活性炭吸附脱附及附属设备选型详细计算 .docx

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1、精品名师归纳总结目录1.绪 论 11.1 概述 11.1.1 有机废气的来源 11.1.2 有机物对大气的破坏和对人类的危害11.2 有机废气治理技术现状及进展21.2.1 各种净化方法的分析比较 32 设计任务说明 42.1 设计任务 42.2 设计进气指标 42.3 设计出气指标 42.4 设计目标 43 工艺流程说明 53.1 工艺挑选 53.2 工艺流程 64 设计与运算 64.1 基本原理 64.1.1 吸附原理 64.1.2 吸附机理 74.1.3 吸附等温线与吸附等温方程式 84.1.4 吸附量 114.1.5 吸附速率 114.2 吸附器挑选的设计运算124.2.1 吸附器的确

2、定 124.2.2 吸附剂的挑选 134.2.3 空塔气速和横截面积的确定 15可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.2.4 固定床吸附层高度的运算 164.2.5 吸附剂（活性炭）用量的运算 18可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.2.6 床层压降的运算 15 18可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.2.7 活性炭再生的运算 194.3 集气罩的设计运算 204.3.1 集气罩气流的流淌特性204.3.2 集气罩的分类及设计原就 214.3.3 集气罩的选型 214.4 吸附前的预处理 234.5 管道系统设计运算 244.5.1 管道系统的配置

3、 244.5.2 管道内流体流速的挑选254.5.3 管道直径的确定 264.5.4 管道内流体的压力缺失264.5.5 风机和电机的挑选 275 工程核算 285.1 工程造价 285.2 运行费用核算 295.2.1 价格标准 295.2.2 运行费用 306 结论与建议 316.1 结论 316.2 建议 31参考文献 33致谢 35可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1. 绪 论1.1 概述1.1.1 有机废气的来源有机废气的来源主要有固定源和移动源两种。移动源主要有汽车、轮船和飞机等以石油产品为燃料的交通工具的排放气。固定源的种类极多 , 主要为石油化工工艺过程和储存设备

4、等的排出物及各种使用有机溶剂的场合 , 如喷漆、印刷、金属除油和脱脂、粘合剂、制药、塑料、涂料和橡胶加工等。1.1.2 有机物对大气的破坏和对人类的危害有机废气中的挥发性有机物称为 VOCs Volatileorganic compounds ,在涂装、印刷、制鞋和化工生产的很多行业中 , 一些工业产品的生产工艺过程都伴有大量的挥发性有机化合物 VOCs废气的排出。 VOCs废气排入大气环境中会产生以下几个方面的影响:VOCs是光化学反应的前体 , 有阳光照耀时 , 在合适的条件下 VOCs 与NOx 及其它悬浮化学物质发生一系列光化学反应 , 主要生成臭氧 , 形成光化学烟雾 , 从而发生光

5、化学污染。光化学烟雾会刺激人的眼睛和呼吸系统, 有些VOCs 仍具有剧烈刺激气味 , 空气中达到肯定浓度时就产生令人不适的感觉, 影响空气质量。有些有毒的 VOCs 如芳香烃等气体在环境中存在会损害人们的健康 , 长时间暴露在污染空气中会引发癌变或引起其它严峻疾病 ,如苯对骨髓的造血机能造成破坏,是一种致癌物。甲苯和二甲苯 对中枢神经具有强的麻醉作用。氯乙烯为致癌物。在制鞋业,由于“三苯”中毒而导 致工人致死大事已发生过多起 ,而涂料工业使用的溶剂中 , 主要是甲苯、二甲苯和其它毒性有机物。光化学烟雾也会危害人的健康和植物的生长，1965 年日本各大城市频繁发生的光化学烟雾 , 1966年美国

