氣體吸附課件

AdsorptiveAdsorbateAdsorbent(solidsubstrate)ReleaseUptake第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附一、吸附的基本概念吸附凈化：利用大表面多孔性固體吸附劑與廢氣相接觸，將有害組分吸附在表面上，使其從氣體混合物中分離，達(dá)到凈化目的。吸附物理吸附化學(xué)吸附范德華力

化學(xué)鍵力

20.1.3吸附力的本質(zhì)吸附質(zhì)和吸附劑之間的作用力：范德華力：

定向力:極性分子之間靜電力.由極性分子的永久偶極距產(chǎn)生.

誘導(dǎo)力：極性與非極性之間引力.極性分子產(chǎn)生的電場(chǎng)作用會(huì)誘導(dǎo)非極性分子極化,產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極距.

色散力：非極性分子之間引力.瞬時(shí)偶極距.

第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附二、常用工業(yè)吸附劑①活性炭；②活性氧化鋁；③硅膠；④沸石分子篩工業(yè)吸附劑需具備的條件①巨大表面積，如活性炭?jī)?nèi)表面積可達(dá)1000m2/g以上②有選擇吸附性③有較高吸附容量④有足夠機(jī)械強(qiáng)度⑤來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附平均孔徑、或平均粒度,及其分布，孔隙率測(cè)量方法：壓汞法孔徑及分布測(cè)定

吸附劑的孔徑及分布可采用水銀壓入法，利用汞孔度計(jì)測(cè)定。當(dāng)壓力升高時(shí)，水銀可進(jìn)入到細(xì)孔中，壓力p與孔徑d的關(guān)系為 -水銀的表面張力(0.48N/m2)，-水銀與細(xì)孔壁的接觸角(=140°)。通過(guò)測(cè)定水銀體積與壓力之間的關(guān)系即可求出孔徑的分布情況。第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附四、吸附平衡理論無(wú)論是物理吸附還是化學(xué)吸附，在一定溫度下，氣、固相經(jīng)過(guò)充分接觸后，終將達(dá)到吸附平衡（動(dòng)態(tài)平衡）。這時(shí)吸附組分在固相中的濃度與和固相接觸的氣相中的濃度之間具有一定的函數(shù)關(guān)系。1、等溫吸附方程式

Freundlich等溫吸附式Langmuir等溫吸附方程式BET等溫吸附方程式FreundlichIsotherm第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

四、吸附平衡理論1、等溫吸附方程式

Langmuir等溫吸附方程式假設(shè)：①吸附表面均勻，每個(gè)吸附中心具有相同的吸附熱和吸附活化能；②吸附分子間無(wú)作用力；③吸附是單分子層；④吸附和脫附可建立動(dòng)態(tài)平衡。脫附速度與已吸附分子所占面積對(duì)總固體面積的系數(shù)成正比。即：脫附速度=吸附速度與未吸附面積分?jǐn)?shù)成正比，且與氣相中分壓P成正比。

即：吸附速度=K1P(1-θ)其中：第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

四、吸附平衡理論1、等溫吸附方程式Langmuir等溫吸附方程式動(dòng)態(tài)平衡時(shí)：未飽和時(shí)，吸附摩爾數(shù)與θ成正比。則組分的吸附量用摩爾數(shù)來(lái)表示：適用范圍：適用于低壓、高壓第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

四、吸附平衡理論1、等溫吸附方程式Langmuir等溫吸附方程式討論：①P極小 a=ABP符合低壓情形 ②P極大，BP>>1，a=A（氣體吸附量不隨壓力變化而變化）符合高壓情形，接近飽和③若以Vm表示飽和吸附所需吸附質(zhì)體積，V代表壓力P時(shí)的吸附體積。則langmuir式變?yōu)椋航M分覆蓋率θ=“吸附體積/飽和吸附體積”

