吸附法去除氣態(tài)污染物課件

1、第十章第十章 吸附法凈化氣態(tài)污染物吸附法凈化氣態(tài)污染物 v 吸附過(guò)程與吸附劑 v 吸附理論 v 吸附操作方式與設(shè)計(jì) v 吸附法凈化氣態(tài)污染物的應(yīng)用 本章重點(diǎn)與難點(diǎn)：本章重點(diǎn)與難點(diǎn)： n吸附理論： 重點(diǎn)：吸附平衡和吸附速率； 難點(diǎn)：吸附穿透曲線n吸附法凈化氣態(tài)污染物的應(yīng)用 重點(diǎn)講述： a. 吸附法凈化煙氣中的SO2 b. 吸附法凈化有機(jī)蒸汽。 引引 言言 1、吸附凈化的概念吸附凈化的概念：（1）多孔性固體物質(zhì)具有選擇性吸附廢氣中的一種或多種有害組分的特點(diǎn)。（2）吸附凈化是利用多孔性固體物質(zhì)的這一特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)凈化廢氣的一種方法。2、吸附凈化法的特點(diǎn)吸附凈化法的特點(diǎn)（1）適用范圍適用范圍 常用于濃度低

2、，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過(guò)大； 對(duì)有機(jī)溶劑蒸汽具有較高的凈化效率； 當(dāng)處理的氣體量較小時(shí)，用吸附法靈活方便。（2）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：凈化效率高，可回收有用組分，設(shè)備簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。（3）缺點(diǎn)缺點(diǎn)：吸附容量小，設(shè)備體積大；吸附劑容量往往有限，需頻繁再生，間歇吸附過(guò)程的再生操作麻煩且設(shè)備利用率低。（4）應(yīng)用應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于有機(jī)化工、石油化工等部門(mén)。 環(huán)境治理方面：廢氣治理中，脫除水分、有機(jī)蒸汽、惡臭、HF 、SO2、NOX等。 成功的例子：用變壓吸附法來(lái)處理合成氨放氣，可回收純度很高（98%）的氫氣，實(shí)現(xiàn)廢物資源化。第一節(jié)第一節(jié) 吸附過(guò)程與吸附劑吸附過(guò)程與吸附劑 一、物理吸附和

3、化學(xué)吸附一、物理吸附和化學(xué)吸附 吸附過(guò)程吸附過(guò)程：是用多孔固體（吸附劑）將流體（氣提或液體）混合物中一種或多種組分積聚或凝縮在表面達(dá)到分離目的操作。 根據(jù)吸附劑表面與被吸附物質(zhì)之間作用力不同。物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別（見(jiàn)補(bǔ)表10-1）。注意一點(diǎn)：物理吸附和化學(xué)吸附可同時(shí)發(fā)生但常以某一類(lèi)吸附為主物理吸附和化學(xué)吸附可同時(shí)發(fā)生但常以某一類(lèi)吸附為主 。同一污染物的吸附量隨溫度的變化曲線（見(jiàn)圖10-1 ：吸附過(guò)程曲線）補(bǔ)表補(bǔ)表10-1 物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別物理吸附和化學(xué)吸附的區(qū)別 圖10-1 吸附過(guò)程曲線二、吸附劑及再生二、吸附劑及再生 （一）吸附劑1、工業(yè)用吸附劑應(yīng)具備的條件：巨大的內(nèi)表面，大的比

4、表面積即大的吸附容量；良好的選擇性；較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)與熱穩(wěn)定性；來(lái)源廣泛，造價(jià)低廉；良好的再生性能（從經(jīng)濟(jì)角度考慮）。2、工業(yè)常用吸附劑活性炭活性炭：疏水性，常用于空氣中有機(jī)溶劑，催化脫 除尾氣中SO2、NOX等惡臭物質(zhì)的凈化； 優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定、抗腐蝕。 缺點(diǎn)：可燃性，因此使用溫度不能超過(guò)200，在惰性氣流掩護(hù)下，操作溫度可達(dá)500?；钚匝趸X活性氧化鋁：用于氣體干燥，石油氣脫硫，含氟廢氣凈化（對(duì)水有強(qiáng)吸附能力）。硅膠硅膠：親水性，從水中吸附水份量可達(dá)硅膠自身質(zhì)量的50%，而難于吸附非極性物質(zhì)。常用于處理含濕量較高的氣體干燥，烴類(lèi)物質(zhì)回收等。沸石分子篩沸石分子篩：是一種人工合成沸石，為微孔

5、型、具有立方晶體的硅酸鹽。 通式為：Mex/n(Al2O3)x(SiO2)ymH2O 特點(diǎn)：孔徑整齊均一，因而具有篩分性能篩分性能，一種離子型吸附劑，對(duì)極性分子，不飽和有機(jī)物具有選擇吸附能力。 吸附樹(shù)脂：最初為酚、醛類(lèi)縮合高聚物，以后出現(xiàn)一系列的交聯(lián)共聚物，如聚苯乙烯等。大孔吸附樹(shù)脂除了價(jià)格較貴外，比起活性炭，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，品種較多，能用于廢水處理，維生素的分離及H2O2的精制等。 書(shū) P248，表10-1列出了幾種常用吸附劑的特性。3、影響氣體吸附的因素（1）操作條件： 低溫（有利）低溫（有利） 物理吸附；物理吸附； 高溫（有利）高溫（有利） 化學(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附。 吸附質(zhì)分壓上升，吸附量