6、洛杉矶的光化学烟雾均对人类健康造成危害。VOCs 对环境的极大危害和对人体健康的严峻威逼，引起了世界各国政府的高度重视。美国环保署 EPA（Environmental Protection Agency）定义的污染物中 VOCs 占了300 多种，而美国 1990 年的清洁空气法（ Clean Air Act）要求削减 90%排放量的189 种毒性化学物中， 70%属于 VOCs 1 。我国在 1997 年 1 月 1 日开头实施的中华人民共和国国家标准大气污染物综合可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结排放标准 GB16297- 1996也规定了苯、甲苯、二甲苯、氯乙烯等VOCs

7、排放较为严格的标准，如表 1.1 所示。表 1. 1几种 VOCs 排放的国家标准VOCs3最高答应排放浓度mg/m 苯12甲苯40二甲苯70氯乙烯注：这是对新污染源的排放标准。361.2 有机废气治理技术现状及进展有机废气的来源多种多样，其产生方式及排放方式也不尽相同。因此，有机废气的治理技术也多种多样，各种治理技术也存在自己不同的优缺点。在实际生产过程 中，依据不同的情形，挑选合适的方法是有机废气治理的关键。有机废气治理的方法主要有回收法和排除法两类。有机废气主要回收技术有：吸附法、吸取法、冷凝法、膜分别技术及变压吸附技术等。有机废气排除技术可分为物理一化学法和生物法两 类。物理一化学法包

8、括热破坏法、光分解法、电晕法、臭氧分解法等。生物法包括生物过滤器，生物滴滤器，生物冲刷塔，膜生物反应器，活性污泥法等。活性炭吸附法净化率可达 95%以上，如无再生装置，就运行费用太高，如用蒸汽回收，就工艺流程过长，操作费用高，回收的溶剂和水的混合物利用价值也不高。再生时需要有稳固的蒸汽源，且活性炭经反复吸附脱附后吸附才能会逐步降低，一般使用二三年后就得更换。液体吸取法净化率只有 6O% 8O%，而且存在着二次污染问题。催化燃烧法净化率可达95%，但适合于处理高浓度、小风量且废气温度较高的有机废气，而且要求气体的温度较高，为了提高废气温度，要消耗大量的能源。目前应用最多的方法是吸附一催 化燃烧法

9、，它主要以颗粒炭或蜂窝炭为吸附剂，为了保证生产的连续性，一般设置两 个吸附床交替使用，由于切换的周期至少为1d，因此吸附床体积大，吸附剂用量多， 设备笨重，投资大，操作麻烦。由于床层体积大，简洁显现因吸附热的积蓄引起的燃 烧爆炸等现象。针对这些问题，现有新型装置的吸附器采纳一种多单元分流组合结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结构，并以新型材料活性炭纤维作为吸附剂，采纳PLC电脑来实现整个系统的连续运行。1.2.1 各种净化方法的分析比较解决有机废气的污染 , 最根本的方法是工艺改革。采纳无害涂料、无害溶剂在现阶段生产中是不能立刻实现的 , 苯类溶剂使用量仍旧很大。所以必需解决废气

10、净化问题。目前国内常采纳的三种净化方法分析比较见表 1.2。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结表 1.2 国内外有机废气常用处理方法的优缺点比较 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结净化类别优点缺点1、可处理大风量、低浓度的有机废气。活性炭吸附法2、可回收溶剂。3、不需要加热。4、净化效率高 , 运转费用低。1、废气净化前要进行预处理。2、仅限于低浓度。3、设备巨大 , 占的面积多。催化1、设备简洁、投资少、操作便利、占的面积小。燃烧法2、热量可以循环利用。3、有利于净化高浓度废气。1、催化剂成本高。2、要考虑催化剂中毒和表面异物附着 , 易失效。液体1、流程较简洁

