固定床吸附实验装置

⑴ 如何聚沉水中悬浮物的方法

第1节 吸附法

一、 吸附原理

二、 影响吸附的因素

三、 吸附剂

四、 吸附工艺和设备

五、 吸附法在污水处理中的应用

一、吸附原理

固体表面有吸附水中溶解及胶体物质的能力，比表面积很大的活性炭等具有很高的吸附能力，可用作吸附剂。吸附可分为物理吸附和化学吸附。如果吸附剂与被吸附物质之间是通过分子间引力(即范德华力)而产生吸附，称为物理吸附；如果吸附剂与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引起吸附，称为化学吸附。离子交换实际上也是一种吸附，将在第二节中讨论。

物理吸附和化学吸附并非不相容的，而且随着条件的变化可以相伴发生，但在一个系统中，可能某一种吸附是主要的。在污水处理中，多数情况下，往往是几种吸附的综合结果。

一定的吸附剂所吸附物质的数量与此物质的性质及其浓度和温度有关。表明被吸附物的量与浓度之间的关系式称为吸附等温式。目前常用的公式有二：弗劳德利希(Freundlich)吸附等温式，朗格缪尔(Langrnuir)吸附等温式。

二、影响吸附的因素

吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。固体吸附剂吸附能力的大小可用吸附量来衡量。吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量。在水处理中，吸附速度决定了污水需要与吸附剂接触的时间。吸附速度快，则所需的接触时间就短，吸附设备的容积就小。

多孔性吸附剂的吸附过程基本上可分为三个阶段：颗粒外部扩散阶段，即吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面；孔隙扩散阶段，即吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散；吸附反应阶段，吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面。一般，吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。

颗粒外部扩散速度与溶液浓度成正比，也与吸附剂的比表面积的大小成正比。因此吸附剂颗粒直径越小，外部扩散速度越快。同时，增加溶液与颗粒间的相对运动速度，也可以提高外部扩散速度。

孔隙扩散速度与吸附剂孔隙的大小和结构，吸附质颗粒的大小和结构等因素有关。一般，吸附剂颗粒越小，孔隙扩散速度越快。

吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对吸附有很大影响。一般，极性分子(或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子)型的吸附质；非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。同时，吸附质的溶解度越低，越容易被吸附。吸附质的浓度增加，吸附量也随之增加。

污水的pH值对吸附也有影响，活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量。吸附反应通常是放热反应，因此温度低对吸附反应有利。

三、吸附剂

吸附剂的种类很多。常用是活性炭和腐植酸类吸附剂。

1．活性炭

在生产中应用的活性炭的种类很多。一般都制成粉末状或颗粒状。粉末状的活性炭吸附能力强，制备容易，价格较低，但再生困难，一般不能重复使用。颗粒状的活性炭价格较贵，但可再生后重复使用，并且使用时的劳动条件较好，操作管理方便。因此在水处理中较多采用颗粒状活性炭。

活性炭的比表面积可达800—2000m2／g，有很高的吸附能力。

颗粒状活性炭在使用一段时间后，吸附了大量吸附质，逐步趋向饱和并丧失工作能力，此时应进行更换或再生。再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去，恢复它的吸附能力。活性炭的再生方法主要有：

(1)加热再生法 在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子。活性炭的再生一般用多段式再生炉。炉内供应微量氧气，使进行氧化反应而又不致使炭燃烧损失。

(2)化学再生法 通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质而解吸下来。例如，吸附了苯酚的活性炭，可用氢氧化钠溶液浸泡，使形成酚钠盐而解吸。

湿式氧化法也是化学再生法，主要用于再生粉末状活性炭。

在我国，目前活性炭的供应较紧张，再生的设备较少，再生费用较贵，限制了活性炭的广泛使用。

2．腐植酸类吸附剂

用作吸附剂的腐植酸类物质主要有：天然的富含腐植酸的风化煤、泥煤、褐煤等，它们可以直接使用或经简单处理后使用；将富含腐植酸的物质用适当的粘合剂制备成的腐植酸系树脂。

腐植酸类物质能吸附工业废水中的许多金属离子，如汞、铬、锌、镉、铅、铜等。腐植酸类物质在吸附重金属离子后，可以用H2SO4、HCI、NaCl等进行解吸。目前，这方面的应用还处于试验、研究阶段，还存在吸附(交换)容量不高，适用的pH值范围较窄，机械强度低等问题，需要进一步研究和解决。

四、吸附工艺和设备

吸附的操作方式分为间歇式和连续式。间歇式是将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液。间歇式吸附主要用于小量废水的处理和实验研究，在生产上一般要用两个吸附池、交换工作。在一般情况下，都采用连续的方式。

连续吸附可以采用固定床、移动床和流化床。固定床连续吸附方式是废水处理中最常用的。吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中，所以叫固定床。移动床连续吸附是指在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中。所谓流化床是指吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中。由于移动床和流化床的操作较复杂，在废水处理中较少使用。

在一般的连续式固定床吸附柱中，吸附剂的总厚度为3～5m，分成几个柱串联工作，每个柱的吸附剂厚度为1～2m。废水从上向下过滤，过滤速度在4～15m/h之间，接触时间一般不大于30～60min。为防止吸附剂层的堵塞，含悬浮物的废水一般先应经过砂滤，再进行吸附处理。吸附柱在工作过程中，上部吸附剂层的吸附质浓度逐渐增高，达到饱和而失去继续吸附的能力。随着运行时间的推移，上部饱和区高度增加而下部新鲜吸附层的高度则不断减小，直至全部吸附剂都达到饱和，出水浓度与进水浓度相等，吸附柱全部丧失工作能力。