P/V對(duì)P應(yīng)是直線(xiàn)第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

四、吸附平衡理論1、等溫吸附方程式

Langmuir等溫吸附方程式把langmuir等溫吸附式用于多組分，就是BET公式.如雙組分吸附,設(shè)θA,，θB為A、B組分在吸附劑上的覆蓋率，則A的吸附速率=同理：解方程組：一、吸附性能實(shí)驗(yàn)吸附性能實(shí)驗(yàn)吸附吸附穿透曲線(xiàn)研究吸附平衡固定床吸附過(guò)程Z固定床吸附工藝實(shí)驗(yàn)裝置吸附劑（C40/4）性能參數(shù)堆積密度（kgm-3）390表觀(guān)密度（kgm-3）700BET表面積（m2g-1）1000空隙率（m3g-3）0.673顆粒尺寸（d×l）4×8微孔容積（cm3g-1）1.0比熱（KJ/kg.k）0.8甲苯吸附性能曲線(xiàn)05101520253035400123456Cein(g/m3)Xmess(T=288.15)Xmess(T=293.15)Xmess(T=298.15)Xmess(T=303.15)丙酮吸附性能曲線(xiàn)Langmuir吸附平衡模型

q=qsat*B*Cin/(1+B*Cin)qsat=aa*exp(bb/T)B=cc*exp(dd/T)IsothermofToluene

qsat=2.6934*exp(767.2566/T)B=0.02099*exp(1575.9450/T)IsothermofAcetoneqsat=0.2427936*exp(1424.299/T)B=0.0002097869*exp(1952.189/T)IsothermofDichloromethaneqsat=0.2532871*exp(1433.56/T)B=0.0003641191*exp(1674.41/T)吸附平衡模型與試驗(yàn)比較

（甲苯）0510152025303540450123456Cein(g/m3)Xmess(T=288.15)XLber(T=288.15)Xmess(T=293.15)Xber(T=293.15)Xmess(T=298.15)Xber(T=298.15)Xmess(T=303.15)Xber(T=303.15)吸附平衡模型與試驗(yàn)比較

（丙酮）吸附平衡模型與試驗(yàn)比較

（二氯甲烷）等溫吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)原始記錄

等溫吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)

穿透曲線(xiàn)穿透曲線(xiàn)穿透曲線(xiàn)穿透曲線(xiàn)穿透曲線(xiàn)穿透曲線(xiàn)空塔速度對(duì)穿透曲線(xiàn)的影響床層高度對(duì)穿透曲線(xiàn)的影響床層高度及空塔速度對(duì)穿透曲線(xiàn)的影響溫度和濃度對(duì)穿透曲線(xiàn)傳質(zhì)區(qū)中心點(diǎn)斜率的影響

圖4.40溫度和濃度對(duì)穿透曲線(xiàn)傳質(zhì)區(qū)中心點(diǎn)斜率的影響,注：虛線(xiàn)是趨勢(shì)線(xiàn)Fig.4.40Influenceoftemperatureandconcentrationonthegradientofbreakthroughcurveoncentralpointinthemasstransferarea---●---:T=15oC;----▲-----:T=20oC;----■----:T=25oCC40/4—丙酮

溫度對(duì)吸附溫度曲線(xiàn)的影響溫度對(duì)吸附溫度曲線(xiàn)(C40/4—丙酮)的影響，其中：Cin=28g/m3,H=0.4m,w=0.34m/s.

溫度對(duì)吸附溫度曲線(xiàn)的影響溫度和濃度對(duì)溫度曲線(xiàn)傳質(zhì)區(qū)中心點(diǎn)溫度變化峰值的影響---●---:T=15oC;----■----:T=20oC;----▲-----:T=25oC空塔速度對(duì)溫度曲線(xiàn)的影響空塔速度對(duì)吸附溫度曲線(xiàn)的影響，Cin=4.4g/m3,T=20°C，H=0.15m.

床層厚度對(duì)吸附溫度曲線(xiàn)的影響

Cin=4.4g/m3,T=20°C，w=0.30m/s.

固定床吸附平衡及其吸附穿透曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)研究小結(jié)

有機(jī)氣體不同溫度下的等溫吸附容量可以用Langmuir式描述，誤差小于6%。而Freundlich模型不適合低壓吸附過(guò)程。穿透曲線(xiàn)形狀僅受進(jìn)口濃度的影響，在物質(zhì)吸附時(shí)，如果進(jìn)口濃度越大，物質(zhì)傳遞速率就越大，穿透曲線(xiàn)斜率也隨之變大，同時(shí)傳質(zhì)推動(dòng)力變高，傳質(zhì)區(qū)變短，因而越早到達(dá)吸附平衡。穿透曲線(xiàn)在傳質(zhì)區(qū)中心點(diǎn)斜率與吸附柱進(jìn)口濃度之間呈指數(shù)關(guān)系。固定床吸附平衡及其吸附穿透曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)研究小結(jié)

