发布时间 : 星期日 文章分离工程教案-第5章吸附更新完毕开始阅读
3）分离因数?：为选择性系数?的倒数 ：
?ij?1?ij?yjxixjyi
2．气体混合物
1）平衡相图仅为恒温恒压条件下的平衡关系。
2）三角相图：图为活性炭吸附氮氧气平衡的三角相图（-150℃、1atm）。三角形的三个顶点分别表示重量组成为100%，三角形AB边表示氮氧共存，AC边表示氮和活性炭共存，BC则表示氧和活性炭共存。
3）直角相图：一般称之为m?x?y相图，如图
所示。其纵坐
标为m,表示单位质量的吸附质所需要的吸附剂的量；横坐标则为原三角相图中AB边，即表示吸附平衡时气相组成。GH相当于原三角相图中的GH，表示吸附相组成的，吸附相中吸附质的组成亦由横坐标读出，如E点的横坐标E1即表示吸附相中吸附质的分率。同样，RE代表系线，表示吸附平衡时气相和吸附相中两相的组成，E点和R点分别表示吸附平衡时吸附相和气相中被吸附物质的重量分数。E点的纵坐标就表示单位质量吸附质所需要的吸附剂的量，如m1所示。作GH线时，先通过实验得到吸附等温线，把相应的吸附容量取倒数即可得到m。
4）利用m?x?y相图，可以得到类似精馏的x?y图。
a硅胶为吸附剂 b活性炭为吸附剂
乙炔-乙烯在硅胶及活性炭上的吸附（25℃、1大气压）
5）气相双组分混合器的吸附平衡亦可采用修正的Langmuir方程表示。设A?B双组分系统，组分A和
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组分B在吸附剂内表面覆盖率为?A、?B，组分A的吸附速率可写为：
UA?k1PA?1??A??B?
组分A的解吸速率可写为：U?A?k1??A
吸附平衡时，有：k??k11A?k1PA?1??A??B???A?kPA?1??A??B?1? 式可写为： ?A?kAPA(1??A)1?k （kA?k1/k1?） A?A 同理，有：?kBPB(1??B)B?1?k （kB?k2/k?2） B?B 取?A?qA/qmA,?B?qB/qmB，有： qAqmAPAA?k1?k?k
APABPB qkBqmBPBB?1?k
BPB?kAPA 结合前面的x?y图，因为： xA?PAPAP?P A?PB y?AA/qmAkApAA?q????? ABqA/qmA?qB/qmBkBpB?kApA??kApA??pA??AB?yx??ApA?kBpB?/?????pA?pB?A/A?ky/x???kA?K BB???kBpB????pB??kB?kApA?kBp?/B???pA?pB?? 于是，上式可写成： yApA/kB?ABpA?ABxAp?ABxAA?kp??? B?kApA/kBpB??ABPApB??ABpAxB??ABxB 式中：?AB-----组分分离因数；
xA、xB气体组分A、B的重量分数； yA、yB吸附相中气体组分A、B的重量分数。
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第三节 吸附过程的传质与传质速率
引入：前面所讨论的吸附等温线是研究特定的条件下吸附达到平衡状态时溶质和吸附剂的关系。作为吸附过程的另一方面，需要多少时间达到吸附平衡也很关键。这即是所谓的吸附过程的传质问题。 一、基本概念
1、吸附的传质过程
1）实验：如在烧杯中加入含有被吸附物质的溶液，然后再加入吸附剂（如活性炭颗粒）进行搅拌。实质上，通过机械搅拌，烧杯内的溶质浓度在任何部位上都是均匀的，只有靠近吸附剂颗粒表面的那一部分溶液附着于活性炭，并随吸附剂颗粒一起在烧杯内运动。因此，这一部分溶液自然与烧杯内其他部位溶液浓度不同。这种在吸附剂表面和溶液之间的存在的对流层薄膜称为界膜。界膜是假想的，实际上无法测定，界膜分为气体和液体。根据对流扩散的理论，界膜之外，溶质浓度相同，不存在扩散阻力，传质阻力集中在界膜内。
2）过程分析：移动到吸附剂颗粒表面的这一部分吸附质仅有少量吸附在吸附剂颗粒的外表面上，其余大部分一面经过颗粒内扩散而到达吸附位，并被吸附。吸附剂颗粒表面界膜内的吸附质浓度因内部扩散而减少，与溶液中的吸附质产生浓度差，因而在界膜上发生扩散使得膜内吸附质得以补充。随着时间的推移，吸附剂颗粒内吸附质量增加，溶液内吸附质浓度减少，直到达到平衡，吸附不在进行。 2、归纳：上述由开始到吸附平衡的过程称为吸附传质过程。 1）吸附质分子在吸附剂颗粒表面的界膜中的扩散； 2）吸附质分子在吸附剂内的扩散；
3）吸附质分子在吸附剂细孔表面吸附位置上的吸附。 二、吸附位上吸附
1、Langmuixr从理论上研究了吸附速度，导出了恒压下吸附速度公式： dq/dt?(k1?k2)(qe?q) 令??k1??2，代入，并积分得：
?d(qe?q)??dt
qe?qln(qe?q)???t ln(1?q/qe)???t
q/qe?1?e??t
式中： q??吸附量；
t??吸附时间； qe??平衡吸附量；
k1、k2??吸附、脱附速度常数。
2、一般情况下，吸附位上的吸附速度远大于吸附传质过程的速度，故一般研究吸附传质过程不考虑吸附位
上的吸附速度。 三．界膜扩散
1、吸附质分子在流体界膜内的物质移动速度一般式为：
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Nf?Df???C???kf?C?Ci? ??? 式中：Nf??移动速度，kg/m2h；
Df、kf??界膜扩散系数，m2/h,.m/h；
C、Ci－粒子界膜两侧吸附质浓度，kg/m3；
?--界膜厚度，m。
2、系数确定
对于界膜扩散系数kf，有多种估算方法，F.Yoshida提出如下关系式：
kfukfu(Sc)2/3?0.91??Re/(6(1??))??0.51
Re?50
6(1??)Re?50
6(1??)
(Sc)2/3?0.61??Re/(6(1??))??0.41
)施米特准数,Sc??/?DAB(DAB 为AB物质在流体中的扩散系数)； 式中：Sc??(Schmidt u??流体空塔流速，m/s；
???吸附剂的空隙率；
???吸附剂的形状系数，球形为1，圆柱形为0.91无定形为0.86。
丘（Chu）公式为：
kfukfu(Sc)2/3?5.7?Re/(1??)??0.78
Re?30 1??Re?30 1??
(Sc)2/3?1.77?Re/(1??)??0.44
对于液相吸附，卡伯利(Carberry)公式为：
kfu(Sc)2/3?1.15?Re/(1??)??52?0.5
?3?23、界膜扩散系数一般为Df为10cm/s、kf为10cm/s；界膜厚度一般为10~10?3cm。
例4-2将氮气中的丙酮以活性炭固定床中吸附除之，在床中的某个位置压力为136kPa，气流主体温度为297K，流体中丙酮的摩尔分率为0.05，试估计丙酮从流体主体到颗粒表面的扩散系数。已知颗粒平均粒径
0.004m，球形度为0.65，空隙率为0.48，流体的表观流速为0.00352kmol/m2,s，丙酮在氮中的分子扩散
系数为0.085?10m/s。
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