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。图9—6为卧式圆柱形吸附器，两端为球形顶盖，靠近底部焊有横栅条8，其上面放置可拆式铸铁栅条9，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。图9—7为立式吸附器示意图，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。图9—8为典型的有两个吸附器轮流切换操作流程的示意图。当A器在吸附时原料气由下方通人(通B器的阀门关闭)，吸附后的原料气从顶部出口排出。与此同时，吸附器B占处于脱附再生阶段，再生用气体由加热器加热至要求的温度，从顶部进入B器(通A器的阀门关闭)，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。

(1)过程说明：

吸附器内床层浓度及流出物浓度在整个吸附操作过程中的变化，可结合图9—9来说明。

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,吸附器内吸附剂上吸附质含量变化情况如图9—9上部(a)图所示。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。吸附剂上吸附质的组成分布如图9—9(b)中的 线所示。

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，如图9—9(b)中从 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，如图9—9(c)中的 线所示。

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{zg}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，如图9—9上部(d)图所示，这时出口流体中吸附质浓度接近起始浓度y。。图9—9(a)中流出物浓度曲线上从 到 段称为“穿透曲线”。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)、总吸附量与剩余吸附容量:

图9—9(b)中矩形 的面积表示床高为吸附传质区高内的吸附剂的总吸附量，其中阴影面积表示到穿透点时吸附器剩余的吸附容量。图9—9(a)中矩形 的面积表示吸附传质区高的床层内吸附剂的总吸附容量，其中阴影面积表示到穿透点时吸附器剩余的吸附容量。

ⅶ)、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。

⑶、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 。如图9—10所示，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。