吸附法凈化氣態(tài)污染物

1、關(guān)于吸附法凈化氣態(tài)污染物第一張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11 吸附法凈化氣態(tài)污染物教學(xué)內(nèi)容11.1 概述11.2 吸附理論11.3 吸附反應(yīng)設(shè)備及計(jì)算11.4 應(yīng)用 第二張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述11.1 概述11.1.1 吸附法基本原理（1）吸附的概念 吸附(Adsorption) :由于固體表面上存在著分子引力或化學(xué)鍵力，能吸附分子并使其濃集在固體表面上的現(xiàn)象。 吸附劑(Adsorbent)：具有吸附作用的固體物質(zhì)。 吸附質(zhì)：被吸附的物質(zhì)。 第三張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述物理吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間的作用力是范德華力

2、（或靜電引力） 。特點(diǎn)：吸附劑和吸附質(zhì)之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；吸附過(guò)程進(jìn)行較快，參與吸附的各相之間迅速達(dá)到平衡；物理吸附是一種放熱過(guò)程，其吸附熱較小，相當(dāng)于被吸附氣體的升華熱，一般為20kJ/mol左右；吸附過(guò)程可逆，無(wú)選擇性。 第四張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述化學(xué)吸附：吸附劑和吸附質(zhì)之間的作用力是化學(xué)鍵 。特點(diǎn)：吸附劑和吸附質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在吸附劑表面生成一種化合物；化學(xué)吸附過(guò)程一般進(jìn)行緩慢，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡；化學(xué)吸附也是放熱過(guò)程，但吸附熱比物理吸附熱大得多，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，一般在84417kJ/mol；具有選擇性，常常是不可逆的。第五張，PPT共四十

3、三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述（2）吸附過(guò)程外擴(kuò)散：吸附劑外圍空間的氣體吸附質(zhì)分子穿過(guò)氣膜，擴(kuò)散到吸附劑表面的過(guò)程 內(nèi)擴(kuò)散：吸附質(zhì)分子進(jìn)入吸附劑微孔中并擴(kuò)散到內(nèi)表面的過(guò)程。 吸附：經(jīng)過(guò)外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散到達(dá)吸附劑內(nèi)表面的吸附質(zhì)分子被吸附在內(nèi)表面的過(guò)程。 脫附：部分被吸附的分子離開吸附劑的內(nèi)表面和外表面，進(jìn)入氣膜層，并反擴(kuò)散到氣相主體中的過(guò)程。 第六張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述第七張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述（3）影響氣體吸附的因素 操作條件的影響 溫度、壓力、氣體流速對(duì)物理吸附而言，在低溫下對(duì)吸附有利；而對(duì)于化學(xué)吸附過(guò)程，提高溫度對(duì)

4、吸附有利。從理論上講，增加壓力對(duì)吸附有利，但壓力過(guò)高不僅增加能耗，而且在操作方面需要更高的要求，在實(shí)際工作中一般不提倡。當(dāng)氣體流速過(guò)大時(shí)，氣體分子與吸附劑接觸時(shí)間短，對(duì)吸附不利。若氣體流速過(guò)小，處理氣體的量相應(yīng)變小，又會(huì)使設(shè)備增大。因此氣體流速要控制在一定的范圍之內(nèi)，固定床吸附器的氣體流速一般控制在0.20.6m3/s范圍內(nèi)。 第八張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述吸附劑性質(zhì)的影響 被吸附氣體的總量隨吸附劑表面積的增加而增加。吸附劑的孔隙率、孔徑、顆粒度等均影響比表面積的大小。 吸附質(zhì)性質(zhì)的影響 除吸附質(zhì)分子的臨界直徑外，吸附質(zhì)的分子量、沸點(diǎn)和飽和性等也對(duì)吸附量有影響。如

5、用同一種活性炭吸附結(jié)構(gòu)類似的有機(jī)物時(shí)，其分子量愈大、沸點(diǎn)愈高，吸附量就愈大。而對(duì)于結(jié)構(gòu)和分子量都相近的有機(jī)物，其不飽和性愈高，則越易被吸附。 吸附質(zhì)濃度的影響第九張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述（4）吸附法的特點(diǎn) 吸附法凈化氣態(tài)污染物的優(yōu)點(diǎn)： 凈化效率高； 能回收有用組分； 設(shè)備簡(jiǎn)單，流程短，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； 無(wú)腐蝕性，不會(huì)造成二次污染。 可以使用吸附法凈化的氣態(tài)污染物有：低濃度的SO2煙氣、NOx、H2S、含氟廢氣、酸霧、含鉛及含汞廢氣、惡臭、瀝青煙及碳?xì)浠衔锏取?第十張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述11.1.2 吸附劑 （1）吸附劑的種類

