氣態(tài)污染物處理技術-吸附法（工業(yè)廢氣處理技術）

吸附法凈化氣體污染物《大氣污染控制技術》王懷宇主編，中國勞動社會保障出版社，2009年9月第1版參考教材參考教材9.3吸附理論9.4吸附操作方式與設計內容簡介內容提要內容簡介9.2吸附過程與吸附劑9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用9.1概述本章學習目標了解吸附的類型和適用條件熟悉吸附法的理論和影響吸附的因素掌握利用固定吸附床凈化煙氣的方法內容簡介內容簡介9.1概述吸附凈化的概念：多孔性固體物質具有選擇性吸附廢氣中的一種或多種有害組分的特點。吸附凈化是利用多孔性固體物質的這一特點，實現(xiàn)凈化廢氣的一種方法。吸附凈化法的特點：適用范圍：常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過大；對有機溶劑蒸汽具有較高的凈化效率；當處理的氣體量較小時，用吸附法靈活方便。9.1概述優(yōu)點：凈化效率高，可回收有用組分，設備簡單，易實現(xiàn)自動化控制。缺點：吸附容量小，設備體積大；吸附劑容量往往有限，需頻繁再生，間歇吸附過程的再生操作麻煩且設備利用率低。應用：廣泛應用于有機化工、石油化工等部門。環(huán)境治理方面：廢氣治理中，脫除水分、有機蒸汽、惡臭、HF、SO2、NOX等。成功的例子：用變壓吸附法來處理合成氨放氣，可回收純度很高（>98%）的氫氣，實現(xiàn)廢物資源化。9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用9.5.1吸附法凈化煙氣中的SO2

常用的吸附劑：活性炭分子篩硅膠活性炭吸附脫硫的特點：

最早出現(xiàn)于19世紀下半葉，20世紀70年代后期，日本、德國、美國得到工業(yè)應用。其代表法有：月立法、住友法、魯奇法、BF法及Reinluft法等。發(fā)展趨勢：由電廠到石油化工、硫酸及肥料工業(yè)等領域。能否應用該方法的關鍵：解決副產物稀硫酸的應用市場提高活性炭的吸附性能9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用活性炭脫硫的主要特點：過程比較簡單，再生過程中副反應很少；吸附容量有限，常需在低氣速（0.3-1.m/s）下進行，因而吸附器體積較大；活性炭易被廢氣中O2氧化而導致?lián)p耗；長期使用后，活性會產生磨損，并因微孔堵塞喪失活性?；钚蕴棵摿蚬に嚵鞒坛Ｒ姷墓に嚵鞒逃泄潭ù?、移動床。圖10-13活性炭固定床吸附SO2

1、文丘里洗滌器；2、吸附塔；3、液體槽；

4、硫酸濃縮器；5、冷卻器；6、過濾器9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用圖10-14移動床吸附SO2

1、吸附塔；2、空氣處理槽；3、脫附塔；

4、換熱器；5、7、風機；6、煙囪；8、鍋爐9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用原理：脫硫步驟SO2、O2通過擴散傳質從排煙中到達炭表面，穿過界面后繼續(xù)向微孔通道內擴散，直至為內表面活性催化點吸附被吸附的SO2進一步催化氧化成SO3，再經過水合稀釋形成一定濃度的硫酸儲存于炭孔中。

其機理如下：

9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用再生：采用洗滌再生法，通過洗滌活性炭床層，使炭孔內的酸液不斷排出炭層，從而恢復炭的催化活性影響因素脫硫催化劑的物化特性煙氣空床速度與SO2濃度床層溫度與煙氣濕度煙氣中氧含量煙氣中氧含量對反應有直接影響。氧含量<3%時，反應效率下降；氧含量>5%時，反應效率明顯提高；一般煙氣中氧含量為5%-10%，能夠滿足脫硫反應要求。9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用空速對脫硫效率的影響

1-總反應時間；2-平均轉化率129.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用12SO2濃度對脫硫效率的影響

1-總反應時間；2-平均轉化率9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用12床層溫度和煙氣含濕量對脫硫效率的影響

1-煙氣含濕量；2-床層溫度9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用9.5.2吸附法凈化有機蒸汽常用的吸附劑：活性炭固定床吸附凈化流程從空氣中回收有機溶劑蒸汽的工業(yè)吸附裝置圖