6、增加。 氣流速度：對(duì)固定床為0.20.6m/s（2）吸附劑的性質(zhì)：如孔隙率、孔徑、粒度 比表面積 吸附效果（3）吸附質(zhì)的性質(zhì)與濃度：如臨界直徑、分子量、沸點(diǎn)、飽和性。例：同種活性炭做吸附劑，對(duì)于結(jié)構(gòu)相似的有機(jī)物分子量和不飽和性越高，沸點(diǎn)越高，吸附越容易。（4）吸附劑的活性定義：以被吸附物質(zhì)的重量對(duì)吸附劑的重量或體積分?jǐn)?shù)以被吸附物質(zhì)的重量對(duì)吸附劑的重量或體積分?jǐn)?shù)表示，是吸附劑吸附能力的標(biāo)志。表示，是吸附劑吸附能力的標(biāo)志。 %100 所用吸附劑量已吸附吸附質(zhì)的質(zhì)量吸附劑的活性吸附劑的活性：靜活性靜活性：是指在一定溫度下，與氣相中被吸附物質(zhì)的初始濃度平衡時(shí)的最大吸附量，即在該條件下，吸附達(dá)到飽和時(shí)的

7、吸附量。動(dòng)活性動(dòng)活性：氣體通過(guò)吸附層時(shí)，當(dāng)流出吸附層的氣體中剛剛出現(xiàn)被吸附物質(zhì)時(shí)即認(rèn)為此吸附層已失效。這時(shí)單位吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量稱(chēng)為。 （5） 接觸時(shí)間（6） 吸附器性能（二）吸附劑的再生吸附劑的再生再生方法：再生方法：（1）加熱解吸再生；（）加熱解吸再生；（2）降壓或真空解吸再生；）降壓或真空解吸再生；（3）溶劑萃取再生；（）溶劑萃取再生；（4）置換再生；）置換再生；(5)化學(xué)轉(zhuǎn)化再生化學(xué)轉(zhuǎn)化再生第二節(jié)第二節(jié) 吸附理論吸附理論 一、吸附平衡一、吸附平衡 設(shè)計(jì)吸附裝置或強(qiáng)化吸附過(guò)程的關(guān)鍵：對(duì)于一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)的吸附設(shè)備預(yù)達(dá)到最大的吸附分離效果取決于兩方面因素：（1）由吸附劑與吸附質(zhì)本身的物化性質(zhì)

8、所決定的吸附平吸附平 衡衡（進(jìn)行的可能性）；（2）由物質(zhì)傳遞所決定的吸附動(dòng)力學(xué)吸附動(dòng)力學(xué)（吸附速率）（進(jìn) 行的快慢）。吸附平衡吸附平衡：吸附質(zhì)與吸附劑長(zhǎng)期接觸后，氣相中吸附質(zhì)的濃度與吸附劑（相）中吸附質(zhì)的濃度終將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 - 10.1平衡吸附量平衡吸附量：吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的極限吸附量，亦稱(chēng)靜吸靜吸附量分?jǐn)?shù)附量分?jǐn)?shù)或靜活性分?jǐn)?shù)靜活性分?jǐn)?shù)，用XT或m吸附質(zhì)/m吸附量表示，是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中一個(gè)十分重要的參數(shù)，用吸附等溫線或吸附等溫方程來(lái)描述。等溫吸附線等溫吸附線：吸附達(dá)平衡時(shí)，吸附質(zhì)在氣、固兩相中的濃度間有一定的函數(shù)關(guān)系，一般用等溫吸附線表示。目前已觀測(cè)到5種類(lèi)型的等溫吸附線（見(jiàn)圖10-2）?；瘜W(xué)

9、吸附只有I型，物理吸附IV型都有。相應(yīng)的等溫吸附方程式如下：（一）弗倫德里希（Freundlick）方程式 對(duì)I型型提出如下經(jīng)驗(yàn)式：nTkPX1圖10-2 5種類(lèi)型等溫吸附線XT 吸附質(zhì)質(zhì)量與吸附劑質(zhì)量之比值，無(wú)量綱，單位吸附劑在吸附平衡時(shí)的飽和吸附量(m3/kg)或(kg/kg) P吸附質(zhì)在氣相中的分壓， pa；K,n經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，與吸附劑、吸附質(zhì)種類(lèi)及吸附溫度有關(guān)，對(duì)于一定的吸附物質(zhì)，僅與平衡時(shí)的分壓和溫度有關(guān)，其值需由實(shí)驗(yàn)確定，而n1。適應(yīng)范圍：在廣泛的中壓部分，與實(shí)際數(shù)據(jù)符合較好；常用于低濃度氣體的吸附。取對(duì)數(shù)后： - 10.2lgXTgP關(guān)系，得直線；1/n ,lgk求出n，k； 1/n

10、介于0.10.5之間時(shí)，吸附容易進(jìn)行； 1/n 2時(shí)， 吸附難進(jìn)行。 PnkXTlg)1(lglg（二）朗格繆爾（Langmuir）方程式1916年導(dǎo)出，較好適用于適用于I型型的理論公式假設(shè)：a.固體表面的吸附能力只能進(jìn)行單分子層吸附與I型吸附線相吻合；b.固體表面各處的不飽和力相等，表面均勻，即各處的吸附熱相等。設(shè)：吸附質(zhì)對(duì)吸附表面的覆蓋率為，則未覆蓋率為（1-）， 。若氣相分壓為P，則吸附速率為k1P(1-)。解吸速率為k2，當(dāng)吸附達(dá)平衡時(shí)： maxXX固體總面積已覆蓋的面積 k1P(1-)= k2 - 10.3 - 10.4pkkpk121式中：k1, k2分別為吸附，解吸常數(shù)。令 B=

11、 k1/k2，則 - 10.5若A為飽和吸附量，則單位量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)量XT為： （朗氏方程）- 10.6其中：A，B為常數(shù)。當(dāng)壓力P很小時(shí)BP1，則 ，即此時(shí)吸附量與氣體壓力無(wú)關(guān)，吸附達(dá)到飽和；當(dāng)壓力P為中等時(shí)，這與Freundlick吸附等溫式相同。BPBP1BPABPAXT1PBAXTPAXTnTPAX1若= V/Vm 其中：V氣體分壓為P時(shí)被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積；Vm吸附劑被蓋滿一層時(shí)被吸附氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積。則10.5式寫(xiě)成： 或 - 10.7說(shuō)明：（1）P/V對(duì)P作圖，得一直線；（2）由斜率1/Vm 和截距1/(B Vm)，可算出B，Vm。指明：朗氏方程式是目前常用