11、 ,吸取剂价格廉价。2、废气净化不需预处理。3、建造快、占的少。1、后处理投资大 , 费用高。吸取法2、对溶剂成份挑选性大。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2 设计任务说明2.1 设计任务设计内容为 20000m3/h 活性炭吸附工业有机废气的工程设计，主要内容包括：废气治理工艺、主体设备选型和非标准设备设计，管道输送系统设计及吸附剂再生系统 设计等，应完成工作：（1） ）纸质设计说明书及其电子版本。（2） ）译文及原文影印件。（3） ）设计图纸（平面布置图、工艺流程图、主要构筑物图、管道布置图等）2.2 设计进气指标可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结风量为 20

12、000m3/ h ，温度为 35，可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结排气压力为 101.325 kpa， 苯浓度为 100mg / m3 。 甲苯浓度为 80mg / m3 ,二甲苯浓度为 100mg / m3 ，2.3 设计出气指标可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据广东省的方标准大气污染物排放限值（DB44/27-2001）一级排放标准详细数据见表 2-1:3表 2-1. 设计出气指标 单位 mg/m 3 ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结指 标苯甲苯二甲苯出气浓度1240702.4 设计目标（ 1 ） 严格执行国家有关环境爱护的各项规定，确保

13、各项污染指标达到国家及的区可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结有关污染物排放标准。（2） ）经本处理工艺处理后的废气，将不会产生二次污染物。（3） ）本处理工艺运行牢靠，处理成效好，爱护治理便利。（4） ）采纳低能耗、低运行费用、基建投资省、占的少、操作治理简便。（5） ）工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的调剂余的。3 工艺流程说明3.1 工艺挑选处理工艺的挑选 , 应依据气量大小、净化要求、回收的可能性、设备建造和运转的经济性等条件全面考虑 , 实际工作中应特殊留意与工艺亲密协作, 尽可能做到综合利用。目前 4 ,国内外对有机废气治理的常用方法有三种:液体吸取法、活

14、性炭吸附法及催 化燃烧法。液体吸取法净化效率为60%80% ,适合处理低浓度 ,大风量的有机废气 ,但存在着二次污染。催化燃烧法净化率为95% ,适合处理高浓度 ,小风量的有机废气，缺点是对处理对象要求苛刻 ,要求气体的温度较高 ,为了提高废气温度 ,要消耗大量的燃料 , 所以运行费用很高。活性炭吸附法净化效率为99.2%99.3% ,对于处理大风量、低浓度的有机废气 ,国内外一样认为该法是最为成熟和牢靠的技术,但该工艺流程过长 ,操作费用高,另外需要稳固的蒸气源也经常是比较困难的事情。针对这些问题,结合本毕业设计特点和详细要求，采纳利用活性炭固定床吸附系统对工业有机废气进行净化，选用蜂窝状活

15、性炭做为吸附剂。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.2 工艺流程注： 1 集气罩。 2 除雾过滤器。 3 活性炭固定吸附床。 4 供应蒸汽的风机。 5 离心风机。 6排气罩 .图 2.3 有机废气工艺流程图该处理工艺系统组合特别紧凑 ,集吸附 -脱附于一体。在生产过程所产生的废气主要为苯、甲苯、二甲苯等，依据苯类性质，本方案采纳活性炭作为吸附剂对废气进行吸收处理，吸附床一般配置 2 台以上 ,轮换使用 ,当 1 台吸附床吸附的有机物达到规定的吸附量时,换到另 1 台吸附床进行吸附净化操作 ,同时对前面 1 台吸附床进行脱附再生。脱附是在外加蒸汽的作用下通过加温进行的,由尾气放出

16、的热气流大部分用于吸附床吸附剂的脱附再生 ,达到余热的利用。生产中挥发出来的废气，通过离心风机将其送至吸附塔以活性炭作为吸附剂，在塔内的气体从右到左，从下到上通过活性炭过滤层对气体进行处理，净化后的气体通过排气管排入大气。如附图1 所示4 设计与运算4.1 基本原理4.1.1 吸附原理在用多孔性固体物质处理流体混合物时，流体中的某一些组分或某些组分可被吸可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结引到固体表面并浓集其上，此现象称为吸附 4 。吸附处理废气时，吸附的对象是气态可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结污染物，被吸附的气体组分称为吸附质，多孔性物质称为吸附剂。固体表面吸附