1、過濾器、2、礫石阻火器；3、附有安全膜片的補償安全器；

4、風機；6、加熱器；7、凝液罐；8、吸附器；9、冷凝器；

10、液體壓力計；11、彈簧壓力計；12、水銀溫度計9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用式中：G-----有機溶劑蒸發(fā)量，g/h；

u------車間內風速，m/s；

Pv----有機溶劑在室溫時飽和蒸汽壓，Pa；

F------有機溶劑敞露面積，m2；

M-----有機溶劑分子量。不同溫度下有機溶劑的飽和蒸汽壓Pv可按下式計算：式中：T-----------有機溶劑的溫度，T；

A、B------常數(shù)。常用有機溶劑的A、B值相對揮發(fā)度近似計算法相對揮發(fā)度：為乙醚的蒸發(fā)量與某溶劑在相同條件下蒸發(fā)量的比值，即已知某條件下，A物質的散發(fā)量為GA，那么相同條件下，B物質的散發(fā)量為：E.G.在21℃和138KPa（絕壓）下，283.2m3/min（289K，101.3KPa）的脫酯劑排氣流中含有三氯乙烯0.2%（以體積計），用活性炭吸附塔回收99.5%（以質量計）的三氯乙烯。活性炭堆積密度ρs=577Kg/m3，靜活性XT=28Kg三氯乙烯/100Kg活性炭，吸附塔的操作周期為：吸附4h，加熱和脫附2h，冷卻1h，1h備用。試計算活性炭的用量和吸附塔尺寸。9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用解：操作條件下混合氣體的體積流量：

三氯乙烯的體積流量：

三氯乙烯的質量流量：

經4h吸附的三氯乙烯量：

所需活性炭量：若采用氣速為0.5m/s的立式塔，流體通過的截面積為：

塔徑：

塔高：9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用9.5.3吸附法凈化含氟廢氣9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用含氟廢氣的凈化方法：干法濕法典型的技術:氧化鋁吸附凈化鋁廠含氟煙氣目前，國外采用的吸附凈化流程有美國的A-398法加拿大的阿爾肯（A）法法國的比施涅法（P）法方法的特點凈化效率高，可達99%以上；吸收劑是鋁電解的原料氧化鋁，不需專門制備和處理吸附劑；無二次污染和設備腐蝕問題；屬干法凈化，基建費用和運行費用均較低，適用于各種氣候條件。9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用原理氧化鋁：顆粒細、微孔多、比表面積大，又具有兩性化合物的特性，一種特殊的吸附劑；氟化氫：酸性氣體，沸點高，電負性大，極易被氧化鋁吸附。吸附特點：主要為化學吸附，同時伴隨物理吸附降低溫度和提高HF濃度均有利于吸附過程的進行吸附裝置和凈化工藝輸送床吸附法（亦稱：管道吸附法）凈化工藝流程（如下圖所示）

9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用輸送床凈化工藝流程

1-電解槽；2-集氣罩；3-反應管；4-排煙管；5-料倉；

6-加料管；7-布袋除塵器；8-定量給料裝置；9-煙囪；10-風機9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用影響吸附效率的因素主要有：固氣比，一般取77.5g/m3；管內氣體流速，要求：垂直管>10m/s，水平管>13m/s，一般以15～18m/s為宜；吸附時間和輸送床長度，氣固接觸時間一般>1s，輸送床管道長度不宜太短，必須10m以上；輸送床流速。工藝特點：流程簡單運行可靠便于管理投資不高易于投產9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用②沸騰床吸附法工藝特點：流程緊湊凈化效率高（約98%）氧化鋁的床厚以4cm為好氣流速度為0.3m/s左右常用吸附劑分子篩硅膠活性炭含氨泥煤9.5.4吸附法凈化含氟廢氣9.5吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用本章小結:需理解和掌握如下幾方面內容:1、影響氣體吸附的因素；2、吸附理論中：①常用的三個等溫吸附方程式，尤其朗式方程的應用及求解；利用BET方程測定和計算固體吸附劑的比表面積②吸附速率計算式隨吸附方程控制步驟的不同而不同；3、要求會進行固定床吸附器的設計計算，特別要掌握吸附區(qū)高度。常用的兩種計算方法為穿透曲線法和希洛夫方程法；4、吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用中掌握：①吸附凈化煙氣中SO2的原理及影響因素；②吸附法凈化有機蒸氣。常用的吸附劑活性炭；有機溶劑具有易揮發(fā)的特點，在進行吸附計算時，應考慮有機溶劑的蒸發(fā)量③吸附法凈化含氟廢氣所采用的特殊吸附劑氧化鋁及其特點。作業(yè)《大氣污染控制技術》第九章（P254-255）選擇題1-3

