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1、内内 容容吸附材料处理空气的原理和方法5.1吸收剂处理空气的原理和方法5.22023/3/26第1页/共70页吸收、吸附法处理空气的基本知识吸收、吸附法处理空气的基本知识一、干燥剂及干燥循环 干燥过程有两类：吸附过程和吸收过程 干燥剂有吸附剂和吸收剂 干燥剂表面蒸汽压环境空气的蒸汽压 吸湿 (干燥）干燥剂表面蒸汽压环境空气的蒸汽压 脱湿 （再生）吸附过程：干燥剂化学成分不变吸附过程：干燥剂化学成分不变吸收过程：干燥剂化学成分改变吸收过程：干燥剂化学成分改变第2页/共70页第3页/共70页干燥循环包括干燥循环包括吸湿、吸湿、再生和冷却再生和冷却三个过三个过程程.第4页/共70页二、吸收、吸附法处
2、理空气的优点 常用的除湿方法有：1、低温露点除湿（冷却除湿、表冷器除湿）2、加压除湿（压缩除湿）3、吸附除湿4、吸收除湿 各有特点及相应的应用范围.第5页/共70页 表冷器除湿（空调领域多采用）独特的优点：空气的冷却降温和除湿过程同 时进行。缺点：1.为除湿冷媒温度需较低（低于tL）,一般为7-12，从而降低了机组COP.2.因冷媒温度低，使可以直接利用天然冷源的空调方式无法应用，既浪费能源又增加环境污染.3.表冷器除湿产生的凝结水易产生霉菌，影响室内空气品质.第6页/共70页国际空调界近来流行的除湿概念 独立除湿（Independent dehumidification）即空气的降温与除湿分
3、开处理，除湿不依赖于 降温而实现.独立除湿方法主要是采用吸收或吸附材料降低空气的含湿量.其优点：1.不需对空气进行冷却或压缩，2.除湿噪声低.3.可获得较低的露点温度，这是冷却除湿无法达到的.4.节约能源（比表冷器除湿）缺点：需再生设备.在工业领域广泛应用.第7页/共70页5.15.1 吸附材料处理空气的机理和方法吸附材料处理空气的机理和方法一、吸附的基本知识和概念 1、吸附现象、吸附剂和吸附质吸附现象是相异两相界面上的一种分子积聚现象，吸附即把分子配列程度较低的气相分子浓缩到分子配列程度较高的固相中.解吸或脱附：已被吸附的原子或分子，返回到气相中的现象.具有吸附作用的物质称为吸附剂，被吸附的
4、物质称为吸附质.第8页/共70页吸附剂处理空气的原理吸附剂处理空气的原理吸附：由范德华引力、氢键起作用的物理过程。吸附：由范德华引力、氢键起作用的物理过程。2023/3/26第9页/共70页 2、吸附机理 1）相界面上的表面层分子特有的性质：表面张力 故表面层分子比内层分子具有更多的能量（反抗内部分子的引力而作功，增加这一分子的位能），这部分多余的能量称表面自由焓，简称表面能 （surface energy)分子力（Van der Waals）:同相间分子力处于平衡状态，相界处不平衡。第10页/共70页从热力学观点，固体表面之所以能吸附其它介质，是因为固体表面具有过剩的能量（表面能），它具有吸
5、附其它物质而达到降低表面自由焓的趋势。2）最小自由焓原理 在恒温恒压下，自由焓减小的过程能自动进行，当自由焓最小时体系处于平衡状态.第11页/共70页表面能表面能物质的总能量物质的总能量当物质的比表面积比较大时，表面能就会对物质的性能产生很大的影响。相界上的非平衡力导致物质微粒在界面上的聚集程度的改变就是吸附吸附。2023/3/26第12页/共70页3、吸附的种类、吸附的种类物理吸附由吸附质分子与吸附剂分子之间分子力（Van der Waals）引起的可逆吸附现象。有单层吸附，也有多层吸附。特点：吸附质与吸附剂之间无化学反应；对吸附气体选择性不强；吸附速率快；吸附为低放热过程，放热量略大于液化