17、了吸附质后，一部分被吸附的吸附质可从吸附剂表面脱离，此现象称为脱附。而当吸附进行一段时间后，由于表面吸附质的浓集，使其吸附才能明显下降而不能满意吸附净化的要求，此时需要采纳肯定的措施使吸附剂上已吸附的吸附质脱附，已复原吸附剂的吸附才能，这个过程称为吸附剂的再生。因此，在实际工作 中，正是利用吸附剂的吸附再生吸附的循环过程，达到除去废气中污染物质并回收废气中有用组分的目的。由于多孔性固体吸附剂表面存在着剩余吸引力，固表面具有吸附力。依据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力的不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附，但同一污染物可在较低温度下发生物理吸附，而在较高温度下发生化学吸附，或者两种吸附同时发生，两

18、者之间没有严格的界限。两者的主要区分见表4-1 5表 4-1物理吸附与化学吸附的区分性质物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附层数吸附热单层活多层小（近于液化热）单层大（近于反应热）挑选性无或很差较强可逆性可逆不行逆吸附平稳易达到不易达到吸附剂与吸附质间的吸附力不强，当气体中吸附质分压降低或温度上升时，简洁发生脱附。工业上的吸附操作正是利用这种可逆进行吸附剂的再生及吸附质的回收利用的。4.1.2 吸附机理吸附和脱附互为可逆过程。当用新奇的吸附剂吸附气体中的吸附质时，由于吸附剂表面没有吸附质，因此也就没有吸附质的脱附。但随着吸附的进行，吸附剂表面上的吸附质量逐步增多，也就显现了吸附质的脱附，

19、且随时间的推移，脱附速度不断增可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结大。但从宏观上看，同一时间内吸附质的吸附量仍大于脱附量，所以过程的总趋势认为吸附。当同一时间内吸附质的吸附量与脱附量相等时，吸附和脱附达到动态平稳， 此时称为达到吸附平稳。平稳时，吸附质再在流体中的浓度和在吸附剂表面上的浓度不再变化，从宏观上看，吸附过程停止。平稳时的吸附质在流体中的浓度称为平稳浓度，在吸附剂中的浓度称为平稳吸附量。当吸附质与吸附剂长时间接触后，终将达到吸附平稳。吸附平稳量是吸附剂对吸附 质的极限吸附量，亦称静吸附量分数或静活性分数，用Xt 表示，无量纲。它是设计和生产中特别重要的参数。吸附平稳时，吸

20、附质在气、固两相中的浓度关系，一般用吸 附等温线表示。吸附等温线通常依据试验数据绘制，也常用各种体会方程式来表示。4.1.3 吸附等温线与吸附等温方程式平稳吸附量表示的是吸附剂对吸附质吸附数量的极限，其数值对吸附造作，设计和过程掌握有着重要的意义。达到吸附平稳时，平稳吸附量与吸附质在流体中的浓度与吸附温度间存在着肯定的函数关系，此关系即为吸附平稳关系，其一般都是依据试验测得的，也可以用体会方程式表示。4.1.3.1 吸附等温线在气体吸附中，其平稳关系可表示为：p,A f式中 A 平稳吸附量。p 吸附平稳时吸附质在气相中的分压力。 T 吸附温度依据需要。对肯定的吸附体系可测得如下关系：当保持 T

21、 不变，可测得 A 与 P 的变化关系当保持 P不变，可测得 A 与 T 的变化关系当保持 A 不变，可测得 P与 T 的变化关系依据上述变化关系，可分别绘出相应的关系曲线，分别为吸附等温线，吸附等压线和吸附等量线。由于吸附过程中，吸附温度一般变化不大，因此吸附等温线最为常用。吸附等温线描述的是在吸附温度不变的情形下，平稳时，吸附剂的吸附量随气相可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结中组分压力的不同而变化的情形。依据对大量的不同气体与蒸气的吸附测定，吸附等温线形式可归纳为六种基本类型。4.1.3.2 吸附等温方程式依据大量的吸附等温线整理出描述吸附平稳状态的体会方程式，即为吸附等温方