簡答題1、2制作時間：2020.03感謝觀看9.3吸附理論9.3.1吸附平衡概念：吸附過程是一種可逆過程，在吸附質被吸附的同時，部分已被吸附的物質由于分子的熱運動而脫離固體表面回到氣相中去。當吸附速度與脫附速度相等時，就達到了吸附平衡吸附量：指在一定條件下單位質量吸附劑上所吸附的吸附質的量，用kg吸附質/kg吸附劑來表示，也可以用質量百分數(shù)表示。它是衡量吸附劑吸附能力的重要物理量，因此在工業(yè)上被稱為吸附劑的活性

平衡吸附量：當溫度、壓強一定時，吸附劑與流體長時間接觸，吸附量不再增加，吸附相（吸附劑和已吸附的吸附質）與流體達到平衡，此時的吸附量為平衡吸附量。平衡濃度：達到吸附平衡時吸附質在氣相中的濃度稱為平衡濃度。平衡吸附量則是指吸附質在吸附劑中的濃度。9.3吸附理論靜活性(靜態(tài)吸附量)：在一定溫度下，與氣相中吸附質的初始濃度達平衡的最大吸附量。動活性：氣體通過吸附層時，隨著床層吸附劑的逐漸接近飽和，吸附質最終不能全部被吸附，當流出氣體中出現(xiàn)吸附質時，即認為此時吸附劑已失效，這樣計算出來的單位吸附劑所吸附的吸附質的量稱為動活性。動活性永遠小于靜活性。在多數(shù)情況下不允許吸附質逸出吸附床層，因此在計算吸附劑用量時，要按動活性來計算。9.3.2吸附等溫線9.3吸附理論經驗公式：吸附作用是固體表面力作用的結果，但這種表面力的性質至今未被充分了解。為了說明吸附作用，許多學者提出了多種假設或理論，但只能解釋有限的吸附現(xiàn)象，可靠的吸附等溫線只能依靠實驗測定。至今，尚未得到一個通用的半經驗方程。常用的經驗方程包括Langmuir方程、BET方程(Brunauer、Emmett、Teller)、Freundlich方程等9.3.2.1郎格繆爾（Langmuir）吸附等溫式9.3吸附理論NH3在活性炭上的吸附等溫線四個基本假設：吸附是單分子層的；固體表面是均勻的，固體表面上各個晶體位置的吸附能力是相同的，每個位置上只能吸附一個分子；被吸附在固體表面上的分子相互之間沒有作用力；吸附平衡是動態(tài)平衡。9.3吸附理論假設θA為任一瞬間固體表面被分子覆蓋的表面，稱為覆蓋率；未被覆蓋部分的分率為（1-θA）。在一定條件下，吸附速率ra與固體表面未覆蓋部分的分率（1-θA）和吸附質的分壓PA成正比，以ka和kd分別代表吸附與解吸的速率常數(shù)。吸附速率方程為：解吸速率為：9.3吸附理論達到吸附平衡時，兩個速率應相等，ra=rd

朗格繆爾吸附等溫方程式：它是溫度的函數(shù)，表征了固體表面對氣體組分A吸附能力的強弱程度，因而它是一個吸附的特征值。組分A的平衡吸附常數(shù)9.3.2.2Freundlich吸附等溫式9.3吸附理論q——單位吸附劑在吸附平衡時的飽和吸附量，kg/kg或m3/kg；x——被吸附組分的量，m3或kg；m——吸附劑的量，kg；p——被吸附組分的濃度或分壓；a,n——經驗常數(shù)，由實驗確定。常用于低濃度氣體的吸附9.3吸附理論四個基本假設：第一層是吸附質分子和吸附劑表面直接借助吸附力而結合在表面上。第二層以上的吸附熱等于吸附質汽化熱或液化熱在各層水平方向上吸附分子相互之間沒有作用力；如果壓力接近相應溫度下飽和氣體的蒸汽壓時，吸附量為無窮大。V——壓力為p，溫度為T時吸附的氣體體積；p0——溫度為T時吸附質的飽和蒸氣壓；Vm——假定表面添滿一層分子時所吸附的氣體體積；C——給定溫度下的常數(shù)。9.3.2.3B.E.T