12、的基本等溫吸附方程式，但較大時(shí)，吻合性較差。BPBPVVm1mmVPBVVP1（三）BET方程式（是朗氏理論基礎(chǔ)上的發(fā)展）1938年勃?jiǎng)诩{爾（Brunauer）、愛(ài)米特（Emmett）和泰勒（Teller）三人提出適合適合、型的多分子層吸附型的多分子層吸附理論并建立等溫方程式，即： 或 - 10.8式中： P0在同溫度下該氣體的液相飽和蒸汽壓，Pa； C與吸附熱有關(guān)的常數(shù)； Xe飽和吸附量分?jǐn)?shù)，無(wú)量綱；/) 1(1 00PPCPPCPVVm0011.PPCPPCPXXeT上式亦寫(xiě)為： 或 - 10.9說(shuō)明：（1） P/P0或 P/P0作圖， 得一直線。（2）重要用途 可測(cè)定和計(jì)算固體吸附劑的比

13、表面積具體計(jì)算方法為：由斜率和截距求得Vm，則吸附劑的比表面積為： - 10.100011PCVPCCVPPVPmm0011PCXPCCXPPXPeeT)(0PPVP)(0PPXPTWNVSmb224000式中：Sb吸附劑比表面積，m2/g ； 一個(gè)吸附質(zhì)分子的截面積， m2 ；W吸附劑質(zhì)量；N0阿伏伽德羅常數(shù)， 。適用范圍：P/P0=0.050.35時(shí)上方程較準(zhǔn)確。例題：（見(jiàn)P251，例10.1）已知：293K,用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡數(shù)據(jù)如下23010023. 6N試?yán)L制等溫吸附線，若該等溫吸附線符合朗氏等溫吸附方程式，試求A、B值。 解：依數(shù)據(jù)，繪圖如下（見(jiàn)例10-1圖）： 例10

14、-1圖：活性炭吸附苯蒸汽等溫吸附線顯然，該等溫吸附線符合朗氏等溫吸附線，從而可用朗氏方程式描述。結(jié)合曲線橫、縱坐標(biāo)參數(shù)，將朗氏方程式變換成下列形式：任取曲線上兩點(diǎn)q (400，0.205) 和s (4000，0.290) 帶入上式，于是有： 解之得： )1 ()/(BPXXATT BABA14000290. 0290. 01400205. 0205. 0310176.5B304. 010176. 51400205. 025. 03A二、吸附速率二、吸附速率 吸附速率吸附速率：?jiǎn)挝恢亓康奈絼ɑ騿挝惑w積的吸附層）在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。吸附速率的變化范圍很大，可從百分之幾秒到幾十小時(shí)。吸附

15、過(guò)程可分為以下幾步（見(jiàn)圖10-3）。 （1）外擴(kuò)散（氣膜擴(kuò)散）：吸附質(zhì)從氣流主體穿過(guò)顆粒周?chē)鷼饽U(kuò)散至外表面。（2）內(nèi)擴(kuò)散（微孔擴(kuò)散）：吸附質(zhì)由外表面經(jīng)微孔擴(kuò)散至吸附劑微孔表面。（3）吸附：到達(dá)吸附劑微孔表面的吸附質(zhì)被吸附。脫附過(guò)程是上過(guò)程的逆過(guò)程。對(duì)于化學(xué)吸附第三步還伴有化學(xué)反應(yīng)。圖10-3 吸附過(guò)程與兩種極端濃度曲線一般吸附過(guò)程：(1) 物理吸附：內(nèi)外擴(kuò)散控制；(2) 化學(xué)吸附：既有表面動(dòng)力學(xué)控制,亦有內(nèi)外擴(kuò)散控制一般來(lái)說(shuō)，外擴(kuò)散控制的情況較少.（一）外擴(kuò)散速率（一）外擴(kuò)散速率吸附質(zhì)A的外擴(kuò)散傳質(zhì)速率計(jì)算式為： - 10.11式中： dMAdt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/

16、m3； kY外擴(kuò)散吸附分系數(shù)， kg/ (m2.s)； ap單位體積吸附劑的吸附表面積， m2/ m3；YA，YAi分別為A 在氣相中及吸附劑外表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。AiApYAYYakdtdM（二）內(nèi)擴(kuò)散速率（二）內(nèi)擴(kuò)散速率 - 10.12 式中： kX內(nèi)擴(kuò)散吸附分系數(shù)， kg/ (m2.s) ； XA，XAi分別為A在固相內(nèi)表面及外表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)（三）總吸附速率方程式（三）總吸附速率方程式由于表面濃度不易測(cè)定，吸附速率常用吸附總系數(shù)表示 - 10.13式中：KY，KX分別為氣相及吸附相吸附總系數(shù)，kg/ (m2.s) ； 分別為吸附平衡時(shí)氣相及吸附相中A的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù) )(AAip

17、XAXXakdtdM)()(AApXAApYAXXaKYYaKdtdMAAXY ， 設(shè)吸附過(guò)程中吸附質(zhì)在吸附劑上達(dá)到平衡時(shí)，流動(dòng)相中的濃度與吸附劑上的吸附量成簡(jiǎn)單的關(guān)系： 式中：m平衡曲線的斜率。由此得： - 10.14 - 10.15可見(jiàn)： - 10.16顯然：分吸附系數(shù)與總吸附系數(shù)間的關(guān)系與吸收類(lèi)似。AAmXYpXpYpYakmakaK11makakaKpYpXpX111YXKmK第三節(jié)第三節(jié) 吸附操作方式與設(shè)計(jì)吸附操作方式與設(shè)計(jì) 一、吸附過(guò)程的工藝流程一、吸附過(guò)程的工藝流程（一）工藝流程分類(lèi)1、按吸附劑在吸附器中的工作狀態(tài)分為： 固定床固定床、移動(dòng)床（超吸附）移動(dòng)床（超吸附）、沸騰流化床

