大氣污染控制工程7-2吸附法

第三節(jié)氣體(qìtǐ)吸附

共六十五頁(yè)吸附法在氣體凈化中的應(yīng)用：室內(nèi)空氣凈化工業(yè)廢氣(fèiqì)凈化共六十五頁(yè)概述(ɡàishù)：1、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(jiǎn)單(jiǎndān)缺點(diǎn)：吸附容量小、設(shè)備體積大共六十五頁(yè)2、吸附(xīfù)的種類：根據(jù)吸附劑表面與吸附質(zhì)之間的作用力不同，吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附。（1）、物理吸附：分子(fēnzǐ)之間的引力（范德華力）。特征：不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；沒有選擇性可以是多分子層吸附或單分子層吸附過程極快，瞬時(shí)達(dá)到平衡；放熱反應(yīng)；可逆性：脫附共六十五頁(yè)（2）、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，又叫做活化吸附。主要特征是：選擇性；吸附速率較慢；升高(shēnɡɡāo)溫度吸附速率和脫附速率都顯著增加單分子層吸附不易解吸共六十五頁(yè)物理吸附和化學(xué)(huàxué)吸附的比較物理吸附化學(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.放熱量低20KJ/mol左右5.吸附可逆(可再生性)；6.無(wú)選擇性7.單分子層,也可為多分子層吸附1.吸附力－化學(xué)鍵力；2.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過程慢；4.放熱量高80~400KJ/mol

5.吸附不可逆；6.有選擇性7.單分子層,不易解吸共六十五頁(yè)一、吸附劑1、工業(yè)用吸附劑應(yīng)具備的特性(tèxìng)：內(nèi)表面積大具有選擇性吸附作用高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性吸附容量大來(lái)源廣泛，造價(jià)低廉良好的再生性能共六十五頁(yè)2、常用吸附劑：活性炭：由各種含炭物質(zhì)在較低溫度下炭化，再經(jīng)高溫下活化而成。粒碳(氣體吸附)和粉碳(液體脫色)用于:凈化有機(jī)溶劑蒸氣、惡臭物質(zhì)及脫除(tuōchú)二氧化硫、NOX共六十五頁(yè)共六十五頁(yè)優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定，抗腐蝕性缺點(diǎn)(quēdiǎn)：可燃新型：活性炭纖維共六十五頁(yè)2、常用(chánɡyònɡ)吸附劑：活性氧化鋁通過加熱含水氧化鋁制成。主要用途：氣體干燥、石油氣脫硫、含氟廢氣凈化共六十五頁(yè)共六十五頁(yè)2、常用吸附劑：硅膠多孔性二氧化硅水合物主要用途：氣體干燥和烴類物質(zhì)(wùzhì)的回收等。共六十五頁(yè)2、常用(chánɡyònɡ)吸附劑：沸石分子篩微孔型硅酸鹽。優(yōu)點(diǎn)：（1）具有高選擇性（2）具有較強(qiáng)吸附能力共六十五頁(yè)共六十五頁(yè)其他吸附劑：漂白(piǎobái)土和活性白土焦炭粒和白云石粉蚯蚓糞吸附樹脂共六十五頁(yè)共六十五頁(yè)3、氣體吸附(xīfù)的影響因素吸附劑性質(zhì)比表面積有效表面積吸附質(zhì)性質(zhì)與濃度吸附質(zhì)的分子直徑吸附質(zhì)的分子量、沸點(diǎn)、飽和性操作條件(tiáojiàn)溫度操作壓力氣流的速度共六十五頁(yè)吸附器的性能：對(duì)吸附器設(shè)計(jì)的基本要求流通(liútōng)面積停留時(shí)間氣流分布均勻控制操作溫度易于更換吸附劑共六十五頁(yè)吸附劑的活性：

單位(dānwèi)吸附劑所能吸附的吸附質(zhì)的量。單位(dānwèi)：kg/kg，m3/m3

靜活性動(dòng)活性一般動(dòng)活性<靜活性（理想狀態(tài)）共六十五頁(yè)4、吸附劑的脫附與劣化現(xiàn)象(xiànxiàng)：（1）、滯后(zhìhòu)現(xiàn)象：部分吸附質(zhì)未能全部被解吸，而存在著殘留吸附量。后果：降低吸附劑循環(huán)使用的壽命。共六十五頁(yè)（2）、吸附劑脫附再生(zàishēng)的方法：

