1.3-吸附动力学及动态学-2013-5-优秀PPT.ppt

1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学第一章第一章 吸附及吸附吸附及吸附过程过程1.1.1 1 吸附及吸附平衡吸附及吸附平衡吸附及吸附平衡吸附及吸附平衡吸附作用，物理吸附，化学吸附，吸附作用，物理吸附，化学吸附，吸附作用，物理吸附，化学吸附，吸附作用，物理吸附，化学吸附，吸附势能曲线吸附势能曲线吸附势能曲线吸附势能曲线，吸附平衡，平衡，吸附平衡，平衡，吸附平衡，平衡，吸附平衡，平衡吸附量。吸附量。吸附量。吸附量。1.2 1.2 吸附热力学吸附热力学吸附热力学吸附热力学吸附等温线、吸附等（温）压线、等量线，吸附等温方程，吸附热吸附等温线、吸附等（温）压线、等量线，吸附等温方程，吸附热吸附等温线、吸附等（温）压线、等量线，吸附等温方程，吸附热吸附等温线、吸附等（温）压线、等量线，吸附等温方程，吸附热及其测定。及其测定。及其测定。及其测定。1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附速率，吸附传质过程、吸附动力学方程，流出曲线及其测定，吸附速率，吸附传质过程、吸附动力学方程，流出曲线及其测定，吸附速率，吸附传质过程、吸附动力学方程，流出曲线及其测定，吸附速率，吸附传质过程、吸附动力学方程，流出曲线及其测定，吸附传质区、吸附前沿。吸附传质区、吸附前沿。吸附传质区、吸附前沿。吸附传质区、吸附前沿。2022/10/301吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学n吸附动力学主要探讨吸附质在吸附剂颗粒内的扩散吸附动力学主要探讨吸附质在吸附剂颗粒内的扩散吸附动力学主要探讨吸附质在吸附剂颗粒内的扩散吸附动力学主要探讨吸附质在吸附剂颗粒内的扩散性能，通过测定吸附速率，计算微孔扩散系数，进性能，通过测定吸附速率，计算微孔扩散系数，进性能，通过测定吸附速率，计算微孔扩散系数，进性能，通过测定吸附速率，计算微孔扩散系数，进而推算吸附活化能。而推算吸附活化能。而推算吸附活化能。而推算吸附活化能。n吸附动态学（或称动态吸附）主要探讨吸附剂床吸附动态学（或称动态吸附）主要探讨吸附剂床吸附动态学（或称动态吸附）主要探讨吸附剂床吸附动态学（或称动态吸附）主要探讨吸附剂床层内的传质层性能及其影响因素。层内的传质层性能及其影响因素。层内的传质层性能及其影响因素。层内的传质层性能及其影响因素。1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学2022/10/302吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(1)(1)吸附速度吸附速度吸附速度吸附速度吸附速率曲线吸附速率曲线可用与测定吸附等温线相同可用与测定吸附等温线相同可用与测定吸附等温线相同可用与测定吸附等温线相同的方法，在不同吸附时间测得的方法，在不同吸附时间测得的方法，在不同吸附时间测得的方法，在不同吸附时间测得吸附量，以吸附量为纵坐标，吸附量，以吸附量为纵坐标，吸附量，以吸附量为纵坐标，吸附量，以吸附量为纵坐标，时间为横坐标绘图，即可得到时间为横坐标绘图，即可得到时间为横坐标绘图，即可得到时间为横坐标绘图，即可得到吸附速率曲线。吸附速率曲线。吸附速率曲线。吸附速率曲线。正己烷在不同生产厂的正己烷在不同生产厂的5A分子筛上的吸附速率曲线（分子筛上的吸附速率曲线（30）右图为正己烷在右图为正己烷在5A分子筛上分子筛上的吸附速率曲线的吸附速率曲线在单位时间内被单位体积在单位时间内被单位体积(或质量或质量)吸附剂所吸附的物质吸附剂所吸附的物质量称为量称为吸附速度吸附速度。2022/10/303吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学1.3 吸附动力学及吸附动力学及动态学动态学(2)(2)吸附的传质过程吸附的传质过程吸附的传质过程吸附的传质过程吸附剂都是内部拥有很多孔的多孔物质。以气相吸吸附剂都是内部拥有很多孔的多孔物质。以气相吸吸附剂都是内部拥有很多孔的多孔物质。以气相吸吸附剂都是内部拥有很多孔的多孔物质。