环境工程第十一章-吸附..优秀PPT.ppt

第十一章第十一章 吸吸 附附第一节第一节 吸附分别操作的特点吸附分别操作的特点 吸附操作是通过多孔固体物质与某一混合组分体系（气体或吸附操作是通过多孔固体物质与某一混合组分体系（气体或液体）接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固液体）接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分别的操作过程。体表面，从而实现特定组分分别的操作过程。被吸附到固体表面的组分被吸附到固体表面的组分称为吸附质称为吸附质吸附吸附质的多孔固体吸附吸附质的多孔固体称为吸附剂称为吸附剂吸附质附着到吸附剂表面的过程吸附质附着到吸附剂表面的过程称为吸附称为吸附吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相中的过程吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相中的过程称为解吸称为解吸吸附过程发生在吸附过程发生在“气固气固”或或“液固液固”非均相界面非均相界面 一、吸附分别操作的分类一、吸附分别操作的分类按作用力性质分类：分物理吸附和化学吸附按作用力性质分类：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。力所引起的，也称为范德华吸附。吸附热较小，可在低温下进行。吸附热较小，可在低温下进行。过程是可逆的，易解吸（被吸附的分子由于热运动还会离过程是可逆的，易解吸（被吸附的分子由于热运动还会离开吸附剂表面）开吸附剂表面）相对没有选择性，可吸附多种吸附质（由于分子力是普遍相对没有选择性，可吸附多种吸附质（由于分子力是普遍存在的）。存在的）。分子量越大，分子引力越大，吸附量越大。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可形成单分子吸附层或多分子吸附层 。化学吸附：又称活性吸附，是由吸附剂和吸附质之间化学吸附：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。化学键力的大小。如石灰吸附如石灰吸附CO2 CaCO3 吸附热大，一般在较高温下进行。吸附热大，一般在较高温下进行。具有选择性，单分子层吸附。具有选择性，单分子层吸附。化学键力大时，吸附不行逆。化学键力大时，吸附不行逆。二、吸附分别操作的应用二、吸附分别操作的应用吸附分别操作的应用范围很广，既可以对气体或液体混合物吸附分别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别，也可以去除混合物中的痕中的某些组分进行大吸附量分别，也可以去除混合物中的痕量杂质。量杂质。日常生活：木炭吸湿、吸臭；防腐剂；吸湿剂（硅胶）日常生活：木炭吸湿、吸臭；防腐剂；吸湿剂（硅胶）化工领域：产品的分别提纯，如制糖品工业，用活性炭处理化工领域：产品的分别提纯，如制糖品工业，用活性炭处理糖液，吸附其中杂质，得到洁白的产品。糖液，吸附其中杂质，得到洁白的产品。环境领域：环境领域：水：脱色脱臭，有害有机物的去除，金属离子，氮、磷水：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，脱臭空气：脱湿，有害气体，脱臭 其次节其次节 吸附剂吸附剂 一、常用吸附剂的主要特性一、常用吸附剂的主要特性吸附容量大：由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以吸吸附容量大：由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以吸附容量取决于吸附剂表面积的大小。