18、沸騰流化床。穿床速度穿床速度：氣體通過(guò)床層的速度是劃分反應(yīng)床類(lèi)型的主要依據(jù)。（1）穿床速度低于吸附劑的懸浮速度，顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)，屬于固定床固定床范圍；（2）穿床速度大致等于吸附劑的懸浮速度，吸附劑顆粒處于激烈的上下翻騰狀態(tài)，并在一定時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，屬于流化床流化床范圍；（3）穿床速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)吸附劑的懸浮速度，固體顆粒浮起后不再返回原來(lái)的位置而被輸送走，屬于輸送床輸送床范圍2、按操作過(guò)程的連續(xù)與否分為：間歇式間歇式、連續(xù)式連續(xù)式。3、按吸附床再生的方法分：升溫解吸循環(huán)再生（變溫吸升溫解吸循環(huán)再生（變溫吸 附）附）、減壓循環(huán)再生（變壓吸附）減壓循環(huán)再生（變壓吸附）、溶劑置換再生溶劑置換再生等（二）常

19、見(jiàn)的幾種吸附流程1、固定床吸附流程（見(jiàn)圖10-4）優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，吸附劑磨損?。蝗秉c(diǎn)：間歇操作，操作必須周期性地變換，因而操作復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度高；設(shè)備龐大，生產(chǎn)強(qiáng)度低；吸附劑導(dǎo)熱性差，因而升溫及變溫再生困難。圖10-4 半連續(xù)式吸附流程2、移動(dòng)床吸附流程（見(jiàn)圖10-5）控制吸附劑在床層中的移動(dòng)速度，使凈化后的氣體達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。特點(diǎn)：吸附劑在下降過(guò)程中，經(jīng)歷了冷卻、降溫、吸附、增濃、汽提-再生等階段，在同一設(shè)備內(nèi)完成了吸附、脫附（再生）過(guò)程；吸附過(guò)程是連續(xù)的吸附過(guò)程是連續(xù)的，多用于處理穩(wěn)定、連續(xù)、大氣量的廢氣；吸附劑在移動(dòng)過(guò)程中有磨損。3、流化床吸附流程（見(jiàn)圖10-6） 二、吸附性能參數(shù)的測(cè)定

20、二、吸附性能參數(shù)的測(cè)定（一）吸附平衡的測(cè)定（自學(xué)）有三種測(cè)定方法，即容量法、重量法和流動(dòng)色譜法。（詳見(jiàn)書(shū)P255）圖10-5 移動(dòng)床工藝流程圖1-料斗；2-吸附器；3-風(fēng)機(jī)；4-傳輸帶圖10-6 連續(xù)式流化床吸附工藝流程圖1-料斗；2-多層流化床吸附器；3-風(fēng)機(jī)；4-皮帶傳輸機(jī)；5-再生塔；6-分離器（二）比表面積的測(cè)定用BET方程進(jìn)行圖解，可測(cè)得吸附劑的比表面積。其測(cè)定步驟如下：1、據(jù)BET方程式，以 對(duì)P/P0或 對(duì)P/P0作圖，可得到一直線。由斜率 和截距 ，求出C，Vm。2、按式10.10求出吸附劑的比表面積。例10.2 ：用比表面積測(cè)定儀測(cè)定某一固體吸附劑的比表面積，試驗(yàn)用吸附劑試料

21、量W=0.9578g，實(shí)驗(yàn)溫度T=300K，在該溫度下，N2的飽和蒸汽壓P0=119057Pa，試驗(yàn)測(cè)得吸附達(dá)平衡時(shí)氮?dú)夥謮号c吸附劑吸附量的關(guān)系為：TXPPP00PPVPCVCm 1CVm1 P/Pa 9051.895 11533.04 18656.197 26347.3 29728.49 V/ml 0.8984 0.9228 1.0760 1.166 1.258 若一個(gè)N2分子截面積=13.8 10-10m2。試用BET方程計(jì)算該吸附劑的表面積Sb。 解：BET方程式如下：根據(jù)測(cè)得N2分壓與相應(yīng)的吸附量值，計(jì)算出 及 P/P0 結(jié)果見(jiàn)下表：0011CPVPCCVPPVPmmPPVP0 0PP

22、 0.0760 0.0969 0.1567 0.2213 0.2497 PPVP0 0.0916 0.1162 0.1727 0.2437 0.2645 以 為縱坐標(biāo)， 為橫坐標(biāo)作圖。 (見(jiàn)例10.2附圖） PPVP00PP由圖可知： 解上方程組，得： C=94.82 Vm=0.9588則吸附劑的比表面積011.01032.11mmVCVCCgmWNVSmb/10714. 39578. 0108 .132240010023. 69588. 02240021010230（三）吸附速率的測(cè)定 氣相吸附的速率可以用定容法或重量法測(cè)定。（參見(jiàn)書(shū)P256）三、吸附裝置的設(shè)計(jì)三、吸附裝置的設(shè)計(jì)（一）常見(jiàn)的