以气相吸附质在吸附剂上的吸附过程为例，吸附质从气体附质在吸附剂上的吸附过程为例，吸附质从气体附质在吸附剂上的吸附过程为例，吸附质从气体附质在吸附剂上的吸附过程为例，吸附质从气体主流到吸附剂颗粒内部的传递过程分为两个阶段：主流到吸附剂颗粒内部的传递过程分为两个阶段：主流到吸附剂颗粒内部的传递过程分为两个阶段：主流到吸附剂颗粒内部的传递过程分为两个阶段：第一阶段是从气体主流通过吸附剂颗粒四周的气膜第一阶段是从气体主流通过吸附剂颗粒四周的气膜第一阶段是从气体主流通过吸附剂颗粒四周的气膜第一阶段是从气体主流通过吸附剂颗粒四周的气膜到颗粒的表面，称为外部传递过程或外扩散。到颗粒的表面，称为外部传递过程或外扩散。到颗粒的表面，称为外部传递过程或外扩散。到颗粒的表面，称为外部传递过程或外扩散。其次阶段是从吸附剂颗粒表面传向颗粒孔隙内部，其次阶段是从吸附剂颗粒表面传向颗粒孔隙内部，其次阶段是从吸附剂颗粒表面传向颗粒孔隙内部，其次阶段是从吸附剂颗粒表面传向颗粒孔隙内部，称为孔内部传递过程或内扩散称为孔内部传递过程或内扩散称为孔内部传递过程或内扩散称为孔内部传递过程或内扩散.2022/10/304吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(2)(2)吸附的传质过程吸附的传质过程吸附的传质过程吸附的传质过程n n这两个阶段是按先后依次进行的，在吸附时气体先通过气膜到达颗粒表面，然这两个阶段是按先后依次进行的，在吸附时气体先通过气膜到达颗粒表面，然这两个阶段是按先后依次进行的，在吸附时气体先通过气膜到达颗粒表面，然这两个阶段是按先后依次进行的，在吸附时气体先通过气膜到达颗粒表面，然后才能向颗粒内扩散，脱附时则逆向进行。后才能向颗粒内扩散，脱附时则逆向进行。后才能向颗粒内扩散，脱附时则逆向进行。后才能向颗粒内扩散，脱附时则逆向进行。n n内扩散过程有几种不同状况，参见右图。内扩散过程有几种不同状况，参见右图。内扩散过程有几种不同状况，参见右图。内扩散过程有几种不同状况，参见右图。气体分子到达颗粒外表面时，气体分子到达颗粒外表面时，气体分子到达颗粒外表面时，气体分子到达颗粒外表面时，一部分会被外表面所吸附。而一部分会被外表面所吸附。而一部分会被外表面所吸附。而一部分会被外表面所吸附。而被吸附的分子有可能沿着颗粒被吸附的分子有可能沿着颗粒被吸附的分子有可能沿着颗粒被吸附的分子有可能沿着颗粒内的孔壁向深化扩散，称为表内的孔壁向深化扩散，称为表内的孔壁向深化扩散，称为表内的孔壁向深化扩散，称为表面扩散。面扩散。面扩散。面扩散。一部分气体分子还可能在颗粒一部分气体分子还可能在颗粒一部分气体分子还可能在颗粒一部分气体分子还可能在颗粒内的孔中向深化扩散，称为孔内的孔中向深化扩散，称为孔内的孔中向深化扩散，称为孔内的孔中向深化扩散，称为孔扩散。扩散。扩散。扩散。在孔扩散的途中气体分子又可在孔扩散的途中气体分子又可在孔扩散的途中气体分子又可在孔扩散的途中气体分子又可能与孔壁表面碰撞而被吸附。能与孔壁表面碰撞而被吸附。能与孔壁表面碰撞而被吸附。能与孔壁表面碰撞而被吸附。2022/10/305吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(2)(2)吸附的传质过程吸附的传质过程吸附的传质过程吸附的传质过程 内扩散是既有平行又有依次的吸附过程，它的过程模式可表内扩散是既有平行又有依次的吸附过程，它的过程模式可表内扩散是既有平行又有依次的吸附过程，它的过程模式可表内扩散是既有平行又有依次的吸附过程，它的过程模式可表达为：达为：达为：达为：吸附传递过程吸附传递过程吸附传递过程吸附传递过程由三部分组成，即由三部分组成，即由三部分组成，即由三部分组成，即外扩散、内扩散外扩散、内扩散外扩散、内扩散外扩散、内扩散和和和和表面吸表面吸表面吸表面吸附附附附。吸附过程的。吸附过程的。吸附过程的。吸附过程的总速率总速率总速率总速率取决于取决于取决于取决于最慢阶段最慢阶段最慢阶段最慢阶段的速率。的速率。的速率。的速率。2022/10/306吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(3)(3)扩散系数扩散系数扩散系数扩散系数式中式中式中式中D D为扩散系数，负号表示扩散是向浓度低的方向进行。为扩散系数，负号表示扩散是向浓度低的方向进行。为扩散系数，负号表示扩散是向浓度低的方向进行。为扩散系数，负号表示扩散是向浓度低的方向进行。扩散系数随扩散物质的性质而异，通常以试验方法测定，扩散系数随扩散物质的性质而异，通常以试验方法测定，扩散系数随扩散物质的性质而异，通常以试验方法测定，扩散系数随扩散物质的性质而异，通常以试验方法测定，从有关手册中也可查得。