附容量取决于吸附剂表面积的大小。选择性高：对要分别的目的组分有较大的选择性。选择性高：对要分别的目的组分有较大的选择性。稳定性好：吸附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度稳定性好：吸附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度下解吸再生其结构不会发生太大的变更。同时，还应具下解吸再生其结构不会发生太大的变更。同时，还应具有耐酸碱的良好化学稳定性。有耐酸碱的良好化学稳定性。适当的物理特性：适当的积累密度和强度适当的物理特性：适当的积累密度和强度廉价易得廉价易得 二、几种常用的工业吸附剂二、几种常用的工业吸附剂（一）活性炭（一）活性炭 活性碳是应用最为广泛的吸附剂。是由煤或木质原活性碳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、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。果核、秸秆等都可以加工成黑炭，经活化后制成活性炭。碳化：把原料热解成碳渣，温度：碳化：把原料热解成碳渣，温度：200600度度 活化：形成发达的细孔。两种方法活化：形成发达的细孔。两种方法:气体法：通入水蒸汽，温度在气体法：通入水蒸汽，温度在8001000度；度；药剂法：加入氯化锌、硫酸、磷酸等药剂法：加入氯化锌、硫酸、磷酸等比表面积：比表面积：5001700 m2/g 比表面积越大，吸附量越大：但应留意对一些大分子，比表面积越大，吸附量越大：但应留意对一些大分子，微孔所供应的比表面积基本上不起作用。微孔所供应的比表面积基本上不起作用。活性炭细孔分布状况：活性炭细孔分布状况：微孔：微孔：2 nm，占总比表面，占总比表面95：主要支配吸附量：主要支配吸附量 过渡孔：过渡孔：2-100nm，10，吸附等温线几，吸附等温线几乎变成矩形，是不行逆乎变成矩形，是不行逆吸附。吸附。弗兰德里希公式参数的求解：弗兰德里希公式参数的求解：对吸附等温式两边取对数：对吸附等温式两边取对数：k双对数坐标双对数坐标1/n1/n越小，说明吸附可在相当宽的浓越小，说明吸附可在相当宽的浓度范围下进行。度范围下进行。一般认为一般认为 1/n=0.1 0.5 时简洁吸附时简洁吸附 2.2.朗格谬尔朗格谬尔（langmuir)公式公式方程推导的基本假定：方程推导的基本假定：吸附剂表面性质均一，每一个具有剩余价力的表面吸附剂表面性质均一，每一个具有剩余价力的表面分子或原子吸附一个气体分子。分子或原子吸附一个气体分子。吸附质在吸附剂表面为单分子层吸附。吸附质在吸附剂表面为单分子层吸附。吸附是动态的，被吸附分子受热运动影响可以重新吸附是动态的，被吸附分子受热运动影响可以重新回到气相。回到气相。吸附在吸附剂表面的吸附质分子之间无作用力。吸附在吸附剂表面的吸附质分子之间无作用力。设吸附表面覆盖率为设吸附表面覆盖率为，则，则可以表示为：可以表示为：气体的脱附速度气体的脱附速度与与成正比，可以表示为：成正比，可以表示为：kd 气体的吸附速度气体的吸附速度与剩余吸附面积与剩余吸附面积(1)和气体分压成正和气体分压成正比，可以表示为：比，可以表示为：kap(1)qm为吸附剂表面全部吸附点均被吸附质覆盖时的吸附量，为吸附剂表面全部吸附点均被吸附质覆盖时的吸附量，即饱和吸附量即饱和吸附量以气体分子的吸附为例：以气体分子的吸附为例：吸附达到平衡时，吸附速度与脱附速度相等，则：吸附达到平衡时，吸附速度与脱附速度相等，则：整理后可得单分子层吸附的整理后可得单分子层吸附的Langmuir方程：方程：p吸附质的平衡分压，吸附质的平衡分压，Paq,qm分别为吸附量和单分子层吸附容量，分别为吸附量和单分子层吸附容量，L/kga常数，与吸附剂性质和温度有关，常数，与吸附剂性质和温度有关，该值越大表示吸附剂的吸附实力越强。