吸附工藝在合成樹脂廠的運用課件

1、吸附工藝在化工廠的應用與研究葉李藝 徐偉達摘要: 化工廠生產(chǎn)企業(yè)在原材料裝卸、儲存、樹脂生產(chǎn)、包裝過程中，難免與空氣接觸，揮發(fā)性較大的材料就好散發(fā)到空氣中，導致環(huán)境污染，縮聚廢水在生化處理中難免出現(xiàn)跑冒滴漏，因此吸附工藝在合成樹脂廠的運用就顯得很重要，本文通過合成樹脂生產(chǎn)中幾個環(huán)節(jié)結合活性炭等吸附劑的應用進行研究。關鍵字：吸附 吸附原理 吸附工藝應用 合成樹脂 活性炭吸附 在經(jīng)濟發(fā)展帶動下，近年來化工企業(yè)不斷增加，化工企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中由于企業(yè)排放機制不健全，再加之環(huán)保企業(yè)的監(jiān)管不利等原因，化工企業(yè)的大量工業(yè)廢氣都未經(jīng)處理排人空氣中，嚴重污染了大氣的質(zhì)量，全球氣候變暖與大氣的污染有著直接的關

2、系。大氣質(zhì)量的下降，直接危及人們的健康，同時也給經(jīng)濟帶來了較嚴重的影響。所以加大對有機廢氣的處理力度，提高有機廢氣的處理技術將具有極其重要的意義。在對有機廢氣的處理上已經(jīng)形成了較為科學的控制技術，并取得較好的成效。進入大氣中的有機污染物越來越多，主要是低沸點的揮發(fā)性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)，即在常溫下飽和蒸氣壓大于71 Pa或常壓下沸點低于260 的有機化合物；也有將常壓下沸點低于100 或在25時飽和蒸氣壓大于133 Pa的有機化合物稱為VOC。VOC主要來源于石油化工、制藥、印刷、造紙、涂料裝飾、表面防腐、交通運輸、金屬電鍍和紡織等行業(yè)排放

3、的廢氣，包括各種烴類、鹵代烴類、醇類、酮類、醛類、醚類、酸類和胺類等。這些污染物的排放不僅造成了資源的極大浪費，且嚴重污染了環(huán)境。VOC通過呼吸道和皮膚進入人體后，對人的呼吸、血液、肝臟等系統(tǒng)和器官造成暫時性或永久性損傷，尤其是苯類等多環(huán)芳烴能使人體致癌。廢氣處理指的是針對工業(yè)場所、工廠車間產(chǎn)生的廢氣在對外排放前進行預處理，以達到國家廢氣對外排放的標準的工作。一般廢氣處理包括了有機廢氣處理、粉塵廢氣處理、酸堿廢氣處理、異味廢氣處理和空氣殺菌消毒凈化等方面。廢氣處理有五大要素：一要看是否是工業(yè)場所適用。廢氣處理要區(qū)別民用場所空氣凈化。工業(yè)廢氣處理要能有效去除工廠車間產(chǎn)生的入苯、甲苯、二甲苯，醋酸

4、乙酯，丙酮丁酮，乙醇，丙烯酸，甲醛等有機廢氣，硫化氫，二氧化硫，氨等酸堿廢氣處理。工業(yè)廢氣處理普遍應用于化工廠，電子廠，印刷廠，噴漆車間，涂裝廠，食品廠，橡膠廠，涂料廠，石化行業(yè)等產(chǎn)生粉塵，異味，煙塵等場所。一、吸附應用在生產(chǎn)和科學研究上，常利用吸附和解吸作用來干燥某種氣體或分離，提純物質(zhì)。常見的吸附劑有活性炭，硅膠，活性氧化鋁，硅藻土等。電解質(zhì)溶液中生成的許多沉淀，如氫氧化鋁，氫氧化鐵，氯化銀等也具有吸附能力，它們能吸附電解質(zhì)溶液中的許多離子。吸附作用可以使反應物在吸附劑表面濃集，因而提高化學反應速度。同時由于吸附作用，反應物分子內(nèi)部的化學鍵被減弱，從而降低了反應的活化能，使化學反應速度加快