多分子層吸附9.3吸附理論9.3吸附理論BET方程式（是朗氏理論基礎上的發(fā)展）1938年勃勞納爾（Brunauer）、愛米特（Emmett）和泰勒（Teller）三人提出適合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型的多分子層吸附理論并建立等溫方程式，即：或式中：P0—在同溫度下該氣體的液相飽和蒸汽壓，Pa；C—與吸附熱有關的常數(shù)；Xe—飽和吸附量分數(shù)，無量綱；上式亦寫為：或

---------10.9說明：（1）－P/P0或－P/P0作圖，得一直線。（2）重要用途可測定和計算固體吸附劑的比表面積具體計算方法為：由斜率和截距求得Vm，則吸附劑的比表面積為：

---------10.109.3吸附理論式中：Sb—吸附劑比表面積，m2/g；σ—一個吸附質分子的截面積，m2；W—吸附劑質量；N0—阿伏伽德羅常數(shù)，。適用范圍：P/P0=0.05~0.35時上方程較準確。例題：已知：293K,用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡數(shù)據(jù)如下試繪制等溫吸附線，若該等溫吸附線符合朗氏等溫吸附方程式，試求A、B值。

9.3吸附理論解：依數(shù)據(jù)，繪圖如下：

9.3吸附理論活性炭吸附苯蒸汽等溫吸附線9.3吸附理論顯然，該等溫吸附線符合朗氏等溫吸附線，從而可用朗氏方程式描述。結合曲線橫、縱坐標參數(shù)，將朗氏方程式變換成下列形式：任取曲線上兩點q(400，0.205)和s(4000，0.290)帶入上式，于是有：

解之得：

9.3吸附理論9.3.3吸附速率概念：吸附速度（adsorptionrate)是指單位質量的吸附劑在單位時間內所吸附的吸附質的數(shù)量。吸附速度取決于吸附劑和吸附質的性質，吸附速度由試驗來確定。吸附速度決定了吸附質和吸附劑的接觸時間(contacttime)。吸附速度越快，接觸時間越短，所需的吸附設備的容積也就越小。9.3吸附理論式中：dMA—dt時間內吸附質從氣相擴散至固體表面的質量，kg/m3；kY—外擴散吸附分系數(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，質量分數(shù)。外擴散速率吸附質A的外擴散傳質速率計算式為：內擴散速率吸附質A的外擴散傳質速率計算式為：式中：

kX—內擴散吸附分系數(shù)，kg/(m2.s)；

XA，XAi—分別為A在固相內表面及外表面的濃度，質量分數(shù)總吸附速率方程式由于表面濃度不易測定，吸附速率常用吸附總系數(shù)表示式中：KY，KX—分別為氣相及吸附相吸附總系數(shù)，kg/(m2.s)；

—分別為吸附平衡時氣相及吸附相中A的濃度，質量分數(shù)9.3吸附理論9.3吸附理論

設吸附過程中吸附質在吸附劑上達到平衡時，流動相中的濃度與吸附劑上的吸附量成簡單的關系：

式中：m—平衡曲線的斜率。由此得：顯然：分吸附系數(shù)與總吸附系數(shù)間的關系與吸收類似。9.2吸附過程與吸附劑9.2.1物理吸附和化學吸附吸附：是用多孔固體（吸附劑）將流體（氣提或液體）混合物中一種或多種組分積聚或凝縮在表面達到分離目的操作。相關概念：吸附(Adsorption):由于固體表面上存在著分子引力或化學鍵力，能吸附分子并使其濃集在固體表面上的現(xiàn)象。吸附劑(Adsorbent)：具有吸附作用的固體物質。吸附質：被吸附的物質。9.2吸附過程與吸附劑物理吸附：吸附劑和吸附質之間的作用力是范德華力（或靜電引力）。特點：吸附劑和吸附質之間不發(fā)生化學反應；吸附過程進行較快，參與吸附的各相之間迅速達到平衡；物理吸附是一種放熱過程，其吸附熱較小，相當于被吸附氣體的液化熱或升華熱，一般為20kJ/mol左右；吸附過程可逆，無選擇性。9.2吸附過程與吸附劑化學吸附：吸附劑和吸附質之間的作用力是化學鍵特點：吸附劑和吸附質之間發(fā)生化學反應，并在吸附劑表面生成一種化合物；化學吸附過程一般進行緩慢，需要很長時間才能達到平衡；化學吸附也是放熱過程，但吸附熱比物理吸附熱大得多，相當于化學反應熱，一般在84-417kJ/mol；具有選擇性，常常是不可逆的。9.2吸附過程與吸附劑物理吸附與化學吸附對比主要特征物理吸附化學吸附吸附力分子間力化學鍵力選擇性不明顯很明顯吸附熱近于液化熱近于反應熱吸附速度快且易平衡慢且不易平衡吸附層單分子或多分子單分子物理吸附和化學吸附可同時發(fā)生但常以某一類吸附為主

