第07章 氣態(tài)污染物控制技術(shù)2ppt課件

1、第七章 氣態(tài)污染物控制技術(shù)根底(2)2.吸附法凈化氣態(tài)污染物吸附機(jī)理吸附劑吸附速率吸附工藝與設(shè)備計(jì)算2.吸附法凈化氣態(tài)污染物吸附用多孔固體吸附劑將氣體或液體混合物中的一種或多種組分濃集于固體外表吸附質(zhì)被吸附物質(zhì)吸附劑附著吸附質(zhì)的物質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：效率高、可回收、設(shè)備簡(jiǎn)單缺陷：吸附容量小、設(shè)備體積大一、吸附機(jī)理1.吸附類型：物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附化學(xué)吸附1.吸附力范德華力；2.不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過(guò)程快，瞬間達(dá)到平衡；4.放熱反應(yīng)；5.吸附可逆；1.吸附力化學(xué)鍵力；2.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過(guò)程慢；4.升高溫度有助于提高速率；5.吸附不可逆；物理吸附和化學(xué)吸附同一污染物能夠在較低溫度下發(fā)生物理吸附假設(shè)溫

2、度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時(shí)，發(fā)生化學(xué)吸附2.吸附平衡和吸附等溫線方程當(dāng)吸附速度脫附速度時(shí)，吸附平衡，此時(shí)吸附量到達(dá)極限值.平衡吸附量是吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的極限吸附量，亦稱靜吸附量分?jǐn)?shù)或靜活性分?jǐn)?shù)。極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響吸附等溫線 NH3在活性炭上的吸附等溫線吸附等溫線XT單位吸附劑的吸附量P吸附質(zhì)在氣相中的平衡分壓K,1/n閱歷常數(shù), 實(shí)驗(yàn)確定吸附方程式弗羅德里希Freundlich方程I型等溫線中壓部分lgm對(duì)lgP作圖為直線吸附方程式朗格繆爾Langmuir方程I型等溫線吸附方程式BET方程I、II、III型等溫線，多分子層吸附二、吸附劑1. 吸附劑需具備的特性內(nèi)外表積大具有

3、選擇性吸附作用高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性吸附容量大來(lái)源廣泛，造價(jià)低廉良好的再生性能10X分子篩氧化鋁樹(shù)脂活性炭活性炭纖維2. 常用吸附劑特性吸附劑類型活性炭活性氧化鋁硅膠沸石分子篩4A5A13x堆積密度 /kgm-32006007501000800800800800熱容/kJ(kgK)-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作溫度上限/K423773673873873873平均孔徑/15251848224513再生溫度 /K373413473523393423473573473573473573比外表積 /g-160016002103606003.常用吸附劑特

4、性分子篩特性氣體吸附的影響要素操作條件低溫有利于物理吸附；高溫利于化學(xué)吸附增大氣相壓力利于吸附 吸附劑性質(zhì)比外表積孔隙率、孔徑、粒度等氣體吸附的影響要素典型吸附質(zhì)分子的橫截面積氣體吸附的影響要素吸附質(zhì)性質(zhì)、濃度臨界直徑吸附質(zhì)不易滲入的最大直徑吸附質(zhì)的分子量、沸點(diǎn)、飽和性吸附劑活性單位吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量靜活性吸附到達(dá)飽和時(shí)的吸附量動(dòng)活性未到達(dá)平衡時(shí)的吸附量常見(jiàn)分子的臨界直徑分子 臨界直徑/分子臨界直徑/氦氫乙炔氧一氧化碳二氧化碳氮水氨氬甲烷乙烯環(huán)氧乙烷乙烷甲醇乙醇環(huán)丙烷丙烷正丁烷-正二十二烷2.02.42.42.82.82.83.03.153.83.844.04.254.24.24.44.4

