VOCs有機廢氣吸附計算

1、專業(yè)資料整理分享有機廢氣吸附設(shè)計與計算一、根本原理1、吸附原理當(dāng)兩相組成一個體系時,其組成在相界面與相內(nèi)部是不同的, 處在；兩相界 面處的成分產(chǎn)生了積蓄濃縮,這種現(xiàn)象稱為吸附.吸附處理廢氣時,吸附的 對象是氣態(tài)污染物,被吸附的氣體組分稱為吸附質(zhì),吸附氣體組分的物質(zhì)稱為吸 附劑.使已被吸附的組分從到達飽和的吸附劑析出, 吸附劑得以再生的操作稱為脫 附.即被吸附于界面的物質(zhì)在一定條件下,離開界面重新進入體相的過程,也成 解吸.而當(dāng)吸附進行一段時間后,由于外表吸附質(zhì)的濃集,使其吸附水平明顯下 降而不能滿足吸附凈化的要求,此時需要采用一定的舉措是吸附劑上已吸附的吸 附質(zhì)脫附,恢復(fù)吸附劑的吸附水平,這個

2、過程成為吸附劑的再生.因此,在實際 工作中,正式利用吸附劑的吸附一再生一吸附的循環(huán)過程, 到達除去廢氣中污染 物質(zhì)并回收廢氣中有用組分的目的.脫附過程是在吸附劑結(jié)構(gòu)不變化或者變化極小的情況下,將吸附質(zhì)從吸附劑 孔隙中除去,恢復(fù)它的吸附水平.通過再生使用,可以降低處理本錢,減少廢渣 排放量,同時回收吸附質(zhì).被吸附的組分重新釋放,釋放的氣體濃度高于原混合 氣的濃度.促進解吸的條件有：1提升溫度熱再生；2抽真空以降低壓力 變壓解吸附；3降低吸附劑周圍組分的濃度空氣吹掃.2、吸附機理吸附和脫附互為可逆過程.當(dāng)用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質(zhì)時,由于吸附劑外表沒有吸附質(zhì),因此也就沒有吸附質(zhì)的脫附.但隨著

3、吸附的進行,吸附劑外表上的吸附質(zhì)逐漸增多,也就出現(xiàn)了吸附質(zhì)的脫附,且隨著時間的推移,脫 附速度不斷增大.但從宏觀上看,同一時間吸附質(zhì)的吸附量仍大于脫附量, 所以 過程的總趨勢認(rèn)為是吸附.當(dāng)同一時間吸附質(zhì)的吸附量與脫附量相等時,吸附和脫附到達動態(tài)平衡,此時稱為到達吸附平衡.平衡時,吸附質(zhì)在流體中的濃度和 在吸附劑外表上的濃度不再變化,從宏觀上看,吸附過程停止.平衡時的吸附質(zhì) 在流體中的濃度稱為平衡濃度,在吸附劑中的濃度稱為平衡吸附量.當(dāng)吸附質(zhì)與吸附劑長時間接觸后,終將到達吸附平衡.吸附平衡量是吸附劑 對吸附質(zhì)的極限吸附量,亦稱靜吸附量分?jǐn)?shù)或經(jīng)活性分?jǐn)?shù),用Xt表示,無量綱. 它是設(shè)計和生產(chǎn)中十分重

4、要的參數(shù). 吸附平衡時,吸附質(zhì)在氣、固兩相中的濃度 關(guān)系,一般用吸附等溫線表示.吸附等溫線通常根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制, 也常用各種 經(jīng)驗方程式來表示.3、吸附量吸附量是指在一定條件下單位質(zhì)量的吸附劑上所吸附的吸附質(zhì)的量,通常以kg吸附質(zhì)/kg吸附劑或質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示,它是吸附劑所具有吸附水平的標(biāo)志. 在工 業(yè)上吸附量稱為吸附劑的活性.吸附劑的活性有兩種表示方法：1吸附劑的靜活性在一定條件下,到達平衡時吸附劑的平衡吸附量即為其靜活性 .對一定的吸 附體系,靜活性只取決于吸附溫度和吸附質(zhì)的濃度或分壓.2吸附劑的動活性在一定的操作條件下,將氣體混合物通過吸附床層,吸附質(zhì)被吸附,當(dāng)吸附一段時間后,從吸附劑層流出