该值越大表示吸附剂的吸附实力越强。Langmuir公式对于液相吸附，可以写成下式：公式对于液相吸附，可以写成下式：y液相中吸附质浓度液相中吸附质浓度Langmuir公式分析：公式分析：当当p（或（或y）很小时，）很小时，则：则：q=aqmp（或（或q=aqmy）呈亨利定律，即吸附量与流体的平衡分压（或浓度）呈亨利定律，即吸附量与流体的平衡分压（或浓度）成正比。成正比。当当p时，时，q=qm此时，吸附量与流体的浓度无关，吸附剂表面被占此时，吸附量与流体的浓度无关，吸附剂表面被占满，形成单分子层。满，形成单分子层。如何求解如何求解langmuir公式参数？公式参数？公式变换得：公式变换得：1/y1/q1/qm1/(aqm)由由qm可求吸附剂的比表面积可求吸附剂的比表面积S(m2/g)：S=qmNAAmNA：阿佛加德罗常数，：阿佛加德罗常数，=6.023 1023 mol-1Am：每个被吸附分子所占有的面积：每个被吸附分子所占有的面积,cm2在确定温度下，在确定温度下，Am随吸附质不同，其值不同。随吸附质不同，其值不同。随随qm单位的不同，可写成不同的式子：单位的不同，可写成不同的式子：S=(qmNAAm)10-20,式中：式中：qmmol/g式中：式中：qmg/g式中：式中：qmcm2（标准状态）（标准状态）/g3.BET3.BET公式公式由由Brunaner,Emmett和和Teller 3人提出的。人提出的。大多数吸附体系属于大多数吸附体系属于II型等温线。型等温线。基于多分子层吸附，在基于多分子层吸附，在Langmuir公式基础上推导出来的。公式基础上推导出来的。假设：假设：吸附分子在吸附剂上是按各个层次排列的。吸附分子在吸附剂上是按各个层次排列的。吸附过程取决于范德华引力，吸附质可以在吸附剂表吸附过程取决于范德华引力，吸附质可以在吸附剂表面一层一层地累叠吸附。面一层一层地累叠吸附。每一层吸附都符合每一层吸附都符合Langmuir公式。公式。y流体为气体时，流体为气体时，y为吸附质分压；当流体为液相时，为吸附质分压；当流体为液相时，y为液相中吸附质浓度。为液相中吸附质浓度。y0流体为气体时，流体为气体时，y0为饱和蒸气压为饱和蒸气压p0；当流体为液相；当流体为液相时，时，y0为吸附质溶解度。为吸附质溶解度。qm单分子层吸附容量单分子层吸附容量C常数常数BET公式通常只适用于比压（公式通常只适用于比压（p/p0=y/y0）约在）约在0.050.35五、气体混合物吸附平衡五、气体混合物吸附平衡在气体混合物中，假如只有一个吸附质在气体混合物中，假如只有一个吸附质A，其他组分的吸，其他组分的吸附都可忽视不计，则仍可运用单组分吸附平衡关系估算附都可忽视不计，则仍可运用单组分吸附平衡关系估算吸附质吸附质A的吸附量。只是用的吸附量。只是用A的分压的分压pA代替代替p。假如混合物中两个或多个组分都有相当的吸附量，状况假如混合物中两个或多个组分都有相当的吸附量，状况就会困难。就会困难。一个组分的吸附可增加、降低或不影响另外组分的吸附，一个组分的吸附可增加、降低或不影响另外组分的吸附，这取决于被吸附分子的相互作用。这取决于被吸附分子的相互作用。乙烷乙烷-乙烯混合气体的平衡吸附乙烯混合气体的平衡吸附(25，1 atm)假设各组分互不影响，则可将假设各组分互不影响，则可将Langmuir方程扩展用于方程扩展用于含含n各组分的混合物，每个组分的吸附量为：各组分的混合物，每个组分的吸附量为：式中，式中，qm,i,qi：都是纯组分吸附时的对应值：都是纯组分吸附时的对应值 pi：气相中组分：气相中组分i的分压的分压总吸附量为各组分吸附量之和。