相对压力为：p/pv；p——气相中吸附质分压； pv ——一定温度下，吸附质的饱和蒸气压。
式中： V —— 吸附达平衡的气体吸附量,ml ； Vm —— 固体表面盖满单分子层所吸附的气体体积，ml； P —— 被吸附组分在气相中的平衡分压， Pa ； P0 —— 在吸附温度下该气体的饱和蒸汽压， Pa ； C —— 与吸附热有关的常数。
第11章 吸附 法净化气体污染物
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
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。
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”） 。
取对数后：
第二节 吸附理论
lg q lg a (1 n) lg P
①lgq—lgP关系，得直线；②1/n ,
1/n >2时， 吸附难进行。
第十一章吸附法净化气态污染物
吸附方程式
BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附）
V
VmC P
( P0 P )[1 (C 1 ) P / P0 ]
P
1 (C 1)P
V (P0 P ) V mC V mC P0
V－ 被 吸 附 气 体 在 标 态 下 的 体 积 P－ 吸 附 质 在 气 相 中 的 平 衡 分 压 P 0－ 吸 附 温 度 下 吸 附 质 的 饱 和 蒸 汽 压 Vm－ 吸 附 剂 被 覆 盖 满 一 层 时 吸 附 气 体 在 标 态 下 的 体 积 C－ 与 吸 附 热 有 关 的 常 数
气体吸附的影响因素
典型吸附质分子的横截面积
气体吸附的影响因素
吸附质性质、浓度
➢ 临界直径－吸附质不易渗入的最大直径 ➢ 吸附质的分子量、沸点、饱和性
吸附剂活性
➢ 单位吸附剂吸附的吸附质的量 ➢ 静活性－吸附达到饱和时的吸附量 ➢ 动活性－未达到平衡时的吸附量
常见分子的临界直径
分子
氦 氢 乙炔 氧 一氧化碳 二氧化碳 氮 水 氨 氩 甲烷 乙烯 环氧乙烷 乙烷 甲醇 乙醇 环丙烷 丙烷 正丁烷-正二十二烷
物理吸附和化学吸附
• 吸附热：化学吸附的吸附热与化学反应热相近，而物理吸附的吸附 热与气体的液化热相近。吸附热是区别物理吸附和化学吸附的重要 标志之一。
• 选择性：化学吸附具有较高的选择性。例如，钨和镍可以化学吸附 氢，而氢则不能被铝或铜所化学吸附。物理吸附则没有多大选择性， 其吸附量的多少取决于气体的物理性能及吸附剂的特性。
➢ lgm对lgP作图为直线
m－单位吸附剂的吸附量 P－吸附质在气相中的平衡分压 K,n－经验常数, 实验确定
吸附方程式
朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线）
第11章 吸附法净化气态污染物 大气污染控制工程课件
4.影响吸附的因素
影响吸附的因素主要包括吸附剂性质、吸附 质性质、吸附质的浓度、操作条件等。
（1）吸附剂性质：吸附剂的表面积越大，提 供的吸附表面越大，吸附能力越强。影响吸 附剂表面积的结构因素包括吸附剂的空隙率、 孔径、颗粒大小等。
（2）吸附质的性质：吸附质的分子大小、沸 点、饱和度等影响吸附量的大小，一般认为 分子质量越大、沸点越高、不饱和性越强， 则越容易被吸附。
能提高速度，减小装置尺寸，降低投资； ③温度是吸附和脱附的关键，应掌握好温度的变化，及时调整
保证最佳温度范围； ④时时监测排气中污染物的浓度，及时脱附和再生，保证操作
的顺利进行。
4.2.3. 吸附设备
目前常用的吸附净化设备有三种：固定床吸附器、 移动床吸附器和流化床吸附器。
固定床吸附器如图4-4和4-5所示，把吸附剂固定在 一个床层上，床层厚度0.5~2m，被净化气体通过床 层时被吸附。固定床吸附器按气流运动方式分为立 式和卧式两种，立式气流上下运动，卧式气流水平 运动；按形状分为方型和圆形两种。固定床吸附器 的特点是结构简单、投资较低，操作方便，适合于 小型、分散、间歇性的污染源处理。自动操作受到 限制。
当排气间歇时间大于再生所需要的时间时， 可以在吸附完成后，在同一设备内完成脱附 操作；
当排气间歇时间小于再生所需要时间时，可 将吸附器内的吸附剂更换，对失效吸附剂集 中再生处理。
2.半连续式流程
是应用最普遍的一种吸附流程，可用于 间歇产生废气的场合，也可以用于连续 操作。
流程由2~3台吸附器构成，当一台吸附 器进行吸附操作时，另一台进行再生操 作，当再生周期大于吸附周期时，可以 再增加一台吸附器用于吸附操作。