23、吸附器 （詳見(jiàn)P257）（二）固定床吸附器的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)包括確定：（1）吸附器的型式吸附器的型式；（2）吸附劑的種類(lèi)吸附劑的種類(lèi)；（3）吸附吸附劑的需要量；劑的需要量；（4）吸附床高度吸附床高度；（5）吸附周期；等。吸附周期；等。以上參數(shù)的選擇應(yīng)從吸附平衡、吸附傳質(zhì)速率及壓降來(lái)考慮。1、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)依據(jù)廢氣的流量、性質(zhì)及污染物濃度，國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。2、吸附器的確定、吸附器的確定對(duì)吸附器的基本要求： 具有足夠的過(guò)氣斷面和停留時(shí)間； 良好的氣流分布； 預(yù)先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質(zhì)； 能夠有效的控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度； 易于更換吸附劑。3、吸附劑的選擇、吸附劑的選擇（同：工業(yè)吸附劑應(yīng)具備

24、的條件） 依據(jù)：等溫吸附線（得到或測(cè)出） 須滿足條件： 對(duì)所處理污染物選擇性強(qiáng)； 比表面積大； 吸附容量大； 具有較好機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。4、吸附區(qū)高度的計(jì)算、吸附區(qū)高度的計(jì)算常用兩種：穿透曲線法穿透曲線法；希洛夫近似法希洛夫近似法。（1）穿透曲線（透過(guò)曲線）法穿透曲線（透過(guò)曲線）法（A）吸附負(fù)荷曲線吸附負(fù)荷曲線在流動(dòng)狀態(tài)下，氣相中的吸附質(zhì)沿床層不同高度的濃度變化曲線，或在一定溫度下吸附劑種吸附的吸附質(zhì)沿床層不同高度的濃度變化曲線稱(chēng)為。結(jié)合補(bǔ)圖10-1，分析一下床層內(nèi)吸附質(zhì)濃度在整個(gè)操作過(guò)程的變化。說(shuō)明：橫軸Z吸附劑床層高度；橫軸X吸附劑的吸附負(fù)荷；X0吸附劑原始濃度（或反復(fù)再生過(guò)

25、的吸附劑中殘留的吸附質(zhì)濃度）；Xe吸附劑達(dá)到飽和時(shí)的負(fù)荷；0床層開(kāi)始吸附的時(shí)間；b達(dá)到破點(diǎn)的時(shí)間；e全床達(dá)到吸附平衡（飽和）的時(shí)間。補(bǔ)圖10-1 吸附劑中吸附質(zhì)濃度的變化 0 + 補(bǔ)圖10-1 吸附劑中吸附質(zhì)濃度的變化(續(xù)） b b e （a）圖：0：未通過(guò)含吸附質(zhì)氣體時(shí)（b）圖：=：已通入含吸附質(zhì)氣體，在吸附劑進(jìn)口處吸附劑剛剛出現(xiàn)飽和時(shí)。（c）圖：=+：在床層的進(jìn)氣端吸附質(zhì)負(fù)荷為Xe，此區(qū)稱(chēng)為“平衡區(qū)平衡區(qū)”或稱(chēng)“飽和區(qū)飽和區(qū)”；而靠近氣體出口側(cè)，床層中的吸附負(fù)荷仍為X0，此區(qū)內(nèi)的吸附劑仍具有高度活性，此區(qū)稱(chēng)為“未用區(qū)未用區(qū)”；介于平衡區(qū)和未用區(qū)之間的那一部分床層其吸附負(fù)荷由飽和Xe的變化到

26、起始的X0，形成一個(gè)S形曲線，這段床層進(jìn)行吸附過(guò)程，故稱(chēng)“傳質(zhì)區(qū)傳質(zhì)區(qū)”或“傳質(zhì)帶傳質(zhì)帶”，而S曲線稱(chēng)為“吸附波吸附波”或“傳質(zhì)波傳質(zhì)波”，又稱(chēng)“傳質(zhì)前沿傳質(zhì)前沿”。(見(jiàn)補(bǔ)圖10-2) 補(bǔ)圖10-2 吸附劑床層中各區(qū)分布示意圖 未用區(qū)未用區(qū)傳質(zhì)區(qū)傳質(zhì)區(qū)(傳質(zhì)帶傳質(zhì)帶)飽和區(qū)飽和區(qū)(平衡區(qū)平衡區(qū))YY0（d）圖：=b：吸附波前沿剛剛到達(dá)吸附層下端口，若繼續(xù)進(jìn)行吸附，則從流出床層氣體中，將發(fā)現(xiàn)有吸附，此即所謂“穿透現(xiàn)象穿透現(xiàn)象”或稱(chēng)“透過(guò)現(xiàn)象透過(guò)現(xiàn)象”。出現(xiàn)穿透的點(diǎn)稱(chēng)為“穿透點(diǎn)穿透點(diǎn)”（或稱(chēng)“破點(diǎn)破點(diǎn)”），到達(dá)破點(diǎn)所需的時(shí)間為“透過(guò)時(shí)間透過(guò)時(shí)間” b（或“穿透時(shí)間穿透時(shí)間”）。（e）圖：b： “傳

27、質(zhì)波”繼續(xù)前移。（f）圖：e：吸附波的末端也到達(dá)床層的出口，即全床達(dá)到吸附平衡(飽和)，整個(gè)床層失去吸附能力。（B）穿透曲線（透過(guò)曲線）穿透曲線（透過(guò)曲線） 在一定時(shí)間內(nèi)，分析床層中流出氣體的濃度，即從研究流出物濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系來(lái)達(dá)到研究吸附床層中濃度變化的情況穿透曲線（透過(guò)曲線）。（見(jiàn)圖10-10） 圖10-10 吸附穿透曲線W Yb D C （C）穿透曲線法穿透曲線法假設(shè)條件：等溫吸附，等溫吸附線為線型； 低濃度污染物的吸附； 傳質(zhì)區(qū)高度比床層高度小得多。設(shè)：氣體中吸附質(zhì)的無(wú)溶質(zhì)基濃度用Y（即吸附質(zhì)/載氣）表示，吸附劑上吸附質(zhì)的無(wú)溶質(zhì)基濃度用X表示（即吸附質(zhì)/吸附劑）表示。圖中： W：