总吸附量为各组分吸附量之和。第四节第四节 吸附动力学吸附动力学 吸附剂从流体中吸附吸附质的传质过程分以下三步：吸附剂从流体中吸附吸附质的传质过程分以下三步：吸附质从流体主体扩散到吸附剂外表面吸附质从流体主体扩散到吸附剂外表面外扩散外扩散吸附质由吸附剂的外表面对微孔中的内表面扩散吸附质由吸附剂的外表面对微孔中的内表面扩散内扩内扩散散吸附剂在吸附剂的内部表面上被吸附吸附剂在吸附剂的内部表面上被吸附 一般第一般第(3)步的速度很快，吸附传质速率主要取决于第步的速度很快，吸附传质速率主要取决于第(1)和和(2)两步。两步。外扩散速度很慢外扩散速度很慢外扩散限制外扩散限制内扩散速度很慢内扩散速度很慢内扩散限制内扩散限制1.外扩散速率外扩散速率吸附质从流体主体到吸附剂外表面的传质速率表示如下：吸附质从流体主体到吸附剂外表面的传质速率表示如下：N单位体积吸附床层中，吸附质的扩散速率（单位体积吸附床层中，吸附质的扩散速率（kg/(s m3)）q吸附质在吸附剂上的吸附量吸附质在吸附剂上的吸附量(kg/kg)S吸附剂颗粒密度吸附剂颗粒密度(kg/m3)t吸附时间吸附时间(s)kF流体中的传质系数流体中的传质系数(m/s)aV单位体积床层中吸附剂颗粒的外表面积单位体积床层中吸附剂颗粒的外表面积(m2/m3)c,ci吸附质在流体主体及颗粒外表面上的浓度吸附质在流体主体及颗粒外表面上的浓度(kg/m3)2.内扩散速率内扩散速率吸附质吸附剂外表面到内表面的扩散速率表示如下：吸附质吸附剂外表面到内表面的扩散速率表示如下：N单位体积吸附床层中，吸附质的扩散速率单位体积吸附床层中，吸附质的扩散速率,kg/(s m3)qi与吸附剂外表面上流体呈平衡的吸附剂外的吸附量与吸附剂外表面上流体呈平衡的吸附剂外的吸附量,kg/kgq吸附剂上吸附质的平均吸附容量，吸附剂上吸附质的平均吸附容量，kg/kg S吸附剂颗粒密度吸附剂颗粒密度(kg/m3)t吸附时间吸附时间(s)kS吸附剂外表面至内表面的传质系数，吸附剂外表面至内表面的传质系数，kg/(m2s)aV单位体积床层中吸附剂颗粒的外表面积单位体积床层中吸附剂颗粒的外表面积(m2/m3)吸附剂内部的扩散通常分为两个方面：吸附剂内部的扩散通常分为两个方面：吸附质在细孔内的扩散吸附质在细孔内的扩散吸附质沿细孔内表面上进行的扩散（称为表面扩散）吸附质沿细孔内表面上进行的扩散（称为表面扩散）对于气相扩散，表面扩散往往可以忽视不计。对于气相扩散，表面扩散往往可以忽视不计。3.总传质速率方程总传质速率方程假如吸附过程是稳态，则：假如吸附过程是稳态，则：由于吸附剂表面上的吸附质浓度和与它相平衡的吸附剂由于吸附剂表面上的吸附质浓度和与它相平衡的吸附剂的吸附量都很难求出，通常应用总传质速率方程：的吸附量都很难求出，通常应用总传质速率方程：KF：以流体相浓度差表示推动力的总传质系数，：以流体相浓度差表示推动力的总传质系数，m/sKS：以吸附相吸附量差表示推动力的总传质系数，：以吸附相吸附量差表示推动力的总传质系数，kg/(m2s)c*：与吸附剂吸附量：与吸附剂吸附量q呈平衡的液相溶质浓度，呈平衡的液相溶质浓度，kg/m3q*：与液相溶质浓度：与液相溶质浓度c呈平衡的吸附剂吸附量呈平衡的吸附剂吸附量,kg/kg第五节第五节 吸附过程与吸附穿透曲线吸附过程与吸附穿透曲线 一、吸附工艺过程一、吸附工艺过程为适用不同的过程特点和分别要求，吸附有各种不同的为适用不同的过程特点和分别要求，吸附有各种不同的操作工艺，如：操作工艺，如：分级液体接触过滤操作分级液体接触过滤操作固定床吸附操作固定床吸附操作流化床吸附操作流化床吸附操作移动床吸附操作移动床吸附操作二、分级液体接触过滤操作二、分级液体接触过滤操作1.