1.填空题
习题
（1）连续排放时，可以选择的吸附流程为
吸附法净化气态污染物PPT课件
z
（1）传质区、吸附波（传质波、传质前 沿）:在吸附床中，平衡区与未用区之间的吸
附质负荷变化形成的S形曲线所占的区域称为 传质区，S形曲线称为吸附波（或传质波、传 质前沿）。
（2）穿透现象：当吸附波的前沿刚到床层的
出口端时称为穿透现象。
（3）破点：出现穿透现象后，吸附波稍微向前
移动一点，在流出物的分析中就有吸附质漏出来， 该点称为破点。
例题：（P186习题3）
3、 解： 由希洛夫方程得 K 0.1 Z m 109
B K Z Z m
K 0.2 Z m 310
解得 Z m 0.046m, K 2018 .52
am 又K C0 故有 am KC0 2018 .52 20 2 10
10、1吸附和吸附剂
2、工业吸附剂 （1）活性氧化铝 （2）活性碳※ （3）硅胶 （4）分子筛
10、2吸附平衡与吸附速率
• 10、2、1吸附平衡 1、两个概念
（1）平衡吸附量（静态吸附量或静活性）：在一定的 温度下，与气相中吸附质的初始浓度成平衡时的最 大吸附量，一般用单位 质量吸附剂在吸附平衡时所 能吸附的吸附质质量来表示，表示固体吸附剂对气 体吸附量的极限，以am表示。 （2）动活性：气体通过吸附层时，随着床层吸附剂的 逐渐接近饱和，吸附质最终不能被全部吸附，当流 出气体中可能出现吸附质时，我们认为吸附剂已失 效，此时计算出来的单位吸附剂所吸收吸附质的量 称为动活性。 显然：动活性＜静活性
10、3吸附装置及工艺
• 10、3、1吸附装置 1、固定床吸附器 2、回转吸附器 3、流动床吸附器 • 10、3、2吸附工艺 1、一般吸附工艺 2、变压吸附工艺（PSA）
有机气态污染物固定床吸附 工艺流程（一般吸附工艺）
（1）传质区、吸附波（传质波、传质前 沿）:在吸附床中，平衡区与未用区之间的吸
附质负荷变化形成的S形曲线所占的区域称为 传质区，S形曲线称为吸附波（或传质波、传 质前沿）。
（2）穿透现象：当吸附波的前沿刚到床层的
出口端时称为穿透现象。
（3）破点：出现穿透现象后，吸附波稍微向前
移动一点，在流出物的分析中就有吸附质漏出来， 该点称为破点。
例题：（P186习题3）
3、 解： 由希洛夫方程得 K 0.1 Z m 109
B K Z Z m
K 0.2 Z m 310
解得 Z m 0.046m, K 2018 .52
am 又K C0 故有 am KC0 2018 .52 20 2 10
10、1吸附和吸附剂
2、工业吸附剂 （1）活性氧化铝 （2）活性碳※ （3）硅胶 （4）分子筛
10、2吸附平衡与吸附速率
• 10、2、1吸附平衡 1、两个概念
（1）平衡吸附量（静态吸附量或静活性）：在一定的 温度下，与气相中吸附质的初始浓度成平衡时的最 大吸附量，一般用单位 质量吸附剂在吸附平衡时所 能吸附的吸附质质量来表示，表示固体吸附剂对气 体吸附量的极限，以am表示。 （2）动活性：气体通过吸附层时，随着床层吸附剂的 逐渐接近饱和，吸附质最终不能被全部吸附，当流 出气体中可能出现吸附质时，我们认为吸附剂已失 效，此时计算出来的单位吸附剂所吸收吸附质的量 称为动活性。 显然：动活性＜静活性
10、3吸附装置及工艺
• 10、3、1吸附装置 1、固定床吸附器 2、回转吸附器 3、流动床吸附器 • 10、3、2吸附工艺 1、一般吸附工艺 2、变压吸附工艺（PSA）
有机气态污染物固定床吸附 工艺流程（一般吸附工艺）
吸附法净化气态污染物的几个基础问题
１ ． 学 吸 附 ２化
的低浓度 有害物质 ， 具有净化 效率高 、 可 回收有 用组分 、 设备 简单 、 易实现 自动化
控制等优 点， 缺点是 吸附容 量较小 、 其 设
备体 积 大 。
由于多孔性 固体吸 附剂表 面存在 着
剩 余 吸 引 力 ， 表 面 具 有 吸 附 力 。 据 吸 故 根 附 剂 表 面 与 被 吸 附 物 质 之 间 作 用 力 的 不 加 固 后 的 极 限 荷 载 刚度 值 均 有 所 提 高 ， 但 提 高 幅度 比未 开 裂 墙体 的低 ， 约 是 未 开 大 裂 墙 体 单 面加 固 的… 半 ， 面 剪 刀 撑 加 固 双
和动 活性 ， 般静活性应 用较 多。 一
３ 吸 附 法 的特 点 ．
用 多孔 性 固体 处理 流 体混 合物 ， 使 其 中所 含 的 一 种 或 者 几 种 组 分 浓 集 在 固 体 表 面 ， 而 与 其 他 组 分 分 开 的过 程 称 为 吸 附 。被 吸 附 到 固 体 表 面 的 物 质 称 为 吸
口王 琛