升溫再生降壓再生置換再生溶劑萃取

共六十五頁(yè)（3）、吸附劑的劣化現(xiàn)象：吸附劑的吸附容量逐漸下降的現(xiàn)象。后果：縮短吸附劑的使用壽命；原因(yuányīn)：滯后現(xiàn)象表示方法：劣化率或劣化度。

共六十五頁(yè)5、吸附(xīfù)法的適用范圍：

常用(chánɡyònɡ)于低濃度、毒性大、氣量小的有害氣體；有機(jī)溶劑蒸氣

共六十五頁(yè)二、吸附(xīfù)機(jī)理1、吸附平衡：吸附(xīfù)質(zhì)在氣態(tài)混合物中的濃度和吸附(xīfù)劑中的濃度不變，即達(dá)到了吸附(xīfù)平衡。平衡濃度：平衡時(shí)，吸附質(zhì)在氣相中的濃度（或分壓）吸附容量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量平衡吸附量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的極限吸附量共六十五頁(yè)在平衡時(shí)，吸附容量(róngliàng)與平衡濃度有一定的函數(shù)關(guān)系：

X=f（Y）其中：

X：被吸附組分在固相中的濃度，

Y：平衡時(shí)被吸附組分在氣相中的濃度共六十五頁(yè)吸附等溫線：

在一定的溫度下，達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附量隨平衡分壓而變化的曲線(qūxiàn)，稱為吸附等溫線。

共六十五頁(yè)吸附等溫線：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出。表示(biǎoshì)：吸附量隨壓力變化的情況。

NH3在活性炭上的吸附等溫線共六十五頁(yè)單一氣體(或蒸氣)在固體上的吸附已觀測(cè)(guāncè)到六種形式的等溫線:共六十五頁(yè)

（1）、弗羅德里希（Freundlich）方程(fāngchéng)

－單位質(zhì)量吸附劑吸收的吸附質(zhì)的質(zhì)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(quèdìng)適用范圍：I型等溫線中壓部分。共六十五頁(yè)（2）朗格(lǎnɡɡé)繆爾（Langmuir）方程（I型等溫線）假設(shè)：?jiǎn)畏肿訉游剑次劫|(zhì)間無(wú)相互作用力;吸附劑表面的吸附能力是均勻的;V－吸附平衡時(shí)被吸附氣體在標(biāo)態(tài)下的體積P－吸附質(zhì)在氣相中的平衡分壓Vm－吸附劑被覆蓋滿一層時(shí)被吸附氣體在標(biāo)態(tài)下的體積B－吸附與解析速率常數(shù)之比共六十五頁(yè)（3）、BET方程(fāngchéng)(多分子層吸附理論):假設(shè)（1）吸附劑表面(biǎomiàn)的吸附能力均勻（2）可為單分子層或者多分子層吸附，層間分子力為范德華力（4）總吸附量為各層吸附量之和。共六十五頁(yè)V－吸附平衡時(shí)被吸附氣體在標(biāo)態(tài)下的體積P－吸附質(zhì)在氣相中的平衡分壓P0－吸附溫度下吸附質(zhì)的飽和蒸汽壓Vm－吸附劑被覆蓋滿一層時(shí)吸附氣體在標(biāo)態(tài)下的體積C－與吸附熱有關(guān)的常數(shù)共六十五頁(yè)2、吸附(xīfù)速率：?jiǎn)挝恢亓康奈絼┰趩挝粫r(shí)間(shíjiān)內(nèi)所吸附吸附質(zhì)的量.吸附過程:

外擴(kuò)散（氣流主體外表面）

內(nèi)擴(kuò)散（外表面內(nèi)表面）吸附共六十五頁(yè)外擴(kuò)散速率(sùlǜ)內(nèi)擴(kuò)散速率總吸附速率方程共六十五頁(yè)三、吸附工藝與設(shè)備(shèbèi)計(jì)算：1、設(shè)備分類(fēnlèi)：根據(jù)吸附劑在吸附器內(nèi)的工作狀態(tài)：固定床流化床輸送床

