【正文】 是狼就要練好牙，是羊就要練好腿。 工業(yè)上，連續(xù)釜式反應(yīng)器－理想混合反應(yīng)器；徑高比大的固定床－活塞流反應(yīng)器（3）空間速度 單位時(shí)間通過單位體積催化床的反應(yīng)物料體積 QN——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的反應(yīng)氣體體積流量，m3N/h。（3） 外擴(kuò)散控制的速率方程 Kg——以濃度差為推動力的外擴(kuò)散吸附系數(shù)，m/h；Se——單位體積催化床層鎮(zhèn)南關(guān)顆粒的外表面，m2/m3。（2） 受內(nèi)擴(kuò)散影響的反應(yīng)速率方程催化劑有效系數(shù)η（亦稱內(nèi)表面利用率）：在等溫時(shí)，催化劑床層內(nèi)的實(shí)際反應(yīng)速度與按外表面的反應(yīng)物濃度cAS和催化劑內(nèi)表面積Si計(jì)算得到的理論反應(yīng)速度之比。 影響催化劑壽命的因素：催化劑的老化和中毒。 單位體積（或質(zhì)量）催化劑在一定條件（溫度、壓力、空速和反應(yīng)物濃度）下，單位時(shí)間內(nèi)所得的產(chǎn)品量。一、催化作用和催化劑催化作用：化學(xué)反應(yīng)速度因加入某種物質(zhì)而改變，而被加入物質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)，在反應(yīng)終了時(shí)不變的作用。 聯(lián)立式7105和式7106得： （7107） 由圖725可以看出： 即 ，代入式7107得：圖725 τ－L實(shí)際曲線與理論曲線的比較1－理論線 2實(shí)際曲線令 則 ： （7108） K——吸附層 保護(hù)作用系數(shù)，物理意義：當(dāng)濃度分布曲線進(jìn)入平移階段后，濃度分布曲線在吸附層中移動單位長度所需要的時(shí)間。對于設(shè)計(jì)合理的吸附器，污染物出口濃度最后達(dá)到cb(曲線3)，此時(shí)吸附床已經(jīng)穿透，吸附劑必須再生。(2) 活性炭吸附速率計(jì)算公式（略，P273） 吸附工藝與設(shè)備計(jì)算1. 吸附工藝與設(shè)備（1） 固定床吸附流程 在氣體凈化中最常見的是將兩個(gè)以上固定床組成一個(gè)半連續(xù)式吸附流程。BET方程的用途：可測定和計(jì)算固體吸附劑的比表面積。（2） 朗格繆爾（Langmuir）方程（I型等溫線） 1916年導(dǎo)出，較好適用于I型的理論公式 設(shè)：吸附質(zhì)對吸附表面的覆蓋率為θ，則未覆蓋率為（1θ）。極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響吸附等溫線（P268）圖716：第一類等溫線的形狀是微孔填充的特征，極限吸附量為微孔溶劑的一種量度，它也出現(xiàn)在能級高的表面吸附中。（3） 置換再生選擇合適的氣體（脫附劑），將吸附質(zhì)置換與吹脫出來。（4）吸附劑活性 單位吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量靜活性－在一定溫度下，與氣體中被吸附物（吸附質(zhì)）的初始濃度達(dá)平衡時(shí)單位吸附劑上可能吸附的最大吸附量?！　∫悦簽樵现迫√挤肿雍Y的方法有碳化法、氣體活化法、碳沉積法和浸漬法。其孔徑的大小相當(dāng)于分子或離子的大小。藥劑活化法就是在原料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學(xué)藥品，在非活性氣氛中加熱進(jìn)行炭化和活化。（3）硅膠是一種堅(jiān)硬、無定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒，為一種親水性的極性吸附劑。 SiO2和Al2O3比值較低的白土，不經(jīng)酸化處理時(shí)沒有吸附活性的。一、吸附劑①內(nèi)表面積大；②具有選擇性吸附作用；③高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性；④吸附容量大；⑤來源廣泛，造價(jià)低廉；⑥良好的再生性能。第3節(jié) 氣體吸附氣體吸附是用多空固體吸附劑將氣體（或液體）混合物中一種或數(shù)種組分被濃集于固體表面，而與其他組分分離的過程。② 有關(guān)手冊中查得?；疽螅孩?具有較大的比表面積和良好的潤濕性；② 有較高的孔隙率（）；③ 對氣流的阻力較小；④ 填料的尺寸要適當(dāng)，通常不應(yīng)大于塔徑的1/10～1/8；⑤ 耐腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度大，造價(jià)低，堆積密度小，穩(wěn)定性好等。例如用水或堿液凈化氣體中的H2S時(shí)，理論值可推算出：H2S在pH=9的堿液中的溶解度為pH=7的中性水的50倍；H2S在pH=10的堿液中的溶解度為pH=7的中性水的500倍。（2）設(shè)計(jì)步驟 ①吸收劑的選擇：吸收劑性能的優(yōu)劣是決定吸收操作效果的關(guān)鍵之一。