5、。因此吸附劑在某些化學反應中可作催化劑。吸附操作中，吸附質(zhì)在流體中的平衡濃度通常很小，吸附分離可以進行得十分完全。但由于固體吸附劑在輸送、計量和控制等方面比較困難，所以僅宜于用來分離吸附質(zhì)濃度很低的流體混合物。此外，也可以作為其他傳質(zhì)分離操作的補充，以達到組分十分完全分離的目的。對于組分揮發(fā)度很接近的料液，當精餾難以實現(xiàn)分離時，用吸附分離可能會經(jīng)濟些?；钚蕴课降膶嵸|(zhì)是利用活性炭吸附的特性把低濃度大風量廢氣中的有機溶劑吸附到活性炭中并濃縮，經(jīng)活性炭吸附凈化后的氣體直接排空，其實質(zhì)是一個吸附濃縮的過程。并沒有把有機溶劑處理掉。是一個物理過程。催化燃燒脫附的實質(zhì)是利用催化燃燒的熱空氣加熱活性炭中被

6、吸附的有機溶劑，使之達到溶劑的沸點，使有機溶劑從活性炭中脫附出來，并且把這高濃度的廢氣引入到催化燃燒反應器中。在250的催化起燃溫度下，通過催化劑的作用進行氧化反應轉化為無害的水和二氣化碳排入大氣。是一個化學反應過程。并非明火的燃燒，且能徹底解決脫附時的二次污染。活性炭吸附催化燃燒脫附是把以上兩者的優(yōu)點有效地結合起來。即先利用活性炭進行吸附濃縮，當活性炭吸附達到飽和時，利用電加熱啟動催化燃燒設備，并利用熱空氣局部加熱活性炭吸附床，當催化燃燒反應床加熱到250，活性炭吸附床局部達到60110時，從吸附床解吸出來的高濃度廢氣就可以在催化反應床中進行氧化反應。反應后的高溫氣體經(jīng)換熱器的換熱，換熱后的

7、氣體一部分回用送入活性炭吸附床進行脫附，另一部分排入大氣。脫附出來的廢氣經(jīng)換熱器換熱后溫度迅速提高了。這樣能使催化燃燒裝置及脫附達到小功率或無功率運行。目前，工業(yè)上吸附的主要用途有：氣體和液體的深度干燥；食品、藥品、有機石油產(chǎn)品的脫色、脫臭；有機異構物（如混合二甲苯）的分離；空氣分離以制取富氧空氣；從廢水或廢氣中除去有害的物質(zhì)等。隨著新型高效吸附劑的研究和工藝過程的開發(fā)，吸附操作必將愈來愈廣泛地應用于各工業(yè)生產(chǎn)部門。二、吸附原理當液體或氣體混合物與吸附劑長時間充分接觸后，系統(tǒng)達到平衡，吸附質(zhì)的平衡吸附量（單位質(zhì)量吸附劑在達到吸附平衡時所吸附的吸附質(zhì)量），首先取決于吸附劑的化學組成和物理結構，同

8、時與系統(tǒng)的溫度和壓力以及該組分和其他組分的濃度或分壓有關。對于只含一種吸附質(zhì)的混合物，在一定溫度下吸附質(zhì)的平衡吸附量與其濃度或分壓間的函數(shù)關系的圖線，稱為吸附等溫線。對于壓力不太高的氣體混合物，惰性組分對吸附等溫線基本無影響；而液體混合物的溶劑通常對吸附等溫線有影響。同一體系的吸附等溫線隨溫度而改變。溫度愈高，平衡吸附量愈小。當混合物中含有幾種吸附質(zhì)時，各組分的平衡吸附量不同，被吸附的各組分濃度之比，一般不同于原混合物組成，即分離因子（見傳質(zhì)分離過程）不等于1。吸附劑的選擇性愈好,愈有利于吸附分離。分離只含一種吸附質(zhì)的混合物時，過程最為簡單。當原料中吸附質(zhì)含量很低,而平衡吸附量又相當大時,混合