28、一段時(shí)間后流出物總量，kg載氣/m2；YeY0，Ye=0.9Y0 ；Yb0，Yb=0.001 Y00.01 Y0;則一段時(shí)間后流出物總量： Wa = WeWb (kg/m2) -10.17其中：WaZ a段（傳質(zhì)區(qū)段）的流出物量那么在吸附區(qū)內(nèi)，從穿透點(diǎn)到吸附劑基本失去吸附能力，吸附劑所吸附污染物的質(zhì)量為： -10.18定義：f 穿透點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，傳質(zhì)區(qū)內(nèi)仍具有吸附能力面積的比率，可表示為： -10.19從而（1-f）為傳質(zhì)區(qū)內(nèi)吸附劑的飽和度。f意義意義：f的大小反映了在到達(dá)破點(diǎn)時(shí)床層的飽和度。f愈大，吸附飽和的程度愈低，傳質(zhì)區(qū)形成所需的時(shí)間愈短。f介于01之間，一般在0.40.5左右。BEDWWS

29、dwYYUeb）（0BCEDBEDaSSWYUf0設(shè)吸附床的高度為Z，則傳質(zhì)區(qū)高度： -10.20Za的計(jì)算公式推導(dǎo)如下：傳質(zhì)區(qū)形成后在床區(qū)內(nèi)向前移動(dòng)一段距離等于Za（傳質(zhì)區(qū)高度）所需的時(shí)間a -(a) 傳質(zhì)區(qū)形成并移出床層所需的時(shí)間e -（b）ZWfWWWfWZWZabaaeaa1SbesaGWWGWaSeeGW令f為傳質(zhì)區(qū)形成所需的時(shí)間，則傳質(zhì)區(qū)移動(dòng)等于床層總高Z距離，所需時(shí)間為e-f，因此，傳質(zhì)區(qū)高度Za為 -（c）吸附波形成后尚有f這一部分面積未吸附， f a 當(dāng)f=0時(shí)，則表示吸附波形成后，傳質(zhì)區(qū)已達(dá)飽和，f =a；當(dāng)f=1時(shí)，表示傳質(zhì)區(qū)里吸附劑基本上不含吸附質(zhì)，f0。所以有： f=

30、（1- f）a - (d)將（d）、（a）、（b）代入（c）有feaaZZaeasasesaaeaaWfWZWGWfGWGWZfZZ111（D）穿透曲線的繪制穿透曲線的繪制： （見(jiàn)書(shū)P260）（2）希洛夫近似法）希洛夫近似法間歇固定床持續(xù)時(shí)間的計(jì)算（A）希洛夫公式（希洛夫方程）希洛夫公式（希洛夫方程）假設(shè)條件：吸附速率無(wú)窮大，即吸附質(zhì)進(jìn)入吸附層即被吸附；達(dá)到穿透時(shí)間時(shí)，吸附質(zhì)進(jìn)入床層的吸附質(zhì)量等于該時(shí)間內(nèi)吸附床的吸附量。于是，有平衡關(guān)系式： -10.26顯然，吸附床的穿透時(shí)間b與吸附床高度Z關(guān)系是通過(guò)原點(diǎn)的直線，如圖10-12所示：1線（糾正）。 TsbsXAZYAG0KZZYGXssTb0圖

31、10-12 bZ曲線而實(shí)際穿透時(shí)間b，其差值為0 ,故上式修正為： =K(Z-Z0) 或 =b -0 -10.27式中： Gs 載氣通過(guò)床層的流率，kg/m2.s；b吸附床的穿透時(shí)間（保護(hù)作用時(shí)間）。 Z0吸附劑中未被利用部分的長(zhǎng)度，亦稱(chēng)為“死層”； 0=KZ0，K為吸附層的保護(hù)作用系數(shù)， -Z關(guān)系曲線，（如圖10-12所示：2線） 式式10.26、10.27為希洛夫方程為希洛夫方程（B）用）用希洛夫公式進(jìn)行近似計(jì)算的設(shè)計(jì)程序希洛夫公式進(jìn)行近似計(jì)算的設(shè)計(jì)程序 0YGXKssT選定吸附劑和操作條件，如溫度、壓力、氣體流速等。對(duì)于氣體凈化，空床流速一般取0.10.6m/s，可根據(jù)已給處理氣量選定。

32、根據(jù)凈化要求，定出穿透點(diǎn)濃度，在載氣速率Gs一定的情況下，選取不同的吸附劑床層高度Z1、Z2、Zn，可根據(jù)已給處理氣量選定。以Z為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)，作Z -直線，則其斜率為K，截距為0。根據(jù)生產(chǎn)中計(jì)劃采取的脫附方法和脫附再生時(shí)間、能耗等因素確定操作周期，從而確定所要求的穿透時(shí)間用希洛夫公式計(jì)算所需吸附劑床層高度Z。若求出Z太高，可分為n層布置或分為n個(gè)串聯(lián)吸附床布置。為便于制造和操作, 通常取個(gè)床層高度相等, 串聯(lián)床數(shù)n3。由氣體質(zhì)量流量G（kg/s）與氣流速率Gs，求床層截面積A（m2） 若A太大，可分為n個(gè)并聯(lián)的小床，則每個(gè)小床的截面積（m2） 由床層截面積A或A可求出床層直徑D（圓柱形床