6、潜热；吸附力不强。化学吸附化学反应起作用。只为单层吸附。2023/3/26第13页/共70页 2）在吸附过程中所发生的热效应称为吸附热。所有的吸附过程都是放热反应。3）物理吸附没有选择性，而化学吸附具有选择性 4）物理吸附速度较快，受温度影响小，而化学吸附速度较慢，受温度影响大，需活化能。5）物理吸附易脱附，是“可逆”的，而化学吸附脱附较难，相对而言是“不可逆”的。6）物理吸附可单分子层吸附，也可多分子层吸附，化学吸附只是单分子层吸附。物理吸附与化学吸附的比较：1）物理吸附：固体吸附周围分子是通过范德华引力 化学吸附：吸附剂与吸附质之间生成表面吸附键，形成表面化合物第14页/共70页吸附作用力
7、吸附作用力（物）：一种物理作用，分子间力（范德华力）；（物）：一种物理作用，分子间力（范德华力）；（化）：一种表面化学反应（化学键力）。（化）：一种表面化学反应（化学键力）。吸附速率吸附速率（物）（物）：极快，常常瞬间即达平衡；：极快，常常瞬间即达平衡；（化）（化）：较慢，达平衡需较长时间。：较慢，达平衡需较长时间。吸附热吸附热（区别二者的重（区别二者的重要标志）要标志）（物）：与气体的液化潜热相近（物）：与气体的液化潜热相近,较小（几百焦耳较小（几百焦耳/mol）（化）：与化学反应热相近，很大（化）：与化学反应热相近，很大（42kJ/mol）。）。选择性选择性（物）：没有多大的选择性（可逆）
8、；（物）：没有多大的选择性（可逆）；（化）：具有较高的选择性（不可逆）。（化）：具有较高的选择性（不可逆）。温度的影响温度的影响（物）：吸附与脱附速率一般不受温度的影响，但吸附量（物）：吸附与脱附速率一般不受温度的影响，但吸附量随温度上升而下降；随温度上升而下降；（化）：可看成一个表面化学过程，需一定的活化能，吸（化）：可看成一个表面化学过程，需一定的活化能，吸附与脱附速率随温度升高而明显加快。附与脱附速率随温度升高而明显加快。吸附层厚度吸附层厚度（物）：单分子层或双分子层，解析容易，；（物）：单分子层或双分子层，解析容易，；（化）：总是单分子层或单原子层，且不易解吸。（化）：总是单分子层或单
9、原子层，且不易解吸。2023/3/26第15页/共70页吸附等压线：4、吸附平衡、等温吸附线和等压吸附线、吸附平衡、等温吸附线和等压吸附线 对于给定的吸附剂和吸附质，吸附平衡时吸附剂对于给定的吸附剂和吸附质，吸附平衡时吸附剂对吸附质的吸附量对吸附质的吸附量q为：为：吸附等温线：2023/3/26第16页/共70页 I-合成沸石等吸附系的；II-Lamgmuri型；III-活性铝等吸附系的；IV-活性炭吸附水蒸气；V-BET型；VI-线性吸附典型等温吸附线典型等温吸附线2023/3/26第17页/共70页等压吸附线等压吸附线2-物理吸附物理吸附1-化学吸附化学吸附3-过渡区（非平衡吸附区）过渡区
10、（非平衡吸附区）温度温度吸吸附附量量2023/3/26第18页/共70页多孔介质比表面积大，所以吸附剂多为多孔介质。多孔介质孔隙越小，比表面积越大，孔隙内吸附能力越强 5、吸附剂结构，多孔介质，比表面积、吸附剂结构，多孔介质，比表面积 比表面积比表面积：单位质量吸附剂具有的表面积：单位质量吸附剂具有的表面积 比表面积越大，吸附能力越强。比表面积越大，吸附能力越强。6、吸附剂的特性参数1）多孔吸附剂的 外观体积2023/3/26第19页/共70页2）吸附剂密度）吸附剂密度堆积密度：堆积密度：真密度：真密度：颗粒密度：颗粒密度：3）孔径分布（测定吸附等温线、压汞仪等）孔径分布（测定吸附等温线、压汞