6、和性質(zhì) 活性炭 活性炭是一種具有非極性表面、疏水性和親有機(jī)物的吸附劑，常常被用來(lái)吸附回收空氣中的有機(jī)溶劑（如苯、甲苯、丙酮、乙醇、乙醚、甲醛等），還可以用來(lái)分離某些烴類氣體，以及用來(lái)脫臭等?；钚蕴康闹饕秉c(diǎn)是具有可燃性，使用溫度一般不超過(guò)200。 第十一張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第十二張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述炭分子篩是最新發(fā)展的一種孔徑均一的新品種，具有良好的選擇性?；钚蕴坷w維是一種新型的高效吸附劑，它是用超細(xì)的活性炭微粒與各種纖維素、人造絲、紙漿等混合制成各種不同類型的纖維狀活性炭。微孔范圍在0.51.4nm，比表面積大，有較大的吸附量和較快的

7、吸附速率。主要用于吸附各種無(wú)機(jī)和有機(jī)氣體、水溶性的有機(jī)物、重金屬離子等，特別對(duì)一些惡臭物質(zhì)的吸附量比顆?；钚蕴恳叱?0倍。 第十三張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述活性氧化鋁 活性氧化鋁是由氧化鋁的水合物加熱脫水而形成的多孔物質(zhì)，其晶格構(gòu)型分為型、型和中間型，其中起吸附作用的主要是型?；钚匝趸X吸附極性分子，無(wú)毒，機(jī)械強(qiáng)度大，不易膨脹，比表面積大，宜在200250下再生，常用于石油氣的脫硫及含氟廢氣的凈化。 第十四張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述硅膠 硅膠是用硅酸鈉與酸反應(yīng)生成硅酸凝膠（SiO2nH2O），然后在115130下烘干、破碎、篩分而制

8、成各種粒度的產(chǎn)品。硅膠具有很好的親水性，當(dāng)用硅膠吸附氣體中的水分時(shí)，能放出大量的熱，使硅膠容易破碎，但吸附量很大，可達(dá)自身重量的50。在工業(yè)上主要用于氣體的干燥和從廢氣中回收烴類氣體，也可用作催化劑的載體。 第十五張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述沸石分子篩(Molecular Sieve) 應(yīng)用最廣的沸石分子篩是具有多孔骨架結(jié)構(gòu)的硅酸鹽結(jié)晶體。按SiO2和Al2O3的單元比不同，將分子篩分為A型、X型和Y型。A型的比值等于2，X型的比值為2.33.3，Y型的比值為3.36。按孔徑從小到大的順序，A型石分子篩又分為3A、4A和5A型。分子篩具有許多孔徑均勻的微孔，比孔徑小

9、的分子能進(jìn)入孔穴而被吸附，比孔徑大的分子被拒之孔外，因此具有強(qiáng)的選擇性。沸石分子篩特點(diǎn)：具有很高的吸附選擇性；具有很強(qiáng)的吸附能力；是強(qiáng)極性吸附劑，對(duì)極性分子特別是對(duì)水分子具有強(qiáng)的親和力；熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高。分子篩可以從廢氣中選擇性地除去NOx、H2O、CO2、CO、CS2、SO2、H2S、NH3、CCl4和烴類等氣態(tài)污染物。第十六張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月沸石分子篩第十七張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述（2）吸附劑的選擇 對(duì)吸附劑的基本要求： 大的比表面積和孔隙率； 良好的選擇性； 易于再生 機(jī)械強(qiáng)度大，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好； 原料來(lái)源廣泛，價(jià)格