鼓泡式吸收器中氣體以氣泡形式分散于液體吸收劑中。4. SO2的化學(xué)吸收 吸收設(shè)備及計(jì)算（一）吸收設(shè)備液體吸收過程是在塔器內(nèi)進(jìn)行的?；瘜W(xué)反應(yīng)降低了被吸收氣體組分在液相中的游離濃度，相應(yīng)地增大了傳質(zhì)推動力和傳質(zhì)系數(shù)，從而加快了吸收過程的速率。如圖710所示，a、b、c、d各圖的縱坐標(biāo)表示液相內(nèi)A的濃度與B的濃度；過o點(diǎn)的垂直線代表氣液界面；橫坐標(biāo)表示液相內(nèi)各點(diǎn)距相界面的距離，z1為液膜的厚度。填料層高度的計(jì)算涉及物料衡算、傳質(zhì)速率與相平衡三種關(guān)系的應(yīng)用。h，此時(shí)設(shè)備的阻力較小。結(jié)合圖78(a)可見，由于XY2已知，即A點(diǎn)（XY2）位置一定，從A點(diǎn)按斜率Ls/GB引直線終于縱坐標(biāo)為Y1的某點(diǎn)即為吸收操作線。s)；y、yy2——分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)幕旌蠚怏w中溶質(zhì)的摩爾分率，（kmol溶質(zhì)/kmol混合氣體）； x、xx2——分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)奈找褐腥苜|(zhì)的摩爾分率，（kmol溶質(zhì)/kmol吸收液）。吸收操作線斜率L/G稱為吸收操作的液氣比，物理含義為處理單位惰性氣體所消耗的純吸收劑的量。逆流吸收時(shí)，塔內(nèi)氣液流量和組成變化情況見圖76。（1）作圖法已知?dú)庖合鄠髻|(zhì)分系數(shù)kx、ky，和某一界面氣液相主體中組分A的濃度xA、yA，則通過該點(diǎn)（xA、yA）作斜率為kx/ ky的直線，與平衡線的交點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)即為界面濃度（xAi、yAi）。h當(dāng)m值很小時(shí)，組分在液相中的傳質(zhì)可以忽略，這時(shí)總吸收系數(shù)可以近似地認(rèn)為等于氣相吸收系數(shù)，即Ky≈ky，這種情況下的傳質(zhì)速率為氣膜傳質(zhì)控制過程，如堿或氨溶液吸收SO2的過程。2. 吸收系數(shù)由于吸收推動力表示方法不同，吸收速率方程式呈現(xiàn)了多種不同的形式，對應(yīng)地出現(xiàn)了多種形式的吸收系數(shù)。在恒定的T、P下，使一定量吸收劑與混合氣體充分接觸后，氣、液兩相最終可達(dá)平衡，此時(shí)v吸收=v解吸，這時(shí)c—可溶氣體在溶液中的濃度，即平衡濃度或飽和濃度 (kg/m3)； p*——被吸收氣體在溶液面上的分壓（稱平衡分壓或飽和分壓），Kpa。ss）； kG——以為推動力的氣相分傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m2 吸收質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積界面而被吸收劑吸收的量稱之為吸收速率。結(jié)合雙膜理論示意圖解釋說明“雙膜理論”基本論點(diǎn)。上述擴(kuò)散方程可用于近似標(biāo)準(zhǔn)條件下的氣體。[教學(xué)重點(diǎn)] 掌握氣體擴(kuò)散、氣體吸收、吸附和催化的基本原理和過程 了解常用吸收劑、吸附劑和催化劑的特性 初步學(xué)會設(shè)計(jì)吸收塔、吸附床和催化轉(zhuǎn)化器[教學(xué)難點(diǎn)] 雙膜理論傳質(zhì)計(jì)算及氣固相催化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)。液體表面位于L1時(shí)，污染物的濃度非常低。該理論是劉易斯（WK 圖72 雙膜理論示意圖 氣液相質(zhì)量傳遞過程是：直至達(dá)到動態(tài)平衡為止。設(shè)組分是濃度為yA的氣相傳遞到濃度為xA的液相中，如圖73所示。這樣，這些方程式的實(shí)用價(jià)值大大減少，因此，有必要推導(dǎo)出總傳質(zhì)速率方程。在一定的溫度和壓力下，吸收過程的傳質(zhì)速率等于解吸過程的傳質(zhì)速率，氣液兩相就達(dá)到了動態(tài)平衡，簡稱相平衡或平衡。Pa；x取摩爾分?jǐn)?shù)（無量綱），p*取Pa，則E—Pa；y*，x分別為溶質(zhì)在氣相、液相中的摩爾分?jǐn)?shù)時(shí)，m無量綱，又稱相平衡常數(shù)。3. 吸收控制步驟結(jié)合式722，式724我們發(fā)現(xiàn)：在總阻力中，每一項(xiàng)的阻力所占的分?jǐn)?shù)，不僅取決于kx和ky值，而且還取決于相平衡常數(shù)平均值m。如水吸收SO丙酮等過程。kmol/m3），即1/h； U——噴淋密度，即單位時(shí)間內(nèi)噴淋在單位塔截面積上的液相體積，m3/(m2液體因不斷吸收可溶組分，其流量不斷增大；與此相反，氣體流量也不斷減少。