11、仪等）4）颗粒当量直径、单位体积表面积）颗粒当量直径、单位体积表面积2023/3/26第20页/共70页二.吸附方程 1.单分子层吸附理论 1）弗里德里克等温吸附方程式 2）兰米尔等温吸附方程式 兰米尔的单分子层吸附理论：固体表面存在一吸附场，约10-8cm，相当于分子直径的数量级，故只能吸附一层分子.吸附在固体表面的分子由于热运动可从固体表面 脱附，重新回到气相.第21页/共70页当吸附速度与脱附速度相等时，吸附达到平衡.典型的等温吸附过程中的著名公式2.B.E.T.多分子层吸附理论第22页/共70页三、常用吸附剂的类型和性能三、常用吸附剂的类型和性能 极性吸附剂（亲水）极性吸附剂（亲水）硅
12、胶硅胶：亲水性，易吸附水分，而难于吸附非极性物质。亲水性，易吸附水分，而难于吸附非极性物质。多孔活性氧化铝多孔活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化。用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化。沸石沸石：通常为人工合成沸石分子筛，为微孔型、具有立方晶体通常为人工合成沸石分子筛，为微孔型、具有立方晶体的硅酸盐。对极性分子，不饱和有机物具选择吸附能力。的硅酸盐。对极性分子，不饱和有机物具选择吸附能力。非极性吸附剂（憎水）非极性吸附剂（憎水）活性炭活性炭：疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱除尾气中疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱除尾气中SO2、NOX等恶臭物质的净化；等恶臭物质的净化；
13、优点：性能稳定、抗腐蚀。优点：性能稳定、抗腐蚀。2023/3/26根据吸附剂的根据吸附剂的亲水性亲水性分为：极性吸附剂分为：极性吸附剂 和非极性吸附剂和非极性吸附剂第23页/共70页水蒸气在水蒸气在A型和型和B型硅胶及活性铝中的典型吸附等温型硅胶及活性铝中的典型吸附等温线线2023/3/26第24页/共70页水蒸气在沸石中的典型吸附等温线水蒸气在沸石中的典型吸附等温线相对湿度（）相对湿度（）吸吸水水量量()2023/3/26第25页/共70页四、多孔介质传质吸附四、多孔介质传质吸附表征体元（REV)：在多孔介质中选取的一个比整体区域小得多而比单个孔隙大得多的区域。研究时用表征体元的平均值代替局
14、部值。表征体元内质量扩散方程：-孔隙率；CR-REV中气相浓度；K-REV骨架表面分离系数；De-REV中的有效扩散系数；De-多孔介质有效扩散系数2023/3/26第26页/共70页多孔介质内水蒸气浓度可写为：C=CR+K(1-)CR2023/3/26第27页/共70页五.吸附在制冷、空调中的应用 1、固体吸附减湿 1）空气吸附减湿处理过程 2）空气静态吸附除湿和动态吸附除湿 A.干燥循环干燥剂表面蒸汽压环境空气的蒸汽压吸湿（干燥）干燥剂表面蒸汽压环境空气的蒸汽压脱湿（再生）干燥剂表面水蒸气分压干燥剂表面水蒸气分压与与环境空气中水蒸气分压差环境空气中水蒸气分压差决决定干燥剂是吸湿还是放湿。定