从有关手册中也可查得。从有关手册中也可查得。从有关手册中也可查得。n n扩散过程在吸附中占有重要地位。由于分子热运动，在没扩散过程在吸附中占有重要地位。由于分子热运动，在没扩散过程在吸附中占有重要地位。由于分子热运动，在没扩散过程在吸附中占有重要地位。由于分子热运动，在没有外力作用下扩散过程能自发地产生。有外力作用下扩散过程能自发地产生。有外力作用下扩散过程能自发地产生。有外力作用下扩散过程能自发地产生。n n依据费克定律，时间依据费克定律，时间依据费克定律，时间依据费克定律，时间t t t t内扩散穿过表面内扩散穿过表面内扩散穿过表面内扩散穿过表面F F F F的物质数量的物质数量的物质数量的物质数量G G G G与浓与浓与浓与浓度度度度(c)(c)(c)(c)梯度成正比梯度成正比梯度成正比梯度成正比(n(n(n(n扩散距离扩散距离扩散距离扩散距离)。浓度梯度确定了过程的推。浓度梯度确定了过程的推。浓度梯度确定了过程的推。浓度梯度确定了过程的推动力。动力。动力。动力。2022/10/307吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学n n按吸附动力学原理，吸附速度可用下式表示：按吸附动力学原理，吸附速度可用下式表示：按吸附动力学原理，吸附速度可用下式表示：按吸附动力学原理，吸附速度可用下式表示：dq/dtdq/dt吸附速度吸附速度吸附速度吸附速度，在，在，在，在单位时间单位时间单位时间单位时间内被单位体积内被单位体积内被单位体积内被单位体积(或质量或质量或质量或质量)吸吸吸吸附剂所吸附的物质量；附剂所吸附的物质量；附剂所吸附的物质量；附剂所吸附的物质量；cc吸附质在吸附质在吸附质在吸附质在气体气体气体气体中的中的中的中的含量含量含量含量；yy与吸附剂所吸附的与吸附剂所吸附的与吸附剂所吸附的与吸附剂所吸附的物质量物质量物质量物质量成成成成平衡平衡平衡平衡的气体浓度的气体浓度的气体浓度的气体浓度；kk从气流到吸附剂表面的从气流到吸附剂表面的从气流到吸附剂表面的从气流到吸附剂表面的质量传递系数质量传递系数质量传递系数质量传递系数，也称，也称，也称，也称总传质总传质总传质总传质系数系数系数系数。(4)(4)吸附动力学方程吸附动力学方程吸附动力学方程吸附动力学方程2022/10/308吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(5)(5)传质系数传质系数传质系数传质系数n n以以以以扩散方式扩散方式扩散方式扩散方式到达到达到达到达吸附剂表面吸附剂表面吸附剂表面吸附剂表面的的的的物质量物质量物质量物质量由费克定律确定，该物质量应由费克定律确定，该物质量应由费克定律确定，该物质量应由费克定律确定，该物质量应等等等等于于于于按按按按吸附动力学方程吸附动力学方程吸附动力学方程吸附动力学方程所求得的所求得的所求得的所求得的吸附质的量吸附质的量吸附质的量吸附质的量：对于物理吸附，由于表面吸附的速度极快，几乎是瞬间完成，故吸附对于物理吸附，由于表面吸附的速度极快，几乎是瞬间完成，故吸附对于物理吸附，由于表面吸附的速度极快，几乎是瞬间完成，故吸附对于物理吸附，由于表面吸附的速度极快，几乎是瞬间完成，故吸附对吸附动力学过程的影响可以忽视不计；吸附传递的动力学过程是由对吸附动力学过程的影响可以忽视不计；吸附传递的动力学过程是由对吸附动力学过程的影响可以忽视不计；吸附传递的动力学过程是由对吸附动力学过程的影响可以忽视不计；吸附传递的动力学过程是由外扩散和内扩散所确定。外扩散和内扩散所确定。外扩散和内扩散所确定。外扩散和内扩散所确定。k k1 1表示表示表示表示外扩散过程的传质系数外扩散过程的传质系数外扩散过程的传质系数外扩散过程的传质系数，k k2 2表示表示表示表示内扩散过程的传质系数内扩散过程的传质系数内扩散过程的传质系数内扩散过程的传质系数，则，则，则，则总传总传总传总传质系数质系数质系数质系数与外、内扩散系数有下列关系：与外、内扩散系数有下列关系：与外、内扩散系数有下列关系：与外、内扩散系数有下列关系：传质系数与很多变量，如，吸附剂种类、被吸附的气体组成以及吸附传质系数与很多变量，如，吸附剂种类、被吸附的气体组成以及吸附传质系数与很多变量，如，吸附剂种类、被吸附的气体组成以及吸附传质系数与很多变量，如，吸附剂种类、被吸附的气体组成以及吸附工况等性质有关。工况等性质有关。