10、低廉。 第十八張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述活性炭上易于再生的物質(zhì)苯、甲苯、混合二甲苯、氯苯；甲醇、乙醇、丁純、異丙醇；酮類、脂肪烴、芳香烴；乙酸乙脂、乙酸丁脂、乙酸戊脂；二硫化碳、四氯化碳、四氫呋喃、汽油等活性炭上難以再生的物質(zhì)丙烯酸、丙烯酸乙脂、丙烯酸丁脂、丙烯酸異丁脂、丁酸、二丁胺、二乙撐三胺、甲基乙基吡啶第十九張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述（3）吸附劑的再生 升溫再生 降壓再生 吹掃再生 置換再生 化學(xué)再生 第二十張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.1 概述(a)吸附(b)解吸第二十一張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年

11、6月11.2 吸附理論11.2 吸附理論11.2 .1 吸附平衡吸附過(guò)程是一種可逆過(guò)程，在吸附質(zhì)被吸附的同時(shí)，部分已被吸附的物質(zhì)由于分子的熱運(yùn)動(dòng)而脫離固體表面回到氣相中去。當(dāng)吸附速度與脫附速度相等時(shí)，就達(dá)到了吸附平衡。 （1）吸附量 指在一定條件下單位質(zhì)量吸附劑上所吸附的吸附質(zhì)的量，用kg吸附質(zhì)/kg吸附劑來(lái)表示，也可以用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。 它是衡量吸附劑吸附能力的重要物理量，因此在工業(yè)上被稱為吸附劑的活性。 第二十二張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.2 吸附理論靜活性(靜態(tài)吸附量) 在一定溫度下，與氣相中吸附質(zhì)的初始濃度達(dá)平衡的最大吸附量。動(dòng)活性 氣體通過(guò)吸附層時(shí)，隨著床層吸附劑

12、的逐漸接近飽和，吸附質(zhì)最終不能全部被吸附，當(dāng)流出氣體中出現(xiàn)吸附質(zhì)時(shí)，即認(rèn)為此時(shí)吸附劑已實(shí)效，這樣計(jì)算出來(lái)的單位吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量稱為動(dòng)活性。 動(dòng)活性永遠(yuǎn)小于靜活性。在多數(shù)情況下不允許吸附質(zhì)逸出吸附床層，因此在計(jì)算吸附劑用量時(shí)，要按動(dòng)活性來(lái)計(jì)算。第二十三張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.2 吸附理論11.2 .1 吸附等溫線（1）郎格繆爾（Langmuir）吸附等溫式四個(gè)基本假設(shè)：吸附是單分子層的；固體表面是均勻的，固體表面上各個(gè)晶體位置的吸附能力是相同的，每個(gè)位置上只能吸附一個(gè)分子；被吸附在固體表面上的分子相互之間沒有作用力；吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡。第二十四張，PPT共四十三頁(yè)

13、，創(chuàng)作于2022年6月11.2 吸附理論假設(shè)A為任一瞬間固體表面被分子覆蓋的表面，稱為覆蓋率；未被覆蓋部分的分率為（1-A）。在一定條件下，吸附速率ra與固體表面未覆蓋部分的分率（1-A）和吸附物的分壓PA成正比，以ka和kd分別代表吸附與解吸的速率常數(shù)。吸附速率方程為：解吸速率為：第二十五張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.2 吸附理論達(dá)到吸附平衡時(shí)，兩個(gè)速率應(yīng)相等，ra=rd 朗格繆爾吸附等溫方程式：它是溫度的函數(shù)，表征了固體表面對(duì)氣體組分A吸附能力的強(qiáng)弱程度，因而它是一個(gè)吸附的特征值。第二十六張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.2 吸附理論（2）Freundlic

14、h 吸附等溫式q單位吸附劑在吸附平衡時(shí)的飽和吸附量，kg/kg或m3/kg；x被吸附組分的量，m3或kg；m吸附劑的量，kg；p被吸附組分的濃度或分壓；a, n經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。常用于低濃度氣體的吸附。第二十七張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.2 吸附理論（3）B.E.T多分子層吸附V壓力為p，溫度為T時(shí)吸附的氣體體積；p0溫度為T時(shí)吸附質(zhì)的飽和蒸氣壓；Vm假定表面添滿一層分子時(shí)所吸附的氣體體積；C給定溫度下的常數(shù)。第二十八張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.3吸附設(shè)備及計(jì)算11.3.1常用的吸附設(shè)備（1）固定床吸附器 方形立式吸附器 常用圓形臥式吸附器第二十九張