15、干燥剂是吸湿还是放湿。第28页/共70页干燥剂表面水蒸气分压干燥剂表面水蒸气分压 与其吸收量的关系与其吸收量的关系干燥剂吸湿量与水蒸气干燥剂吸湿量与水蒸气 分压及温度的关系分压及温度的关系2023/3/26第29页/共70页干燥循环示意图干燥循环示意图再生吸湿冷却2023/3/26第30页/共70页B.静态吸附除湿静态吸附除湿静态除湿：吸附剂吸收密闭空间内静止空气中的水静态除湿：吸附剂吸收密闭空间内静止空气中的水蒸气。（间歇工作）蒸气。（间歇工作）Mq=V(0-1)该式表示达到平衡时的该式表示达到平衡时的q和水蒸气密度的关系和水蒸气密度的关系平衡时间平衡时间：若吸附剂和空气充分接触，经充分搅拌
16、数小：若吸附剂和空气充分接触，经充分搅拌数小时后可达吸附平衡，无搅拌则平衡时间大为增加。时后可达吸附平衡，无搅拌则平衡时间大为增加。影响平衡时间的因素影响平衡时间的因素：吸附剂粒径、孔径大小及分布、：吸附剂粒径、孔径大小及分布、空气流速等。空气流速等。设计任务设计任务：计算吸附剂量、或计算达到平衡的时间：计算吸附剂量、或计算达到平衡的时间2023/3/26第31页/共70页吸附剂的吸附平衡时间（吸附剂的吸附平衡时间（无搅拌无搅拌）（a）铝胶铝胶（b）硅胶硅胶2023/3/26第32页/共70页（c）合成沸石合成沸石2023/3/26第33页/共70页吸附剂吸附平衡时间的测吸附剂吸附平衡时间的测
17、试试 干燥器底部放入稀硫酸（维持湿度平衡），定期取出吸附剂称重，可得到吸附剂吸水率随时间的变化曲线。2023/3/26第34页/共70页使密闭容器内水蒸气密度由使密闭容器内水蒸气密度由0降降为为1所需的吸附剂量为：所需的吸附剂量为：存在外部渗透水分时，使密闭容器内水蒸气密度由存在外部渗透水分时，使密闭容器内水蒸气密度由0降降为为1所需的吸附剂量为：所需的吸附剂量为：例题例题2023/3/26第35页/共70页C.动态吸附除湿动态吸附除湿吸附剂的再生方式：吸附剂的再生方式：加热再生方式加热再生方式：供给吸附剂脱附所需的热量；：供给吸附剂脱附所需的热量；减压再生方式减压再生方式：用减压手段降低吸附
18、分子的分压，：用减压手段降低吸附分子的分压，改变吸附平衡，实现脱附。改变吸附平衡，实现脱附。使用清洗气体的再生方式使用清洗气体的再生方式：借通入一种很难被吸附的气体借通入一种很难被吸附的气体,降低吸附质的分压降低吸附质的分压而实现脱附。而实现脱附。置换脱附再生方式置换脱附再生方式：用具有比吸附质更强的选择吸：用具有比吸附质更强的选择吸附性物质来置换而实现脱附。附性物质来置换而实现脱附。空气流经吸附剂。空气流经吸附剂。优点优点：需要吸附剂量少、设备体积小。：需要吸附剂量少、设备体积小。（1）吸附原理和装置2023/3/26第36页/共70页除湿方式：冷却除湿（近似等温过程）：除湿的同时通过冷却流
19、体带走吸附热；绝热除湿（近似等焓过程）：除湿的同时温度升高。吸附剂的选择 阻力小（空气压力损失小）；比表面积大；吸附容量大；具有较好机械强度、热稳定性及化学稳定性；2023/3/26第37页/共70页固体除湿器按工作方式可分为：固定式、旋转式固体除湿器按工作方式可分为：固定式、旋转式 固定式2023/3/26第38页/共70页旋转式2023/3/26第39页/共70页转轮式除湿器的内部结构按吸附除湿剂的安排可分转轮式除湿器的内部结构按吸附除湿剂的安排可分为以下三种形式：为以下三种形式：（a）堆积床结构（）堆积床结构（b）IIT平板结构平板结构（c）UCLA覆盖层结构覆盖层结构堆积床：扩散阻力大