9.2吸附過程與吸附劑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，發(fā)生化學吸附吸附過程曲線9.2吸附過程與吸附劑9.2.2吸附過程外擴散：吸附劑外圍空間的氣體吸附質分子穿過氣膜，擴散到吸附劑表面的過程內擴散：吸附質分子進入吸附劑微孔中并擴散到內表面的過程吸附：經過外擴散和內擴散到達吸附劑內表面的吸附質分子被吸附在內表面的過程。脫附：部分被吸附的分子離開吸附劑的內表面和外表面，進入氣膜層，并反擴散到氣相主體中的過程。9.2吸附過程與吸附劑9.2吸附過程與吸附劑影響吸附的因素：操作條件的影響——溫度、壓力、流速物理吸附：在低溫下對吸附有利；化學吸附：提高溫度對吸附有利。從理論上講，增加壓力對吸附有利，但壓力過高不僅增加能耗，而且在操作方面需要更高的要求，在實際工作中一般不提倡。當流速過大時，氣體分子與吸附劑接觸時間短，對吸附不利。若流速過小，處理氣體的量相應變小，又會使設備增大。9.2吸附過程與吸附劑吸附劑性質的影響吸附質的總量隨吸附劑表面積的增加而增加吸附劑的孔隙率、孔徑、顆粒度等均影響比表面積的大小吸附劑內孔的大小和分布對吸附性能影響很大。孔徑太大，比表面積小，吸附能力差?？讖教?，則不利于吸附質擴散，并對直徑較大的分子起屏蔽作用。吸附質性質的影響除吸附質分子的臨界直徑外，吸附質的分子量、沸點和飽和性等也對吸附量有影響例：同種活性炭做吸附劑，對于結構相似的有機物分子量和不飽和性越高，沸點越高，吸附越容易。吸附質濃度的影響吸附質濃度越高，吸附量越大9.2吸附過程與吸附劑9.2.3吸附法的特點吸附法凈化氣態(tài)污染物的優(yōu)點：凈化效率高；能回收有用組分；設備簡單，流程短，易于實現(xiàn)自動控制；無腐蝕性，不會造成二次污染。可以使用吸附法凈化的氣態(tài)污染物有：低濃度的SO2煙氣NoxH2S含氟廢氣酸霧含鉛及含汞廢氣惡臭、瀝青煙碳氫化合物9.2.4吸附劑吸附劑的種類和性質：活性炭概念：活性炭是一種具有非極性表面、疏水性和親有機物的吸附劑，常常被用來吸附回收空氣中的有機溶劑（如苯、甲苯、丙酮、乙醇、乙醚、甲醛等），還可以用來分離某些烴類氣體，以及用來脫臭等。優(yōu)點：具有很高的比表面積，化學穩(wěn)定性好，抗酸耐堿，熱穩(wěn)性高缺點：具有可燃性，使用溫度一般不超過200℃。9.2吸附過程與吸附劑9.2吸附過程與吸附劑粒狀活性炭的主要指標耘錯狼榆帆潭信需蓋租嘎拍檻兼除得辜紗巋推外叛襲芯乍麗導吩義夢朝諾第06章_吸附法凈化氣態(tài)污染物第06章_吸附法凈化氣態(tài)污染物9.2吸附過程與吸附劑炭分子篩：是最新發(fā)展的一種孔徑均一的新品種，具有良好的選擇性?；钚蕴坷w維：概念：是一種新型的高效吸附劑，它是用超細的活性炭微粒與各種纖維素、人造絲、紙漿等混合制成各種不同類型的纖維狀活性炭。特點：微孔范圍在0.5-1.4nm，比表面積大，有較大的吸附量和較快的吸附速率。用途：主要用于吸附各種無機和有機氣體、水溶性的有機物、重金屬離子等，特別對一些惡臭物質的吸附量比顆?；钚蕴恳叱?0倍。9.2吸附過程與吸附劑活性炭纖維炭分子篩9.2吸附過程與吸附劑活性氧化鋁：概念：活性氧化鋁是由氧化鋁的水合物加熱脫水而形成的多孔物質，其晶格構型分為α型、γ型和中間型，其中起吸附作用的主要是γ型。特點：活性氧化鋁吸附極性分子無毒機械強度大不易膨脹比表面積大宜在200-250℃下再生常用于石油氣的脫硫及含氟廢氣的凈化。硅膠定義：硅膠是用硅酸鈉與酸反應生成硅酸凝膠（SiO2·nH2O），然后在115-130℃下烘干、破碎、篩分而制成各種粒度的產品。特點：硅膠具有很好的親水性，當用硅膠吸附氣體中的水分時，能放出大量的熱，使硅膠容易破碎，但吸附量很大，可達自身重量的50﹪用途：在工業(yè)上主要用于氣體的干燥和從廢氣中回收烴類氣體，也可用作催化劑的載體。