當(dāng)進(jìn)口濃度越大時(shí)，由于單位時(shí)間吸附量越多，所以單位時(shí)間放出的熱也越多。由于單位時(shí)間吸附量多，所以單位時(shí)間放出的熱也就多，造成的溫度變化也就大。同樣進(jìn)口濃度的氣體在溫度低的情況下，由于吸附量變大，使之達(dá)到平衡的時(shí)間變長(zhǎng)，不同溫度下，由于物質(zhì)傳遞速率基本相等，吸附穿透曲線(xiàn)形狀也就基本一樣，所以放熱所造成的溫差基本一致，溫度曲線(xiàn)形狀基本一致；同一進(jìn)口濃度下，溫度曲線(xiàn)在形狀基本一樣，或者說(shuō)，溫度曲線(xiàn)的溫度變化峰值基本相等。固定床吸附平衡及其吸附穿透曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)研究小結(jié)

吸附傳質(zhì)區(qū)溫度變化曲線(xiàn)都是呈正態(tài)分布穿透時(shí)間隨吸附溫度的上升而縮短。這些有機(jī)氣體在活性炭上的吸附可被認(rèn)為是物理吸附，吸附劑的吸附容量隨著溫度的增加而降低。隨著吸附容量的降低，穿透時(shí)間也隨之縮短。溫度、空塔速度、床層高度則讓穿透曲線(xiàn)，溫度曲線(xiàn)左右平移。由于熱效應(yīng)不是很大，吸附造成的溫差不大，在10度以?xún)?nèi),相對(duì)來(lái)說(shuō)較大的活性炭熱容使它對(duì)吸附時(shí)濃度曲線(xiàn)的影響也不大，可以忽略不計(jì)。固定床吸附平衡及其吸附穿透曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)研究小結(jié)

溫度變化最大值正好處在濃度曲線(xiàn)斜率最大的時(shí)間，也就是說(shuō)，傳質(zhì)區(qū)中傳質(zhì)速度最大的時(shí)刻。溫度變化峰值與吸附柱進(jìn)口濃度之間呈指數(shù)關(guān)系。不同溫度，相同吸附柱進(jìn)口濃度下，溫度變化峰值非常接近。吸附溫度越低，吸附傳質(zhì)區(qū)溫度變化峰值越大。有效傳質(zhì)系數(shù)在同一進(jìn)口濃度下，隨著溫度的升高而增大；在同一溫度時(shí)，有效傳質(zhì)系數(shù)先增大，然后減小，在其間有一個(gè)峰值。第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

四、吸附平衡理論BET等溫吸附方程式假設(shè)：①第一層分子吸附是剩余價(jià)力作用，其它層受范德華力作用②范德華力不同，吸附量也不同③吸附相當(dāng)凝結(jié)，脫附類(lèi)似于蒸發(fā)，蒸發(fā)速度=前一層凝結(jié)速率④除第一層外，其它各層吸附熱=液化熱⑤吸附可以無(wú)限層⑥平衡時(shí)，吸附層所占面積一定。第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

四、吸附平衡理論BET等溫吸附方程式

此式可用來(lái)測(cè)吸附劑的比表面積適用范圍：第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

四、吸附平衡理論BET等溫吸附方程式討論P(yáng)<<P0時(shí)，C>>1，BET方程可整理為（與langmuir式一致）第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

五、影響氣體吸附的因素1．操作條件①溫度：物理吸附，低溫運(yùn)行；化學(xué)吸附，提高溫度有利②壓力：壓力↑，↑③氣流速度：v↑不利于吸附，一般v在0.2-0.6m/s2．吸附劑性質(zhì)的影響①比表面積↑↑。吸附劑的孔隙率、孔徑、顆粒度影響比表面積3．吸附質(zhì)性質(zhì)和濃度的影響濃度過(guò)大，需更多的吸附劑，再生頻繁。吸附質(zhì)分子最大，沸點(diǎn)高，越多吸附。對(duì)于結(jié)構(gòu)相近的有機(jī)吸附質(zhì)，不飽和性愈大，吸附越易4．吸附器吸附器尺寸直接影響氣體吸附。第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

