《热质交换原理与设备》课件：第5章 吸附和吸收处理空气的原理与方法.ppt

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1、第5章吸附和吸收处理空气的原理与方法§5.1吸附材料处理空气的机理和方法§5.2吸收剂处理空气的机理和方法5.1吸附材料处理空气的机理和方法5.1.1吸附的基本知识和概念吸附现象是产生在相异两相的边界面上的一种分子积聚现象。吸附就是把分子配列程度较低的气相分子浓缩到分子配列程度较高的固相中。使气相浓缩的物体叫吸附剂，被浓缩的物质叫吸附质。如，当某固体物质吸附水蒸气时，此固体物质就是吸附剂，水蒸汽就是吸附质。（1）吸附、吸附质和吸附剂范德华引力存在于所有物质的分子之间，只有当分子间的距离在几个纳米之内时才显露出来。在同相态物质中，分子间的吸引力是平衡的

2、，而在两相物质的交界处，原于、离子或分子处于非平衡力作用之下，因而：1）表面的分子或原子与同相的内部分子或原子相比，处于不同的能量状态。“表面能”(surfaceenergy)系表面粒子的附加能，使得物质的表面区域具有和同相物质内部区域明显不同的特征。2）给定相态下物质的单位总内能由两部分组成：该相物质单位质量的内能um和该相物质单位表面积的内能us。因此对质量为m，总表面积为A的物质而言，其总内能为（5-1）则其单位质量的总内能为（5-2）当物质的比表面积很大时，表面能就会对物质的性能产生很大的影响。两相物质边界上的非平衡力(表面力)使得边界表面上

3、的分子(原于、离子)数目与所接触相内部对应的微粒数目不同。这种非平衡力导致的物质微粒在表面上聚集程度的改变就是通常所说的吸附。吸附可分为物理吸附和化学吸附物理吸附主要依靠普遍存在于分子间的范德华力起作用。物理吸附属于一种表面现象，可以使单层吸附，也可以是多层吸附，主要特征为：吸附质和吸附剂之间不发生化学反应对所吸附的气体选择性不强吸附过程快，参与吸附的各相之间瞬间达到平衡吸附过程为低放热过程，放热量比相应气体的液化潜热稍大吸附剂与吸附质间的吸附力不强，在条件改变时可以脱附化学吸附起因于吸附质分子与吸附剂表面分子(原子)的化学作用，在吸附过程中发生电子

4、转移和共有原子重排以及化学键断裂与形成等过程。化学吸附多是单层吸附。很多时候物理吸附和化学吸附很难严格划分（2）吸附的种类对于给定的吸附质-吸附剂组合对，在平衡状态下吸附剂对吸附质的吸附量可直观地表示为（4-23）在平衡状态下吸附等值线有：吸附等压线：q仅是T的函数，p=const吸附等温线（经常使用）：q仅是p的函数，t=const（3）吸附平衡、等温吸附线和等压吸附线右图为典型的等压吸附线。图中曲线2为物理吸附，温度升高平衡向脱附方向移动，吸附量减小。高温部分曲线1是化学吸附曲线，温度升高吸附量减小。如果始终能达到平衡的话，则不论曲线1还是曲线2

5、都沿图中虚线进行。曲线3为物理吸附和化学吸附的过渡区，为非平衡吸附区。下图为常见气体等温吸附典型形式。横坐标为蒸汽压p，纵坐标为等温吸附量q。(a)合成沸石(b)Langmuir型，适于单层物理、化学吸附和多孔介质物理吸附，如硅胶对水蒸气的吸附(c)活性铝(d)活性炭(e)BET型吸附，固体表面的多层吸附(f)线性吸附为界面现象，性能好的吸附剂单位质量具有较高的表面积(称为比表面积，m2/g吸附剂)，因此好的吸附剂都为多孔介质。多孔介质吸附剂孔按孔隙大小分为三类：微孔、过渡孔和大孔。它们之间的比较见表表4-5.同较大孔隙的吸附相比，微孔吸附的特点是吸

6、附能力强。微孔中整个空间存在着吸附力场，这是微孔吸附与较大孔隙吸附的根本不同点。（4）吸附剂结构、多孔介质，比表面积（5）吸附剂的特性参数1）多孔体的外观体积多孔体（如活性炭）的外观体积是：颗粒间隙体积、颗粒内细孔体积、真正骨架的体积之和V堆=V隙+V孔+V真2）吸附剂密度表征多孔性物质的密度，采用真密度、表观密度和堆积密度三种密度表示。堆积密度（充填密度）ρ：堆积密度实际上与吸附剂颗粒大小无关，其测定可在容量为100~500L的量筒内进行。振动下加装吸附剂，称重，便可求得堆积密度。与振动强度有关。真密度ρs：表示单位体积吸附剂物质的质量颗粒密度（表

7、观密度）ρp：为吸附剂颗粒的质量与吸附剂颗粒的体积之比。颗粒体积包括吸附物质体积和颗粒内孔隙体积。常见的吸附剂的吸附等温线有朗谬尔公式（Languageisotherm）适于单层等温吸附弗雷德里克公式仅用于吸附质未达到饱和状态时的吸附现象描述，出现凝结和结晶时，吸附现象不明显BET公式（Brunauer-Emmett-Teller）：布鲁诺、艾米特、泰勒三人创立的多分子层吸附公式常用于测定多孔物质比表面积微孔吸附公式5.1.2等温吸附线5.1.3吸附剂的类型和性能常用的固体吸附剂可分为“极性吸附剂”和“非极性吸附剂”两大类极性吸附剂具有“亲水性”，如

8、硅胶、多孔活性铝、沸石等铝硅酸盐类吸附剂；非极性吸附剂具有“憎水性”，如活性碳吸附剂等，这些吸附剂对油的亲和