22、程式，其中有的完全依据试验数据所表现的规律整理而得，肯定条件范畴内具有应用意义，但不具有理论指导意义，如弗罗因德利希（ Freundlich）吸附等温方程式。有些是以肯定的理论假设为前提得出的方程式，如朗格谬尔（ Langmuir ）吸附等温方程式和 BET 方程，后者应用较多。（1）朗格谬尔方程式朗格谬尔吸附理论假定：吸附仅是单分子层的。气体分子在吸附剂表面上吸附与脱附呈动态平稳。吸附剂表面性质是均一的，被吸附的分子之间相互不受影 响。气体的吸附速率与该气体在气相的分压成正比。依据上述假设，可推导出朗格谬尔等温式：ap1ap式中 吸附剂表面被吸附分子掩盖的百分数。a 吸附系数，是吸附作用的平

23、稳常数。 p 气相分压。朗格谬尔等温式的另一表现形式为：V= V m ap1ap式中V m 单分子层掩盖满时（1 ）的吸附量。V 在气相分压 p 下的吸附量。在压力很低时，或者吸附很如时， ap1上, 式变成： V=V map由朗格谬尔等温式得到的结果与很多试验现象相符合，能够说明很多试验结果， 因此，它目前仍是常用的、基本的等温式。在很多体系中，朗格谬尔等温式不能在较大的 范畴内与试验结果相吻合。（2） 弗罗因德利希方程式可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1qxkP nm式中 q 固体吸附气体的量， /吸附剂。 P 平稳时气体分压。k ，n 体会常数。在肯定温度下，对肯定体系而

24、言是常数，k 和 n 随温度变化而变化。m 吸附质质量，。 x 被吸附气体的质量。弗罗因德利希等温方程式只是一个体会式，它所适用的范畴比朗格谬尔式要大些，可用于未知组成物质的吸附，如有机物或矿物油的脱色，通过试验来确定k 与 n。有资料认为它在高压范畴内不能很好的吻合试验值。（3） B ET 方程由于朗格谬尔的单分子层吸附理论及其等温方程对中压合高压物理吸附不能很好 的吻合，在此基础上进展了BET 理论。它除了接受朗格谬尔理论的几条假定，即固体表面是匀称的，被吸附分子不受其它分子的影响，吸附与脱附在吸附剂表面达到动 态平稳以外，仍认为在吸附剂表面吸附了一层分子以后，由于范德华力的作用仍可以 吸

25、附多层分子，而第一层与以后的各层有所不同。吸附达平稳后，吸附总数（ V）为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结VVmp0Cpp 1C1pp0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结P 平稳时气体分压。V 压力为 p 时的吸附总量。Vm 吸附剂表面为单分子层铺满时的吸附量。 p0 实际温度下气体的饱和蒸气压。C 与气体有关的常数。很多试验证明，当比压 p/ p0 在 0.05 0.35 范畴内时， BET 公式是比较精确的，在低压下可以与朗格谬尔等温式一样。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.1.4 吸附量吸附量是指在肯定条件下单位质量的吸附剂上所吸附的吸附

26、质的量，通常以吸附质/吸附剂或质量百分数表示，它是吸附剂所具有吸附才能的标志。在工业上将吸附量称为吸附剂的活性。吸附剂的活性有两种表示方法：（1） 吸附剂的静活性在肯定条件下，达到平稳时吸附剂的平稳吸附量即为其静活性。对肯定的吸附体系，静活性只取决于吸附温度和吸附质的浓度或分压。（2） 吸附剂的动活性在肯定的操作条件下，将气体混合物通过吸附床层，吸附质被吸附，当吸附一段时间后，从吸附剂层流出的的气体中开头发觉吸附质（或其浓度达到一规定的答应 值）时，认为床层失效，此时吸附剂吸附的吸附质的量称为吸附剂的动活性。动活性除与吸附剂和吸附质的特性有关外，仍与温度、浓度及操作条件有关。吸附剂的动活性值是

