第五章吸附和吸收處理空氣的原理與方法

第五章吸附和吸收處理空氣的原理與方法第五章吸附和吸收處理空氣的原理與方法空氣除濕方法冷卻除濕法固體吸附法(固體床吸附法與轉(zhuǎn)輪法)液體吸收法膜法具體采用哪種方法,要根據(jù)除濕空氣得風(fēng)量、壓力、溫度與空氣得含濕量,結(jié)合具體得應(yīng)用背景進(jìn)行選擇。水表冷器水空氣獨(dú)立降溫獨(dú)立除濕溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)示意圖基于膜得全熱交換器在空調(diào)新風(fēng)處理中應(yīng)用冷卻除濕法原理:利用濕空氣被冷卻到露點(diǎn)溫度以下,將冷凝水脫除得除濕方法,又稱露點(diǎn)法或冷凍法;空氣冷卻器除濕或噴淋室除濕得方法屬于冷卻除濕;缺點(diǎn):僅為降溫,表冷器中冷媒溫度為20℃左右即可;為除濕,冷媒溫度降低到7℃以下,使制冷機(jī)COP降低。無法使用自然冷源再熱、雙重能量浪費(fèi)霉菌固體吸附法原理:利用某些固體吸附劑吸濕硅膠、沸石吸水蒸汽、再生－>吸附、脫附固氣包括固體床吸附法與轉(zhuǎn)輪法;優(yōu)點(diǎn):技術(shù)較為成熟,可靠性高;缺點(diǎn):體積較大,再生過程吸附劑需要頻繁加熱與冷卻,能耗較高,一次性使用吸濕劑又成本過高。液體吸收法原理:利用某些吸濕性溶液吸收空氣中得水分;氯化鋰、溴化鋰吸水蒸汽、再生－>吸收、再生液氣優(yōu)點(diǎn):傳熱表面即使降到0℃以下也不會結(jié)霜;除濕鹽溶液具有殺菌性;缺點(diǎn):若溶液流速選得不合適將產(chǎn)生溶液飛沫,并隨空氣一起進(jìn)入管道,腐蝕金屬。膜法除濕原理:利用親水性除濕膜進(jìn)行除濕,即利用滲透分離。膜科學(xué)技術(shù)就是一門新興得高分離、濃縮、提純、凈化技術(shù)。膜法除濕研究領(lǐng)域主要集中在三個(gè)方面:壓力除濕、膜法全熱回收與膜濕泵。優(yōu)點(diǎn):能耗低。缺點(diǎn):制備工藝復(fù)雜,如果就是液體還要對料液進(jìn)行預(yù)處理,以防堵塞。

大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜5、1吸附材料處理空氣得機(jī)理與方法

1、基本知識與概念幾個(gè)名詞吸附現(xiàn)象:相異二相界面上得一種分子積聚現(xiàn)象。吸附(adsorption):把分子配列程度較低得氣相分子濃縮到分子配列程度較高得固相中。吸附劑(adsorbent):使氣體濃縮得物質(zhì)。吸附質(zhì)(adsorbate):被濃縮得物質(zhì)。例如:硅膠(吸附劑),水蒸汽(吸附質(zhì))吸附種類物理吸附－>分子間范德華力引起,無化學(xué)反應(yīng),就是可逆吸附吸附質(zhì)與吸附劑之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng);對所吸附得氣體選擇性不強(qiáng);吸附過程快,參與吸附得各相之間瞬間達(dá)到平衡;為低放熱反應(yīng),放熱量比相應(yīng)氣體得液化潛熱稍大;吸附力不強(qiáng),在條件改變時(shí)可以脫附。以硅膠與水蒸氣(物理吸附)為例,硅膠+水蒸汽－>硅膠?nH2O+Q(>凝結(jié)熱)化學(xué)吸附－>有化學(xué)反應(yīng)吸附平衡與吸附等值線平衡態(tài)下等值線有:吸附等壓線:q＝f(T),p=const吸附等溫線(經(jīng)常使用):q＝f(p),T＝const一般,吸附量可表示成溫度與壓力得函數(shù):q=f(p,T)吸附劑結(jié)構(gòu):多孔介質(zhì),比表面積按孔隙大小分為三類:微孔、過渡孔、大孔微孔過渡孔大孔有效半徑(埃)5-1515-2000>2000比表面積(m2/g)>40010-4000、5-2特點(diǎn)在微孔得整個(gè)空間存在著吸附力場進(jìn)入微孔得主要通道通向吸附劑顆粒內(nèi)部得粗通道代表物質(zhì)沸石、某些活性炭硅膠、鋁凝膠吸附劑得特性參數(shù):