9.2吸附過程與吸附劑9.2吸附過程與吸附劑9.2.5吸附劑的選擇對吸附劑的基本要求：大的比表面積和孔隙率良好的選擇性易于再生機械強度大，化學穩(wěn)定性強，熱穩(wěn)定性好原料來源廣泛，價格低廉活性炭上易于再生的物質苯、甲苯、混合二甲苯、氯苯；甲醇、乙醇、丁純、異丙醇；酮類、脂肪烴、芳香烴；乙酸乙脂、乙酸丁脂、乙酸戊脂；二硫化碳、四氯化碳、四氫呋喃、汽油等活性炭上難以再生的物質丙烯酸、丙烯酸乙脂、丙烯酸丁脂、丙烯酸異丁脂、丁酸、二丁胺、二乙撐三胺、甲基乙基吡啶9.2吸附過程與吸附劑常用吸附劑的特性比較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——————9.2吸附過程與吸附劑9.2.5吸附劑的再生再生途徑：升溫再生降壓再生吹掃再生置換再生化學再生(a)吸附(b)解吸9.4吸附操作方式與設計9.4.1吸附過程的工藝流程9.4.1.1工藝流程分類按吸附劑在吸附器中的工作狀態(tài)分為：固定床移動床（超吸附）沸騰流化床沸騰流化床固定床反應器9.4吸附操作方式與設計穿床速度：氣體通過床層的速度是劃分反應床類型的主要依據(jù)穿床速度低于吸附劑的懸浮速度，顆粒處于靜止狀態(tài)，屬于固定床范圍；穿床速度大致等于吸附劑的懸浮速度，吸附劑顆粒處于激烈的上下翻騰狀態(tài)，并在一定時間內運動，屬于流化床范圍穿床速度遠遠超過吸附劑的懸浮速度，固體顆粒浮起后不再返回原來的位置而被輸送走，屬于輸送床范圍按操作過程的連續(xù)與否分為：間歇式連續(xù)式按吸附床再生的方法分為：升溫解吸循環(huán)再生（變溫吸附）減壓循環(huán)再生（變壓吸附）溶劑置換再生9.4吸附操作方式與設計9.4.1.2常見的幾種吸附流程固定床吸附流程：優(yōu)點：設備結構簡單，吸附劑磨損?。蝗秉c：間歇操作，操作必須周期性地變換，因而操作復雜，勞動強度高；設備龐大，生產強度低；吸附劑導熱性差，因而升溫及變溫再生困難。9.4吸附操作方式與設計半連續(xù)式吸附流程9.4吸附操作方式與設計移動床吸附流程：控制吸附劑在床層中的移動速度，使凈化后的氣體達到排放標準特點：吸附劑在下降過程中，經歷了冷卻、降溫、吸附、增濃、汽提-再生等階段，在同一設備內完成了吸附、脫附（再生）過程；吸附過程是連續(xù)的，多用于處理穩(wěn)定、連續(xù)、大氣量的廢氣；吸附劑在移動過程中有磨損。9.4吸附操作方式與設計移動床吸附流程1-料斗；2-吸附器；3-風機；4-傳輸帶流化床吸附流程9.4吸附操作方式與設計1-料斗；2-多層流化床吸附器；3-風機；4-皮帶傳輸機；5-再生塔；6-分離器連續(xù)式流化床吸附工藝流程圖9.4吸附操作方式與設計9.4.2吸附性能參數(shù)的測定吸附平衡的測定：方法：容量法重量法流動色譜法比表面積的測定用BET方程進行圖解，可測得吸附劑的比表面積。其測定步驟如下：根據(jù)BET方程式，以對P/P0或對P/P0作圖，可得到一直線。由斜率和截距，求出C，Vm。按式求出吸附劑的比表面積。9.4吸附操作方式與設計E.G.：用比表面積測定儀測定某一固體吸附劑的比表面積，試驗用吸附劑試料量W=0.9578g，實驗溫度T=300K，在該溫度下，N2的飽和蒸汽壓P0=119057Pa，試驗測得吸附達平衡時氮氣分壓與吸附劑吸附量的關系為：若一個N2分子截面積σ=13.8×10-10m2。試用BET方程計算該吸附劑的表面積Sb。解：BET方程式如下：根據(jù)測得N2分壓與相應的吸附量值，計算出及P/P0結果見下表：9.4吸附操作方式與設計以為縱坐標，為橫坐標作圖。9.4吸附操作方式與設計由圖可知：