5、4.754.894.9丙烯1-丁烯2-反丁烯1,3-丁二烯二氟-氯甲烷(CFC-22)噻吩異丁烷-異二十二烷二氟二氯甲烷(CFC-12)環(huán)己烷甲苯對(duì)二甲苯苯四氯化碳氯仿新戊烷間二甲苯鄰二甲苯三乙胺5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97.17.48.4氣體吸附的影響要素吸附劑再生 溶劑萃取活性炭吸附SO2，可用水脫附 置換再生脫附劑需求再脫附 降壓或真空解吸 吸附作用 ，再生溫度 加熱再生吸附劑再生(a)吸附(b)解吸三、吸附速率吸附過(guò)程 吸附 外分散氣流主體 外外表 內(nèi)分散外外表 內(nèi)外表 吸附速率將取決于外分散速率、內(nèi)分散速率及吸附本身

6、的速率。在物理吸附過(guò)程中，吸附劑內(nèi)外表上進(jìn)展的吸附與脫附速率普通較快，而“內(nèi)分散與“外分散過(guò)程那么慢得多。 因此，物理吸附速率的控制步驟多為內(nèi)、外分散過(guò)程。對(duì)于化學(xué)吸附過(guò)程來(lái)說(shuō)，其吸附速率的控制步驟能夠是化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制，也能夠是外分散控制或內(nèi)分散控制。通常，較常見(jiàn)的情況是內(nèi)分散控制，而外分散控制的情況那么較少見(jiàn)。三、吸附速率外分散速率內(nèi)分散速率總吸附速率方程四、吸附工藝與吸附設(shè)備計(jì)算 工業(yè)上的吸附過(guò)程， 按吸附操作的延續(xù)與否可分為間歇吸附和延續(xù)吸附； 按吸附劑的挪動(dòng)方式和操作方式可分為固定床、挪動(dòng)床、流化床和多床串聯(lián)吸附等； 按照吸附床再生的方法又可分為升溫解吸循環(huán)再生變溫吸附、減壓循環(huán)再生變

7、壓吸附和溶劑置換再生等。吸附工藝固定床吸附工藝挪動(dòng)床吸附工藝挪動(dòng)床吸附工藝流化床流化床吸附工藝固定床吸附計(jì)算固定床吸附器的計(jì)算是以吸附平衡和吸附速率為根底。 吸附平衡是由吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)所決議。 吸附速率主要表達(dá)在傳質(zhì)區(qū)的大小、穿透曲線的外形、到達(dá)破點(diǎn)的時(shí)間以及破點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)床層內(nèi)吸附劑所到達(dá)的飽和程度。 這些是設(shè)計(jì)固定床吸附器及選擇吸附周期所必需的參數(shù)。 由于固定床在操作時(shí)床層內(nèi)有飽和傳質(zhì)、未飽和和未利用三個(gè)區(qū)，在傳質(zhì)區(qū)內(nèi)吸附劑的吸附質(zhì)濃度是隨時(shí)間而改動(dòng)的，同時(shí)隨著傳質(zhì)區(qū)的挪動(dòng)，三個(gè)區(qū)的位置又在不斷改動(dòng)，所以固定床吸附是處在不穩(wěn)定形狀，其影響要素較多。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算，普通采用近似計(jì)算法，常用

8、的方法有： 穿透曲線法和希洛夫近似計(jì)算法。固定床吸附計(jì)算吸附負(fù)荷曲線吸附床平衡區(qū)傳質(zhì)區(qū)未用區(qū)吸附床長(zhǎng)度固定床吸附計(jì)算固定床吸附計(jì)算一、維護(hù)作用時(shí)間L實(shí)踐曲線與實(shí)際曲線的比較1實(shí)際線2實(shí)踐曲線因此，當(dāng)吸附速率無(wú)窮大時(shí)，維護(hù)時(shí)間與吸附層長(zhǎng)度的關(guān)系在-L圖上是一條過(guò)原點(diǎn)的直線即圖中1線；但是實(shí)踐上當(dāng)吸附到達(dá)穿透時(shí)，傳質(zhì)區(qū)中尚有一部分吸附劑未到達(dá)飽和，即實(shí)踐的飽和吸附量小于靜平衡吸附量a,吸收操作的延續(xù)時(shí)間要比吸附速度為無(wú)窮大時(shí)的維護(hù)作用時(shí)間小(見(jiàn)圖2線)。其差值0稱為繼續(xù)時(shí)間損失，那么實(shí)踐操作時(shí)間L實(shí)踐曲線與實(shí)際曲線的比較1實(shí)際線2實(shí)踐曲線對(duì)于一定的吸附系統(tǒng)及操作條件，靜活度值、堆積密度、氣體流速和