单级操作单级操作G,Y0G,Y1L,X0L,X1由于吸附剂量相对于被处理的溶液由于吸附剂量相对于被处理的溶液量很小，忽视吸附剂带走的溶剂量。量很小，忽视吸附剂带走的溶剂量。吸附质优选被吸附，溶液中其他组吸附质优选被吸附，溶液中其他组分的吸附可以忽视。分的吸附可以忽视。溶剂量溶剂量G和吸附剂量和吸附剂量L不变。不变。G：溶剂量，溶剂量，kg；L：纯吸附剂量，纯吸附剂量，kgX0,X1：吸附质在进、出吸附槽的吸附剂中的质量比，吸附质在进、出吸附槽的吸附剂中的质量比，kg（吸附质）（吸附质）/kg（吸附剂）（吸附剂）Y0,Y1：吸附质在进、出吸附槽的溶液中的质量比，吸附质在进、出吸附槽的溶液中的质量比，kg（吸附质）（吸附质）/kg（溶剂）（溶剂）单级吸附操作线：单级吸附操作线：过端点（过端点（X0,Y0）和（）和（X1,Y1），），斜率为斜率为L/G的直线的直线假设在该级操作中，固液之间达到平衡，即为一个假设在该级操作中，固液之间达到平衡，即为一个理论级，则（理论级，则（X1,Y1）点在平衡线上。）点在平衡线上。Y0Y1X0X1XY操作线操作线平衡线平衡线假如吸附平衡关系可用弗兰德里希公式表示，且溶液的假如吸附平衡关系可用弗兰德里希公式表示，且溶液的浓度很小，则吸附平衡可表示为：浓度很小，则吸附平衡可表示为：YmXn联立操作线方程和平衡线方程，可求出固、液相的极限联立操作线方程和平衡线方程，可求出固、液相的极限浓度浓度X1,Y1,或固液比或固液比L/G：X00时时n1Y0Y1X若要求溶液中吸附质浓度由若要求溶液中吸附质浓度由Y0降低到降低到Y1，n削减，固液削减，固液比增加，通常认为比增加，通常认为n为为210，吸附性能好。，吸附性能好。2.多级错流操作多级错流操作G,Y0G,Y1L1,X0L1,X1G,Y2L2,X0L2,X1对于第对于第1级：级：对于第对于第2级：级：第1级第2级Y0Y1X0X1XY操作线操作线平衡线平衡线X2Y2A1A2假如吸附平衡可表示为：假如吸附平衡可表示为：YmXnX0=0时，时，对于最小吸附剂总用量，对于最小吸附剂总用量，d(L1+L2)/G/dY10对于确定体系和分别要求，对于确定体系和分别要求，m,n,Y0及及Y2为常数，则得：为常数，则得：即当即当Y1符合上式时，总吸附剂用量为最小。符合上式时，总吸附剂用量为最小。由上式求出由上式求出Y1,然后再计算吸附剂用量。然后再计算吸附剂用量。3.多级逆流操作多级逆流操作G,Y0Y1Y2YnL,X1L,Xn+1X2 X3以整个流程为体系，做吸附质的物料横算：以整个流程为体系，做吸附质的物料横算：12N上式为逆流吸附操作线方程。上式为逆流吸附操作线方程。所需的理论级数，可通过在平衡线和操作线之间做所需的理论级数，可通过在平衡线和操作线之间做阶梯确定。阶梯确定。Y0XN+1X1XY操作线操作线平衡线平衡线YN若体系的平衡关系可用弗兰德里希公式表示，且所用若体系的平衡关系可用弗兰德里希公式表示，且所用的吸附剂不含吸附质，的吸附剂不含吸附质，XN+1=0，则得：，则得：由该式可求得由该式可求得Y1，再求出吸附剂用量等其他参数。，再求出吸附剂用量等其他参数。三、固定床吸附操作三、固定床吸附操作1.固固定定床床吸吸附附过过程程分分析析固定床顶部吸附传质区形成期：固定床顶部吸附传质区形成期：吸附质浓度从顶部入口处由大到吸附质浓度从顶部入口处由大到0变更。变更。若若H足够高，出口液中将不含吸附质。足够高，出口液中将不含吸附质。在该区的吸附剂尚未达到饱和之前，随着流体的进入，区内在该区的吸附剂尚未达到饱和之前，随着流体的进入，区内随意一点吸附质的浓度随时间增大，直至固定床流体入口处随意一点吸附质的浓度随时间增大，直至固定床流体入口处的吸附剂达到饱和为止。