解上方程組，得：C=94.82Vm=0.9588則吸附劑的比表面積9.4.3吸附裝置的設計9.4.3.1固定床吸附器的設計計算9.4吸附操作方式與設計設計計算應包括確定：吸附器的型式吸附劑的種類吸附劑的需要量吸附床高度吸附周期設計依據(jù)廢氣的流量廢氣的性質污染物濃度國家排放標準參數(shù)的選擇應從吸附平衡、吸附傳質速率及壓降來考慮9.4吸附操作方式與設計吸附器的確定:對吸附器的基本要求具有足夠的過氣斷面和停留時間良好的氣流分布預先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質能夠有效的控制和調節(jié)吸附操作溫度易于更換吸附劑吸附劑的選擇:（同：工業(yè)吸附劑應具備的條件）依據(jù)：等溫吸附線（得到或測出）須滿足條件:對所處理污染物選擇性強；比表面積大；吸附容量大；具有較好機械強度、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性。吸附區(qū)高度的計算常用方法：穿透曲線法&

希洛夫近似法9.4吸附操作方式與設計9.4.3.1穿透曲線（透過曲線）法吸附負荷曲線在流動狀態(tài)下，氣相中的吸附質沿床層不同高度的濃度變化曲線，或在一定溫度下吸附劑種吸附的吸附質沿床層不同高度的濃度變化曲線稱為吸附負荷曲線τ0

τ

τ+Δτ

9.4吸附操作方式與設計說明：橫軸Z—吸附劑床層高度；橫軸X—吸附劑的吸附負荷；X0—吸附劑原始濃度（或反復再生過的吸附劑中殘留的吸附質濃度）；Xe—吸附劑達到飽和時的負荷；τ0—床層開始吸附的時間；τb—達到破點的時間；τe—全床達到吸附平衡（飽和）的時間。吸附劑中吸附質濃度的變化τb

>τb≥τe

9.4吸附操作方式與設計吸附劑中吸附質濃度的變化(續(xù)）9.4吸附操作方式與設計（a）圖：τ＜τ0：未通過含吸附質氣體時（b）圖：τ=τ：已通入含吸附質氣體，在吸附劑進口處吸附劑剛剛出現(xiàn)飽和時。（c）圖：τ=τ+Δτ：在床層的進氣端吸附質負荷為Xe，此區(qū)稱為“平衡區(qū)”或稱“飽和區(qū)”；而靠近氣體出口側，床層中的吸附負荷仍為X0，此區(qū)內的吸附劑仍具有高度活性，此區(qū)稱為“未用區(qū)”；介于平衡區(qū)和未用區(qū)之間的那一部分床層其吸附負荷由飽和Xe的變化到起始的X0，形成一個S形曲線，這段床層進行吸附過程，故稱“傳質區(qū)”或“傳質帶”，而S曲線稱為“吸附波”或“傳質波”，又稱“傳質前沿”。(見下圖）

未用區(qū)傳質區(qū)(傳質帶)飽和區(qū)(平衡區(qū))YY09.4吸附操作方式與設計吸附劑床層中各區(qū)分布示意圖9.4吸附操作方式與設計（d）圖：τ=τb：吸附波前沿剛剛到達吸附層下端口，若繼續(xù)進行吸附，則從流出床層氣體中，將發(fā)現(xiàn)有吸附，此即所謂“穿透現(xiàn)象”或稱“透過現(xiàn)象”。出現(xiàn)穿透的點稱為“穿透點”（或稱“破點”），到達破點所需的時間為“透過時間”τb（或“穿透時間”）。（e）圖：τ>τb：“傳質波”繼續(xù)前移。（f）圖：τ≥τe：吸附波的末端也到達床層的出口，即全床達到吸附平衡(飽和)，整個床層失去吸附能力。（B）穿透曲線（透過曲線）在一定時間內，分析床層中流出氣體的濃度，即從研究流出物濃度隨時間的變化關系來達到研究吸附床層中濃度變化的情況—穿透曲線（透過曲線）。9.4吸附操作方式與設計吸附穿透曲線9.4吸附操作方式與設計（C）穿透曲線法假設條件：①等溫吸附，等溫吸附線為線型；

