第二炮兵工程学院《环境工程学》教案 一般可采用两台或更多的固定床轮换进行吸附与再生操作,当一台吸附器正在进 行吸附时,另一台同时进行脱附、干燥与冷却 当流体等速通过固定床吸附器的吸附剂时,由于吸附剂对吸附质的吸附的作 用,吸附剂中吸附质的浓度随时间的延伸在床层的不同位置发生变化。通常,将 流动情况下,吸附剂中吸附质浓度随床层髙度的变化曲线,或气相中的吸附质浓 度随床层髙度的变化曲线称为吸附负荷曲线。显然,随着时间的推移,吸附负荷 曲线将发生变化,如图7一4所示。图中,横坐标为床层离进口端长度,床层高 度为Z,纵坐标为床层中的吸附剂负荷。当床层中无气流通过,吸附剂中具有初 始浓度‰,而后吸附质由吸附开始时刻τ。以匀速u进入床层。 图7-4(a)为吸附剂经过时间r=r的 传质 吸附后得到的吸附负荷曲线,又称为吸附波 或传质前沿。图7-4(b)为r=r+Δr时间 后,由于吸附质的不断增加,吸附波逐渐向 (b 前推移,此时吸附剂负荷可分为三个区域: ①平衡区,在靠近入口处的吸附剂负荷为平 衡负荷X,吸附已经达到饱和,这部分床层 X 已完全丧失吸附能力;②传质区,吸附波呈 S形,在X0到X之间变化,是吸附传质的主 图424不同时刻的吸附负荷曲线 )r=r;(b)r=r+△r;(c)r=n;(d)r≥r 要区段,其长度为Z。,Z。越短,表示传质阻 力越小,则床层的利用效率越高:③未吸附区,位于床层的末端,吸附剂中仍为 床层初始浓度X,具备全部吸附能力。 图7-4(c)为r=τb时,吸附波刚刚到达床层末端,若稍微再向前移动 点就会跑出床层之外,即产生所谓的“穿透现象”,称为破点,因此将吸附剂开 始吸附到床层破点的时间rb称为穿透时间,此时床层已经失效,吸附质会漏出 来,吸附剂需要再生。当τ≥τ,吸附波会全部移出床层外,整个床层失去吸 附能力,即达到全床的吸附平衡(饱和),τ称为平衡时间。如图4-24(d)所 由于从床层中各部位采样分析来得到吸附负荷曲线相 当不易,因为采样困难且容易破坏床层的稳定。通常分析 流出气体中浓度随时间的变化,以研究床层中吸附负荷的y 变化,如图7-5所示。图中,横坐标为吸附时间,纵坐标 r 为流出气体中吸附质的浓度。当r<b(穿透时间),流图4-25穿透曲线 出气体中吸附质浓度始终保持为Y,它与吸附剂中‰浓度相平衡。随着吸附的 进行,流出物中吸附质浓度将急剧上升,在τ。时达到Y,与气流体中吸附质的 原始浓度Y基本相等。在τ到τ。时间内形成的S形曲线称为穿透曲线,它与吸 附波相似,但方向与其相反。穿透曲线愈陡,说明传质阻力愈小、吸附速率愈快 及传质区域愈短。若透过曲线为一竖直线,表明传质阻力极小,吸附速率飞快。 穿透时间表示吸附床的工作性能,可用希洛夫( Wurof)公式计算。设气体流 速为u(m/s),气体中吸附质初始浓度为Y0(kg/m);吸附剂平衡静活性(与Y达 吸附平衡时的平衡吸附量)为a(kg吸附质/kg吸附剂):吸附床层截面积为A(m) 厚度为Z(m),堆积密度为pb(kg/m3)。假定吸附速率无穷大,即到达穿透时间 r时,吸附床层全部达到饱和,则穿透时间内气流带入床层的吸附质的质量uA τ等于床层所吸附的吸附质的质量 aaz b,由此可得理想穿透时间: 一第10页第 10 页 一般可采用两台或更多的固定床轮换进行吸附与再生操作，当一台吸附器正在进 行吸附时，另一台同时进行脱附、干燥与冷却。 