9、物與吸附劑一次接觸就可使吸附質(zhì)完全被吸附。吸附劑經(jīng)脫附再生后循環(huán)使用，并同時得到吸附質(zhì)產(chǎn)品。但是工業(yè)上經(jīng)常遇到的一些情況，是混合物料中含有幾種吸附質(zhì),或是吸附劑的選擇性不高，平衡吸附量不大,若混合物與吸附劑僅進行一次接觸就不能滿足分離要求，或吸附劑用量太大時，須用多級的或微分接觸的傳質(zhì)設備。吸附法是利用多孔性固體吸附劑處理流體混合物，使其中所含的一種或數(shù)種組分濃縮于固體表面上，以達到分離的目的。目前的常規(guī)吸附工藝大都是變溫吸附工藝，操作時是在常壓下將有機氣體經(jīng)吸附劑吸附濃縮后，采用一定手段(如升溫、減壓)對吸附劑解吸，從而得到高濃度的有機氣體，這些高濃度的有機氣體可通過冷凝或吸收工藝直接進行回

10、收或經(jīng)催化燃燒工藝完全分解。目前常用的吸附劑有顆?；钚蕴俊⒒钚蕴坷w維、沸石分子篩和活性氧化鋁等。由于吸附劑往往具有高的吸附選擇性，因而分離效果較好，能脫除痕量物質(zhì)；但吸附容量一般不高(約400 mgg以下)。吸附劑浸漬法是提高吸附劑吸附能力(容量)和選擇性的一種有效方法。研究發(fā)現(xiàn)，浸漬活性炭對VOC的去除效果較好，且經(jīng)過簡單加熱再生即可循環(huán)使用。吸附法適用于低濃度混合物的高效分離與回收(如含碳氫化合物廢氣的處理)。吸附法目前已廣泛應用于有機化工、石油化工和環(huán)境工程等領域，成為一種必不可少的化工工藝單元操作。吸附法有以下優(yōu)點：基于吸附劑的高選擇性，能處理其他工藝難以分離的混合物，從而有效去除(回

11、收)濃度很低的有害物質(zhì)，無二次污染，凈化效率高，操作方便，且能實現(xiàn)自動控制|。吸附法的不足之處是由于吸附容量受限，不適于處理高濃度有機氣體。利用吸附法與其他凈化方法的集成技術治理眾多行業(yè)的有機廢氣，在國內(nèi)得到了推廣應用。隨著吸附技術和工藝的快速發(fā)展和新型吸附劑的開發(fā)，吸附過程已成為一種重要的化工工藝單元過程，尤其在有機氣體分離、凈化和存儲等方面得到越來越廣泛的應用。3、 活性炭在廢氣治理中的應用 31活性炭治理含S02廢氣，工業(yè)尾氣中的SO：是造成嚴重的酸雨污染的主要根源?；钚蕴靠芍苯釉趶U氣排放條件下進行脫硫操作，并且吸附速度快、吸附容量大，無二次污染，還可以回收硫資源。采用活性炭脫除廢氣中的

12、SO：是20世紀70年代以后發(fā)展起來的一項脫硫技術。它的脫硫機理為：S02經(jīng)過大、中孔最終吸附于活性炭的微孔中，當反應氣氛中有氧氣、水存在時，活性炭的催化性能較強，被吸附的S02可被進一步催化化為SO。，最終溶于水形成H2S04。當活性炭吸附飽和后，通常需要再生，脫出吸附的SO2和H2S04，以恢復其活性。脫硫產(chǎn)物則以濃硫酸、硫磺等多種形式回收利用。 在無水蒸氣存在下，氧化反應動力學研究，發(fā)現(xiàn)S02在活性炭表面發(fā)生化學吸附，解離成為原子氧，這一機理被以后的研究者所采納，并認為在水蒸氣存在下這一機理仍然適用，反應速率將與水蒸氣濃度無關。對排氣中S02氣體的吸附狀態(tài)進行了研究，發(fā)現(xiàn)水蒸氣存在下SO

13、2以物理吸附所占比例甚少，S02氧化生成S03，與水結合生成硫酸蓄積在活性炭中，每1009活性炭S0。吸附量可達10309，是無水蒸汽存在時的幾十倍。德國Lurgi、日本日立以及中國科學院大連化學物理研究所在水洗再生的活性炭吸附煙氣脫硫的方法應用上均已有了相當成熟的工藝?；钚蕴坷w維(ACF)是繼粉末活性炭和顆?；钚蕴恐蟮牡谌钚蕴坎牧?，其微孔結構獨特，孔徑均勻，吸附能力更強。已有許多學者對ACF煙氣脫硫的改性方法及應用進行了研究。采用浸漬法制備的負載鎂、鈷、鎳、錳等系列金屬的粘膠基活性炭纖維，發(fā)現(xiàn)其脫硫性能良好，并對影響脫硫性能的因素進行了研究；研究了采用不同濃度的硝酸溶液在不同的浸漬時間

