大氣污染控制工程試驗(yàn)

1、大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)三顆?；钚蕴课絻艋瘹怏w中的乙酸乙酯1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x活性炭吸附廣泛用于大氣污染、 水質(zhì)污染和有毒氣體的凈化領(lǐng)域。 通常情況 下，吸附法凈化氣態(tài)污染物系利用活性炭巨大比外表積所形成的良好物理吸附性 能將廢氣中的污染氣體分子吸附在活性炭外表， 從而到達(dá)凈化氣體的目的。 通過 變溫吸附操作，可實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生并可得到濃集污染物的氣體以利于后續(xù)的回 收或進(jìn)一步處理。本實(shí)驗(yàn)采用固定床吸附器，用顆粒活性炭作為吸附劑、吸附凈化濃度約為 30005000mg/m3 的模擬乙酸乙酯廢氣，通過一定工況條件下的吸附穿透曲線的 測定可計(jì)算出動態(tài)吸附量、 不同床層高度下的保護(hù)作用時間、 傳質(zhì)區(qū)高度

2、和不飽 和度等參數(shù)， 增加對吸附放熱過程的認(rèn)識。 同時，通過熱空氣吹脫脫附實(shí)驗(yàn)可加 深同學(xué)對變溫吸附過程的認(rèn)識。通過實(shí)驗(yàn)應(yīng)到達(dá)以下目的：1) 深入理解吸附法凈化有害廢氣的原理和特點(diǎn)。2) 加深對吸附傳質(zhì)過程和穿透曲線的理解。3) 掌握通過實(shí)驗(yàn)手段獲得吸附床設(shè)計(jì)參數(shù)的方法。4) 加深對熱脫附過程的理解。2、實(shí)驗(yàn)原理活性炭通常是基于其較大的比外表積所形成的物理吸附性能來吸附氣體中 的乙酸乙酯的， 產(chǎn)生物理吸附作用的力主要是分子間的引力。 含污染物氣流通過 顆?；钚蕴看矊雍?， 由于吸附速率的因素， 形成一個傳質(zhì)吸附區(qū)， 在形成相對穩(wěn) 定的傳質(zhì)區(qū)后， 傳質(zhì)區(qū)根本上沿氣流方向向前恒速推進(jìn)。 床尾出口氣流

3、濃度一開 始保持不變，到達(dá)破點(diǎn)后， 逐漸升高直到接近進(jìn)口濃度。 本實(shí)驗(yàn)通過穿透曲線的測定和數(shù)據(jù)處理可加深對吸附傳質(zhì)過程的理解，通過對吸附床溫度監(jiān)測可增加對 吸附放熱的認(rèn)識，同時，通過對床層熱氣體脫附過程的觀察， 加深對變溫脫附過 程的認(rèn)識。3實(shí)驗(yàn)裝置、流程3.1實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)流程及裝置如圖3.1所示。包括氣體發(fā)生和計(jì)量系統(tǒng)，吸附柱含底部 加熱系統(tǒng)，采樣及分析系統(tǒng)等。1.主氣流流量計(jì) 2，3.配氣流量計(jì)；4.配氣混合裝置；5鼓泡氣體發(fā)生器；6.混合緩沖器； 7吸附塔；8.再生加熱器；9.配氣氣泵；10主氣泵；a, b, c, d，e, f，g閥門；T1，T2， T3.T4，T5溫度傳感器系統(tǒng)不同階

4、段的閥門開閉狀態(tài)情況：起始階段配氣為方式配氣過程中的氣體發(fā)生吸附作用，設(shè)置旁路：關(guān)閉閥門a，d，f打開 b，c，e，g吸附階段：翻開閥門 b，d，e，f，g;關(guān)閉閥門a，c 脫附階段：翻開閥門 a，c，d，g;關(guān)閉閥門b，e，f圖3.1乙酸乙酯吸附臺架實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)采用鼓泡法配制一定濃度的乙酸乙酯氣體。 通過流量計(jì)1, 2, 3流量 的控制及鼓泡發(fā)生器水浴溫度的控制調(diào)節(jié)可配置出一定流量一定濃度的乙酸乙 酯氣體。經(jīng)流量計(jì)2, 3計(jì)量的空氣通過恒溫水浴鼓泡方式形成相對飽和的乙酸 乙酯氣體，與來自主氣流管道流量計(jì)1的氣體在混合配氣裝置4處稀釋混合后通 過緩沖器6進(jìn)一步均化后可配制成一定氣量和一定濃度