在实际操作中，吸附柱达到完全饱和及出水浓度与进水浓度相等是不可能的，也是不允许的。通常是根据对出水水质的要求，规定一个出水含污染物质的允许浓度值。当运行中出水达到这一规定值时，即认为吸附层已达到“穿透”，这一吸附柱便停止工作，进行吸附剂的更换。

五、吸附法在污水处理中的应用

由于吸附法对进水的预处理要求高，吸附剂的价格昂贵，因此在废水处理中，吸附法主要用来去除废水中的微量污染物，达到深度净化的目的。如：废水中少量重金属离子的去除、少量有害的生物难降解有机物的去除、脱色除臭等。

第2节 离子交换法

离子交换法是水处理中软化和除盐的主要方法之一。在废水处理中，主要用于去除废水中的金属离子。离子交换的实质是不溶性离子化合物(离子交换剂)上的可交换离子与溶液中的其它同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆性化学吸附。

离子交换剂

水处理中用的离子交换剂有磺化煤和离子交换树脂。磺化煤利用天然煤为原料，经浓硫酸磺化处理后制成，但交换容量低，机械强度差，化学稳定性较差，已逐渐为离子交换树脂所取代。

离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，由树脂本体(又称母体或骨架)和活性基团两个部分组成。生产离子交换剂的树脂母体最常见的是苯乙烯的聚合物，是线性结构的高分子有机化合物。在原料中，常加上一定数量的二乙烯苯做交联剂，使线状聚合物之间相互交联，成立体网状结构。树脂的外形呈球状颗粒，粒径为：0．6～1．2mm(大粒径树脂)，0．3～0．6mm(中粒径树脂)，或0．02～0．1mm(小粒径树脂)。树脂本身不是离子化合物，并无离子交换能力，需经适当处理加上活性基团后，才具有离子交换能力。活性基团由固定离子和活动离子组成。固定离子固定在树脂的网状骨架上，活动离子(或称交换离子)则依靠静电引力与固定离子结合在一起，二者电性相反电荷相等。

离子交换树脂按树脂的类型和孔结构的不同可分为：凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型(MR型)树脂和高巨孔型(超MR型)树脂等。

第3节 萃取法

在化工上，用适当的溶剂分离混合物的过程叫萃取。当混合物为溶液时叫液—液萃取，当混合物为固体时叫固—液萃取；使用的溶剂叫萃取剂，提出的物质叫萃取物，在废水处理上，利用废水中的杂质在水中和有机萃取剂中溶解度的不同，可以采用萃取的方法，将杂质提取出来。例如含酚浓度较高的废水。由于酚在有机溶剂中的溶解度远远高于在水中的溶解度，我们可以利用酚的这种性质以及有机溶剂(如：油)与水不相溶的性质，选用适当的有机溶剂从废水中把有害物质酚提取出来。

用萃取法处理废水时，有三个步骤：①把萃取剂加入废水，并使它们充分接触，有害物质作为萃取物从废水中转移到萃取剂中；②把萃取剂和废水分离开来，废水就得到了处理。也可以再进一步接受其他的处理；③把萃取物从萃取剂中分离出来，使有害物质成为有用的副产品，而萃取剂则可回用于萃取过程才算，在技术上已经成立；其次，是经济上的考虑。技术上可靠，经济上合理，生产才能采用。

在化工上常使用“相”这个名词。“相”是一个均匀物质，具有组成相同和性质相同的特征。如在一个物质体系里同时存在界面明确的两部分物质，这两部分物质就抽象地叫做两个相。例如，油和水混在一起，即使剧烈搅拌，油滴分散在水中，油水之间仍然存在明确的界面，我们就说这是存在水相和油相。一个物质体系里的两个相，常常一个呈连续状态而另一个呈分散状态，呈连续状态的叫连续相，呈分散状态的叫分散相。一个物质体系的相数并无限制。

第4节 膜析法

一、 渗析法

二、 反渗透法

三、 超过滤法

膜析法是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的方法的统称。目前有扩散渗析法(渗析法)、电渗析法、反渗透法和超过滤法等。

一、渗析法

人们早就发现，一些动物膜，如膀胱膜、羊皮纸(一种把羊皮刮薄做成的纸)，有分隔水溶液中某些溶解物质(溶质)的作用。例如，食盐能透过羊皮纸，而糖、淀粉、树胶等则不能。如果用羊皮纸或其他半透膜包裹一个穿孔杯，杯中满盛盐水，放在一个盛放清水的烧杯中，隔上一段时间，我们会发现烧杯内的清水带有咸味，表明盐的分子已经透过羊皮纸或半透膜进入清水。如果把穿孔杯中的盐水换成糖水，则会发现烧杯中的清水不会带甜味。显然，如果把盐和糖的混合液放在穿孔杯内，并不断地更换烧杯里的清水，就能把穿孔杯中混合液内的食盐基本上都分离出来，使混合液中的糖和盐得到分离。这种方法叫渗析法。起渗析作用的薄膜，因对溶质的渗透性有选择作用，故叫半透膜。近年来半透膜有很大的发展，出现很多由高分子化合物制造的人造薄膜，不同的薄膜有不同的选择渗析性。半透膜的渗析作用有三种类型：①依靠薄膜中“孔道”的大，小分离大小不同的分子或粒子；②依靠薄膜的离子结构分离性质不同的离子，例如用阳离子交换树脂做成的薄膜可以透过阳离子，叫阳离子交换膜，用阴离子树脂做成的薄膜可以透过阴离子，叫阴离子交换膜；③依靠薄膜：的有选择的溶解性分离某些物质，例如醋酸纤维膜有溶解某些液体和气体的性能，而使这些物质透过薄膜。一种薄膜只要具备上述三种作用之一，就能有选择地让某些物质透过而成为半透膜。在废水处理中最常用的半透膜是离子交换膜。