当流体等速通过固定床吸附器的吸附剂时，由于吸附剂对吸附质的吸附的作 用，吸附剂中吸附质的浓度随时间的延伸在床层的不同位置发生变化。通常，将 流动情况下，吸附剂中吸附质浓度随床层高度的变化曲线，或气相中的吸附质浓 度随床层高度的变化曲线称为吸附负荷曲线。显然，随着时间的推移，吸附负荷 曲线将发生变化，如图 7－4 所示。图中，横坐标为床层离进口端长度，床层高 度为 Z，纵坐标为床层中的吸附剂负荷。当床层中无气流通过，吸附剂中具有初 始浓度 X0，而后吸附质由吸附开始时刻τ0以匀速 u 进入床层。 图 7－4(a)为吸附剂经过时间τ＝τ的 吸附后得到的吸附负荷曲线，又称为吸附波 或传质前沿。图 7－4(b)为τ＝τ+Δτ时间 后，由于吸附质的不断增加，吸附波逐渐向 前推移，此时吸附剂负荷可分为三个区域： ①平衡区，在靠近入口处的吸附剂负荷为平 衡负荷 Xe，吸附已经达到饱和，这部分床层 已完全丧失吸附能力；②传质区，吸附波呈 S 形，在 X0 到 Xe之间变化，是吸附传质的主 要区段，其长度为 Za ，Za 越短，表示传质阻 力越小，则床层的利用效率越高；③未吸附区，位于床层的末端，吸附剂中仍为 床层初始浓度 X0，具备全部吸附能力。 图 7－4(c)为τ＝τb 时，吸附波刚刚到达床层末端，若稍微再向前移动一 点就会跑出床层之外，即产生所谓的“穿透现象”，称为破点，因此将吸附剂开 始吸附到床层破点的时间τb 称为穿透时间，此时床层已经失效，吸附质会漏出 来，吸附剂需要再生。当τ≥τe，吸附波会全部移出床层外，整个床层失去吸 附能力，即达到全床的吸附平衡（饱和），τe称为平衡时间。如图 4－24(d)所 示。 由于从床层中各部位采样分析来得到吸附负荷曲线相 当不易，因为采样困难且容易破坏床层的稳定。通常分析 流出气体中浓度随时间的变化，以研究床层中吸附负荷的 变化，如图 7－5 所示。图中，横坐标为吸附时间，纵坐标 为流出气体中吸附质的浓度。当τ＜τb（穿透时间），流 出气体中吸附质浓度始终保持为 Y0，它与吸附剂中 X0 浓度相平衡。随着吸附的 进行，流出物中吸附质浓度将急剧上升，在τe 时达到 Ye，与气流体中吸附质的 原始浓度 Y0基本相等。在τb到τe时间内形成的 S 形曲线称为穿透曲线，它与吸 附波相似，但方向与其相反。穿透曲线愈陡，说明传质阻力愈小、吸附速率愈快 及传质区域愈短。若透过曲线为一竖直线，表明传质阻力极小，吸附速率飞快。 穿透时间表示吸附床的工作性能，可用希洛夫(Wurof)公式计算。设气体流 速为 u(m/s)，气体中吸附质初始浓度为 Y0(kg/m3 )；吸附剂平衡静活性（与 Y0达 吸附平衡时的平衡吸附量）为 a(kg 吸附质/kg 吸附剂)；吸附床层截面积为 A(m2 )， 厚度为 Z(m），堆积密度为ρb(kg/m3 )。假定吸附速率无穷大，即到达穿透时间 τb0时，吸附床层全部达到饱和，则穿透时间内气流带入床层的吸附质的质量 uAY0 τb0等于床层所吸附的吸附质的质量 aAZρb，由此可得理想穿透时间：