33、）或邊長(zhǎng)B（正方形床）。求所需吸附劑質(zhì)量。核算壓降p。若p值超過(guò)允許范圍，可采取增大A 或減小Z的辦法使p值降低。設(shè)計(jì)吸附劑的支承與固定裝置、氣體分布裝置、吸附器殼體，各連接管口及進(jìn)行脫附所需的附件等。 nGA sGGA 5、吸附劑用量、吸附劑用量（糾正公式） -10.28 式中： A吸附床橫截面積，m2。 考慮到裝填損失，每次新裝吸附劑量為（1.051.2）理論量。6、吸附周期、吸附周期（出現(xiàn)穿透的時(shí)間） -10.297、固定床降壓、固定床降壓采用歐根（Ergun）方程計(jì)算（經(jīng)驗(yàn)公式） -10.30 sTbsZAMXAGYM或0saGWt ppduduZP23232175. 1)1 (150

34、式中：P通過(guò)床層的壓降，Pa； Z床層高度，m； 氣體的動(dòng)力粘度，Pa/s； 顆粒層孔隙率，%； 氣體密度，kg/m3； u床層進(jìn)口橫截面積處氣體平均流速，m/s； dp吸附劑顆粒直徑，m.例題：P262,例10.3（校正題中錯(cuò)誤?。ㄗ儞Q形式后）（變換形式后）某廠產(chǎn)生含CCl4廢氣，氣量Q=1000m3/h，濃度為45g/m3，一般均為白天操作，每天最多工作8h。擬采用吸附法凈化，并回收CCl4，試設(shè)計(jì)需用的立式固定床吸附器。 解：CCl4為有機(jī)溶劑，沸點(diǎn)為76.8，微溶于水，可選用活性炭作吸附劑進(jìn)行吸附，采用水蒸氣置換脫附，脫附氣冷凝后沉降分離回收CCl4。根據(jù)市場(chǎng)供應(yīng)情況選用粒狀活 性

35、炭 作 吸 附 劑 ， 其 直 徑 為 3 m m ， 堆 積 密 度s=300600g/l，孔隙率=0.330.43。選定在常溫常壓下進(jìn)行吸附，維持進(jìn)入吸附床的氣體在20以下，壓力為101325Pa。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取空床流速u(mài)=20m/min。將穿透點(diǎn)濃度定為50 mg/m3。以含CCl45g/m3的氣流在所指定的條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同床層高度下的穿透時(shí)間，得到如下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：以Z橫、縱，作圖得一直線(見(jiàn)例10-3，附圖)。在所作直線上取兩點(diǎn)（0.14，200），（0.35，651）于是 0=101min（查圖）)(min/214814. 035. 0200651mK床層高度 Z/m 0

36、.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 穿透時(shí)間 /min 109 231 310 462 550 651 據(jù)該廠生產(chǎn)情況，考慮每周脫附一次，床層每周吸附 6天，每天按8 h計(jì)，累計(jì)吸附時(shí)間48h。 因而床層高度為：00tg=K例10-13 附圖 取Z=1.4m采用立式圓筒進(jìn)行吸附，其直徑為： 取D=1.0m所需吸附劑量 考慮到裝填損失，取損失率為10%，則每次新裝填吸附劑時(shí)需活性炭545726kg。 )(388. 1214810160480mKZ03. 160201000442121uQDkgZAms8 .4942/16003004 . 10 . 142kgm7 .6596004

37、 .10 .142max壓力降（書(shū)中有計(jì)算錯(cuò)誤，糾正?。?查20,101.325Pa條件下空氣密度=1.2kg/m3, ，此時(shí)氣速 sPa6108 . 1smu/354. 00 .Pa)1 .43124 . 15 .17364 . 1003. 0354. 02 . 138. 038. 0175. 1003. 038. 01018354. 038. 01150175. 1115023236223232ZdpudpuP代入式10.30，得： 此壓降可以接受，不必對(duì)吸附器床厚度作調(diào)整。設(shè)計(jì)吸附器殼（三）吸附劑再生的計(jì)算（三）吸附劑再生的計(jì)算（見(jiàn)書(shū)P263）（以水蒸氣脫附再生

38、法為例）1、脫附吸附質(zhì)時(shí)水蒸氣的消耗量；2、干燥吸附劑時(shí)空氣消耗量；3、加熱空氣所消耗的熱量。 小結(jié)小結(jié)：這一節(jié)介紹了（1）吸附過(guò)程與工藝流程；（2）吸附性能參數(shù)的測(cè)定：吸附性能參數(shù)中著重講了比表面積比表面積的測(cè)定，其測(cè)定計(jì)算方法需掌握；（3）吸附裝置的設(shè)計(jì)中重點(diǎn)講了常見(jiàn)的固定床吸附器的設(shè)計(jì)計(jì)算，其中吸附區(qū)高度的計(jì)算常用兩種計(jì)算方法：穿透曲線法穿透曲線法、希洛夫近似法希洛夫近似法，需掌握。第四節(jié)第四節(jié) 吸附法凈化氣態(tài)污染物的應(yīng)用吸附法凈化氣態(tài)污染物的應(yīng)用 一、吸附法凈化煙氣中的一、吸附法凈化煙氣中的SO2 常用的吸附劑是活性炭、分子篩、硅膠活性炭、分子篩、硅膠等，下面介紹活性炭吸附法。（一）活

39、性炭吸附脫硫的特點(diǎn)活性炭吸附脫硫的特點(diǎn)： 最早出現(xiàn)于19世紀(jì)下半葉，20世紀(jì)70年代后期，日本、德國(guó)、美國(guó)得到工業(yè)應(yīng)用。其代表法有：月立法、住友法、魯奇法、BF法及Reinluft法等。發(fā)展趨勢(shì)：由電廠到石油化工、硫酸及肥料工業(yè)等領(lǐng)域。 能否應(yīng)用該方法的關(guān)鍵能否應(yīng)用該方法的關(guān)鍵： 解決副產(chǎn)物稀硫酸的應(yīng)用市場(chǎng)； 提高活性炭的吸附性能；活性炭脫硫的主要特點(diǎn)：過(guò)程比較簡(jiǎn)單，再生過(guò)程中副反應(yīng)很少；吸附容量有限，常需在低氣速（0.31.m/s）下進(jìn)行，因而吸附器體積較大；活性炭易被廢氣中O2氧化而導(dǎo)致?lián)p耗；長(zhǎng)期使用后，活性會(huì)產(chǎn)生磨損，并因微孔堵塞喪失活性。（二）活性炭脫硫工藝流程活性炭脫硫工藝流程常見(jiàn)的