27、吸附系统设计的主要依据。4.1.5 吸附速率吸附过程常需要较长时间才能达到平稳，而在实际生产过程中，两项接触时间是有限的。因此，吸附量取决与吸附速率，而吸附速率与吸附过程有关，吸附过程可分为以下几步：1 外扩散，吸附质从气流主体穿过颗粒物四周气膜扩散至吸附剂的外表面（2） 内扩散，吸附质由外表面经微孔扩散至吸附剂微孔表面（3） 吸附，到达吸附剂微孔表面的吸附质被吸附（4） 脱附的吸附质再经内外扩散至气相主体物理吸附过程一般为内外扩散掌握，化学吸附既有表面动力学掌握，又有内外扩散掌握。由于吸附过程复杂，影响因素多，从理论上推导速率很难，因此一般是凭体会或依据模式试验来确定。可编辑资料 - - -

28、 欢迎下载精品名师归纳总结4.2 吸附器挑选的设计运算吸附器的设计运算应包括确定吸附器的形式，吸附剂的种类，吸附剂的需要量， 吸附床高度，吸附周期等，这些参数的挑选应从吸附平稳，吸附传质速率及压降来考虑。4.2.1 吸附器的确定对吸附器的基本要求：（1）具有足够的过气断面和停留时间。（2） ）良好的气流分布。（3） ）预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质。（4） ）能够有效的掌握和调剂吸附操作温度（5） ）易于更换吸附剂。吸附工艺依据吸附剂在吸附器上的工作状态，可将吸附器分为固定床、移动床和流化床过程，相应的三种吸附器的主要特点比较见表4-2 6表 4-2 三种吸附器主要特点比较类型主要特点比较

29、1结构简单、制造容易、价格低廉固2. 适用于小型、分散、间歇性的污染源治理定床3. 吸附和脱附交替进行、间歇操作吸4. 应用广泛附器移1处理气体量大，吸附剂可循环使用，适用于稳固、连续、量大的气体净化动床2.吸附和脱附连续完成吸3动力和热力消耗较大，吸附剂磨损较为严峻附器1结构复杂，造价昂贵流2气体和固体接触相当充分化床3.生产才能大，适合治理连续性、大气量的污染源可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结吸4吸附剂和容器的磨损严峻附器结合工艺特点和经济技术可行性分析，本设计吸附器采纳卧式圆锥形固定床吸附器，壳体为圆形，封头为椭圆形，其优点是流体阻力小，可以削减气体流经吸附床层的动力消耗

30、，易产愤怒流安排不均运现象，故吸附质以整砌形式放在抽屉式的净化单元中，抽屉间设有防治气体短路的挡板，在气体入口的吸附剂之间装有气体整流装 置，力求气体匀称。抽屉式的装卸吸附剂方式特别便利，利于操作，其详细结构见附图 2，基本运行参数如下：处理风量： 20000 m3 / h吸附器外观尺寸： LBH700033003000mm材料：钢板 4压降：1000 Pa数量：两台并联，脱附吸附交替运行4.2.2 吸附剂的挑选如何挑选、使用和评判吸附剂，是吸附操作中必需解决的首要问题。一切固体物质的表面，对于流体的表面都具有物理吸附的作用，但合乎工业要求的吸附剂就应具备以下一些要求：（1） 具有大的比表面积