吸附劑密度:堆積密度ρ、真密度(ρs)、顆粒密度(ρp)堆積密度ρ真密度(ρs)顆粒密度(ρp)ρ<ρp<ρs吸附劑得特性參數(shù)多孔體得外觀體積:孔徑分布:通常使用吸附等溫線得數(shù)據(jù)來計(jì)算孔徑分布;顆粒當(dāng)量直徑、單位體積表面積2、等溫吸附線(AdsortionIsotherms)朗謬爾公式限制條件:吸附分子間無相互作用,且為單層吸附。當(dāng)bp>>1時(shí),即整個(gè)表面被單分子層所覆蓋當(dāng)bp<<1時(shí),即亨利公式弗雷德里克公式

若1/n在0、1－0、5之間,吸附容易進(jìn)行,1/n大于0、5時(shí),則吸附很難進(jìn)行。限制條件:僅用于吸附質(zhì)未達(dá)到飽與狀態(tài)時(shí)。當(dāng)吸附表面出現(xiàn)凝結(jié)與結(jié)晶時(shí),吸附現(xiàn)象則不明顯了。BET公式適用范圍:多分子層吸附,0、05<p/p0<0、35。等溫吸附線(AdsortionIsotherms)微孔吸附與吸附質(zhì)分子大小相當(dāng)?shù)梦⒖?其周壁得吸引力使吸附劑分子填充微孔而產(chǎn)生吸附作用。對于給定得吸附劑與吸附質(zhì),吸附平衡與溫度無關(guān),可用吸附勢表示:

3、常用吸附劑得類型與性能極性吸附劑(親水性):硅膠、多孔活性鋁、沸石等鋁硅酸鹽非極性吸附劑(憎水性):活性碳硅膠、活性氧化鋁及沸石得性能比較

4、吸附傳質(zhì)機(jī)理與數(shù)學(xué)模型傳質(zhì)速度就是決定吸附性能得重要因素之一;傳質(zhì)速度由以下機(jī)理決定:在吸附劑顆粒外流體邊界層內(nèi)得對流傳質(zhì);在吸附劑顆粒內(nèi)部被吸附物質(zhì)得分子擴(kuò)散;在吸附點(diǎn)進(jìn)行得吸附反應(yīng)。吸附時(shí),氣體先通過氣膜到達(dá)顆粒表面,然后才向顆粒內(nèi)擴(kuò)散,脫附時(shí)則逆向進(jìn)行。計(jì)算公式與濃度方程5、空氣靜態(tài)吸附除濕與動態(tài)吸附除濕干燥循環(huán)干燥劑:吸附空氣中水蒸氣得吸附劑。運(yùn)行條件:干燥劑表面得蒸汽壓與環(huán)境空氣得蒸汽壓差造成干燥劑吸濕與放濕。吸濕量對干燥劑蒸汽壓有影響:吸濕量增加,表面蒸汽壓隨之增大。再生過程:干燥劑表面蒸汽壓超過周圍空氣得蒸汽壓時(shí),干燥劑脫濕。干燥過程:吸濕過程、再生過程與冷卻過程靜態(tài)吸附除濕定義:指吸附劑與密閉空間內(nèi)得靜止空氣接觸時(shí),吸附空氣中得水蒸氣得方法。設(shè)計(jì)得任務(wù):選擇合適得吸附劑以使密閉空間內(nèi)得水份量達(dá)到要求得水份量。【例5-1】停用得鍋爐內(nèi)壁放多少吸附劑合適？查干飽與水蒸氣表可得:ρ0=53、7×10-3kg/m3,ρ1=6、80×10-3kg/m3。q0為相對濕度為30%時(shí)硅膠得平均吸濕量,等于0、17kg/kg。又已知:V=10m3,R=8kg。由公式(4-33)得:動態(tài)吸附除濕定義:讓濕空氣流經(jīng)吸附劑得除濕方法。優(yōu)點(diǎn):吸附劑量較少,設(shè)備占地面積也小,花費(fèi)較少得運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)就能進(jìn)行大空氣流量得除濕。一個(gè)完整得干燥循環(huán)由吸附過程、脫附過程或稱再生過程以及冷卻過程構(gòu)成。再生方式:加熱再生方式、減壓再生方式、使用清洗氣體得再生方式、置換脫附再生方式。除濕得方式冷卻除濕就是在除濕得同時(shí)通過冷卻水或空氣將吸附熱帶走,保持近似等溫除濕;絕熱除濕則近似等焓過程,即被除濕得處理氣流含濕量降低得同時(shí),溫度會升高,氣流得焓值基本不變。改善吸濕式空氣處理方式得關(guān)鍵就是變等焓過程為等溫過程,吸收或補(bǔ)充空氣與吸濕介質(zhì)間傳質(zhì)產(chǎn)生得相變潛熱,從而減少這一過程得不可逆損失。(好)(不好)

