態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)

1第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)(2)氣體吸附吸附劑吸附機(jī)理吸附工藝與設(shè)備計(jì)算2第三節(jié)氣體吸附吸附用多孔固體吸附劑將氣體（或液體）混合物中的組分濃集于固體表面吸附質(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)備簡單缺點(diǎn)：吸附容量小、設(shè)備體積大3吸附機(jī)理4物理吸附：由于分子間范德華力引起的，可以是單層吸附(低壓下多為單分子層吸附)，也可以多層吸附。物理吸附和化學(xué)吸附化學(xué)吸附：是由吸附劑與吸附質(zhì)間的化學(xué)鍵力而引起的，是單層吸附，需要一定的活化能。5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.過程快，瞬間達(dá)到平衡；4.低放熱反應(yīng)，一般為2.09×103-2.09×104J/mol；低溫利于物理吸附;5.吸附可逆；6.對吸附的氣體沒有選擇性,或選擇性弱。1.吸附力－化學(xué)鍵力；2.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過程慢；4.一般為吸熱反應(yīng),吸熱量約為8.37×104-4.19×105J/mol；升高溫度有助于提高速率；5.吸附不可逆；6.對吸附的氣體有很強(qiáng)的選擇性。6物理吸附和化學(xué)吸附同一污染物可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附若溫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7吸附劑吸附劑需具備的特性(條件)內(nèi)表面積大(吸附容量問題)具有選擇性吸附作用(吸附能力隨被吸附組分沸點(diǎn)的升高面加大)高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性(運(yùn)輸、變化、壽命)吸附容量大（表面積、孔隙大小、孔徑、極性、官能團(tuán)）來源廣泛，造價(jià)低廉良好的再生性能8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

/kg?m-3200～600750～1000800800800800熱容/kJ(kg·K)-10.836～1.2540.836～1.0450.920.7940.794——操作溫度上限/K423773673873873873平均孔徑/?15～2518～48224513再生溫度

/K373～413473～523393～423473～573473～573473～573比表面積

/㎡?g-1600～1600210～360600——————工業(yè)上常用的吸附劑：活性炭，活性氧化鋁、硅膠、白士、沸石分子篩9白土，粘土、硅鋁酸鹽酸化處理海泡石2活性氧化鋁由含水的氧化鋁，經(jīng)加熱脫水活化而成硅膠酸化處理硅酸凝膠老化、水洗、干燥脫水活性炭具有吸附性能的碳基物質(zhì)。773K溫度下炭化，再活化沸石分子篩是人工合成的泡沸石，具有許多直徑均勻的微孔和排列整齊的孔穴。通式：Mex/n[(AlO2)x(SiO2)y]·mH2Ox/n為價(jià)數(shù)為n的金屬陽離子數(shù)目常用吸附劑特性10常用吸附劑特性分子篩特性11氣體吸附的影響因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，利于吸附氣流速度降低，利于吸附

吸附劑性質(zhì)比表面積（孔隙率、孔徑、粒度等）12氣體吸附的影響因素典型吸附質(zhì)分子的橫截面積13氣體吸附的影響因素吸附質(zhì)性質(zhì)、濃度臨界直徑－吸附質(zhì)不易滲入的最?。ㄎ絼┛祝┲睆?，吸附劑的有效表面積只存在于吸附質(zhì)分子能進(jìn)入的微孔中吸附質(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，M質(zhì)/M劑靜活性－吸附達(dá)到飽和時(shí)的吸附量動(dòng)活性－未達(dá)到平衡時(shí)的吸附量易被吸附14常見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2.02.42.42.82.82.83.03.153.83.844.04.254.24.24.44.44.754.894.9

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5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97.17.48.415氣體吸附的影響因素吸附器設(shè)計(jì)的影響足夠的過氣斷面氣流分布均勻預(yù)先除去入口氣體中能污染吸附劑的雜質(zhì)良好的溫控條件易于更換吸附劑16氣體吸附的影響因素吸附劑再生