20、堆积床：扩散阻力大IIT：气体侧、：气体侧、Teflon板阻力大，吸附剂阻力小板阻力大，吸附剂阻力小UCLA：气体侧阻力大，板阻力小：气体侧阻力大，板阻力小2023/3/26第40页/共70页带回热转轮除湿机动画示意图带回热转轮除湿机动画示意图可利用回热装置进行余热回收2023/3/26第41页/共70页（2 2）吸附除湿型空调系统简介）吸附除湿型空调系统简介常见的系统有全新风、全回风和常见的系统有全新风、全回风和Dunkle型除型除湿空调系统湿空调系统全新风型除湿空调系统工作原理图和温湿图全新风型除湿空调系统工作原理图和温湿图abcdefghi含湿量含湿量温温度度2023/3/26第42页/
21、共70页 全回风型除湿空调系统工作原理图和温湿图全回风型除湿空调系统工作原理图和温湿图fghi含湿量含湿量温温度度abcdec2023/3/26第43页/共70页DunkleDunkle型除湿型空调系统工作原理图和温湿图型除湿型空调系统工作原理图和温湿图含湿量含湿量温温度度hijkiadfgebc2023/3/26第44页/共70页 2、吸附式制冷系统 3、用吸附法净化有害气体第45页/共70页5.2吸收剂处理空气的机理和方法吸收剂处理空气的机理和方法一、吸收的基础理论 吸收是用适当的液体吸收剂来吸收气体或气体混合物中的某种组分的一种操作.在气液两相之间进行，故称相际传质.吸收能力与气体分压、
22、温度、吸收液浓度等有关。吸收能力与气体分压、温度、吸收液浓度等有关。第46页/共70页期望特性期望特性：1.相同温度、浓度下，相同温度、浓度下，表面蒸汽分压低（吸湿能力强）；表面蒸汽分压低（吸湿能力强）；2.对水分溶解度高（提高吸收率，减少除湿剂用量）；对水分溶解度高（提高吸收率，减少除湿剂用量）；3.几乎不吸收除水蒸气外的其它气体成分；几乎不吸收除水蒸气外的其它气体成分；4.粘度低（减小流动阻力和传热阻力）粘度低（减小流动阻力和传热阻力）5.高沸点、高冷凝热、高稀释热、低凝固点；高沸点、高冷凝热、高稀释热、低凝固点；6.稳定性好，低挥发；稳定性好，低挥发；7.低腐蚀、无毒；低腐蚀、无毒；8.
23、价格低廉，容易获得。价格低廉，容易获得。二、常用吸收型除湿剂及其性能简介2023/3/26第47页/共70页常用液体除湿剂1.三甘醇第48页/共70页2、溴化锂溶液 1）性质稳定：不变质、不挥发、极易溶于水 2）溶液蒸汽压远低于同温下水的饱和蒸汽 压，吸湿能力强 3）对金属材料有腐蚀，比氯化钠、氯化钙小 4）常温下浓度过高（60%70%）会结晶第49页/共70页3、氯化锂溶液是一种良好的吸湿剂第50页/共70页4、氯化钙溶液5、几种盐溶液性质比较 共性：1）沸点比水高得多 2）表面蒸汽压是温度和浓度的函数 3）溶解度有限，有结晶现象 4）对金属有腐蚀性，尤其开式系统 个性：由pt图可知：相同温
24、度、浓度下，氯化锂蒸汽压最低；但溴化锂溶解度大，提高浓度获得较低蒸汽压.氯化钙虽价廉但溶解性不好，易结晶。第51页/共70页常用液体除湿剂特性常用液体除湿剂特性氯化钙溶液氯化钙溶液氯化锂溶液氯化锂溶液溴化锂溶液溴化锂溶液二甘醇二甘醇三甘醇三甘醇毒性毒性腐蚀性腐蚀性 稳定性稳定性用途用途无无无无无无无无无无中中中中中中中中中中稳定稳定稳定稳定稳定稳定稳定稳定稳定稳定城市燃气除湿城市燃气除湿空调、杀菌、低温干燥空调、杀菌、低温干燥空调除湿空调除湿一般气体除湿一般气体除湿空调、一般气体除湿空调、一般气体除湿挥发性挥发性不不不不不不易易易易2023/3/26第52页/共70页三、吸收剂处理空气的原理（