二、反渗透法

反渗透法是一种借助压力促使水分子反向渗透，以浓缩溶液或废水的方法。

如果将纯水和盐水用半透膜隔开，此半透膜只有水分子能够透过而其他溶质不能透过，则水分子将透过半透膜进人溶液(盐水)，溶液逐渐从浓变稀，液面则不断上升，直到某一定值为止。这个现象叫渗透，高出于水面的水柱高度(决定于盐水的浓度)是由于溶液的渗透压所致。可以理解，如果我们向溶液的一侧施加压力，并且超过它的渗透压，则溶液中的水就会透过半透膜，流向纯水一侧，而溶质被截留在溶液一侧，这种方法就是反渗透法(或称逆渗透法)。

近年来，由于反渗透膜材料和制造技术的发展以及新型装置的不断开发和运行经验的积累，反渗透技术的发展非常迅速，已广泛用于水的淡化、除盐和制取纯水等，还能用以去除水中的细菌和病毒。但反渗透法所需的压力较高，工作压力要比渗透压力大几十倍。即使是改进的复合膜，正常工作压力也需1.5MPa左右。同时，为了保证反渗透装置的正常运行和延长膜的寿命，在反渗透装置前必须有充分的预处理装置。

反渗透装置一般都由专门的厂家制成成套设备后出售。在生产中，根据需要予以选用。

三、超过滤法

超过滤法与反渗透法相似。但超滤膜的微孔孔径比反渗透膜大，在0.005—1um之间。超滤的过程并不是单纯的机械截留，物理筛分，而是存在着以下三种作用：①溶质在膜表面和微孔孔壁上发生吸附；②溶质的粒径大小与膜孔径相仿，溶质嵌在孔中，引起阻塞；③溶质的粒径大于膜孔径，溶质在膜表面被机械截留，实现筛分。毫无疑问，我们应力求避免在孔壁上的吸附和膜孔的阻塞，应选用与被分离溶质之间相互作用弱和膜孔结构是外密内疏的不对称构造的超滤膜。

超滤的过程是动态过滤，即在超滤膜的表面既受到垂直于膜面的压力，使水分子得以透过膜面并与被截留物质分离，同时又产生一个与膜表面平行的切向力，以将截留在膜表面的物质冲开。所以，超滤运行的周期可以较长。在运行方面，还可短时间地停止透水而增加切面流速，即可达到冲洗膜面的效果，使透水率得到恢复。这样的运行方式，使超滤(膜)—活性污泥法这种新型的处理工艺得以实施和发展。

在废水处理中，超过滤法目前主要用于分离有机的溶解物，如淀粉、蛋白质、树胶、油漆等。超过滤法所需的压力比反渗透法要低，一般为0.1—0.7MPa。

⑵ 固定床的简介

在进行多相过程的设备中，若有固相参与，且处于静止状态时，则设备内的固体颗粒物料层，称为固定床。
例如，固定床离子交换柱中的离子交换树脂层，固定床催化反应器中的催化剂颗粒层，固定床吸附器中的吸附剂颗粒层等，均属于固定床。
固定床又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右,堆积成一定高度（或厚度）的床层。床层静止不动，流体通过床层进行反应。它与流化床反应器及移动床反应器的区别在于固体颗粒处于静止状态。固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。用于气固相或液固相非催化反应时，床层则填装固体反应物。涓流床反应器也可归属于固定床反应器，气、液相并流向下通过床层，呈气液固相接触。

⑶ 什么物化-生化处理法

就是物理化学生物三种方法中的两种以上联合使用，像，吹脱，吸附，等

⑷ 求固定床吸附器的资料

固定床吸附器：

⑴ 形式与结构：

工业上应用最多的吸附设备是固定床吸附器，主要有立式和卧式两种，都是圆柱形容器。卧式圆柱形吸附器，两端为球形顶盖，靠近底部焊有横栅条，其上面放置可拆式铸铁栅条，栅条上再放金属网(也可用多孔板替代栅条)，若吸附剂颗粒细，可在金属网上先堆放粒度较大的砾石再放吸附剂。立式吸附器基本结构与卧式相同。

⑵ 吸附过程的操作方式：

a)、间隙过程：欲处理的流体通过固定床吸附器时，吸附质被吸附剂吸附，流体是由出口流出，操作时吸附和脱附交替进行。

b)、连续过程:通常流程中都装有两台以上吸附器，以便切换使用。在吸附时原料气由下方通人，吸附后的原料气从顶部出口排出。与此同时，吸附器处于脱附再生阶段，再生用气体由加热器加热至要求的温度，再生气进入吸附器的流向与原料气相反，再生气携带从吸附剂上脱附的组分从吸附器底部放出，经冷却器冷凝分离，再生气循环使用。如果所带组分不易冷凝，要采用其它方法使之分离。

⑶ 优缺点：

a）优点：结构简单、造价低，吸附剂磨损少。

b）缺点:

ⅰ）操作麻烦，因是间歇操作，操作过程中两个吸附器需不断地周期性切换；

ⅱ) 单位吸附剂生产能力低，因备用设备虽然装有吸附剂，但处于非生产状态；

ⅲ)固定床吸附剂床层尚存在传热性能较差，床层传热不均匀等缺点。

2 固定床吸附器的操作特性：

1)非定态的传质过程

当流体通过固定床吸附剂颗粒层时，床层中吸附剂的吸附量随着操作过程的进行而逐渐增加，同时床层内各处浓度分布也随时间而变化。

ⅰ）未吸附区

吸附质浓度为 的流体由吸附器上部加入，自上而下流经高度为 的新鲜吸附剂床层。开始时，最上层新鲜吸附剂与含吸附质浓度较高的流体接触，吸附质迅速地被吸附，浓度降低很快，只要吸附剂床层足够，流体中吸附质浓度可以降为零。经过一段时间dl后,水平线密度大小表示固定床内吸附剂上吸附质的浓度分布，顶端的吸附剂上吸附质含量高，由上而下吸附剂上吸附质含量逐渐降低，到一定高度 以下的吸附剂上吸附质含量均为零，即仍保持初始状态，称该区为未吸附区。此时出口流体中吸附质组成 近于零。

ⅱ) 吸附传质区、吸附传质区高度

继续操作至 时，由于吸附剂不断吸附，吸附器上端有一段吸附剂上吸附质的含量已经达到饱和，向下形成一段吸附质含量从大到小的 形分布的区域，从 到 的 线所示。这一区域为吸附传质区，其所占床层高度称为吸附传质区高度，此区以下仍是未吸附区。

ⅲ) 饱和区

在饱和区内，两相处于平衡状态，吸附过程停止；从高度 处开始，两相又处于不平衡状态，吸附质继续被吸附剂吸附，随之吸附质在流体中的浓度逐渐降低，至 处接近于零，此后，过程不再进行。

ⅳ) 吸附波

吸附传质只在吸附传质区内进行,再继续操作，吸附器上端的饱和区将不断扩大，吸附传质区尤如“波”一样向下移动，故称为吸附波，其移动的速度远低于流体流经床层的速度。到 时，吸附传质区的前端已移至吸附器的出口。

ⅴ）穿透点与穿透曲线

从吸附器流出的流体中吸附质浓度突然升高到一定的最高允许值 说明吸附过程达到所谓的“穿透点”。若再继续通人流体，吸附传质区将逐渐缩小，而出口流体中吸附质的浓度将迅速上升，直至吸附传质区几乎全部消失，吸附剂全部饱和，这时出口流体中吸附质浓度接近起始浓度y。实际上吸附操作只能进行到穿透点为止，从过程开始到穿透点所需时间称为穿透时间。

vi) 吸附负荷曲线与穿透曲线的关系

吸附负荷曲线与穿透曲线成镜面相似，即从穿透曲线的形状可以推知吸附负荷曲线。对吸附速度高而吸附传质区短的吸附过程，其吸附荷曲线与穿透曲线均陡些。

不仅吸附负荷曲线、穿透曲线、吸附传质区高度和穿透时间互相密切相关，而且都与吸附平衡性质、吸附速率、流体流速、流体浓度以及床高等因素有关。一般穿透点随床高的减小，吸附剂颗粒增大，流体流速增大以及流体中吸附质浓度增大而提前出现。所以在一定条件下，吸附剂的床层高度不宜太小。因为床高太小，穿透时间短，吸附操作循环周期短，使吸附剂的吸附容量不能得到充分的利用。

2) 作用：固定床吸附器的操作特性是设计固定床吸附器的基本依据，通常在设计固定床吸附器时，需要用到通过实验确定的穿透点与穿透曲线，因此实验条件应尽可能与实际操作情况相同。

3 固定床吸附器的设计计算

⑴ 固定床吸附器设计计算的主要内容

固定床吸附器设计计算的主要内容是根据给定体系，分离要求和操作条件，计算穿透时间为某一定值(吸附器循环操作周期)时所需床层高度，或一定床高所需的穿透时间。

对优惠型等温线系统，在吸附过程中吸附传质区的浓度分布(吸附负荷曲线)很快达到一定的形状与高度，随着吸附过程不断进行，吸附传质区不断向前平移，但吸附负荷曲线的形状几乎不再发生变化。因此应用不同床高的固定床吸附器将得到相同形状的穿透曲线。当操作到达穿透点时，在从床人口到吸附传质区的起始点 处的一段床层中吸附剂全部饱和在吸附传质区(从 到 )中吸附剂上的吸附质含量从几乎饱和到几乎不含吸附质，其中吸附质的总吸附量可等于床层高为 的床层的饱和吸附量。所以整个床层高 中相当于床高为 的床层饱和，而有 的床高还没有吸附，这段高度称为未用床层高 。对于一定吸附符合曲线， 为一定值。根据小型实验结果进行放大设计的原则是未用床高 不因总床高不同而不同，所以，只要求出未用床高 ，即可进行固定床吸附器的设计，即 。

⑵ 确定未用床高 有两种方法：

① 根据完整的穿透曲线求 。当达到穿透点时，相当于吸附传质区前沿到达床的出口。 时相当于吸附传质区移出床层，即床层中的吸附剂已全部饱和。图中阴影面积E对应于到达穿透点时床层中吸附质的总吸附量；阴影面积F对应于穿透点时床层尚能吸附的吸附量，因此到达穿透点时的未用床高为：