40、工藝流程有固定床、移動(dòng)床。（見(jiàn)圖10-13、圖10-14）圖10-13 活性炭固定床吸附SO21、文丘里洗滌器；2、吸附塔；3、液體槽；4、硫酸濃縮器；5、冷卻器；6、過(guò)濾器圖10-14 移動(dòng)床吸附SO2 1、吸附塔；2、空氣處理槽；3、脫附塔；4、換熱器；5、7、風(fēng)機(jī)；6、煙囪；8、鍋爐（三）原理原理1、脫硫 兩個(gè)步驟：（1）SO2、O2通過(guò)擴(kuò)散傳質(zhì)從排煙中到達(dá)炭表面，穿過(guò)界面后繼續(xù)向微孔通道內(nèi)擴(kuò)散，直至為內(nèi)表面活性催化點(diǎn)吸附；（2）被吸附的SO2進(jìn)一步催化氧化成SO3，再經(jīng)過(guò)水合稀釋形成一定濃度的硫酸儲(chǔ)存于炭孔中。 其機(jī)理如下： *2*222,OSOOSO 1*32*221QSOCCOSO

41、 2422*3QSOHCOHSOC 32422*42QOnHSOHCOnHSOHC2、再生：采用洗滌再生法，通過(guò)洗滌活性炭床層，使炭孔內(nèi)的酸液不斷排出炭層，從而恢復(fù)炭的催化活性。（原因）（四）影響因素影響因素1、脫硫催化劑的物化特性書(shū)中列出三種不同活性炭的物化性能(書(shū)P267，表10-3) 2、煙氣空床速度與SO2濃度（見(jiàn)圖10-15和圖10-16）3、床層溫度與煙氣濕度（見(jiàn)圖10-17）4、煙氣中氧含量 煙氣中氧含量對(duì)反應(yīng)有直接影響。氧含量 5%時(shí)，反應(yīng)效率明顯提高；一般煙氣中氧含量為5%10%，能夠滿足脫硫反應(yīng)要求。圖10-15 空速對(duì)脫硫效率的影響1-總反應(yīng)時(shí)間；2-平均轉(zhuǎn)化率1 2 圖

42、10-16 SO2濃度對(duì)脫硫效率的影響 1-總反應(yīng)時(shí)間；2-平均轉(zhuǎn)化率1 2 圖10-17 床層溫度和煙氣含濕量對(duì)脫硫效率的影響 1-煙氣含濕量；2-床層溫度1 2 二、吸附法凈化有機(jī)蒸汽二、吸附法凈化有機(jī)蒸汽 常用的吸附劑是活性炭。（一）固定床吸附凈化流程（見(jiàn)圖10-18）（二）間歇固定床凈化有機(jī)溶劑的計(jì)算有機(jī)溶劑易揮發(fā)，在進(jìn)行吸附計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮有機(jī)溶劑的蒸發(fā)量1、有機(jī)溶劑的蒸發(fā)量（即散發(fā)量）可按馬扎克（B.T.M）公式和相對(duì)揮發(fā)度計(jì)算。（1）馬扎克公式法適用于：有機(jī)物質(zhì)敞露存放時(shí)散發(fā)量計(jì)算MFpuGv32.1331 . 438. 5圖10-18 從空氣中回收有機(jī)溶劑蒸汽的工業(yè)吸附裝置圖1、過(guò)

43、濾器、2、礫石阻火器；3、附有安全膜片的補(bǔ)償安全器； 4、風(fēng)機(jī)；6、加熱器；7、凝液罐；8、吸附器；9、冷凝器；10、液體壓力計(jì)；11、彈簧壓力計(jì)；12、水銀溫度計(jì)式中：G-有機(jī)溶劑蒸發(fā)量，g/h； u-車(chē)間內(nèi)風(fēng)速， m/s； Pv-有機(jī)溶劑在室溫時(shí)飽和蒸汽壓，Pa； F-有機(jī)溶劑敞露面積，m2； M-有機(jī)溶劑分子量。不同溫度下有機(jī)溶劑的飽和蒸汽壓Pv可按下式計(jì)算：式中：T-有機(jī)溶劑的溫度，T； A、B-常數(shù)。常用有機(jī)溶劑的 A、B值（見(jiàn)書(shū)P269，表10-4）BTAPV05223. 032.133log（2）相對(duì)揮發(fā)度近似計(jì)算法 相對(duì)揮發(fā)度相對(duì)揮發(fā)度：為乙醚的蒸發(fā)量與某溶劑在相同條件下蒸發(fā)量的比值，即 已知某條件下，A物質(zhì)的散發(fā)量為GA，那么相同條件下，B物質(zhì)的散發(fā)量為：iiGGa/乙醚BAABaaGG/例10.4：比較簡(jiǎn)單，看書(shū)即可。例10.5：在21和138KPa（絕壓）下，283.2m3/min（289K，101.3KPa）的脫酯劑排氣流中含有三氯乙烯0.2%（以體積計(jì)），用活性炭吸附塔回收99.5%（以質(zhì)量計(jì)）的三氯乙烯?；钚蕴慷逊e密度s=577Kg/m3，靜活性XT=28Kg三氯乙烯/100Kg活性炭，吸附塔的操作周期為：吸附4h，加熱和脫附2h，冷卻1h，1h備用。試計(jì)算活性炭的用量和吸附塔尺寸。解：操作條件下混合氣體的