五、吸附劑再生改變壓力條件：高壓吸附，低壓脫附再生改變溫度條件：低溫吸附，高溫脫附通氣吹掃：吹氣，降低分壓而脫附置換脫附：某種吸附性強(qiáng)氣體置換吸附質(zhì)，需再脫附。溶劑萃?。喝芙馕劫|(zhì)，用水溶解吸附的SO2化學(xué)轉(zhuǎn)化再生：化學(xué)轉(zhuǎn)化成不易吸附物質(zhì)，吸附有機(jī)物被氧化成CO2，H2O而脫附。第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

六、吸附速度

吸附過(guò)程：外擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散吸附第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

六、吸附速度吸附過(guò)程中吸附與脫附速率遠(yuǎn)大于“外擴(kuò)散”、“內(nèi)擴(kuò)散”速率，因此吸附過(guò)程速率由傳質(zhì)過(guò)程決定，即由“內(nèi)擴(kuò)散”或“外擴(kuò)散”過(guò)程控制。內(nèi)擴(kuò)散外擴(kuò)散吸附劑外表面濃度難以測(cè)定，因此“內(nèi)”“外”擴(kuò)散速率使用起來(lái)不方便，總吸附速率方程式式中：Ky，Kx——流體相和吸附相傳質(zhì)總系數(shù)。第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

六、吸附速度分吸附系數(shù)與總吸附系數(shù)間的關(guān)系

與吸收類(lèi)似其中：第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

六、吸附速度第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附七、吸附工藝與設(shè)備計(jì)算固定床：吸附劑固定在床層中的吸附過(guò)程移動(dòng)床：吸附劑與吸附質(zhì)作相向運(yùn)動(dòng)的吸附過(guò)程流化床：吸附質(zhì)以較大氣流通過(guò)吸附劑，并使吸附劑呈流態(tài)化狀態(tài)的吸附過(guò)程；第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附七、吸附工藝與設(shè)備計(jì)算固定床第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

七、吸附工藝與設(shè)備計(jì)算移動(dòng)床：第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

七、吸附工藝與設(shè)備計(jì)算流化床：第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

七、吸附工藝與設(shè)備計(jì)算流化床：第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算

幾個(gè)基本概念1、吸附劑的活性:吸附劑上，吸附質(zhì)量/吸附劑量。吸附能力的標(biāo)志.靜活性：吸附飽和時(shí)動(dòng)活性：吸附過(guò)程中剛好有吸附物質(zhì)排出時(shí)的單位吸附劑的吸附量。2．吸附負(fù)荷曲線(xiàn)：吸附質(zhì)沿床層不同長(zhǎng)度上的濃度變化曲線(xiàn)叫吸附負(fù)荷曲線(xiàn)，用來(lái)描述吸附過(guò)程中的吸附劑上吸附質(zhì)濃度變化規(guī)律。第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算2．吸附負(fù)荷曲線(xiàn)第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3．穿透曲線(xiàn)：流出床層氣體中吸附質(zhì)濃度一時(shí)間變化曲線(xiàn)

第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算穿透：若吸附后氣體中，將發(fā)現(xiàn)有吸附質(zhì)，稱(chēng)為“穿透”（破點(diǎn)）從“剛吸附”到“穿透點(diǎn)”的這段時(shí)間稱(chēng)為穿透時(shí)間,實(shí)際工作中，穿透點(diǎn)是由排放標(biāo)準(zhǔn)而定。第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算影響穿透曲線(xiàn)的因素a：吸附質(zhì)濃度高，愈陡b：劑顆粒愈小，愈陡：c：不同吸附劑，曲線(xiàn)不同d：使用周期小，曲線(xiàn)愈陡。第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算4．保護(hù)作用時(shí)間與吸附層厚度保護(hù)作用時(shí)間：吸附過(guò)程中從開(kāi)始吸附到破點(diǎn)的這段時(shí)間，又稱(chēng)穿透時(shí)間。1）保護(hù)作用時(shí)間的確定吸附劑靜活性吸附量第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算實(shí)際上保護(hù)時(shí)間為動(dòng)活性所需時(shí)間，比靜活性時(shí)間小，設(shè)保護(hù)時(shí)間損失為，則保護(hù)時(shí)間為：