(9—16)

② 根据穿透点与吸附剂的饱和吸附量求 。因为到达穿透点时被吸附的吸附质总量为:

(9—17)

式中 ——流体流量， 惰性流体／s；

——穿透时间，s；

——流体中吸附质初始组成， 吸附质／ 惰性流体；

——与初始吸附剂呈平衡的流体相中的平衡组成， 吸附质／ 惰性流体。

吸附W 的吸附质相当于有 ，高的吸附剂层已饱和，故

(9—18)

式中 ——床层截面积，m2；

——吸附剂床层视密度，kg／m3；

——与流体相初始组成y。呈平衡的吸附剂上吸附质含量，kg吸附质／kg吸附剂；

——吸附剂上初始吸附质含量，kg吸附质／kg吸附剂。

所以床中的未用床高为：

(9—19)

③ 动态平衡吸附量和静态平衡吸附量：

(ⅰ)、所谓动态平衡吸附量是指在一定压力、温度条件下，流体通过固定床吸附剂，经过较长时间接触达到稳定的吸附量。它不仅与体系性质、温度和压力有关，还与流动状态和吸附剂颗粒等影响吸附过程的动态因素有关。其值通常小于静态平衡吸附量。如：式(9—19)中的平衡吸附量是指动态平衡吸附量。

(ⅱ)、所谓静态平衡吸附量是指一定温度和压力条件下，流体两相经过长时间充分接触，吸附质在两相中达到平衡时的吸附量。

9.4.2 移动床吸附器与移动床吸附过程计算：

1 移动床吸附器：

流体或固体可以连续而均匀地在移动床吸附器中移动，稳定地输入和输出。同时使流体与固体两相接触良好，不致发生局部不均匀的现象。

移动床吸附器又称“超吸附器”，特别适用于轻烃类气体混合物的提纯。图9—12所示，是从甲烷氢混合气体中提取乙烯的移动床吸附器。从吸附器底部出来的吸附剂由气力输送的升降管(9)送往吸附器顶部的料斗(3)中加入器内。吸附剂以一定的速度向下移动，在向下移动过程中，依次经历冷却，吸附、精馏和脱附各过程。由吸附器底部排出的吸附剂已经过再生，并供循环使用。待处理的原料气经分配板(4)分配后导人吸附器中，与吸附剂进行逆流接触，在吸附段(5)中活性炭将乙烯和其它重组分吸附，未被吸附的甲烷和氢成为轻馏分从塔顶放出。已吸附乙烯等组分的活性炭继续向下移动，经分配器进入精馏段(b)，在此段内较难吸附的组分(乙烯等)被较易吸附的组分(重烃)从活性炭中置换出来。各烃类组分经反复吸附和脱附，重组分沿吸附器高从上至下浓度不断增大，与精馏塔中的精馏段类似。经过精制的馏分分别以侧线中间馏分(主要是乙烯，含少量丙烷)和塔底重馏分(主要是丙烷和脱附引入的直接蒸汽)的形式被采出。最后吸附了重烃组分的活性炭进人解吸段，解吸出来的重组分以回流形式流人精馏段。

移动床吸附过程可实现逆流连续操作，吸附剂用量少，但吸附剂磨损严重。可见能否降低吸附剂的磨损消耗，减少吸附装置的运转费用，是移动床吸附器能否大规模用于工业生产的关键。由于高级烯烃的聚合使活性炭的性能恶化，则需将其送往活化器中用高温蒸汽(400～500℃)进行处理，以使其活性恢复后再继续使用。

2 移动床吸附过程计算

移动床吸附器中，流体与固体均以恒定的速度连续通过吸附器，在吸附器内任一截面上的组成均不随时间而变化。因此可认为移动床中吸附过程是稳定吸附过程。对单组分吸附过程而言，其计算过程与二元气体混合物吸收过程类似，应用的基本关系式也是物料衡算(操作线方程)、相平衡关系和传质速率方程。为简化讨论，现以单组分等温吸附过程为例，论其计算原理。

连续逆流吸附装置如图9—13所示，对装置上部作吸附质的物料衡算，可得出连续、逆流操作吸附过程的操作线方程

(9—20)

式中 ——不包括吸附质的气相质量流速， ；

——不包括吸附质的吸附剂质量流速， ；

——吸附质与溶剂的质量比；

——吸附质与吸附剂的质量比。

显然，吸附操作线方程为一直线方程，如图9—14所示。

见图9—13，取吸附装置的微元段d 作物料衡算，

得：

(9—21)

根据总传质速率方程式(9—12)，d 段内传质速率

可表示为：

(9—22)

式中 ——以 表示推动力的总传质系数， ；

——单位体积床层内吸附剂的外表面， 床层；

——与吸附剂组成X呈平衡的气相组成， 吸附质／ 惰性气。

若 可取常数，则式(9—22)积分可得吸附剂层的高度为：

(9—23)

式中 由下式确定：

(9—24)

其中 与 为气相侧与固相侧的传质分系数，阴为平衡线的斜率。因为在吸附剂通过吸附器的过程中，吸附质逐步渗入吸附剂内部，应用以平均浓度差推动力为基础的固相侧传质分系数 不是常数，所以式(9—23)和(9—24)在使用时只有当气相阻力控制时才可靠。然而，对实际吸附过程来说，常常是固体颗粒内的扩散阻力占主导地位，有关这方面的内容可参阅Perry手册。