h)；Y、YY2——分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)臍庀嘟M成，（kmol吸收質(zhì)/kmol惰性氣體）； X、XX2——分別為在塔的任意截面、塔底和塔頂?shù)囊合嘟M成，（kmol吸收質(zhì)/kmol吸收劑）。 ?平衡線與操作線不能相交或相切 假如兩者相交，就意味著在塔的某一截面處吸收推動力等于零， 圖77 吸收操作線和推動力因此為達(dá)到一定的濃度變化，需兩相的接觸時(shí)間為無限長，因而需要的填料層高度為無限大，這種操作情況是不可能實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)物料衡算，Ls與X1之中只有一個(gè)是獨(dú)立的未知量，通常在計(jì)算中先確定Ls值，則X1便隨之而定了。當(dāng)氣液比（Ls/GB）減少到操作線與平衡線相切，盡管塔底兩相濃度（XY1）未達(dá)到平衡，但切點(diǎn)處達(dá)到平衡，此時(shí)的氣液比即為（Ls/GB）min。 首先要求Lmin，然后確定吸收劑操作用量L，在選用一個(gè)合適的L/G，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，?。篖=()Lmin。所以對物理吸收不是有效的濕表面，對化學(xué)吸收仍然可能是有效的。CO2和SO2在水中吸收，即屬于上述過程。反應(yīng)吸收速率增強(qiáng)系數(shù)是與反應(yīng)級數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)、化學(xué)平衡常數(shù)、液相中各組分的濃度、擴(kuò)散系數(shù)、液相的流動狀態(tài)等諸多因素相關(guān)的較為復(fù)雜的一個(gè)系數(shù)。這將在每一大類吸收設(shè)備介紹中給預(yù)必要的闡述。主要吸收設(shè)備有噴灑吸收塔、噴射吸收塔和文丘里吸收塔等。缺點(diǎn)：凈化效率低，設(shè)備龐大，動力消耗大。對于低濃度氣體的吸收，L=(～2)G(L/G)min。(3)填料塔塔徑的計(jì)算D取決于處理的氣體量Q和適宜的空塔氣速u0，即： （） D——塔徑，m；Q——處理氣量，m3/s；u0——空塔氣速，m/s。h，某氨含量y1=5%，出塔凈化器含量y2=%（均為摩爾分率）。化學(xué)吸附：由吸附劑與吸附質(zhì)間的化學(xué)鍵力而引起的，是單層吸附，吸附需要一定的活化能。這種粘土經(jīng)加熱和干燥后，可形成多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)?；钚匝趸X比表面積大約為210~360m2/g。 （4）活性炭　　應(yīng)用最早、用途較廣的一種優(yōu)良吸附劑。如：溶劑蒸汽的回收、烴類氣體提取分離、動植物油的精制、空氣或者其他氣體的脫臭、水和其他溶劑的脫色等。 （6） 碳分子篩實(shí)際上也是一種活性炭，它與一般的碳質(zhì)吸附劑不同之處，在于其微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內(nèi)，微孔孔徑大小與被分離的氣體分子直徑相當(dāng)，微孔的比表面積一般占碳分子篩所有表面積的90%以上。代表了吸附質(zhì)的特性且與吸附質(zhì)分子的直徑有關(guān)。不同吸附過程需要不同的溫度，吸附作用越強(qiáng)，脫附時(shí)需加熱的溫度越高。如：活性炭吸附SO2，用水洗滌，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)母稍锉憧苫謴?fù)吸附能力。第六類等溫線是由于均勻基質(zhì)上惰性氣體分子分階段多層吸附而引起的。若θ= V/Vm，其中：V—?dú)怏w分壓為P時(shí)被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積； 說明：①P/V對P作圖，得一直線； ②由斜率1/Vm 和截距1/(B Vm)，可算出B，Vm。(a)外擴(kuò)散速率 dMA ——dt時(shí)間內(nèi)吸附質(zhì)從氣相擴(kuò)散至固體表面的質(zhì)量，kg/m3；ky ——外擴(kuò)散吸附分系數(shù)，kg/() ；αP ——單位體積吸附劑的吸附表面積，m2/m3；YA、YAi——分別為A在氣相中及吸附劑表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。2. 固定床吸附器計(jì)算方法（1） 固定床吸附器內(nèi)的濃度分布當(dāng)氣流開始通入時(shí)，最左邊的吸附層可以將氣流中的污染物完全吸附（曲線1），因而進(jìn)入后續(xù)吸附層的氣流中就不含污染物了。在吸附持續(xù)時(shí)間τ39。L0－吸附區(qū)長度；WA－穿透至耗竭的惰性氣體通過量； WE－耗竭時(shí)的通過量； 1f－吸附區(qū)內(nèi)的飽和度（4） 吸附床的飽和度（DBS） 式中：L——吸附床的長度；L0——吸附區(qū)的長度；A——吸附床橫截面積；ρb——吸附劑的堆積密度； a——吸附容量；f——吸附區(qū)內(nèi)吸附劑仍具有的吸附能力與全部吸附能力之比；吸附床穿透時(shí)間或保護(hù)作用時(shí)間：