希洛夫方程式中：h——吸附劑層中未利用的厚度，；

K——吸附層保護(hù)作用系數(shù)。2）吸附劑層厚度的確定第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算固定床在吸附操作時(shí)，床層中有：飽和區(qū)；傳質(zhì)區(qū)：吸附時(shí)，傳質(zhì)區(qū)不斷向前移動(dòng)，當(dāng)移至床層頂端時(shí)，出現(xiàn)“破點(diǎn)”，當(dāng)吸附波到達(dá)床層出口時(shí)，吸附達(dá)到“平衡”，固定床失去吸附能力。未用區(qū)。

第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算

由于傳質(zhì)區(qū)的移動(dòng)，使飽和區(qū)、傳質(zhì)區(qū)、未用區(qū)位置不斷改變，所以固定床吸附是不穩(wěn)定狀態(tài)的，給其計(jì)算帶來(lái)了困難。為了計(jì)算簡(jiǎn)化，對(duì)吸附過(guò)程作一些假設(shè)：①?gòu)U氣中吸附質(zhì)濃度很低.使用重量比濃度計(jì)算時(shí)不致產(chǎn)生較大誤差②吸附為等溫過(guò)程使一些參數(shù)常數(shù)化③在吸附過(guò)程中,傳質(zhì)區(qū)高度不變方便計(jì)算傳質(zhì)區(qū)的高度④傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度比床層高度小得多傳質(zhì)區(qū)在床層中能平穩(wěn)地移動(dòng)第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算設(shè)廢氣中吸附質(zhì)濃度（比重量）為Y（kg吸附質(zhì)/kg載體）廢氣通過(guò)床層的質(zhì)量流速為Gs（kg惰性載體/m2.hr）一定時(shí)間后吸附累積流出總量為w(kg惰性載體/m2)建立起Y-W透過(guò)曲線(xiàn)第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算(1）透過(guò)曲線(xiàn)出現(xiàn)期間，具有衡定高度的傳質(zhì)區(qū)的累積流量:(2）吸附波移動(dòng)一個(gè)傳質(zhì)區(qū)高度時(shí)所需時(shí)間：(3）傳質(zhì)區(qū)形成和移出床層所需時(shí)間之和：(4）傳質(zhì)區(qū)的高度Za，設(shè)吸附床層應(yīng)為Z，則有

傳質(zhì)區(qū)形成所需時(shí)間

第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算(5）氣體在傳質(zhì)區(qū)中，從破點(diǎn)到吸附劑基本失去吸附能力所吸附的吸附質(zhì)量V，（kg吸附質(zhì)/m2）

（陰影部分面積）(6）剛出現(xiàn)破點(diǎn)時(shí)，傳質(zhì)區(qū)內(nèi)仍有吸附能力與其全部吸附能力之比f(wàn)：f=0時(shí)，傳質(zhì)區(qū)已全部飽和傳質(zhì)區(qū)形成時(shí)間基本上等于傳質(zhì)區(qū)移動(dòng)一個(gè)傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度所需時(shí)間,f=1時(shí)，傳質(zhì)區(qū)不含吸附質(zhì)，傳質(zhì)區(qū)很短,∴0<f<1時(shí)，即折中情況，第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算(7)傳質(zhì)區(qū)高度Za

或∵

（8）破點(diǎn)時(shí)，單位截面積床層吸附量m（kg吸附質(zhì)/m2截面積）m=飽和區(qū)吸附量+傳質(zhì)區(qū)吸附量假設(shè)床層截面積為1，則高度為Z的床層破點(diǎn)吸附量m應(yīng)為：第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算（9）破點(diǎn)時(shí)，床層飽和度

第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算(10）傳質(zhì)區(qū)內(nèi)傳質(zhì)單元數(shù)的確定設(shè)想固體以足夠速度與流體逆向運(yùn)動(dòng)，這樣使傳質(zhì)區(qū)在床層一定位置上就成穩(wěn)定態(tài)而維持不動(dòng)。如圖所示：如果：床層頂部：吸附劑與進(jìn)口氣平衡；床層底部：出口氣吸附質(zhì)濃度為0整個(gè)床層的吸附質(zhì)衡算式：第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算(10）傳質(zhì)區(qū)內(nèi)傳質(zhì)單元數(shù)的確定任一載面與床層底部間吸附質(zhì)衡算式