⑸ 固定床制取半水煤气，原理、工艺、

工厂生产方法有：
1、电解水制氢．
水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定能量，则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75-85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。利用电网峰谷差电解水制氢，作为一种贮能手段也具有特点。我国水力资源丰富，利用水电发电，电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高，成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电制得氢气并用氢作为中间载能体来调节，贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时富余电能也可用于电解水制氢，达到储能的目的。我国各种规模的水电解制氢装置数以百计，但均为小型电解制氢设备，其目的均为制提氢气作料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法必将得到发展。
2、矿物燃料制氢
以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气是主要的方法。该方法在我国都具有成熟的工艺，并建有工业生产装置。
（1）煤为原料制取氢气
在我国能源结构中，在今后相当长一段时间内，煤炭还将是主要能源。如何提高煤的利用效率及减少对环境的污染是需不断研究的课题，将煤炭转化为氢是其途径之一。
以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种：一是煤的焦化（或称高温干馏），二是煤的气化。焦化是指煤在隔绝空气条件下，在90－1000℃制取焦碳副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢气55-60％（体积）甲烷23-27％、一氧化碳6-8％等。每吨煤可得煤气300－350m3，可作为城市煤气，亦是制取氢气的原料。煤的气化是指煤在高温常压或加压下，与气化剂反应转化成气体产物。气化剂为水蒸汽或氧所（空气），气体产物中含有氢有等组份，其含量随不同气化方法而异。我国有大批中小型合成氢厂，均以煤为原料，气化后制得含氢煤气作为合成氨的原料。这是一种具有我国特点的取得氢源方法。采用OGI固定床式气化炉，可间歇操作生产制得水煤气。该装置投资小，操作容易，其气体产物组成主要是氢及一氧化碳，其中氢气可达60％以上，经转化后可制得纯氢。采用煤气化制氢方法，其设备费占投资主要部分。煤地下气化方法近数十年已为人们所重视。地下气化技术具有煤 资源利用率高及减少或避免地表环境破坏等优点。中国矿业大学余力等开发并完善了"长通道、大断 面、两阶段地下煤气化"生产水煤气的新工艺，煤气中氢气含量达50％以上，在唐山刘庄已进行工业性试运转，可日产水煤气5万m3，如再经转化及变压吸附法提纯可制得廉价氢气，该法在我国具有一定开发前景．我国对煤制氢技术的掌握已有良好的基础，特别是大批中小型合成氨厂的制氢装置遍布各地，为今后提供氢源创造了条件。我国自行开发的地下煤气化制水煤气获得廉价氢气的工艺已取得 阶段成果，具有开发前景，值得重视。
（2）以天然气或轻质油为原料制取氢气
该法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得氢气。主要发生下述反应：
CH4＋H2O→CO＋H2
CO＋H2O→COZ＋HZ
CnH2h＋2＋Nh2O→nCO＋（Zh＋l）HZ
反应在800-820℃下进行。从上述反应可知，也有部分氢气来自水蒸汽。用该法制得的气体组成中，氢气含量可达74％（体积），其生产成本主要取决于原料价格，我国轻质油价格高，制气成本贵，采用受到限制。大多数大型合成氨合成甲醇工厂均采用天然气为原料，催化水蒸汽转化制氢的工艺。我国在该领域进行了大量有成效的研究工作，并建有大批工业生产装置。我国曾开发采用间歇式天然气蒸汽转化制氢工艺，制取小型合成氨厂的原料，这种方法不必用采高温合金转化炉，装置投资成本低。以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用于制取化工原料。
（3）以重油为原料部分氧化法制取氢气
重油原料包括有常压、减压渣油及石油深度加工后的燃料油，重油与水蒸汽及氧气反应制得含氢
气体产物。部分重油燃烧提供转化吸热反应所需热量及一定的反应温度。该法生产的氢气产物成本
中，原料费约占三分之一，而重油价格较低，故为人们重视。我国建有大型重油部分氧化法制氢装置，用于制取合成氢的原料。