工况等性质有关。工况等性质有关。2022/10/309吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学作业作业n n查文献、综述吸附过程查文献、综述吸附过程查文献、综述吸附过程查文献、综述吸附过程扩散系数测定和计算方法。扩散系数测定和计算方法。扩散系数测定和计算方法。扩散系数测定和计算方法。2022/10/3010吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(6)(6)固定床吸附动态学固定床吸附动态学固定床吸附动态学固定床吸附动态学pp 吸附动态学（或称动态吸附）是探讨固定床层中的吸附吸附动态学（或称动态吸附）是探讨固定床层中的吸附吸附动态学（或称动态吸附）是探讨固定床层中的吸附吸附动态学（或称动态吸附）是探讨固定床层中的吸附动态行为，即探讨吸附床层中的工作层（或称传质层）动态行为，即探讨吸附床层中的工作层（或称传质层）动态行为，即探讨吸附床层中的工作层（或称传质层）动态行为，即探讨吸附床层中的工作层（或称传质层）（Mess Transfer ZoneMess Transfer Zone）MTZMTZ的动态行为。的动态行为。的动态行为。的动态行为。2022/10/3011吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(6)(6)固定床吸附动态学固定床吸附动态学固定床吸附动态学固定床吸附动态学n n恒温固定床吸附柱的连续性方程恒温固定床吸附柱的连续性方程恒温固定床吸附柱的连续性方程恒温固定床吸附柱的连续性方程n n恒温低浓度单组份流体通过体颗粒填充的圆柱固定床层时，床层内流恒温低浓度单组份流体通过体颗粒填充的圆柱固定床层时，床层内流恒温低浓度单组份流体通过体颗粒填充的圆柱固定床层时，床层内流恒温低浓度单组份流体通过体颗粒填充的圆柱固定床层时，床层内流淌相的流速分布因颗粒大小的不同，吸附床层的膨胀变更，吸附时产生淌相的流速分布因颗粒大小的不同，吸附床层的膨胀变更，吸附时产生淌相的流速分布因颗粒大小的不同，吸附床层的膨胀变更，吸附时产生淌相的流速分布因颗粒大小的不同，吸附床层的膨胀变更，吸附时产生的吸附热使床层温度变更，都会影响传质的机理和流速的分布。的吸附热使床层温度变更，都会影响传质的机理和流速的分布。的吸附热使床层温度变更，都会影响传质的机理和流速的分布。的吸附热使床层温度变更，都会影响传质的机理和流速的分布。n n 为简便计，假设志向状况下为：为简便计，假设志向状况下为：为简便计，假设志向状况下为：为简便计，假设志向状况下为：n n恒温下固定相和流淌相在流淌方向连续相互接触，密度恒定不变，恒温下固定相和流淌相在流淌方向连续相互接触，密度恒定不变，恒温下固定相和流淌相在流淌方向连续相互接触，密度恒定不变，恒温下固定相和流淌相在流淌方向连续相互接触，密度恒定不变，流淌相在床层内占有恒定的容积分率。流淌相在床层内占有恒定的容积分率。流淌相在床层内占有恒定的容积分率。流淌相在床层内占有恒定的容积分率。n n流淌相的流速分布在整个床层的横截面确定，溶质浓度分布曲线为流淌相的流速分布在整个床层的横截面确定，溶质浓度分布曲线为流淌相的流速分布在整个床层的横截面确定，溶质浓度分布曲线为流淌相的流速分布在整个床层的横截面确定，溶质浓度分布曲线为连续的曲线，不因填充的吸附剂颗粒的大小，影响其连续性。连续的曲线，不因填充的吸附剂颗粒的大小，影响其连续性。连续的曲线，不因填充的吸附剂颗粒的大小，影响其连续性。连续的曲线，不因填充的吸附剂颗粒的大小，影响其连续性。2022/10/3012吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(6)(6)固定床吸附动态学固定床吸附动态学固定床吸附动态学固定床吸附动态学1 1）低浓度单组分的连续性方程）低浓度单组分的连续性方程）低浓度单组分的连续性方程）低浓度单组分的连续性方程 从物料衡算，得出固定床连续性方程为：从物料衡算，得出固定床连续性方程为：从物料衡算，得出固定床连续性方程为：从物料衡算，得出固定床连续性方程为：式中，式中，式中，式中，DAa DAaDAm+EaDAm+Ea组分组分组分组分A A在流淌相流淌方向的轴向扩散系数；在流淌相流淌方向的轴向扩散系数；在流淌相流淌方向的轴向扩散系数；在流淌相流淌方向的轴向扩散系数；DAmDAm流淌相中组分流淌相中组分流淌相中组分流淌相中组分A A的有效扩散系数；的有效扩散系数；的有效扩散系数；的有效扩散系数；EaEa弥散系数。