操作線(xiàn)方程由吸附平衡式曲線(xiàn)得吸附平衡曲線(xiàn)第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算(10）傳質(zhì)區(qū)內(nèi)傳質(zhì)單元數(shù)的確定在床層取一微元高度dZ，單位時(shí)間，單位面積的dZ高度內(nèi)有氣體吸附質(zhì)減少等于固體吸附量（傳質(zhì)控制）傳質(zhì)單元數(shù);傳質(zhì)單元高度

Za=NOG*HOG

第七章吸收法凈化氣態(tài)污染物

§7—3氣體吸附

八、吸附過(guò)程及其計(jì)算3）、固定床吸附過(guò)程的計(jì)算(11）吸附器床層壓降的估算（經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式）單一流體通過(guò)固定床層阻力歐剛（Ergun）公式

二、吸附過(guò)程模擬建模物質(zhì)守恒能量守恒動(dòng)量守恒吸附模型1）在氣相中總的物質(zhì)守恒式：2）氣相中組分物質(zhì)守恒式

吸附模型3）固相中物質(zhì)守恒式4）能量守恒式5）邊界條件Z=0時(shí)Z=H時(shí)6)物質(zhì)傳遞系數(shù)根據(jù)Fickschen定律有效分子擴(kuò)散系數(shù)有效knudsen擴(kuò)散系數(shù)有效物質(zhì)傳遞系數(shù)7）能量傳遞系數(shù)熱傳遞系數(shù)8）吸附性能

其中：aa=0.2428,bb=1424.299,cc=0.0002098,dd=1952.189表1吸附劑（活性炭C40/4）的性能參數(shù)堆積密度（kgm-3）=390表觀(guān)密度（kgm-3=700BET表面積（m2kg-1）=1×106活性炭顆?？障堵?0.667顆粒尺寸（d×l,m×m）=0.004×0.008微孔容積（m3kg-1）10-3比熱（kJk-1kg-1）=0.8表2：模型中的主要參數(shù)模型計(jì)算及計(jì)算軟件

討論1.軸向擴(kuò)散系數(shù)對(duì)穿透曲線(xiàn)的影響。2.對(duì)穿透曲線(xiàn)的影響

3.ug對(duì)穿透曲線(xiàn)的影響

4.βfac對(duì)穿透曲線(xiàn)的影響

5.xs對(duì)穿透曲線(xiàn)的影響

丙酮數(shù)值模擬結(jié)果

丙酮數(shù)值模擬結(jié)果丙酮數(shù)值模擬結(jié)果丙酮數(shù)值模擬結(jié)果丙酮數(shù)值模擬結(jié)果丙酮數(shù)值模擬結(jié)果二氯甲烷數(shù)值模擬結(jié)果二氯甲烷數(shù)值模擬結(jié)果二氯甲烷數(shù)值模擬結(jié)果二氯甲烷數(shù)值模擬結(jié)果二氯甲烷數(shù)值模擬結(jié)果二氯甲烷數(shù)值模擬結(jié)果甲苯數(shù)值模擬結(jié)果甲苯數(shù)值模擬結(jié)果甲苯數(shù)值模擬結(jié)果甲苯數(shù)值模擬結(jié)果吸附模擬小結(jié)

1.采用的模型可以較好地模擬固定床吸附工藝的全過(guò)程;能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)。用有限差分法對(duì)模型求數(shù)值解,所得結(jié)果能夠清楚地反映固定床吸附工藝出口氣濃度變化情況、固定床層溫度變化情況；2.濃度曲線(xiàn)基本上不受熱傳遞系數(shù)的影響；3.由于相對(duì)來(lái)說(shuō)較大的活性炭熱容，使物質(zhì)傳遞系數(shù)對(duì)濃度曲線(xiàn)以及溫度曲線(xiàn)有顯著影響；吸附模擬小結(jié)4.吸附由微孔擴(kuò)散所控制。吸附質(zhì)有效微孔擴(kuò)散系數(shù)由分子自由擴(kuò)散和微孔中分子knudsen擴(kuò)散所組成；5.本模擬方法可操作性較大,不僅可用于單組分的固定床吸附工藝凈化過(guò)程,也可用于多組分的固定床吸附工藝分離過(guò)程；6.模擬所得有關(guān)固定床吸附工藝的傳質(zhì)系數(shù),對(duì)此過(guò)程的工業(yè)應(yīng)用具有參考價(jià)值。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果能很好地相符。研究?jī)?nèi)容一、固定床吸附平衡及其吸附穿透曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)研究二、固定床吸附平衡及其吸附過(guò)程模擬三、固定床真空脫附實(shí)驗(yàn)研究四、變壓吸附處理?yè)]發(fā)性有機(jī)蒸汽的實(shí)驗(yàn)研究