5、的乙酸乙酯氣體。不銹鋼吸附器共設(shè)有三個吸附段，外徑為 100m m,其中圓環(huán)形保溫層厚度 為25mm，吸附柱有效直徑50mm。本實(shí)驗(yàn)中只有中間段裝填有90mm厚度的顆 ?；钚蕴紝?。吸附器底部設(shè)有氣體電加熱裝置用于吸附床再生。每層吸附段均設(shè) 有溫度探頭用于監(jiān)測實(shí)驗(yàn)過程中的床層溫度變化情況。系統(tǒng)設(shè)置的管道閥門系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)配氣旁路， 吸附塔氣體從上向下的吸附和熱 氣體從下向上的脫附等流動線路。氣體中乙酸乙酯濃度定量分析采用氣相色譜已有標(biāo)準(zhǔn)曲線，輔以FID或 PID有機(jī)氣體分析儀確定出口氣體采樣時機(jī)。3.2實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備氣泵壓力 7.5KPa，氣量 12m3/h1臺氣泵壓力 35KPa,氣量 20L/mi

6、n1臺乙酸乙酯氣體發(fā)生器1套帶保溫不銹鋼吸附器:外徑 DFOOmm，有效吸附器內(nèi)徑 d=50mm可裝填咼度H=120mm共3段，本實(shí)驗(yàn)中僅中段裝填顆?；钚蕴?0mm，裝炭量60g;底部配設(shè)氣體電加熱器1座混合緩沖器1個轉(zhuǎn)子流量計(jì)氣30.66 m3/hLZB-151個轉(zhuǎn)子流量計(jì)25250 L/hLZB-41個轉(zhuǎn)子流量計(jì)1001000L/h LZB-61個紅外溫度計(jì)1只空盒式大氣壓力計(jì)1只氣相色譜儀GC7890F標(biāo)準(zhǔn)曲線測定濃度1臺MicroFID有機(jī)氣體分析儀用于判斷穿透點(diǎn)1臺天平分辨率0.1g1臺100ml注射器1支1ml氣體進(jìn)樣針1支4、實(shí)驗(yàn)方法和步驟60g顆?；钚蕴家蜒b填在不銹鋼吸附柱的中

7、間段(活性炭堆積密度約為R3360kg/m3),通過旁路排放系統(tǒng)預(yù)配氣體濃度約 4000mg/m、流量約2.4 m /h的污染氣流。然后切換閥門 C、D、F到吸附柱管線“通位置，在氣流穩(wěn)定流動 的狀態(tài)下，定時由S1或S5處采樣測量凈化后的氣體中乙酸乙酯的濃度并定時 記錄吸附柱3點(diǎn)處的溫度變化情況，待吸附凈化排氣中污染物濃度升高到進(jìn)氣濃 度85%以上時停機(jī)。通過以上實(shí)驗(yàn)可得到入口氣體，等溫操作條件下活性炭對工 況條件下乙酸乙酯的吸附透過曲線，以及吸附層斷面和出口氣體的溫度變化曲 線。吸附試驗(yàn)結(jié)束后，開啟吸附塔底部的電加熱裝置，設(shè)定溫度150C，設(shè)定氣體流量2m3/h，開始吹脫試驗(yàn)，定期采樣測定脫

8、附排放口S1處的乙酸乙酯濃度并觀察記錄吸附柱上的3處溫度變化情況。通過該階段實(shí)驗(yàn)可得到熱氣體脫附曲 線和脫附過程床層溫度變化曲線。實(shí)驗(yàn)操作步驟如下:(1) 啟動氣相色譜儀，F(xiàn)ID或PID有機(jī)氣體分析儀。(2) 啟動乙酸乙酯發(fā)生器水浴鍋，調(diào)節(jié)水浴溫度高于環(huán)境溫度2-5C(3) 翻開閥門b, c，關(guān)閉a、d，f，啟動氣泵1，調(diào)節(jié)閥門a、確定流量計(jì)1的 流量在2.4m3/h左右(此時吸附床空塔氣速約為 0.34m/s)。9,翻開閥門e,翻開流量計(jì)2或3的調(diào)節(jié)閥至某一流量(建議值0.5 L/min )，調(diào)節(jié)流量計(jì)2或3的閥至適宜開度使得由S1處測定的配制氣體濃 度為3000-5000mg/m3濃度區(qū)間

9、中的某一點(diǎn)。(5) 翻開d，f，關(guān)閉c,記下此時時間T0，在其后的10min中內(nèi)每隔5min在采 樣口 S2處通過100ml注射器采樣，然后由1ml注射進(jìn)樣器分樣通過氣相色譜分 析吸附柱入口氣體濃度，得到的3點(diǎn)平均濃度作為本次實(shí)驗(yàn)的入口濃度。計(jì)錄此時的流量計(jì)1和2或3的流量，并在其后的實(shí)驗(yàn)中保持穩(wěn)定(6) 每隔3min定期記錄吸附柱T1，T2，T3處的溫度(7) 通過FID或PID檢測S1處排氣中乙酸乙酯的濃度情況，當(dāng) FID或PID開 始有讀數(shù)后，每隔10min通過100ml針筒在S1處采集氣體樣品進(jìn)行濃度分析，直至出口濃度達(dá)進(jìn)口濃度值的85%以上。吸附試驗(yàn)期間，可通過 S2處采樣分析 來確