弥散系数。弥散系数。弥散系数。弥散效应是由于：弥散效应是由于：弥散效应是由于：弥散效应是由于：(a)(a)床层内固定颗粒之间流体混和，床层内固定颗粒之间流体混和，床层内固定颗粒之间流体混和，床层内固定颗粒之间流体混和，(b)(b)沟流，使流沟流，使流沟流，使流沟流，使流淌相通过床层的横截面时流速不匀整，淌相通过床层的横截面时流速不匀整，淌相通过床层的横截面时流速不匀整，淌相通过床层的横截面时流速不匀整，(c)Taylor(c)Taylor扩散，由于局部径向速扩散，由于局部径向速扩散，由于局部径向速扩散，由于局部径向速度梯度和轴向浓度梯度共同引起的效果，因而产生弥散和返混的现象。度梯度和轴向浓度梯度共同引起的效果，因而产生弥散和返混的现象。度梯度和轴向浓度梯度共同引起的效果，因而产生弥散和返混的现象。度梯度和轴向浓度梯度共同引起的效果，因而产生弥散和返混的现象。在没有返混，呈活塞流的志向状况下，固定床连续性方程改为：在没有返混，呈活塞流的志向状况下，固定床连续性方程改为：在没有返混，呈活塞流的志向状况下，固定床连续性方程改为：在没有返混，呈活塞流的志向状况下，固定床连续性方程改为：2022/10/3013吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学进料料CFCout床层内吸床层内吸附质浓度附质浓度Cout/CF=0Cout/CF=10Cout/CF1t=00ttbC-床床层内吸内吸附附质浓度度透过曲线透过曲线MTZ-传质区区Cout/CF=0.05Cout/CF=0.95LUB(6)(6)固定床吸附动态学固定床吸附动态学固定床吸附动态学固定床吸附动态学 2)2)吸附的传质区、吸附前沿和流出曲线吸附的传质区、吸附前沿和流出曲线吸附的传质区、吸附前沿和流出曲线吸附的传质区、吸附前沿和流出曲线在吸附床中，随着气体混合物不断流入，在吸附床中，随着气体混合物不断流入，在吸附床中，随着气体混合物不断流入，在吸附床中，随着气体混合物不断流入，吸附前沿不断向床的出口端推动，绘出吸附吸附前沿不断向床的出口端推动，绘出吸附吸附前沿不断向床的出口端推动，绘出吸附吸附前沿不断向床的出口端推动，绘出吸附床出口处吸附质浓度随时间的变更，便得到床出口处吸附质浓度随时间的变更，便得到床出口处吸附质浓度随时间的变更，便得到床出口处吸附质浓度随时间的变更，便得到流出曲线。流出曲线。流出曲线。流出曲线。2022/10/3014吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学 2)2)吸附的传质区、吸附前沿和流出曲线吸附的传质区、吸附前沿和流出曲线吸附的传质区、吸附前沿和流出曲线吸附的传质区、吸附前沿和流出曲线吸附前沿吸附前沿(或或传质前沿）传质前沿）(6)(6)固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学2022/10/3015吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学以吸附床长度（以吸附床长度（z)为横坐标，吸附量为横坐标，吸附量(q)为纵坐标，作图即为纵坐标，作图即为为吸附负荷曲线吸附负荷曲线。3 3）吸附负荷曲线）吸附负荷曲线）吸附负荷曲线）吸附负荷曲线(6)(6)固定床吸附动态学固定床吸附动态学固定床吸附动态学固定床吸附动态学2022/10/3016吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学传质区形成后，只要气流速度不变，其长度也不变，并随着传质区形成后，只要气流速度不变，其长度也不变，并随着传质区形成后，只要气流速度不变，其长度也不变，并随着传质区形成后，只要气流速度不变，其长度也不变，并随着气流的不断进入，渐渐沿气流向前推动。气流的不断进入，渐渐沿气流向前推动。气流的不断进入，渐渐沿气流向前推动。气流的不断进入，渐渐沿气流向前推动。在动态吸附过程中，吸附床可分为三个区段：在动态吸附过程中，吸附床可分为三个区段：在动态吸附过程中，吸附床可分为三个区段：在动态吸附过程中，吸附床可分为三个区段：a.a.吸附饱和区，在此区吸附剂不再吸附，达到动平衡状态。吸附饱和区，在此区吸附剂不再吸附，达到动平衡状态。吸附饱和区，在此区吸附剂不再吸附，达到动平衡状态。