5、的汽提開始發(fā)現(xiàn)吸附質(zhì) 或其濃度到達依規(guī)定的 允許值時,認(rèn)為床層失敗,此時吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量稱為吸附劑的動活性.動活性除與吸附劑和吸附質(zhì)的特性有關(guān)外,還與溫度、濃度及操作條件有關(guān).吸 附劑的動活性值是吸附系統(tǒng)設(shè)計的主要依據(jù).二、吸附器選擇的設(shè)計計算1、吸附器確實定對吸附器的根本要求：1具有足夠的過氣段面和停留時間2良好的氣流分布3預(yù)先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質(zhì)4能夠有效地限制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度5易于更換吸附劑吸附工藝選用固定床吸附器.根本運行參數(shù)如下：處理風(fēng)量：40000n3/h有機廢氣組分：甲苯 800 mg/ m 3,丙酮 134 mg/ m 3,乙酸乙酯 395 mg/ m 3材料

6、：鋼板S =4壓降：常壓數(shù)量：兩臺并聯(lián),脫附吸附交替運行2、吸附劑的選擇如何選擇、使用和評價吸附劑,是吸附操作中必須解決的首要問題. 一切固 體物質(zhì)的外表,對于流體的外表都具有物理吸附的作用,但符合工業(yè)要求的吸附 劑那么應(yīng)具備以下一些要求:1具有大的比外表積2具有良好的選擇性吸附作用3吸附容量大4具有良好的機械強度和均勻的顆粒尺寸5有足夠的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性6有良好的再生性能7吸附劑的來源廣泛、造價低廉本設(shè)計采用活性炭纖維做吸附劑,活性炭纖維是常用吸附劑的一種. 活性炭 纖維對吸附質(zhì)的吸附主要取決于外表的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu),活性炭纖維以其表面大量的不飽和碳構(gòu)筑成了獨特的吸附結(jié)構(gòu), 它是一種典

7、型的微孔碳,其含有的 許多不規(guī)那么結(jié)構(gòu)雜環(huán)結(jié)構(gòu)或含有外表官能團的結(jié)構(gòu),具有極大的外表積,也 就造成了微孔相對孔壁分子共同作用形成強大的分子場,提供一個吸附總分子物 理和化學(xué)變化的高壓體系.活性炭纖維不含有大孔,其微孔占大多數(shù),當(dāng)微孔與 分子尺寸大小相當(dāng)時,在范德華力作用下相距很近的吸附場發(fā)生疊加, 引起微孔 內(nèi)吸附勢的增加,而活性炭纖維外表的孔口多,容易吸附和脫附,而且吸脫行程 短.因此,活性炭纖維是一種優(yōu)良的吸附劑.計算過程以活性炭顆粒為例3、空塔氣速和橫截面積確實定空塔氣速為氣體通過吸附器整個橫截面積的速度,空塔氣速的選擇,不僅直 接決定了吸附器的尺寸和壓降的大小, 而且還會影響吸附效率.

8、氣速很小,那么吸 附器尺寸很大,不經(jīng)濟；氣速過大,那么壓降會增大,使吸附效率受到影響.通過實驗確定最正確氣速,吸附設(shè)計中不能追求過高的吸附效率,把空塔氣速取值降小, 那樣會使吸附床體積、吸附劑用量和設(shè)備造價大為增高；反之也不宜取過大的空 塔氣速,那樣設(shè)備費用雖低,但吸附效率下降很多,且體系壓降會隨空塔氣速的 增大上升很快,造成動力消耗過大,因此應(yīng)選取適宜的空塔氣速,最適宜的空塔氣速為0.81.2m/s,依此經(jīng)驗結(jié)論,本設(shè)計確定空塔氣速：U=1.0m/s 原始條件:處理風(fēng)量：Q=40000 ri3/h,設(shè)計溫度為常溫,壓力為常壓由于廢氣中,空氣所占的比例遠遠大于污染物所占比例,因此,廢氣性質(zhì)可以