31、（2） 具有良好的挑选性吸附作用（3） 吸附容量大（4） 具有良好的的机械强度和匀称的颗粒尺寸。（5） 有足够的热稳固性及化学稳固性（6） 有良好的再生性能（7） 吸附剂的来源广泛、造价低廉可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结实际中，很难找到一种吸附剂能同时满意上述要求，因而在挑选吸附剂时要权衡多方面的因素。同时，目前对吸附过程的实质仍明白得不特别清晰，因而鉴别吸附剂吸附性能，仍只能依靠试验测定和从生产中考察，尚不能从理论上推出。常用的吸附剂主要有：活性炭、硅胶、分子筛沸石、活性氧化铝与氧化铝。其中活性炭是应用最早、用途较广的一种优良吸附剂。它是一种具有非极性表面，为疏水性和亲有机

32、物的吸附剂，故活性炭经常被用来吸附回收空气中的有机溶剂和恶臭物 质，在环境爱护方面用来处理工业废水和治理某些气态污染物。活性炭的讨论、生产和应用进展很快 ,目前应用较多的主要是粉末状、颗粒状的活性炭和活性炭纤维。除此之外 ,新型的活性炭也在积极开发之中,蜂窝状活性炭便是其中的一种。蜂窝状活性炭为一种新型环保吸附材料，通过将优质活性炭和帮助材料制成蜂窝状方孔的过滤柱，达到产品体积密度小、比表面积大的目的，目前已经大量应用在低浓度、大风量的各类有机废气净化系统中。被处理废气在通过蜂窝活性炭方孔时能充分与活性碳接触，吸附效率高，风阻系数小，具有优良的吸附、脱附性能和气体动力学性能，可广泛用于净化处理

33、含有甲苯、二甲苯、苯、等苯类、酚类、酯类、醇类、醛类等有机气体、恶臭味气体和含有微量重金属的各类气体。采纳蜂窝状活性炭的环保设备废气处理净化效率高，吸附床体积小，设备能耗低，能够降低造价和运行成 本，净化后的气体完全满意环保排放要求。综合衡量各方面因素，假如企业经济答应的话，建议吸附剂选用蜂窝状活性炭纤维能较好的满意技术经济要求，其物理性能参数见表4-3：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结表 4-3蜂窝状活性炭的物理性能 7 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结工程性能指标外形尺寸 /孔数 /-2孔壁厚 /50 50 100160.5压碎强度 /Mpa体积密度 /g.

34、-3几何外表面积 /.g-1比表面积 /.g-1正面： 7.07侧面： 0.30.4 0.50.32700可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结着火点 /550苯吸附率 /0.2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其吸附性能主要取决于它的几个主要材料参数和过程参数 8 。材料参数包括炭的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结吸附孔隙率、蜂窝结构的壁厚和炭的含量。过程参数包括流体流速、吸附质的浓度、 吸附能吸附能取决于碳结构和吸附质的特点如分子量 。穿透曲线是表征材料吸附性 9能的主要性能之一 ,是吸附前后吸附质浓度比值随时间变化的一个函数。此比值达到0.95时,

35、所吸附的吸附质的总量就称为穿透容量。穿透容量取决于流体流速、吸附质浓可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结度和蜂窝炭组分含量等因素10 。对蜂窝状活性炭来说 ,壁厚是一个特别重要的参数 ,可以可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结通过转变壁厚来提高它的吸附效率。在孔隙率相同的情形下,壁厚增加 ,就单位体积蜂窝的炭含量也随之增加 ,从而可以提高吸附容量。这是由于壁厚增加,蜂窝中流体通道的截面积削减 ,这样真实的表面或体积流速也会增大。同时,吸附质与炭之间的接触效率也会提高,这两者之间存在一个平稳关系。在给定的条件下,这个平稳关系将打算吸附增加仍是削减。假如吸附质以较高的扩散速

36、度扩散到蜂窝壁的内部,由此空出来的吸附位又可可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结连续吸附 ,因此厚壁蜂窝应当具有更好的吸附效率和吸附容量11 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.2.3 空塔气速和横截面积的确定空塔气速为气体通过吸附器整个横截面的速度。空塔气速的挑选, 不仅直接打算了吸附器的尺寸和压降的大小 , 而且仍会影响吸附效率。气速很小 , 就吸附器尺寸很大 , 不经济。 气速过大 , 就压降会增大 , 使吸附效率受到影响。通过试验确定正确气速。吸附设计中不能追求过高的吸附效率，把空塔速度取值降小，那样会使吸附床体积、吸附剂用量和设备造价大为增高。反之也不宜