（ 龙 江 生 态 工 程职 业 学 院 资 源 环 境 系 ， 龙 江 哈 尔 滨 １０ ２ ） 黑 黑 ０ ５ ５
低 温 度 下 发 生 物 理 吸 附 ．而 在 较 高 温 度 Ｆ发 生 化 学 吸 附 ． 即 物 胖 吸 附 发 ， 化 圭在 学 吸 附 之 前 ， 当吸 附 剂 逐 渐 具 备 足 够 高 的 活 化 能 后 ， 发 生 化 学 吸 附 。 可 能 两 才 亦
附质 ，吸 附质附着 于其上 的物质称 为吸
附剂。 １ 吸 附 类 型 ． 吸 附 净 化 是利 用 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 ， 现 净化废气 的一种 方法 。 实 该 方 法 能 够 有 效 脱 除 一 般 方 法 难 于 分 离
的低浓度 有害物质 ， 具有净化 效率高 、 可 回收有 用组分 、 设备 简单 、 易实现 自动化
控制等优 点， 缺点是 吸附容 量较小 、 其 设
备体 积 大 。
由于多孔性 固体吸 附剂表 面存在 着
剩 余 吸 引 力 ， 表 面 具 有 吸 附 力 。 据 吸 故 根 附 剂 表 面 与 被 吸 附 物 质 之 间 作 用 力 的 不 加 固 后 的 极 限 荷 载 刚度 值 均 有 所 提 高 ， 但 提 高 幅度 比未 开 裂 墙体 的低 ， 约 是 未 开 大 裂 墙 体 单 面加 固 的… 半 ， 面 剪 刀 撑 加 固 双
和动 活性 ， 般静活性应 用较 多。 一
３ 吸 附 法 的特 点 ．
用 多孔 性 固体 处理 流 体混 合物 ， 使 其 中所 含 的 一 种 或 者 几 种 组 分 浓 集 在 固 体 表 面 ， 而 与 其 他 组 分 分 开 的过 程 称 为 吸 附 。被 吸 附 到 固 体 表 面 的 物 质 称 为 吸
口王 琛
（ 龙 江 生 态 工 程职 业 学 院 资 源 环 境 系 ， 龙 江 哈 尔 滨 １０ ２ ） 黑 黑 ０ ５ ５
低 温 度 下 发 生 物 理 吸 附 ．而 在 较 高 温 度 Ｆ发 生 化 学 吸 附 ． 即 物 胖 吸 附 发 ， 化 圭在 学 吸 附 之 前 ， 当吸 附 剂 逐 渐 具 备 足 够 高 的 活 化 能 后 ， 发 生 化 学 吸 附 。 可 能 两 才 亦
附质 ，吸 附质附着 于其上 的物质称 为吸
附剂。 １ 吸 附 类 型 ． 吸 附 净 化 是利 用 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 ， 现 净化废气 的一种 方法 。 实 该 方 法 能 够 有 效 脱 除 一 般 方 法 难 于 分 离
吸附法去除气态污染物
•3、影响气体吸附的因素
•（1）操作条件：
• ①低温（有利）
物理吸附；
•
高温（有利）
化学吸附。
• 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
•（3）吸附质的性质与浓度：
•如临界直径、分子量、沸点、饱和性。
•①lgXT—gP关系，得直线；②1/n , lgk求出n，k； •③1/n介于0.1~0.5之间时，吸附容易进行；
•
④来源广泛，造价低廉；
•
⑤良好的再生性能（从经济角度考虑）。
•
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
•
• 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℃。
• 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）。
•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。
•
•吸附剂的活性： •静活性：是指在一定温度下，与气相中被吸附物质的初 始浓度平衡时的最大吸附量，即在该条件下，吸附达到 饱和时的吸附量。
•（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；
• 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。
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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”） 。
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”） 。