9、近似看作為干空氣的熱物理性質(zhì),查?化工原理?附錄得以下數(shù)據(jù)：空氣混合物性質(zhì)：流體密度 p=1.185kg/m 3,黏度 pf =1.835 >0 Pa -s,比熱容Cp=1.005kJ/(kg,吸附的粒狀活性炭顆粒性質(zhì):3.14 1.0 3600平均直徑dp=0.003m,表觀密度 p=670 kg/m 3,堆積密度 pB=470 kg/m 3,橫截面積：s=Q= 40000.11.1H2U 3600 1.0固定床孔隙率&=0.54 40000D=3.76m4、固定床吸附層高度的計算采用透過曲線計算方法,通過實驗將含有一定濃度污染物的氣流連續(xù)通過固 定床吸附器,在不同的時間內(nèi),確

10、定吸附床不同截面處氣流中污染物的濃度分布, 當(dāng)吸附床使用一段時間后,出口氣體污染物濃度到達某一允許最大濃度時, 認(rèn)為 吸附床失效.從氣流開始通入至吸附床失效這段時間稱為穿透時間,或保護作用時間.表示吸附床處理氣體量與出氣口污染物濃度之間的關(guān)系的曲線稱為穿透曲 線.穿透曲線的形狀和穿透時間取決于固定床的操作方法. 操作過程的實際速率 和機理、吸附平衡性質(zhì)、氣流速度、污染物入口濃度,以及床層厚度等影響穿透 曲線的形狀,此過程比擬復(fù)雜,目前仍是只是近似過程的計算.假定吸附床到達穿透時間全部處于飽和狀態(tài),即到達它的平衡吸附量 a,也 稱a為靜活度,同時根據(jù)朗格繆爾等溫線,假定靜活度不再與氣相濃度有關(guān).

11、 在 吸附作用時間Z內(nèi),所吸附污染物的量為X=aSL p式中：X在時間Z內(nèi)的吸附量；a 靜活度,重量,%S 吸附層的截面積,m2；L 吸附層高度,m;p吸附劑的堆積密度,設(shè)計為 470 kg/m 3固定床雖然結(jié)構(gòu)簡單,但由于污染物在床層內(nèi)濃度分布是隨時間變化,計算 比擬復(fù)雜,因此目前工程上都是采用近似計算,通過計算活性炭的作用時間進行后處理的計算.活性炭的作用時間由下式算出：CQtWd-910完美WORD格式編輯式中,V活性炭的裝填量,m 3C 進口氣體污染物的濃度,mg/ m 3Q 氣流量,m 3/ht活性炭的使用時間,hW 活性炭原粒度的重量穿透炭容,%d活性炭的堆密度0.8t/ m 3=

12、40 m 3/h、,Q 400000V 二Vsp1000算出廢棄的排放量:6二800+134+395 >4OOOO>10 =53.16kg/h假設(shè)吸附器的吸附效率為85%那么達標(biāo)排放是需要吸附總的污染物的量為:53.16>85%=45.19 kg/hVWd 940 10%0.8K 10 二280 40000910 二 286h那么在吸附作用時間內(nèi)的吸附量:X=4.76 >286=1361.6kg根據(jù)X=aSL p得:根據(jù)活性炭的吸附水平,設(shè)靜活度為16kg甲苯/100kg活性炭1361.6匚理空25.79 m 34701.63maS：、0.16 11.1 470b5、吸

13、附劑活性炭用量的計算吸附劑的用量MM=LS p=1.63 >1.1 >470=8530.7kg吸附劑本身占體積V=LS=1.63 >1.1=18.09 m 2吸附床層體積:&活性炭再生的計算本設(shè)計采用升溫脫附,即在等壓下升高吸附床層溫度,進行脫附,然后降溫 冷卻,重新吸附.吸附床的操作溫度為 T1,原料中吸附質(zhì)的分壓為 P1,當(dāng)吸附 床達飽和后,吸附劑吸附容量為 X1,假定吸附階段終了時,允許吸附后氣體中 的吸附容量低于X2.升溫脫附可將吸附劑從 Ti升溫到T2,這時吸附劑容量可1枯燥吸附劑時空氣消耗量L =WIWX2 X1式中：L枯燥吸附劑是空氣的消耗量,kgI空氣的單位消耗量,即干空氣 /H20,無量綱X1、X2 分別為離開、進入吸附劑層時空氣的含濕量即H20干空氣W枯燥時驅(qū)走的水分,kg由?化工原理?查表的,常溫時飽和水蒸汽密度為0.02304kg/ m 3,那么85%(0.02304 40000) =10