15、，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）移動(dòng)床吸附器 11.3吸附設(shè)備及計(jì)算固體吸附劑在吸附床中不斷移動(dòng)，固體吸附劑由上向下移動(dòng)，而氣體則由下向上流動(dòng)，形成逆流操作。 -吸附段；-精餾段；-脫附段1-冷卻器；2-脫附塔；3-分配板；4-提升管；5-再生器；6-吸附劑控制裝置；7-固粒料控制器；8-密封裝置；9-出料閥門第三十張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.3吸附設(shè)備及計(jì)算（3）流化床吸附器 流化狀態(tài)示意圖 第三十一張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月廢氣從進(jìn)口管以一定的速度進(jìn)入錐體，氣體通過(guò)篩板向上流動(dòng)，將吸附劑吹起，在吸附段完成吸附過(guò)程。吸附后的氣體進(jìn)入擴(kuò)大段，由

16、于氣流速度降低，固體吸附劑又回到吸附段，而凈化后的氣體從出口管排出。第三十二張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.3吸附設(shè)備及計(jì)算11.3.2 吸附工藝流程及計(jì)算 （1）吸附工藝流程 間歇式流程適用于廢氣排放量較小、污染物濃度較低、間歇式排放廢氣的凈化。 第三十三張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.3吸附設(shè)備及計(jì)算半連續(xù)式流程 在用兩臺(tái)吸附器并聯(lián)時(shí)，其中一臺(tái)進(jìn)行吸附操作，另一臺(tái)則進(jìn)行再生操作，適應(yīng)于再生周期小于吸附周期的情形。當(dāng)再生周期大于吸附周期時(shí)，則需要三臺(tái)吸附器并聯(lián)使用，其中一臺(tái)進(jìn)行吸附，一臺(tái)進(jìn)行再生，而第三臺(tái)則進(jìn)行冷卻或其他操作，以備使用。第三十四張，PPT共四十

17、三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.3吸附設(shè)備及計(jì)算該流程一般由連續(xù)性操作的流化床吸附器和移動(dòng)床吸附器等組成，其特點(diǎn)是吸附與吸附劑的再生同時(shí)進(jìn)行。 連續(xù)式流化床吸附流程 第三十五張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.3吸附設(shè)備及計(jì)算（2）吸附過(guò)程計(jì)算吸附傳質(zhì)方程 單位體積吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量可用下列方程表示： 吸附量，kg吸附質(zhì)/kg吸附劑；C濃度差，kg/m3； t吸附時(shí)間，s； K質(zhì)量傳遞系數(shù)，即當(dāng)濃度差為1kg/m3時(shí)，在1秒鐘內(nèi)傳遞給1m3吸附劑的吸附質(zhì)的量，單位是s-1。第三十六張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.3吸附設(shè)備及計(jì)算保護(hù)作用時(shí)間與希洛夫（Schie

18、loeff）方程 保護(hù)作用時(shí)間，s； L吸附層厚度，m；0保護(hù)作用時(shí)間損失，s； K吸附層保護(hù)作用系數(shù)，s/m。 L0吸附層的長(zhǎng)度損失，也稱為死層。 第三十七張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月K值可由下式求得：式中 平均靜活性值，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)； 吸附劑的堆積密度，kg/m3； u氣體流速，m/s； c0吸附質(zhì)的初始濃度，kg/m3 第三十八張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.3吸附設(shè)備及計(jì)算固定床吸附劑用量的計(jì)算吸附劑的用量可用下式計(jì)算： m吸附劑用量，kg； A吸附器的橫截面積，m2； D吸附器的直徑m； L吸附器床層高度為m； 吸附劑的堆積密度kg/m3。 第三十九張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.3吸附設(shè)備及計(jì)算【例5-1】設(shè)一固定床活性炭吸附器的活性炭裝填厚度為0.6m，活性炭對(duì)苯吸附的平均靜活性值為25%，其堆積密度為425kg/m3。假定其死層厚度為0.15m,氣體通過(guò)吸附器床層的速度為0.3m/s，廢氣含苯濃度為2000 mg/m3,求該吸附器中活性炭床層對(duì)苯廢氣的保護(hù)作用時(shí)間。 第四十張，PPT共四十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月11.3吸附設(shè)備及計(jì)算解:（1）求保護(hù)作用系數(shù)K