三、真空脫附實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)裝置示意圖真空脫附實(shí)驗(yàn)研究--不同進(jìn)口濃度對(duì)吸附穿透曲線(xiàn)的影響

真空脫附實(shí)驗(yàn)研究--進(jìn)口濃度對(duì)吸附和脫附穿透曲線(xiàn)的影響

真空脫附實(shí)驗(yàn)研究--溫度對(duì)吸附和脫附穿透曲線(xiàn)的影響

真空脫附實(shí)驗(yàn)研究--壓力對(duì)吸附和脫附穿透曲線(xiàn)的影響(Cin22.61g/m3)

真空脫附實(shí)驗(yàn)研究--壓力對(duì)吸附和脫附穿透曲線(xiàn)的影響(Cin6.14g/m3)

真空脫附實(shí)驗(yàn)研究--真空度對(duì)吸附和脫附過(guò)程溫度變化中放熱與吸熱的影響（吸附床層溫度20℃）真空脫附小結(jié)

穿透曲線(xiàn)受進(jìn)口濃度的影響，在吸附階段，進(jìn)口濃度越大，穿透曲線(xiàn)斜率越大，達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間越短，放出的熱也越多，傳質(zhì)區(qū)總的溫度變化不大。脫附初始出氣濃度越大，脫附吸熱也越多，不過(guò)溫度變化也不大。在常壓，進(jìn)口濃度為0的情況下，吹掃脫附飽和活性炭具有一致的脫附速度變化規(guī)律；脫附階段內(nèi)，隨著脫附的進(jìn)行，脫附速度逐步減慢，脫附曲線(xiàn)斜率逐步減??；真空脫附小結(jié)

吸附穿透曲線(xiàn)斜率僅受進(jìn)口濃度與吸附平衡濃度差的影響，溫度、床層高度、吸附空塔速度只是讓穿透曲線(xiàn)左右平移。而脫附曲線(xiàn)斜率受進(jìn)口濃度、真空度和進(jìn)口濃度與脫附平衡濃度差的影響，溫度、床層高度、吸附空塔速度只是讓曲線(xiàn)左右平移。吸附劑平衡吸附量與吸附壓力有關(guān)，壓力越低，平衡吸附量越少。脫附時(shí)真空度越小，脫附曲線(xiàn)越陡，即脫附速度越大。當(dāng)脫附的出口濃度達(dá)到初始濃度的一半左右時(shí)，脫附速度大大減緩。由于吸附劑內(nèi)的毛細(xì)管現(xiàn)象，約在總壓少于0.6—0.7atm以下，脫附出氣濃度開(kāi)始出現(xiàn)反彈，再維持一段時(shí)間，然后再緩慢下降，特別是在總壓0.1-0.3atm以下，此現(xiàn)象特別明顯。研究?jī)?nèi)容一、固定床吸附平衡及其吸附穿透曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)研究二、固定床吸附平衡及其吸附過(guò)程模擬三、固定床真空脫附實(shí)驗(yàn)研究四、變壓吸附處理?yè)]發(fā)性有機(jī)蒸汽的實(shí)驗(yàn)研究變壓吸附實(shí)驗(yàn)研究變壓吸附處理有機(jī)蒸汽的優(yōu)點(diǎn)①該工藝適合于高濃度有機(jī)廢氣凈化并達(dá)到美國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)。脫附物質(zhì)濃度高，有回用價(jià)值，無(wú)二次污染。②裝置對(duì)進(jìn)口氣量和進(jìn)口濃度的變化適應(yīng)性強(qiáng)。③相對(duì)于其他廢氣凈化工藝，PSA工藝操作費(fèi)用低。④PSA工藝可在低溫下操作，避免了用高溫而產(chǎn)生的單體聚合反應(yīng)。變壓吸附機(jī)理四、變壓吸附實(shí)驗(yàn)研究