吸附饱和区，在此区吸附剂不再吸附，达到动平衡状态。b.b.吸附传质区，传质区愈短，表示传质阻力愈小吸附传质区，传质区愈短，表示传质阻力愈小吸附传质区，传质区愈短，表示传质阻力愈小吸附传质区，传质区愈短，表示传质阻力愈小(即传质系数即传质系数即传质系数即传质系数大大大大)，床层中吸附剂的利用率越高。，床层中吸附剂的利用率越高。，床层中吸附剂的利用率越高。，床层中吸附剂的利用率越高。c.c.吸附床的未吸附区，在此区吸附剂为吸附床的未吸附区，在此区吸附剂为吸附床的未吸附区，在此区吸附剂为吸附床的未吸附区，在此区吸附剂为“簇新簇新簇新簇新”吸附剂。吸附剂。吸附剂。吸附剂。(6)(6)固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学吸附的传质区吸附的传质区吸附的传质区吸附的传质区 S S形曲线所占的床层长度称为吸附的传质区形曲线所占的床层长度称为吸附的传质区形曲线所占的床层长度称为吸附的传质区形曲线所占的床层长度称为吸附的传质区(MTZ)(MTZ)。2022/10/3017吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学“吸附前沿吸附前沿吸附前沿吸附前沿”常应用于吸附过程的常应用于吸附过程的常应用于吸附过程的常应用于吸附过程的工程概念工程概念工程概念工程概念中，它表示在传质区与未中，它表示在传质区与未中，它表示在传质区与未中，它表示在传质区与未吸附区之间存在着吸附前沿。吸附区之间存在着吸附前沿。吸附区之间存在着吸附前沿。吸附区之间存在着吸附前沿。(6)(6)固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学吸附前沿吸附前沿吸附前沿吸附前沿事实上吸附前沿和流出曲线是成镜面的对称相像，和吸附前沿一样，事实上吸附前沿和流出曲线是成镜面的对称相像，和吸附前沿一样，事实上吸附前沿和流出曲线是成镜面的对称相像，和吸附前沿一样，事实上吸附前沿和流出曲线是成镜面的对称相像，和吸附前沿一样，传质阻力大，传质区愈大，流出曲线的波幅愈大，反之，传质阻力传质阻力大，传质区愈大，流出曲线的波幅愈大，反之，传质阻力传质阻力大，传质区愈大，流出曲线的波幅愈大，反之，传质阻力传质阻力大，传质区愈大，流出曲线的波幅愈大，反之，传质阻力愈小，流出曲线的波幅也愈小。愈小，流出曲线的波幅也愈小。愈小，流出曲线的波幅也愈小。愈小，流出曲线的波幅也愈小。在极端志向的状况在极端志向的状况在极端志向的状况在极端志向的状况下，即吸附速度无下，即吸附速度无下，即吸附速度无下，即吸附速度无限大、无传质阻力限大、无传质阻力限大、无传质阻力限大、无传质阻力的时候，吸附前沿的时候，吸附前沿的时候，吸附前沿的时候，吸附前沿曲线和流出曲线成曲线和流出曲线成曲线和流出曲线成曲线和流出曲线成了垂直线，床内吸了垂直线，床内吸了垂直线，床内吸了垂直线，床内吸附剂都可能被有效附剂都可能被有效附剂都可能被有效附剂都可能被有效利用。利用。利用。利用。2022/10/3018吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(6)(6)固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学透过曲线透过曲线透过曲线透过曲线把颗粒大小均一的同种吸附剂装填在固定吸附床中，含有确把颗粒大小均一的同种吸附剂装填在固定吸附床中，含有确把颗粒大小均一的同种吸附剂装填在固定吸附床中，含有确把颗粒大小均一的同种吸附剂装填在固定吸附床中，含有确定浓度定浓度定浓度定浓度(c0)(c0)吸附质的气体混合物以恒定的流速通过吸附床吸附质的气体混合物以恒定的流速通过吸附床吸附质的气体混合物以恒定的流速通过吸附床吸附质的气体混合物以恒定的流速通过吸附床层，假设床层内的吸附剂完全没有传质阻力，即吸附速度层，假设床层内的吸附剂完全没有传质阻力，即吸附速度层，假设床层内的吸附剂完全没有传质阻力，即吸附速度层，假设床层内的吸附剂完全没有传质阻力，即吸附速度无限大的状况下，吸附质始终是以无限大的状况下，吸附质始终是以无限大的状况下，吸附质始终是以无限大的状况下，吸附质始终是以c0c0的初始浓度向气体流的初始浓度向气体流的初始浓度向气体流的初始浓度向气体流淌力向推动，如图淌力向推动，如图淌力向推动，如图淌力向推动，如图23(a)23(a)所示；所示；所示；所示；事实上由于传质阻力存在，流体的速度、吸附相平衡以及吸事实上由于传质阻力存在，流体的速度、吸附相平衡以及吸事实上由于传质阻力存在，流体的速度、吸附相平衡以及吸事实上由于传质阻力存在，流体的速度、吸附相平衡以及吸附机理等各方面的影响。