⑹ lkd是什么

lkd是指LKD-3型小型固定床实验装置。

LKD-3型小型固定床实验装置是一种用于化学领域的科学仪器，于2015年3月20日启用。能源化工与绿色催化：煤化工、C1化工新催化材料和催化剂评价筛选。

技术指标：

1、催化剂堆密度：0.4~1.0 g/mL。

2、催化剂粒径分布：0.5~2.5 mm。

3、反应温度：200~1000 oC。

4、进料空速： 5000~100000 h-1。

5、反应压力：0.1~5.0 MPa。

6、催化剂装量：5~15 mL。

7、催化剂床层高径比：0.8~2.0 （内径20~25 mm）。

⑺ 关于活性炭的制作工艺，详细一点，谢啦

由于我国工业生产力度持续加大，产生的废气污染问题也更加严重。工业有机废气的排放除了会对生态环境造成破坏，还会严重影响人们的身体健康。比如，含有苯类的有机废气会对人的中枢神经造成损害，从而影响神经系统功能的正常运行。而含有戊醇的有机废气会引起人的头痛腹泻等症状。所以，对于有机废气进行治理刻不容缓。活性炭吸附技术由于造价成本较低和可行性强等优点，在废气治理中得到了有效的应用。
1、常见的有机废气处理方法概述
1.1冷凝法
该方法主要是按照有机气体的实际冷凝温度，通过加压、降温等不同的措施来实现废气的液化，然后再对液态气体进行有效的回收。因为液态废气能够被再次利用，所以应用冷凝法除了可以改善环境污染问题，还具有一定的经济性。但是在应用冷凝法时，对于温度、浓度等具有一定的要求，为了获得较佳处理效果，应该保持低温高浓，否则很难获得理想的净化效果。
1.2液体吸收法
该方法主要是通过液态药剂来实现对有机废气的处理，吸收剂的种类较多，包括：水、石油类物质等。液体吸收法可以分为物理和化学两种方法，通过物理方法进行吸收的应用范围十分有限，一般仅适用于部分特征污染物。而运用化学方法进行吸收主要是利用药剂，使之与吸附气体产生一系列的化学反应，以此来实现对有机废气的处理。但是在利用这两种方法时均需要及时更换吸收液，如果在检测后发现吸收液已经处于饱和状态，则应该立即更换，防止废气出现超标排放等问题。
1.3吸附法
除了上述两种方法外，吸附法也是比较常见的废处理方法，主要通过吸附剂来完成对有机废气的处理。出于对经济成本的考虑，主要选取价格较低且去除效果较好的吸附剂，如：沸石、活性炭等。活性炭吸附由于适用范围较广且效果比较稳定，在业内受到好评。
2、活性炭吸附装置的工艺流程
2.1吸附
有机废气通过过滤器除去固体颗粒，然后进人吸附罐（一般以固定床吸附为主，包括单、双等不同床制），有机物被活性炭捕集、吸附并浓缩，净化的空气从罐体下部经主风机排入大气。
2.2解吸
在活性炭吸附有机物达到饱和状态后，就会停止吸人有机废气。通过活性炭床向上送人蒸汽进行吹脱，将有机物自活性炭中逐出。
2.3热风干燥和冷却
通过蒸汽解吸后的活性炭中，留有大部分蒸汽凝液，填充了活性炭内孔，降低了碳层活性。因此，通过热空气对碳层进行干燥。然后关闭蒸汽阀门，再通入常温空气，活性炭就会恢复如初，可以进行循环使用。
2.4有机溶剂回收
若吹脱的高浓废气中的有机物可以进行再次利用，则可通过冷凝方式进行回收处理。利用有机物露点温度较高的特点，将：蒸汽和有机废气的混合物引入冷凝器，使其冷凝，冷凝液经疏水阀进入分离器，利用溶剂比水轻的特点，分离回收。
3、活性炭吸附装置在不同行业中的应用
活性炭吸附装置可以应用于诸多行业当中，包括：印刷、涂装等，除了可以实现有效的净化，还可以减少经济成本，易于操作。比如在涂装喷漆时应用活性炭吸附技术，可以对多种有机废气进行有效的处理，对二甲苯等有机废气有较好的吸附效果。而且许多吸附装置应用板材厚实，可以应用较长时间，价格低廉，效果良好。
而对于印刷行业等，应用活性炭吸附装置同样可以达到比较理想的净化效果。同时为确保有机废气处理效果，可选用活性炭吸附+催化燃烧的处理装置。先通过活性炭充分的吸附废气，在即将到达饱和状态时停止吸附，利用热气流在活性炭上进行脱附，使得活性炭可以再生；经过脱附的有机物被浓缩，然后再运输至催化燃烧室，燃烧后的尾气可达标排放至大气。
综上所述，活性炭吸附技术具有很多显著的优点，如：经济成本较小、效果良好、易与其他处理工艺相结合等，因此在相关领域得到了大范围的推广和应用。但是需要注意的是，废旧活性炭具有一定的危险性，需要进行专项处理，防止出现意外问题。

⑻ 生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作

全书共十章，包括发酵液的预处理、细胞的分离、沉淀、萃取、膜技术、吸附与离子交换、色谱技术、离心、生物产品的浓缩结晶与干燥等生物产品分离纯化过程所涉及的全部技术内容。本书通俗易懂、深入浅出，可读性较强。