9、吸附質(zhì)的濃度為常數(shù)，可表示為A 式中的h是與對(duì)應(yīng)的維護(hù)作用時(shí)間損失0相對(duì)應(yīng)的“吸附床層的高度損失，此高度h可看成是完全沒(méi)有起吸附作用的“死層。 吸附床的實(shí)踐操作時(shí)間與床層高度L如圖中曲線2應(yīng)為實(shí)測(cè)線。由曲線2可以看出，當(dāng)LL0吸附區(qū)長(zhǎng)度時(shí)它是直線1的平行，當(dāng)LL0時(shí)，是一條經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的曲線。曲線2的切線虛線與L軸交于A，與軸交于負(fù)端B，那么有例 用活件炭固定床吸附器吸附凈化含四氯化碳廢氣。常溫常壓下廢氣流量為1000m3/h，廢氣中四氯化碳初始濃度為2000mg/m3，選定空床氣速為20m/min?；钚蕴科骄綖?mm，堆積密度c為450kg/m3，操作周期為40h。在上述條件下，進(jìn)展動(dòng)態(tài)吸附

10、實(shí)驗(yàn)獲得如下數(shù)據(jù)：請(qǐng)計(jì)算1固定床吸附器的直徑、高度和吸附劑用量；2在此操作條件下，活性炭對(duì)CCl4的吸附容量；3吸附波在床層中的挪動(dòng)速度。 固定床吸附計(jì)算二、吸附床長(zhǎng)度高度 采用穿透曲線法來(lái)計(jì)算。假定條件等溫吸附低濃度污染物的吸附吸附等溫線為第三種類型吸附區(qū)長(zhǎng)度為常數(shù)吸附床的長(zhǎng)度大于吸附區(qū)長(zhǎng)度 在計(jì)算中，由于吸附劑和不被吸附的載氣在吸附過(guò)程中是不變的，所以下面的計(jì)算是以無(wú)吸附質(zhì)基氣體，即惰性氣體的比質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)表示組成。在破點(diǎn)處流出物的量圖724 理想透過(guò)曲線E a WaWBWE對(duì)應(yīng)aBE 令f為傳質(zhì)區(qū)構(gòu)成所需的時(shí)間，那么傳質(zhì)區(qū)挪動(dòng)等于床層總高度L之間隔所需時(shí)間為E-f，因此，傳質(zhì)區(qū)高度L0為

11、氣體在傳質(zhì)區(qū)里，從破點(diǎn)到吸附劑根本上失去吸附才干，被吸附的吸附質(zhì)量如圖7-24中陰影部分所示，其量QB為 在傳質(zhì)區(qū)內(nèi)全部為吸附質(zhì)所飽和時(shí)，吸附量為Y0Wa。因此，破點(diǎn)時(shí)傳質(zhì)區(qū)內(nèi)仍具有吸附才干的面積比率f為 由于吸附波構(gòu)成后尚有f這一部分面積未吸附，因此傳質(zhì)區(qū)構(gòu)成時(shí)間F要小于傳質(zhì)區(qū)挪動(dòng)L0間隔的時(shí)間a。當(dāng)f=0時(shí)，那么表示吸附波構(gòu)成后，傳質(zhì)區(qū)已到達(dá)飽和，這樣，傳質(zhì)區(qū)構(gòu)成時(shí)間F應(yīng)根本上與傳質(zhì)區(qū)挪動(dòng)間隔Za所需時(shí)間a一樣。而當(dāng)f=1時(shí)，表示傳質(zhì)區(qū)中吸附劑根本上不含吸附質(zhì)，傳質(zhì)區(qū)構(gòu)成的時(shí)間應(yīng)很短，根本等于0，所以可得下式 固定床吸附計(jì)算吸附床長(zhǎng)度L0吸附區(qū)長(zhǎng)度WA穿透至耗竭的惰性氣體經(jīng)過(guò)量WE耗竭時(shí)的