吸附质浓度为附机理等各方面的影响。吸附质浓度为附机理等各方面的影响。吸附质浓度为附机理等各方面的影响。吸附质浓度为c0c0的气体混合物通的气体混合物通的气体混合物通的气体混合物通过吸附床时，首先是在吸附床入口处形成过吸附床时，首先是在吸附床入口处形成过吸附床时，首先是在吸附床入口处形成过吸附床时，首先是在吸附床入口处形成s s形曲线形曲线形曲线形曲线 图图图图223(b)3(b)，此曲线便称为吸附前沿，此曲线便称为吸附前沿，此曲线便称为吸附前沿，此曲线便称为吸附前沿(或传质前沿或传质前沿或传质前沿或传质前沿)。1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学2022/10/3019吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学6.6.固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学在在在在qzqz曲线中，面积曲线中，面积曲线中，面积曲线中，面积abcdefabcdef代表传质区的总吸附容量，传质波上方面积代表传质区的总吸附容量，传质波上方面积代表传质区的总吸附容量，传质波上方面积代表传质区的总吸附容量，传质波上方面积agdefagdef是传质区床层仍具有吸附实力的容量，故传质区是传质区床层仍具有吸附实力的容量，故传质区是传质区床层仍具有吸附实力的容量，故传质区是传质区床层仍具有吸附实力的容量，故传质区(MTZ)(MTZ)吸附饱和率为吸附饱和率为吸附饱和率为吸附饱和率为agdcb/abcdefagdcb/abcdef，传质区剩余吸附实力分率为，传质区剩余吸附实力分率为，传质区剩余吸附实力分率为，传质区剩余吸附实力分率为agdef/abcdefagdef/abcdef。对于对于对于对于C C一一一一 曲线，则和上述传质波的状态相对应，吸附饱和率为曲线，则和上述传质波的状态相对应，吸附饱和率为曲线，则和上述传质波的状态相对应，吸附饱和率为曲线，则和上述传质波的状态相对应，吸附饱和率为agdcb/abcdefagdcb/abcdef，剩余吸附实力分率为，剩余吸附实力分率为，剩余吸附实力分率为，剩余吸附实力分率为agdef/abcdefagdef/abcdef，吸附饱和率愈大，表示，吸附饱和率愈大，表示，吸附饱和率愈大，表示，吸附饱和率愈大，表示床层的利用效率越大，透过曲线床层的利用效率越大，透过曲线床层的利用效率越大，透过曲线床层的利用效率越大，透过曲线S S形部分成垂直的直线时，传质阻力最小，形部分成垂直的直线时，传质阻力最小，形部分成垂直的直线时，传质阻力最小，形部分成垂直的直线时，传质阻力最小，床层利用率最大。床层利用率最大。床层利用率最大。床层利用率最大。4)4)吸附饱和率吸附饱和率吸附饱和率吸附饱和率剩余吸附实力剩余吸附实力剩余吸附实力剩余吸附实力剩余吸附实力剩余吸附实力剩余吸附实力剩余吸附实力2022/10/3020吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(6)(6)固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学4 4）透过曲线计算）透过曲线计算）透过曲线计算）透过曲线计算在固定床吸附，假如浓度波形成后，波形保持固定不变，在固定床吸附，假如浓度波形成后，波形保持固定不变，在固定床吸附，假如浓度波形成后，波形保持固定不变，在固定床吸附，假如浓度波形成后，波形保持固定不变，并以恒定的速度向前移动。并以恒定的速度向前移动。并以恒定的速度向前移动。并以恒定的速度向前移动。