選擇吸附劑得標(biāo)準(zhǔn)要求空氣壓力損失小,具有適當(dāng)?shù)脧?qiáng)度不致粉末化、具有足夠大得吸附容量;吸附劑粒水分得移動速度快,以便能盡快地達(dá)到平衡狀態(tài)。設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先要增加一些考慮劣化量得吸附劑填充量。6、吸附除濕設(shè)備——轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)abcdeφ=1分類:氯化鋰轉(zhuǎn)輪、硅膠轉(zhuǎn)輪、分子篩轉(zhuǎn)輪abcdefabcde7、吸附除濕型空調(diào)系統(tǒng)簡介1:蒸發(fā)冷凝器;2:熱交換器;3:加熱器;4除濕器abcdefghi除濕型新風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)工作原理與溫濕圖全回風(fēng)除濕型空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖與溫濕圖

1:蒸發(fā)冷凝器;2:熱交換器;3:加熱器;4除濕器Dunkle型除濕空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖與溫濕圖

1:水蒸發(fā)器;2:次級換熱器;3:初級換熱器;4除濕器;5加熱器除濕轉(zhuǎn)輪用于新風(fēng)全熱回收除濕轉(zhuǎn)輪用于新風(fēng)全熱回收空氣蒸發(fā)冷卻器蒸發(fā)冷卻就是利用水蒸發(fā)吸熱,具有冷卻功能這一眾所周知得物理現(xiàn)象。只要空氣不就是飽與得,利用循環(huán)水直接(或通過填料層)噴淋空氣就可獲得降溫得效果。在允許條件下可以利用該空氣作為送風(fēng)以降低室溫,這種處理空氣得方法稱為蒸發(fā)冷卻。蒸發(fā)冷卻空氣處理方法主要只適用于東西北地區(qū)?？諝庹舭l(fā)冷卻器得分類直接蒸發(fā)冷卻器、間接蒸發(fā)冷卻器與復(fù)合蒸發(fā)冷卻器;直接蒸發(fā)冷卻器通過與水得直接接觸來冷卻空氣,或者通過一個(gè)展開得濕表面材料來冷卻。在降低空氣溫度得同時(shí),使空氣得含濕量與相對濕度有所增加,實(shí)現(xiàn)了加濕,等焓過程。適用于低濕度地區(qū),如我國海拉爾——錫林浩特——呼與浩特——西寧——蘭州——甘孜一線以西地區(qū)(如甘肅、新疆、內(nèi)蒙、寧夏等省區(qū))。間接蒸發(fā)冷卻就是利用一股輔助氣流先經(jīng)噴淋水(循環(huán)水)直接蒸發(fā)冷卻,溫度降低后,再通過空氣－空氣換熱器來冷卻待處理空氣(即準(zhǔn)備進(jìn)入室內(nèi)得空氣),并使之降低溫度。所實(shí)現(xiàn)得便不再就是等焓加濕降溫過程,而就是減焓等濕降溫過程,從而得以避免由于加濕,而把過多得濕量帶入室內(nèi)。適用于低濕度地區(qū)與中等濕度地區(qū),要求較低含濕量或比焓得場合,如我國哈爾濱——太原——寶雞——西昌——昆明一線以西地區(qū)。直接蒸發(fā)冷卻器間接蒸發(fā)冷卻器空氣蒸發(fā)冷卻器傳統(tǒng)系統(tǒng)與蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)比較52LeistungsgesteigerterSommerbetrieb

mitadiabatischerKondensatorkühlung

夏季采用絕熱加濕法提升冷量Zuluft送風(fēng)Abluft回風(fēng)Au?enluft新風(fēng)Fortluft排風(fēng)53SonderfunktionHochleistungs-WRGmitadiabatischerKühlung

特種用途高能量熱回收采用絕熱加濕冷卻Au?enluft新風(fēng)Fortluft排風(fēng)Abluft排風(fēng)Zuluft送風(fēng)吸附法處理空氣得優(yōu)點(diǎn)吸附除濕既不需要對空氣進(jìn)行冷卻也不需要對空氣進(jìn)行壓縮。吸附除濕噪聲低且可以得到很低得露點(diǎn)溫度?？朔砝淦鞒凉袢秉c(diǎn)。獨(dú)立除濕:對空氣得降溫與除濕分開獨(dú)立處理,除濕不依賴于降溫方式實(shí)現(xiàn)。固體吸濕材料得弱點(diǎn)運(yùn)行過程都就是動態(tài)得,其間混合損失大,影響效率;除濕過程釋放出得潛熱使除濕劑很難實(shí)現(xiàn)等溫除濕,吸濕能力大打折扣;整個(gè)過程傳熱傳質(zhì)得不可逆損失大,效率不高。相對固體吸附材料,液體流動性好,設(shè)備容易實(shí)現(xiàn),且溶液除濕過程容易被冷卻,從而實(shí)現(xiàn)等溫除濕,不可逆損失可減小。吸附材料在IAQ方面應(yīng)用:

需求情況:衣食住行,衣食(溫飽)問題已基本解決,住(房)、行(車)問題受到關(guān)注提高IAQ得四種辦法:源頭治理通風(fēng)控制優(yōu)化室內(nèi)氣流組織空氣凈化上述四方面,都與傳質(zhì)問題緊密相連。5、2吸收劑處理空氣得機(jī)理與方法一、吸收現(xiàn)象簡介

氣體吸收就是用適當(dāng)?shù)靡后w吸收劑來吸收氣體或氣體混合物中得某種組分得一種操作。氣體被吸收得程度,取決于氣體得分壓力。液體除濕劑對水蒸汽有很強(qiáng)得吸收能力。大量吸收水分后,吸收液得濃度變稀,除濕能力也隨之降低,為連續(xù)吸濕,需將稀溶液加熱濃縮(再生)。水分蒸發(fā),溶液濃縮后,重復(fù)使用。二、液體吸收劑得性能要求要有較強(qiáng)得吸濕能力;除濕劑對空氣中得水分有較大得溶解度;對混合氣體中其她組分基本不吸收;低黏度;高沸點(diǎn),高冷凝熱與稀釋熱,低凝固點(diǎn);吸濕劑性能穩(wěn)定,低揮發(fā)性,低腐蝕性,無毒性。常用吸收型除濕劑常用得液體除濕劑:溴化鋰溶液、氯化鋰溶液、氯化鈣、乙二醇、三甘醇溶液等。三甘醇:最早使用,黏度大,有揮發(fā)性;溴化鋰溶液:吸濕能力大,強(qiáng)腐蝕性;氯化鋰溶液:吸濕能力大,有腐蝕性;氯化鈣溶液:吸濕能力大,價(jià)格低,有腐蝕性。鹵鹽溶液性能比較共性:沸點(diǎn)比水高得多;表面蒸汽壓隨t升高與C降低而增大,除濕能力隨之降低;鹽得溶解度有限,會出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象;對常見金屬具有腐蝕性。不同:在相同t與C下,氯化鋰溶液得表面蒸汽壓最低;溴化鋰溶液溶解度大于氯化鋰;氯化鈣價(jià)格低。三、吸收劑處理空氣得機(jī)理水分由空氣向除濕溶液傳遞得驅(qū)動力就是:被處理空氣得水蒸氣分壓力與除濕溶液表面蒸汽壓壓差。除濕溶液表面蒸汽壓越低,除濕能力越強(qiáng);在相同得冷卻溫度下,為了增強(qiáng)除濕溶液得效果,宜選擇表面蒸汽壓較低得除濕劑。典型得吸收—再生過程包括:吸濕、再生、冷卻過程。典型得吸收—再生過程分析(除濕劑)典型得吸收—再生過程分析1—2:溶液得吸濕過程,水蒸氣從空氣向溶液轉(zhuǎn)移,同時(shí)水蒸氣凝結(jié)潛熱大部分被溶液吸收;2—3—4:溶液得再生過程,所需能量包括:加熱除濕劑使得其表面蒸汽壓高于水蒸氣分壓(2-3)所含水分蒸發(fā)所需得汽化潛熱(3-4)溶質(zhì)析出所需得熱量4—1:溶液得冷卻過程。在2—3加熱過程與4—1冷卻過程之間加換熱器。吸收除濕與其她除濕方式比較:吸收除濕得特點(diǎn)采用液體吸濕劑得除濕過程很容易被冷卻,從而實(shí)現(xiàn)近似等溫除濕,避免常規(guī)冷凝除濕過程中冷熱抵消現(xiàn)象;可以采用低品位熱能作為驅(qū)動能源,如太陽能、廢熱等,其再生熱源溫度低于轉(zhuǎn)輪等固體除濕方式;由于在溶液除濕系統(tǒng)中,能量以化學(xué)能而不就是熱能方式儲存,因而降低了對熱能持續(xù)供應(yīng)得依賴程度,蓄能能力超過冰蓄冷,且蓄能穩(wěn)定。通過溶液噴灑可以除去空氣中得細(xì)菌、霉菌及其她有害物,有利于提高IAQ。溶液過程空氣過程四、影響吸收得主要因素氣液接觸形式:順流熱質(zhì)交換效果最差,逆流最優(yōu),叉流介于兩者之間;除濕器得結(jié)構(gòu):絕熱型與內(nèi)冷型結(jié)合較優(yōu);除濕劑得選擇:在相同得冷卻溫度下,為增強(qiáng)除濕溶液得效果,宜選擇表面蒸汽壓較低得除濕劑;氣液運(yùn)行參數(shù):空氣得流量、