12、經(jīng)過(guò)量1-f吸附區(qū)內(nèi)的飽和度(7-120)三、破點(diǎn)時(shí)全床層飽和度S的計(jì)算 ef整理上上式得到計(jì)算吸附床高度的方程式也可得到吸附床穿透時(shí)間或維護(hù)作用時(shí)間：四、傳質(zhì)區(qū)傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算在固定床操作中，傳質(zhì)區(qū)是經(jīng)過(guò)固定床層沿流體流動(dòng)方向挪動(dòng)的，直到到達(dá)操作停頓為止。然而，可以想象成固體吸附劑以足夠的速度與流體逆向運(yùn)動(dòng)，以致傳質(zhì)區(qū)在床層一定高度上以穩(wěn)定形狀維持不動(dòng)，如后附圖，從而使計(jì)算簡(jiǎn)化。圖中表示分開(kāi)床層頂部的吸附劑與進(jìn)口氣體平衡，而流出的氣體中吸附質(zhì)已被吸附，當(dāng)然，要到達(dá)這樣的要求，其層床應(yīng)該是無(wú)限高，但這里主要是討論涉及相當(dāng)于傳質(zhì)區(qū)兩端平面上的濃度。傳質(zhì)區(qū)傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算 ab對(duì)于整個(gè)床層的吸附質(zhì)

13、進(jìn)展物料衡算，有：或：如上附圖b所示，上式為一條經(jīng)過(guò)原點(diǎn)斜率為L(zhǎng)s/Gs的操作線。 在床層的任一截面上，吸附質(zhì)在氣體中的濃度Y與吸附質(zhì)在固體吸附劑上的濃度X之間有如下關(guān)系： 在床層內(nèi)取一微元高度為dL作物料平衡，那么在單位時(shí)間、單位面積的dL的高度內(nèi)，氣相中吸附質(zhì)的減少應(yīng)等于固相吸附劑的吸附量：對(duì)于傳質(zhì)區(qū)那么有：傳質(zhì)區(qū)內(nèi)的傳質(zhì)單元數(shù)為：傳質(zhì)區(qū)內(nèi)的傳質(zhì)單元高度為：即：傳質(zhì)區(qū)內(nèi)氣相總傳質(zhì)單元高度 設(shè)在任何小于Za的床層高度z內(nèi)，HOG不隨濃度而變化，z所對(duì)應(yīng)的氣相濃度為Y，那么有 可用圖解積分法求得，也可按該式繪制穿透過(guò)曲線 例2 在305K及101.3kPa下，濕度為10%的空氣經(jīng)過(guò)硅膠固定床進(jìn)

14、展等溫枯燥。假設(shè)固定床出口空氣中水分含量達(dá)12510-6按質(zhì)量計(jì)時(shí)被以為到達(dá)破點(diǎn)，出口氣體中水分含量達(dá)225010-6時(shí)，那么以為床層已失去吸附才干。床層的氣相傳質(zhì)系數(shù)為kYap=1260G0.55kg/(hm3Y)，式中G kg/(hm2)為氣體質(zhì)量流率，平衡關(guān)系示于圖9-23中。求：1傳質(zhì)單元數(shù)；2空氣表觀速度為1055 kg/(hm2)時(shí)，需不含吸附質(zhì)的吸附劑的數(shù)量LS；3假定ksap近似等于kYap的15%，求總氣相傳質(zhì)單元數(shù) ；4破點(diǎn)時(shí)床層飽和度達(dá)90%，求此時(shí)床層高度；5床層堆積密度為720 kg/m3，求破點(diǎn)發(fā)生時(shí)間。圖9-23 例2計(jì)算圖解 吸附器的壓力損失1圖解計(jì)算挪動(dòng)床計(jì)算操作線吸附速率方程例：用延續(xù)挪動(dòng)床逆流等溫吸附過(guò)程凈化含H2S的空氣。吸附劑為分子篩。空氣中H2S的濃度為3分量，氣相流速為6500kg/h，假定操作在293K和1atm下進(jìn)展，H2S的凈化率要求為95，試確定： (1) 分子篩的需求量按最小需求量的1.5倍計(jì)； (2) 需求再生時(shí)，分子篩中H2S的含量； (3) 需求的傳質(zhì)單元數(shù)。