依照物料衡算依照物料衡算依照物料衡算依照物料衡算,在在在在dd时间内，送入床层中溶液内溶质变更值时间内，送入床层中溶液内溶质变更值时间内，送入床层中溶液内溶质变更值时间内，送入床层中溶液内溶质变更值buAC0d buAC0d，应等于在此段，应等于在此段，应等于在此段，应等于在此段dzdz床层中吸附剂的吸附量和床层床层中吸附剂的吸附量和床层床层中吸附剂的吸附量和床层床层中吸附剂的吸附量和床层吸附剂颗粒空隙吸附剂颗粒空隙吸附剂颗粒空隙吸附剂颗粒空隙bb内溶液浓度的变更量：内溶液浓度的变更量：内溶液浓度的变更量：内溶液浓度的变更量：b buAuAC C0 0d d=(1-=(1-b b)q)qmm+b bC C0 0ddZu-u-流体流经床层空隙的速度，流体流经床层空隙的速度，流体流经床层空隙的速度，流体流经床层空隙的速度，b b-吸附剂床层吸附剂床层吸附剂床层吸附剂床层空隙，空隙，空隙，空隙，2022/10/3021吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学(6)(6)固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学4 4）透过曲线计算）透过曲线计算）透过曲线计算）透过曲线计算2022/10/3022吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学5 5）吸附等温线类型对浓度波的影响）吸附等温线类型对浓度波的影响）吸附等温线类型对浓度波的影响）吸附等温线类型对浓度波的影响(6)(6)固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学2022/10/3023吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学6)6)浓度波的移动速度浓度波的移动速度浓度波的移动速度浓度波的移动速度(6)(6)固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学固定床吸附动力学假设：假设：假设：假设：流体以流体以流体以流体以活塞流活塞流活塞流活塞流通过床层，流经床层空隙的实际通过床层，流经床层空隙的实际通过床层，流经床层空隙的实际通过床层，流经床层空隙的实际流速流速流速流速是常数是常数是常数是常数u u；流体主体中溶质与吸附剂上的吸附质流体主体中溶质与吸附剂上的吸附质流体主体中溶质与吸附剂上的吸附质流体主体中溶质与吸附剂上的吸附质瞬时达到平衡瞬时达到平衡瞬时达到平衡瞬时达到平衡；无轴向弥散无轴向弥散无轴向弥散无轴向弥散；等温操作等温操作等温操作等温操作。恒定浓度恒定浓度恒定浓度恒定浓度c c的浓度波移动速度的浓度波移动速度的浓度波移动速度的浓度波移动速度u uc c为：为：为：为：该方程说明浓度波移动速度取决于流体在床层空隙该方程说明浓度波移动速度取决于流体在床层空隙该方程说明浓度波移动速度取决于流体在床层空隙该方程说明浓度波移动速度取决于流体在床层空隙bb中的流速和吸附等中的流速和吸附等中的流速和吸附等中的流速和吸附等温线的斜率。温线的斜率。温线的斜率。温线的斜率。一般说来，浓度波在床层中移动的速度一般说来，浓度波在床层中移动的速度一般说来，浓度波在床层中移动的速度一般说来，浓度波在床层中移动的速度ucuc比流体流经床层空隙的速度比流体流经床层空隙的速度比流体流经床层空隙的速度比流体流经床层空隙的速度u u小小小小得多。得多。得多。得多。例如假设例如假设例如假设例如假设bb0.50.5，吸附平衡关系，吸附平衡关系，吸附平衡关系，吸附平衡关系q q5000c5000c则则则则dq/dcdq/dc50005000，从式从式从式从式(7-43)(7-43)计算出计算出计算出计算出u c/uu c/u0.00020.0002。假如。假如。假如。假如u u0.914m/s0.914m/s，则，则，则，则ucuc0.000183m/s0.000183m/s。若床层高度若床层高度若床层高度若床层高度1.83m1.83m，那么浓度波穿过床层需，那么浓度波穿过床层需，那么浓度波穿过床层需，那么浓度波穿过床层需2.78h2.78h。2022/10/3024吸附过程及应用吸附过程及应用1.3 1.3 吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学吸附动力学及动态学n n影响流出曲线形态或传质区的因素有影响流出曲线形态或传质区的因素有影响流出曲线形态或传质区的因素有影响流出曲线形态或传质区的因素有:n n吸附剂的性质、颗粒的形态和大小吸附剂的性质、颗粒的形态和大小吸附剂的性质、颗粒的形态和大小吸附剂的性质、颗粒的形态和大小n n气体混合物的组成和性质、流体速度、气体混合物的组成和性质、流体速度、气体混合物的组成和性质、流体速度、气体混合物的组成和性质、流体速度、n n吸附平衡和机理以及吸附床的温度和压力。吸附平衡和机理以及吸附