37、取过大的空塔气速那样设备费用虽低，但吸附效率下降很多，且体系压降会随空塔速率的增大上升很快，造成动力消耗过大，因此因选取合适的空塔气速，最相宜空塔气速为0.8 1.2m/s12 ，依此体会结论，本设计确定空塔气速 : U = 1.0 m/s.原始条件：处理风量： Q20000 m3 /h ， 设计温度为 350 C， 压力为1.0132510 5 Pa由于废气中，空气所占的比例远远大于污染物所占比例，因此，废气性质可以近可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结似看作为干空气的热物理性质，查化学原理附录9得以下数据： 空气混和物性质：流体密度 f =1.147kg/ m3 ，黏度为 f

38、=1.9410 5 Pa.S，比热容为 Cp =1.005kJ/kg. 0 C吸附得粒状活性炭颗粒性质：平均直径 dp =0.003m， 表观密度 s =670kg/ m3 ，积累密度 B =470 kg/ m3固定床间隙率 f 0.5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结横截面积 : S = Q200000= 5.56 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U4V4D=3600200001.02.66 m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结U3.141.03600可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.2.4 固定床吸附层高度的运算采纳透过曲线运算

39、法，通过试验将含有肯定浓度污染物的气留恋续通过固定床吸附器，在不同时间内，确定确定吸附床不同截面处气流中污染物的浓度分布，当吸附床使用一段时间后，出口气体污染物浓度达到某一答应最大浓度时，认为吸附床失 效。从气流开头通入至吸附床失效这段时间称为穿透时间，或爱护作用时间。表示吸附床处理气体量与出气口污染物浓度之间的关系的曲线称为穿透曲线。穿透曲线的外形和穿透时间取决与固定床的操作方法。操作过程的实际速率和机理、吸附平稳性 质、气流速度、污染物入口浓度，以及床层厚度等都影响穿透曲线的外形，此过程比较复杂，目前仍是只是近似过程的运算。假定吸附床到达穿透时间时全部处于饱和状态，即达到它的平稳吸附量a,

40、也称 a为静活度，同时依据朗格谬尔等温线假定静活度不在与气象浓度有关。在吸附作用时可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结间 内，所吸附污染物的量为13可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结X= aSLb式中： X 在时间 内的吸附量。a 静活度，重量， %。 S 吸附层的截面积， m2。 L 吸附层高度， m。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结b 吸附剂的积累密度，设计为 470 kg/m3固定床虽然结构简洁，但由于污染物在床层内浓度分布是随时间变化，运算比较复杂，因此目前工程上都是采纳近似运算，通过算活性炭的作用时间进行后处理的计可编辑资料 - - - 欢迎

41、下载精品名师归纳总结算。活性炭的作用时间由下式算出14 ：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结V= CQt 10 9Wdm式中： V活性炭的装填量，3C进口气污染物的浓度， mg/ m3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Q气流量，m3 /h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结t活性炭的使用时间， h W活性炭原粒度的中重量穿透炭容， d活性炭的堆密度 0.8t / m3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结V= Q =vsp20000 =20m31000可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结算出三苯每小时的排放量：6“三苯”的浓度： 0

42、（ 10080100） 20000105.6kg/h假设吸附器的吸附器的吸附效率为85%，就达标排放时需要吸附总的污染物的量为： 5.685%4.76 kg/h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结t VWd 10 9 2010%0.8109285h可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结CQ28020000就在吸附作用时间内的吸附量：X=4.76 2851356.6 依据 X= aSLb 得：XbL aS依据活性炭的吸附才能，设静活度为16kg 甲苯/100kg 活性炭可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结所以， L0.161356.65.564703.24m可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