本书可作为高等院校相关专业本科生的教材，也可供从事生物分离工程工作及研究的有关人员参考。

前言

第一章 绪论

第一节 生物分离工程的性质、内容与分类

一、生物分离工程的性质

二、生物分离工程的研究内容

三、生物分离过程的分类

第二节 生物分离工程的一般流程

一、发酵液的预处理

二、产物的提取

三、产物的精制

四、成品的加工处理

五、生物分离纯化工艺过程的选择依据

第三节 生物分离过程的特点

一、生物分离过程的体系特殊

二、生物分离过程的工艺流程特殊

三、生物分离过程的成本特殊

第四节 生物分离工程的发展趋势

一、生物分离工程的发展趋势

二、生物分离工程研究应注意的问题

思考题

第二章 发酵液的预处理

第一节 发酵液预处理的方法

一、发酵液的一般特征

二、发酵液预处理的目的和要求

三、发酵液预处理的方法

第二节 发酵液的过滤，

一、发酵液过滤的目的

二、影响发酵液过滤的因素

三、发酵液过滤的方法

四、提高过滤性能的方法

五、过滤介质的选择

六、过滤操作条件优化

七、过滤设备

思考题

第三章 细胞分离技术

第一节 细胞分离

一、过滤

二、离心沉降

第二节 细胞破碎

一、细胞壁的结构

二、细胞破碎动力学

三、细胞破碎的方法

第三节 胞内产物的溶解及复性

一、包含体及其形成

二、包含体的分离和溶解

三、蛋白质复性

思考题

第四章 沉淀技术

第一节 概述

第二节 蛋白质表面性质

一、蛋白质表面的亲水性和疏水性

二、蛋白质表面的电荷

三、蛋白质胶体的稳定性

第三节 蛋白质沉淀方法

一、盐析法

二、有机溶剂沉淀法

三、等电点沉淀法

四、非离子多聚物沉淀法

五、变性沉淀

六、生成盐类复合物的沉淀

七、亲和沉淀

八、SIS聚合物与亲和沉淀

第四节 沉淀技术应用

一、蛋白质

二、多糖

三、茶皂甙纯化工艺研究

四、杜仲水提液中氯原酸的提取

思考题

第五章 萃取技术

第一节 基本概念

一、萃取的概念、特点及分类

二、分配定律

三、分配系数、相比、分离系数

第二节 液液萃取的基本理论与过程

一、液液萃取的基本原理

二、液液萃取类型及工艺计算

第三节 有机溶剂萃取

一、有机溶剂萃取分配平衡

二、影响有机溶剂萃取的因素

三、有机溶剂萃取的设备及工艺过程

第四节 双水相萃取

一、双水相体系的形成

二、相图

三、双水相中的分配平衡

四、影响双水相分配系数的主要因素

五、双水相萃取的设备及工艺过程

第五节 液膜萃取

一、液膜及其分类

二、液膜萃取机理

三、液膜分离操作

四、乳化液膜分离技术的工艺流程

五、液膜分离过程潜在问题

六、液膜分离技术的应用

第六节 反胶团萃取

一、胶团与反胶团

二、反胶团萃取

三、反胶团制备

四、反胶团萃取的应用

第七节 液固萃取

一、液固萃取过程

二、液固萃取类型

三、浸取的影响因素

四、浸取的其他问题

五、浸取的工业应用

第八节 超临界流体萃取

一、超临界流体

二、超临界流体萃取

三、超临界萃取的实验装置与萃取方式

四、超临界流体萃取条件的选择

五、超临界流体萃取的基本过程

六、超临界流体萃取的应用实例

第九节 萃取技术应用及研究进展

一、双水相萃取技术应用及研究进展

二、液膜萃取技术应用及研究进展

三、反胶团萃取技术应用及研究进展

四、超临界流体萃取技术应用及研究进展

思考题

第六章 膜分离过程

第一节 概述

一、膜分离过程的概念和特征

二、膜过程分类

三、分离膜

第二节 压力驱动膜过程

一、反渗透和纳滤

二、超滤和微滤

第三节 电推动膜过程——电渗析

一、电渗析的基本原理

二、电渗析传递过程及影响因素

三、电渗析膜

四、应用

第四节 膜接触器——膜萃取

一、膜萃取的基本原理

二、膜萃取的传质过程

三、膜萃取过程影响因素

四、应用

第五节 其他膜分离过程

一、浓差推动膜过程——渗透蒸发

二、温差推动膜过程——膜蒸馏

第六节 膜分离过程装置

一、滤筒式膜组件

二、板框式膜组件

三、螺旋卷式膜组件

四、管式膜组件

五、毛细管式膜组件

六、中空纤维式膜组件

思考题

第七章 吸附与离子交换

第一节 概述

一、吸附过程

二、吸附与离子交换的特点

第二节 吸附分离介质

一、吸附剂

二、离子交换剂

第三节 吸附与离子交换的基本理论

一、吸附平衡理论

二、影响吸附的主要因素

三、离子交换平衡理论

第四节 基本设备与操作

一、固定床吸附操作

二、移动床吸附器

三、膨胀床吸附操作

四、流化床吸附操作

五、吸附器净化效率的计算与选择

思考题

第八章 色谱分离技术

第一节 色谱分离技术概述

一、色谱技术的基本概念

二、色谱法的分类

三、色谱系统的操作方法

第二节 吸附色谱法

一、吸附色谱基本原理

二、吸附薄层色谱法

三、吸附柱色谱法

第三节 分配色谱法

一、基本原理

二、分配色谱条件

三、分配色谱基本操作

四、分配色谱法的应用

第四节 离子交换色谱法

一、离子交换色谱技术的基本原理

二、离子交换剂的类型与结构

三、离子交换剂的理化性能

四、离子交换色谱基本操作

五、离子交换色谱的应用

第五节 亲和色谱

一、亲和色谱概述

二、亲和色谱原理

三、亲和色谱介质

四、亲和色谱介质的制备

五、亲和色谱的操作过程

六、影响亲和色谱的因素

第六节 色谱分离技术的应用

一、亲和色谱的应用

二、离子交换色谱的应用

三、吸附色谱的应用

四、分配色谱的应用

五、多种色谱技术的组合应用

思考题

第九章 离心技术

第一节 离心分离原理

一、离心沉降原理

二、离心过滤原理

第二节 离心分离设备

一、离心分离设备概述

二、离心沉降设备

三、离心过滤设备

四、离心分离设备的放大

第三节 超离心技术

一、超速离心技术原理

二、超速离心技术分类

三、超速离心设备

第四节 离心技术在生物分离中的应用

一、离心技术在生物分离应用中的注意事项

二、离心分离的优缺点

三、离心机的选择

四、离心在生物分离中的应用

思考题

第十章 浓缩、结晶与干燥

第一节 蒸发浓缩工艺原理与设备

一、蒸发浓缩工艺

二、蒸发浓缩设备

第二节 结晶工艺原理和设备

一、结晶操作工艺原理

二、结晶设备

第三节 干燥工艺原理与设备

一、干燥工艺原理

二、干燥设备

思考题