14、和真空處理溫度下浸漬的聚丙烯腈基活性炭纖維對SO2的吸附，采用不同方法分析了影響聚丙烯腈基活性炭纖維吸附SO2的因素。32活性炭脫除煙氣中的氮氧化物活性炭對低濃度NOx有很高的吸附能力，其吸附量超過分子篩和硅膠。吸附過程中NOx與活性炭(AC)充分接觸。33活性炭治理有機化合物廢氣活性炭除具有非極性外，通過預處理，使活性炭界面具有一定的官能團而呈極性，可吸附有機物，其吸附容量大。特別是在有水蒸氣存在的情況下，活性炭對有機物組分的吸附表現(xiàn)出了突出的選擇性?；钚蕴坷w維的出現(xiàn)，更顯示了活性炭用于吸附凈化有機廢氣的優(yōu)越性。用活性炭吸附法凈化含有機廢氣時，其流程通常包括如下幾部分。331預處理，可用過濾

15、裝置預先除去進氣中的固體顆粒物及液滴，這對較高溫度廢氣還有降低進氣溫度的作用。對高濃度有機廢氣，預處理增加冷凝工序，可預先除去沸點高的組分。常采用水幕、噴淋、沖擊式水浴或文丘里等洗滌裝置進行冷凝預處理。332吸附，通常采用2-3個固定床吸附器并聯(lián)輪換操作。一般在常溫下進行吸附操作，空塔氣速為02o6ms。333吸附劑解吸再生，最常用的是水蒸氣脫附法使活性炭再生。水蒸氣溫度110-180，水蒸氣解吸后吸附床層需用熱凈化氣或熱空氣干燥再生。在吸附高沸點有機廢氣時，水蒸氣不能解吸高沸點有機廢氣，須用高溫熱空氣或熱煙氣再生。334溶劑回收，解吸后不溶于水的溶劑可與水分層，易于回收f水溶性溶劑由于水不能

16、自然分層，需用蒸餾法回收。對處理量小的水溶性溶劑，設蒸餾工序不合理，可與水一起摻入煤炭中送鍋爐燒掉。研制了蜂窩狀活性炭，應用于大風量有機廢氣的治理設備中。通過蜂窩狀活性炭的吸附濃縮作用，將大風量、低濃度的有機廢氣轉換為小風、高濃度的有機廢氣，將其在催化燃燒床上轉變成無害的C02和H2O，并能保持穩(wěn)定的自持燃燒狀態(tài)。此套設備目前在國內(nèi)獲得了廣泛應用。擔載鈀鹽的活性炭，利用活性炭和載持物之間會形成絡合物，這種絡合物催化劑使催化活性大大增加，即使沒有銅鹽催化劑的存在，烯烴的氧化反應也能催化進行，而且速度快，選擇性高。【結語】隨著科學技術的快速發(fā)展，近年來對有機廢氣的處理技術也得到了進一步的提高，但因

17、工業(yè)發(fā)展速度較快，所以為了有效的處理好工業(yè)廢氣，減少對環(huán)境的污染，業(yè)內(nèi)人士應在傳統(tǒng)的處理技術上加以改進，從而提高其處理效率，同時加大對新技術的研究力度，使其盡快的在工業(yè)上得以迅速推廣。此外，目前進行的活性炭新用途的研究，將不斷開發(fā)出新的應用領域。如改性活性炭纖維、蜂窩狀活性炭、碳納米管等，不僅更符合實際需要，且具有更好的經(jīng)濟價值。蜂窩狀活性炭基催化劑的制備及其應用正在成為新的研究熱點。工業(yè)廢氣一般成分較為復雜，單純的一種處理方法很難達到凈化的效果，所以在實際處理中，需要多種工藝相互配合使用，從而達到對有機廢氣處理的目的，從而保護我們所生存的環(huán)境，降低對健康的危害?！緟⒖嘉墨I】1、蔣卉揮發(fā)性有機物的控制技