溶劑萃取活性炭吸附SO2，可用水脫附

置換再生選擇合適的氣體（脫附劑），將吸附質(zhì)轉(zhuǎn)換與吹脫出來。脫附劑需要再脫附

降壓或真空解吸

吸附作用，再生溫度

加熱再生17吸附劑再生(a)吸附(b)解吸18吸附平衡當(dāng)吸附速度＝脫附速度時(shí)，吸附平衡，此時(shí)吸附量達(dá)到極限值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19吸附等溫線微孔填充無孔或有中間孔質(zhì)、劑量作用微弱分階段多層吸附滯后回線作用弱20m－單位吸附劑的吸附量P－吸附質(zhì)在氣相中的平衡分壓K,n－經(jīng)驗(yàn)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lgP作圖為直線如果斜率在0.1-0.5之間,表示吸附容易進(jìn)行;若大于2,則吸附難以進(jìn)行21吸附方程式朗格繆爾（Langmuir）方程（I型等溫線）A—飽和吸附量以P/V對Ｐ作圖，應(yīng)得一直線。斜率１／Ｖm,截距1/(BVm)22吸附方程式BET方程(Brunauer、Emmett、Teller)（I、II、III型等溫線，多分子層吸附）23據(jù)此可以求出Ｖm，進(jìn)而求出吸附劑的比表面積24BET等溫吸附方程式P<<P0時(shí)，C>>1，

BET方程可整理為（與langmuir式一致）25吸附速率吸附過程

吸附到達(dá)吸附劑量微孔表面的吸附質(zhì)被吸附

外擴(kuò)散（氣流主體外表面）

內(nèi)擴(kuò)散（外表面內(nèi)表面）26吸附速率外擴(kuò)散速率內(nèi)擴(kuò)散速率dMA—dt時(shí)間內(nèi)單位何種的吸附質(zhì)從氣相擴(kuò)散到固體表面的質(zhì)量，kg/m3;Ky——外擴(kuò)散吸附分系數(shù)，kg/(m2.s);ap—單位體積吸附劑的吸附表面積，m2/m3;YA、YAi—分別為A在氣相中及吸附劑外表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。XAi

、XA—分別為A在固相外表面及內(nèi)表面的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)。Ky、Kx—分別為氣相及吸附相吸附總系數(shù)，kg/(m2.s);YA*、XA*—分別為吸附平衡時(shí)氣相及吸附相中A的濃度，質(zhì)量分?jǐn)?shù)27總吸附速率方程Ky=mKx當(dāng)ky>>kx/m時(shí)，Ky=kx/m，外擴(kuò)散阻力忽略，受內(nèi)擴(kuò)散控制；當(dāng)ky<<kx/m時(shí)，Ky=ky，內(nèi)擴(kuò)散阻力忽略，受外擴(kuò)散控制28吸附工藝固定床吸附劑固定在床層中的吸附過程切換29吸附工藝移動(dòng)床吸附劑與吸附質(zhì)作相向（逆流）運(yùn)動(dòng)的吸附過程或錯(cuò)流30吸附工藝移動(dòng)床31吸附工藝流化床吸附質(zhì)以較大氣流通過吸附劑，并使吸附劑呈流態(tài)化狀態(tài)的吸附過程32流化床吸附工藝33固定床吸附計(jì)算34固定床吸附計(jì)算35固定床吸附計(jì)算36保護(hù)作用時(shí)間：吸附過程中從開始吸附到破點(diǎn)的這段時(shí)間，又稱穿透時(shí)間。在吸附持續(xù)時(shí)間內(nèi)，所吸附的污染物的量，kg：a—靜活度值，%S—吸附層的截面積L—吸附層的厚度

—吸附劑的堆密度V—?dú)怏w的流速

—?dú)饬髦形廴疚锏某鯘舛?7固定床吸附計(jì)算保護(hù)作用時(shí)間τ－L實(shí)際曲線與理論曲線的比較1－理論線2實(shí)際曲線38固定床吸附