變壓吸附實(shí)驗(yàn)裝置A2真空泵吸附泵廢氣吹掃氣流PAdsPDes<Pads凈化氣體高濃度脫附氣變壓吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)示意圖操作參數(shù)VAds.=0,9m3/hVDes.=0,06m3/h吸附壓力=965+/-10mbar脫附壓力.=80+/-5mbar吸附時(shí)間.=300s脫附時(shí)間tDes.=275s變壓時(shí)間=25sT=室溫=20-22Aceton–

C40/4變壓吸附動(dòng)態(tài)圖AdsorptionDesorptionhY1Y5Y4Y2Y3StandardparameterVAds.=0,9m3/hVDes.=0,06m3/h吸附壓力=965+/-10mbar脫附壓力.=80+/-5mbar吸附時(shí)間.=300s脫附時(shí)間tDes.=275s變壓時(shí)間=25sT=室溫=20-22度Aceton–

C40/4變壓吸附動(dòng)態(tài)圖AdsorptionDesorptionhY1Y5Y4Y2Y3已吸附的活性炭的變壓吸附實(shí)驗(yàn)已吸附的活性炭的變壓吸附實(shí)驗(yàn)變壓吸附過(guò)程示意圖00.20.40.60.81050100150h[厘米]Y/YeinAcetonToluolXylolDichlormethanC40/4TM不同物質(zhì)在吸附動(dòng)態(tài)平衡時(shí)出口濃度與進(jìn)口濃度之比TSAdsorptionDesorptionhY1Y5Y4Y2Y3同一物質(zhì)在不同進(jìn)口濃度下的進(jìn)出口濃度之比AdsorptionDesorptionhY1Y5Y4Y2Y3051015202530050100150200250300350400Dauer[h]YAceton[g/m3]吸附飽和的吸附柱在一定濃度下變壓吸附再生純凈的吸附柱在一定濃度下變壓吸附再生吸附柱初始狀態(tài)對(duì)變壓吸附的影響AdsorptionDesorptionhY2變壓吸附中有機(jī)溶劑回收實(shí)驗(yàn)

變壓吸附過(guò)程示意圖變壓吸附過(guò)程中吸附柱溫度變化苯酮---C40/42021222324253:003:153:303:454:004:154:304:455:00TimeT[°C]室溫AdsorptionDesorptionhTIR變壓吸附過(guò)程中吸附柱溫度變化變壓吸附研究小結(jié)應(yīng)用變壓吸附（PSA）方法將揮發(fā)性有機(jī)氣體從廢氣中分離處理是一個(gè)新興的領(lǐng)域，前人和作者自己的實(shí)驗(yàn)證明，變壓吸附非常適合含有機(jī)溶劑氣體的處理和回收。變壓吸附中的脫附過(guò)程是低壓操作，脫附的吸附質(zhì)被極大地濃縮，這就給回收帶來(lái)了很大的方便，只需用簡(jiǎn)單的冷凝就能回收。變壓吸附研究小結(jié)無(wú)論是純凈的還是飽和的活性炭C40/4變壓吸附不同有機(jī)溶劑（二氯甲烷、丙酮、甲苯和二甲苯）時(shí)，經(jīng)過(guò)幾天（5-7天）的運(yùn)行，最終將到達(dá)同樣的一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)吸附量與脫附量相等的變壓吸附“穩(wěn)定狀態(tài)”。對(duì)于一定濃度、吸附壓力、脫附壓力、空塔速度、變壓吸附溫度、吸附劑高度、吸附時(shí)間和脫附時(shí)間的變壓吸附具有相同的變壓吸附穩(wěn)定狀態(tài)。變壓吸附研究小結(jié)達(dá)到吸附穩(wěn)定狀態(tài)后，吸附塔不同位置的濃度分布是一定的在變壓吸附過(guò)程中，短暫的氣流、濃度擾動(dòng)，對(duì)變壓吸附影響不大，因?yàn)樗哂泻軓?qiáng)的抗干擾能力，排氣仍然能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。變壓吸附相對(duì)低沸點(diǎn)有機(jī)蒸汽來(lái)說(shuō)，它更適合高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑。由于吸附脫附時(shí)間都很短，且活性炭又是不良導(dǎo)熱體，造成的局部過(guò)熱，局部