②低濃度污染物的吸附；

③傳質區(qū)高度比床層高度小得多。設：氣體中吸附質的無溶質基濃度用Y（即吸附質/載氣）表示，吸附劑上吸附質的無溶質基濃度用X表示（即吸附質/吸附劑）表示。圖中：

W：一段時間后流出物總量，kg載氣/m2；①Ye≠Y0，Ye=0.9Y0；②Yb≠0，Yb=0.001Y0~0.01Y0;則一段時間后流出物總量：Wa=We—Wb(kg/m2)------------10.17其中：Wa—Za段（傳質區(qū)段）的流出物量9.4吸附操作方式與設計那么在吸附區(qū)內，從穿透點到吸附劑基本失去吸附能力，吸附劑所吸附污染物的質量為：定義：f—穿透點出現(xiàn)時，傳質區(qū)內仍具有吸附能力面積的比率，可表示為：從而（1-f）為傳質區(qū)內吸附劑的飽和度。f意義：f的大小反映了在到達破點時床層的飽和度。f愈大，吸附飽和的程度愈低，傳質區(qū)形成所需的時間愈短。f介于0-1之間，一般在0.4-0.5左右。9.4吸附操作方式與設計設吸附床的高度為Z，則傳質區(qū)高度：

Za的計算公式推導如下：①傳質區(qū)形成后在床區(qū)內向前移動一段距離等于Za（傳質區(qū)高度）所需的時間τa

②傳質區(qū)形成并移出床層所需的時間τe

------------(a)------------(b)9.4吸附操作方式與設計③令τf為傳質區(qū)形成所需的時間，則傳質區(qū)移動等于床層總高Z距離，所需時間為τe-τf，因此，傳質區(qū)高度Za為∵吸附波形成后尚有f這一部分面積未吸附，∴τf<τa當f=0時，則表示吸附波形成后，傳質區(qū)已達飽和，τf=τa；當f=1時，表示傳質區(qū)里吸附劑基本上不含吸附質，τf≈0。所以有：τf=（1-f）τa

將（d）、（a）、（b）代入（c）有------------(c)------------(d)9.4.3.2希洛夫近似法→間歇固定床持續(xù)時間的計算希洛夫公式（希洛夫方程）假設條件：吸附速率無窮大，即吸附質進入吸附層即被吸附達到穿透時間時，吸附質進入床層的吸附質量等于該時間內吸附床的吸附量于是，有平衡關系式：顯然，吸附床的穿透時間τb與吸附床高度Z關系是通過原點的直線（如下圖所示）9.4吸附操作方式與設計希洛夫方程9.4吸附操作方式與設計ττb—Z曲線9.4吸附操作方式與設計而實際穿透時間τ<τb，其差值為τ0,故上式修正為：τ=K(Z-Z0)或τ=τb-τ0式中：Gs—載氣通過床層的流率，kg/m2.s；τb—吸附床的穿透時間（保護作用時間）。Z0—吸附劑中未被利用部分的長度，亦稱為“死層”；τ0=KZ0，K為吸附層的保護作用系數(shù)，

τ-Z關系曲線，（如上圖所示：線2）

希洛夫方程9.4吸附操作方式與設計①選定吸附劑和操作條件，如溫度、壓力、氣體流速等。對于氣體凈化，空床流速一般取0.1-0.6m/s，可根據(jù)已給處理氣量選定。②根據(jù)凈化要求，定出穿透點濃度，在載氣速率Gs一定的情況下，選取不同的吸附劑床層高度Z1、Z2、…、Zn，可根據(jù)已給處理氣量選定。③以Z為橫坐標，τ為縱坐標，作Z-τ直線，則其斜率為K，截距為τ0。④根據(jù)生產中計劃采取的脫附方法和脫附再生時間、能耗等因素確定操作周期，從而確定所要求的穿透時間τ⑤用希洛夫公式計算所需吸附