共六十五頁(yè)1、設(shè)備(shèbèi)分類：

固定床：

共六十五頁(yè)共六十五頁(yè)臥式固定床：共六十五頁(yè)環(huán)式固定床：共六十五頁(yè)特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉；（2）適用(shìyòng)于小型、分散、間歇性的污染源治理；（3）吸附和解吸交替進(jìn)行、間歇操作。共六十五頁(yè)1、設(shè)備(shèbèi)分類：

輸送床（移動(dòng)床）：

共六十五頁(yè)（1）氣固以恒定速度通過(tōngguò)；（2）氣量大，循環(huán)使用吸附劑（3）吸附和解吸連續(xù)完成；（4）動(dòng)力和熱量消耗較大，吸附劑磨損較嚴(yán)重。共六十五頁(yè)流化床：共六十五頁(yè)氣固接觸充分；生產(chǎn)能力大；但磨損嚴(yán)重(yánzhòng)，排氣中有吸附劑粉末。共六十五頁(yè)2.固定床吸附器計(jì)算方法（1）計(jì)算(jìsuàn)目的：穿透時(shí)間吸附器的高壓降共六十五頁(yè)穿透時(shí)間(shíjiān)：從吸附操作開始至排氣中污染物濃度超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間。共六十五頁(yè)（2）計(jì)算原始數(shù)據(jù)：混和氣體組成流量分離要求(yāoqiú)吸附劑性質(zhì)共六十五頁(yè)（3）基本概念吸附負(fù)荷曲線吸附區(qū)長(zhǎng)度(chángdù)穿透時(shí)間（保護(hù)作用時(shí)間）穿透曲線共六十五頁(yè)吸附負(fù)荷曲線：吸附器中每一斷面（沿氣流方向）上吸附的污染物的量不同(bùtónɡ)，污染物的濃度隨吸附床長(zhǎng)度的變化曲線稱為吸附負(fù)荷曲線。共六十五頁(yè)吸附區(qū)長(zhǎng)度：吸附床的入口(rùkǒu)斷面被污染物飽和時(shí)，有污染物存在的吸附床的長(zhǎng)度。共六十五頁(yè)穿透曲線：吸附器排氣中污染物的濃度(nóngdù)隨處理氣量的變化曲線。共六十五頁(yè)計(jì)算(jìsuàn)目的：穿透時(shí)間吸附器的高壓降共六十五頁(yè)（4）保護(hù)作用時(shí)間的確定(quèdìng)假定：1、到達(dá)穿透點(diǎn)時(shí)已平衡

2、p很大，a=Vm3、吸附速率無(wú)窮大共六十五頁(yè)保護(hù)(bǎohù)作用時(shí)間

（假定吸附層完全飽和）

（假定吸附層完全飽和）

a共六十五頁(yè)共六十五頁(yè)a－靜活度，％S－吸附層截面積,m2L－吸附層厚度,m

－吸附劑堆積密度，kg/m3v－氣體流速，m/s

－污染物濃度，kg/m3

－保護(hù)作用時(shí)間損失；h－死區(qū)長(zhǎng)度

希洛夫方程a共六十五頁(yè)（5）吸附區(qū)長(zhǎng)度(chángdù)假定：1、等溫吸附

2、僅限于低濃度污染物吸附

3、吸附等溫線為第三中類型

4、吸附區(qū)在床內(nèi)移動(dòng)時(shí)，長(zhǎng)度不變共六十五頁(yè)單一(dānyī)氣體(或蒸氣)在固體上的吸附已觀測(cè)到六種形式的等溫線:共六十五頁(yè)共六十五頁(yè)

吸附(xīfù)區(qū)長(zhǎng)度L0－吸附區(qū)長(zhǎng)度WA－穿透至耗竭(hàojié)的惰性氣體通過量WE－耗竭時(shí)的通過量1-f－吸附區(qū)內(nèi)的飽和度共六十五頁(yè)(6)吸附(xīfù)床的飽和度吸附污染物的量＝飽和區(qū)吸附污染物的量+未飽和區(qū)吸附污染物的量設(shè)吸附床橫斷(hénɡduàn)面積為A，長(zhǎng)度為L(zhǎng)則：飽和區(qū)吸附污染物的量＝

未飽和區(qū)吸附污染物的量＝在平衡時(shí)能吸附污染物的總量＝共六十五頁(yè)共六十五頁(yè)（7）吸附器的壓力(yālì)損失圖解