的吸附剂达到饱和为止。形成一个吸附剂浓度由饱和至形成一个吸附剂浓度由饱和至0的区域的区域吸附传质区吸附传质区由流体起先流入到此刻所需的时间由流体起先流入到此刻所需的时间传质区形成时间传质区形成时间传质区高度传质区高度Ha，此后随流体进入，下移，但高度不变。，此后随流体进入，下移，但高度不变。吸附传质区下移期：吸附传质区下移期：随流体进入，吸附传质区以恒定高度和速度下移。随流体进入，吸附传质区以恒定高度和速度下移。饱和区形成，并不断扩大。饱和区形成，并不断扩大。固定床分成三个区：饱和区、吸附传质区、未用区固定床分成三个区：饱和区、吸附传质区、未用区传质区内吸附剂浓度随高度而变更传质区内吸附剂浓度随高度而变更吸附负荷曲线吸附负荷曲线传质区下部抵达床层底部时，流出液中的吸附质浓度突然传质区下部抵达床层底部时，流出液中的吸附质浓度突然上升，吸附操作达到上升，吸附操作达到“穿透点穿透点”。吸附传质区离开固定床时期：吸附传质区离开固定床时期：传质区由起先离开到完全离开吸附床。传质区由起先离开到完全离开吸附床。吸附床完全饱和。吸附床完全饱和。2.2.吸附负荷曲线和穿透曲线吸附负荷曲线和穿透曲线吸附负荷曲线对于探讨固定床内吸附传质机理、固吸附负荷曲线对于探讨固定床内吸附传质机理、固定床的设计计算都特别重要，但干脆测定很困难。定床的设计计算都特别重要，但干脆测定很困难。HXtb,Yb：穿透点时间和吸附质浓度穿透点时间和吸附质浓度te,Ye：饱和点时间和吸附质浓度饱和点时间和吸附质浓度Wb,We：tb,te时惰性流体的流出总量时惰性流体的流出总量tY穿透曲线可以通过试验测得，穿透曲线可以通过试验测得，影响因素：吸附剂性质、流体性质、速度、吸附平衡等影响因素：吸附剂性质、流体性质、速度、吸附平衡等3.3.固定床吸附操作的工艺计算固定床吸附操作的工艺计算1)1)穿透曲线法穿透曲线法G：流体流经固定床的速率，：流体流经固定床的速率，kg/(m2h)。稀溶液的状况，。稀溶液的状况，可按溶液考虑。可按溶液考虑。Y0：流体初始浓度，：流体初始浓度，kg(吸吸附质附质)/kg(纯溶剂纯溶剂)。W：t时间时流出溶剂总量，时间时流出溶剂总量，kg/m2。Y：t时间流出物中吸附质浓时间流出物中吸附质浓度度穿透点穿透点tb吸附质浓度吸附质浓度Yb，流出物总量，流出物总量Wb饱和点饱和点te吸附质浓度吸附质浓度Ye，流出物总量，流出物总量We穿透曲线出现期间所累积的流出物量为：穿透曲线出现期间所累积的流出物量为：WaWeWb设设ta为吸附传质区沿床层下移一段等于其本身高度为吸附传质区沿床层下移一段等于其本身高度Ha的的距离所须要的时间，即为穿透点至流出物浓度距离所须要的时间，即为穿透点至流出物浓度Ye时的时间。时的时间。taWa/G设设te为流体进入床层，经吸附传质区形成，至移出床层所为流体进入床层，经吸附传质区形成，至移出床层所须要的时间：须要的时间：teWe/G吸附床层总高吸附床层总高H，吸附传质区高，吸附传质区高Ha，则：，则：tF吸附区形成所须要的时间，吸附区形成所须要的时间，s由穿透曲线可知，吸附传质区内尚可吸附的吸附质容量为：由穿透曲线可知，吸附传质区内尚可吸附的吸附质容量为：吸附传质区能吸附的吸附质总量为：吸附传质区能吸附的吸附质总量为：则：则：若若 0，即吸附区中吸附剂基本上被饱和，则床层顶部，即吸附区中吸附剂基本上被饱和，则床层顶部吸附区的形成时间吸附区的形成时间tF，应基本上与吸附区移动一段等于，应基本上与吸附区移动一段等于其本身高度的距离所需的时间其本身高度的距离所需的时间ta相同。相同。若若 1，即吸附区中吸附剂基本上不含吸附质，则吸附，即吸附区中吸附剂基本上不含吸附质，则吸附区的形成时间很短，基本上等于区的形成时间很短，基本上等于0。