10、定進(jìn)氣濃度是否穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)期間注意觀察并保持配氣流量計(jì)流量的穩(wěn)定(8) 吸附系統(tǒng)發(fā)生源的關(guān)閉：關(guān)閉乙酸乙酯發(fā)生器流量計(jì)2或3的閥門，關(guān)閉 風(fēng)機(jī)9,關(guān)閉閥門Q關(guān)閉乙酸乙酯發(fā)生器的水浴系統(tǒng)電源。(9) 脫附系統(tǒng)的啟動：閥門a，d，c翻開，b、e，f關(guān)閉，翻開吸附器底部電加 熱器的開關(guān)，記下此時時間 Tr,同時開始記錄吸附柱 T1, T2，T3溫度。以后 每隔3min記錄床層溫度，每隔10min由S1處采樣分析排氣濃度，并直至 T2溫 度在140T以上時間保持10min以上后為止。(10) 脫附系統(tǒng)的停：關(guān)閉電加熱器，繼續(xù)每3min 次的溫度記錄，待T2溫 度降低到45C時，關(guān)閉流量計(jì)1的風(fēng)機(jī)和閥門。

11、(11) 用清潔空氣凈化FID儀內(nèi)部23分鐘后關(guān)閉電源。(12) 關(guān)閉氣相色譜，關(guān)閉所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備電源。5、數(shù)據(jù)記錄及整理5.1實(shí)驗(yàn)根本參數(shù)記錄1)吸附器直徑 d50mm2)活性炭裝填高度H=mm活性炭堆積密度360 kg/m3裝填量Wac60 g3)吸附操作條件進(jìn)口氣體濃度丫0mg/m3氣體流量G1+G2L/min溫度絕對壓力Pa4)脫附操作條件再生氣體流量m3/hKPa電加熱器溫度 TK5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及整理吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析結(jié)果吸附試驗(yàn)啟動時刻To 出口穿透濃度生成時刻 Tb實(shí)驗(yàn)停止時刻 T與乙酸乙酯濃度關(guān)系表實(shí)驗(yàn)時間乙酸乙酯濃度mg/m 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪制乙酸乙酯吸附穿透曲線。由該圖確定

12、出穿透時間tB。設(shè)透點(diǎn)濃度Yb為進(jìn)口濃度5%,飽和點(diǎn)時間tE設(shè)飽和點(diǎn)濃度Ye為進(jìn)口濃度的85%。 根據(jù)吸附穿透曲線，確定實(shí)驗(yàn)所用床層的傳質(zhì)區(qū)高度Za及到達(dá)破點(diǎn)時該吸附 裝置的吸附飽和度a，及該吸附床的動活性。提示：通過圖形積分采用式3.1得出E;WeUwByoydWE-B3.1YoWa丫。b :到達(dá)破點(diǎn)時的累計(jì)體積m3e :到達(dá)飽和點(diǎn)時的累計(jì)體積m3Wa： b-WE傳質(zhì)區(qū)移動一個傳質(zhì)區(qū)長度時間段內(nèi)的累積氣體體積m3Yo :為氣體進(jìn)口濃度mg/m3Y：氣體出口濃度mg/m3通過式2.2計(jì)算出Za,凈化效率n %吸附床層溫度進(jìn)口出口T1T2T3ToTo+AT3.23.3WaWE _ (1 _ E)Wa式3.3計(jì)算出a ；z -EZa33Wb= (Tb-To) G- 10 m到達(dá)破點(diǎn)時刻的吸附量AAb=(Yo -Yb) Wb動活性=A b/WAc g乙酸乙酯/g活性炭522脫附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及分析結(jié)果脫附試驗(yàn)啟動時刻Tr 實(shí)驗(yàn)停止時刻 Tr' Tr與床層溫度和乙酸乙酯脫附濃度關(guān)系實(shí)驗(yàn)時間乙酸乙酯濃度(mg/m3)床層溫度S1出口T1T2T3TrTr+ t繪制脫附過程出口濃度和床層溫度隨時間的變化曲線。6實(shí)驗(yàn)思考(1) 通過該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還可以通過測定不同長度吸附柱的破點(diǎn)時間通過希羅夫方 程確定吸附柱的傳質(zhì)參數(shù)，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)