25、1）除湿剂的表面蒸汽压）除湿剂的表面蒸汽压 空气水蒸气分压与除湿溶液表面蒸汽压的空气水蒸气分压与除湿溶液表面蒸汽压的压差压差是湿传递的驱动力。因此表面蒸汽压越低，溶液除是湿传递的驱动力。因此表面蒸汽压越低，溶液除湿能力越强，当与湿空气达到平衡时，湿空气具有湿能力越强，当与湿空气达到平衡时，湿空气具有更低的相对湿度。更低的相对湿度。理想溶液（遵循拉乌尔定律）：理想溶液（遵循拉乌尔定律）：表面蒸汽压随溶剂的摩尔百分数呈线性变化。表面蒸汽压随溶剂的摩尔百分数呈线性变化。2023/3/26第53页/共70页除湿剂一般不是理想溶液，偏离拉乌尔定律。除湿剂一般不是理想溶液，偏离拉乌尔定律。用用活度系数活度
26、系数描述偏差。如果活度系数小于描述偏差。如果活度系数小于1，则，则表面蒸汽压低于同条件下的理想溶液表面蒸汽压，表面蒸汽压低于同条件下的理想溶液表面蒸汽压，即比理想溶液除湿能力更强。即比理想溶液除湿能力更强。空气水蒸气分压与除湿溶液表面蒸汽压之间的压空气水蒸气分压与除湿溶液表面蒸汽压之间的压差是湿传递的驱动力。差是湿传递的驱动力。质量浓度（）质量浓度（）20 4510氯化钙溶液氯化钙溶液氯化锂溶液氯化锂溶液质量浓度（）质量浓度（）40 6510溴化锂溶液溴化锂溶液2023/3/26第54页/共70页亨利定律：亨利定律：在一定温度下，稀溶液中挥发性溶质在一定温度下，稀溶液中挥发性溶质的平衡分压力与
27、它在溶液中的浓度成正比的平衡分压力与它在溶液中的浓度成正比.2023/3/26 CAl CAb CAPAPAgPAb0E.第55页/共70页典型的吸湿典型的吸湿-再生过程再生过程1234工作过程：吸收工作过程：吸收-再生（浓缩吸收液）再生（浓缩吸收液）-吸收。吸收。第56页/共70页四、影响吸收的主要因素四、影响吸收的主要因素（1）除湿器结构绝热型除湿器优点：结构简单、比表面积大。稀溶液出口稀溶液出口处理空气出口处理空气出口液滴过滤器液滴过滤器填料处理空气入口处理空气入口处理空气入口处理空气入口浓溶液入口浓溶液入口2023/3/26第57页/共70页内冷型除湿器优点：吸收热被带走，因此溶液吸湿
28、能力得以维持。稀溶液出口稀溶液出口处理空气出口处理空气出口处理空气入口处理空气入口浓溶液入口浓溶液入口冷却水入口冷却水入口冷却水出口冷却水出口2023/3/26第58页/共70页(2)除湿剂的选择 a.除湿溶液表面蒸汽压较低 b.吸收热小吸收热（克拉伯龙吸收热（克拉伯龙-克劳修斯方程）：克劳修斯方程）：q-吸热量吸热量;R-水蒸气气体常数水蒸气气体常数;p-压力压力;T-温度温度 2023/3/26第59页/共70页五、LiBr溶液在吸收式制冷中的应用膨膨胀胀阀阀蒸发器蒸发器冷凝器冷凝器发生器发生器吸收器吸收器泵节节流流装装置置相当于一个压缩机制冷剂循环 逆循环吸收剂循环 正循环第60页/共7
29、0页六、溶液除湿空调系统第61页/共70页热泵驱动溶液除湿新风机组第62页/共70页溶液除湿空调系统第63页/共70页七、有害气体的吸收净化八、吸收型干燥系统的应用 1、蜂窝式除湿机 2、Licl固定式除湿装置第64页/共70页第65页/共70页第66页/共70页第67页/共70页 传热传质过程报告（传热传质过程报告（20002000字以上）字以上）（1 1）论述传质冷却的机理，并给出工）论述传质冷却的机理，并给出工程实际的应用及其最新进展。程实际的应用及其最新进展。（2 2）列举自然界和工程实际中热质交换的）列举自然界和工程实际中热质交换的实例，并阐述传热传质机理。实例，并阐述传热传质机理。基本要求：基本要求：题目，摘要，关键词，引言，问题提出，数学模型，题目，摘要，关键词，引言，问题提出，数学模型，求解（进展），结论，参考文献，体会求解（进展），结论，参考文献，体会作业：教材上思考题2023/3/26第68页/共70页The EndThe End第69页/共70页感谢您的观看！第70页/共70页