依据以上这两种状况：依据以上这两种状况：tF（1 ）ta设：设：X*：与进口流体平衡的吸附剂浓度，：与进口流体平衡的吸附剂浓度，kg（吸附质）（吸附质）/kg（吸附剂）（吸附剂）S：床层中吸附剂的积累密度（：床层中吸附剂的积累密度（kg/m3）达到穿透点时，高度为达到穿透点时，高度为Ha的吸附区并未饱和，其中的吸的吸附区并未饱和，其中的吸附质的量为：附质的量为：由由ta的定义的吸附传质区的移动速度的定义的吸附传质区的移动速度R为：为：床层的其余部分，即（床层的其余部分，即（H-Ha）中，吸附剂基本饱和，其）中，吸附剂基本饱和，其中吸附质量为：中吸附质量为：故穿透点出现时床层的饱和度为：故穿透点出现时床层的饱和度为：选定流体的空床速度及其在床内的停留时间，并已知选定流体的空床速度及其在床内的停留时间，并已知Y0和和要求的要求的Yb，可通过试验测出穿透曲线的形态及其出现时间。，可通过试验测出穿透曲线的形态及其出现时间。应用上述的关系式，就可以进行固定床的设计计算。应用上述的关系式，就可以进行固定床的设计计算。流体的空床速度依据具体的体系来确定。流体的空床速度依据具体的体系来确定。液体吸附时一般为：液体吸附时一般为：0.10.4 m/min气体吸附时一般为：气体吸附时一般为：0,30.6 m/s液体吸附时流体在床内的停留时间为：液体吸附时流体在床内的停留时间为：1550 min吸附量：分静态和动态两种吸附量：分静态和动态两种静态吸附：流体静止时的吸附平衡关系（如等温吸附线）静态吸附：流体静止时的吸附平衡关系（如等温吸附线）动态吸附：在流体流淌的状况下，流体和吸附剂之间的平动态吸附：在流体流淌的状况下，流体和吸附剂之间的平衡关系，与体系及温度、压力，物质的传质速率、流体的衡关系，与体系及温度、压力，物质的传质速率、流体的流淌形态以及吸附剂的形态尺寸等性质有关。流淌形态以及吸附剂的形态尺寸等性质有关。动态吸附量一般小于静态吸附量动态吸附量一般小于静态吸附量2)伯哈特伯哈特-亚当斯（亚当斯（Bohart-Adams）法）法又称又称BDST法（法（Bed Depth Service Time)。通过试验发觉，在确定的初始浓度、空床速度和达到确定的通过试验发觉，在确定的初始浓度、空床速度和达到确定的穿透浓度的条件下，固定床的床高和穿透时间呈直线关系：穿透浓度的条件下，固定床的床高和穿透时间呈直线关系：式中，式中，tb穿透时间，穿透时间，h;N0吸附剂的动态吸附容量，吸附剂的动态吸附容量，kg/m3；H床高，床高，m;c0入口料液中吸附剂浓度，入口料液中吸附剂浓度，kg/m3;v空床线速度，空床线速度，m/h K比例系数，比例系数，m3/(kg h);cb穿透浓度，穿透浓度，kg/m3可以进一步简写为：可以进一步简写为：tb=BHA斜率斜率B表示在试验条件下，消耗单位高度吸附剂所花的时间。表示在试验条件下，消耗单位高度吸附剂所花的时间。其倒数为吸附剂的消耗速率，即传质区的移动速度其倒数为吸附剂的消耗速率，即传质区的移动速度R:tb为出口液中的浓度达到穿透浓度为出口液中的浓度达到穿透浓度cb时的操作时间。时的操作时间。也可视为从吸附传质区形成之时算起，传质区移动也可视为从吸附传质区形成之时算起，传质区移动（HHa）距离所需的时间。）距离所需的时间。因此，因此，tb0时的床层高度时的床层高度H0即为传质区高度即为传质区高度Ha。通过一系列试验通过一系列试验 得到穿透时间和床高的关系得到穿透时间和床高的关系 求出求出A和和B 取得设计参数取得设计参数N0,K Ha留意：留意：H-t之间的关系是在确定初始浓度之间的关系是在确定初始浓度c0和确定空床和确定空床速度速度v条件下测定的。条件下测定的。N0,K随随c0和和v而变更。而变更。