吸附法去除气态污染物.ppt

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1、关于吸附法去除气态污染物现在学习的是第1页，共85页引引 言言 1、吸附净化的概念吸附净化的概念：（1）多孔性固体物质具有选择性吸附废气中的一种或多种有害组分的特点。（2）吸附净化是利用多孔性固体物质的这一特点，实现净化废气的一种方法。2、吸附净化法的特点吸附净化法的特点（1）适用范围适用范围 常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化，但处理的气体量不宜过大； 对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率； 当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。现在学习的是第2页，共85页（2）优点优点：净化效率高，可回收有用组分，设备简单，易实现自动化控制。（3）缺点缺点：吸附容量小，设备体积大；吸附剂容量往往有限，需频

2、繁再生，间歇吸附过程的再生操作麻烦且设备利用率低。（4）应用应用：广泛应用于有机化工、石油化工等部门。 环境治理方面：废气治理中，脱除水分、有机蒸汽、恶臭、HF 、SO2、NOX等。 成功的例子：用变压吸附法来处理合成氨放气，可回收纯度很高（98%）的氢气，实现废物资源化。现在学习的是第3页，共85页第一节第一节 吸附过程与吸附剂吸附过程与吸附剂 一、物理吸附和化学吸附一、物理吸附和化学吸附 吸附过程吸附过程：是用多孔固体（吸附剂）将流体（气提或液体）混合物中一种或多种组分积聚或凝缩在表面达到分离目的操作。 根据吸附剂表面与被吸附物质之间作用力不同。物理吸附和化学吸附的区别（见补表10-1）。

3、注意一点：物理吸附和化学吸附可同时发生但常以某一类吸附为主物理吸附和化学吸附可同时发生但常以某一类吸附为主 。同一污染物的吸附量随温度的变化曲线（见图10-1 ：吸附过程曲线）现在学习的是第4页，共85页补表补表10-1 物理吸附和化学吸附的区别物理吸附和化学吸附的区别 现在学习的是第5页，共85页图10-1 吸附过程曲线现在学习的是第6页，共85页二、吸附剂及再生二、吸附剂及再生 （一）吸附剂1、工业用吸附剂应具备的条件：巨大的内表面，大的比表面积即大的吸附容量；良好的选择性；较高的机械强度、化学与热稳定性；来源广泛，造价低廉；良好的再生性能（从经济角度考虑）。2、工业常用吸附剂活性炭活性炭

4、：疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱 除尾气中SO2、NOX等恶臭物质的净化； 优点：性能稳定、抗腐蚀。现在学习的是第7页，共85页 缺点：可燃性，因此使用温度不能超过200，在惰性气流掩护下，操作温度可达500。活性氧化铝活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化（对水有强吸附能力）。硅胶硅胶：亲水性，从水中吸附水份量可达硅胶自身质量的50%，而难于吸附非极性物质。常用于处理含湿量较高的气体干燥，烃类物质回收等。沸石分子筛沸石分子筛：是一种人工合成沸石，为微孔型、具有立方晶体的硅酸盐。 通式为：Mex/n(Al2O3)x(SiO2)ymH2O 特点：孔径整齐均一，因而具有筛分性能筛

5、分性能，一种离子型吸附剂，对极性分子，不饱和有机物具有选择吸附能力。 现在学习的是第8页，共85页吸附树脂：最初为酚、醛类缩合高聚物，以后出现一系列的交联共聚物，如聚苯乙烯等。大孔吸附树脂除了价格较贵外，比起活性炭，物理化学性能稳定，品种较多，能用于废水处理，维生素的分离及H2O2的精制等。 书 P248，表10-1列出了几种常用吸附剂的特性。3、影响气体吸附的因素（1）操作条件： 低温（有利）低温（有利） 物理吸附；物理吸附； 高温（有利）高温（有利） 化学吸附。化学吸附。 吸附质分压上升，吸附量增加。 气流速度：对固定床为0.20.6m/s现在学习的是第9页，共85页（2）吸附剂的性质：如

6、孔隙率、孔径、粒度 比表面积 吸附效果（3）吸附质的性质与浓度：如临界直径、分子量、沸点、饱和性。例：同种活性炭做吸附剂，对于结构相似的有机物分子量和不饱和性越高，沸点越高，吸附越容易。（4）吸附剂的活性定义：以被吸附物质的重量对吸附剂的重量或体积分数表示，以被吸附物质的重量对吸附剂的重量或体积分数表示，是吸附剂吸附能力的标志。是吸附剂吸附能力的标志。 %100 所用吸附剂量已吸附吸附质的质量吸附剂的活性现在学习的是第10页，共85页吸附剂的活性：静活性静活性：是指在一定温度下，与气相中被吸附物质的初始浓度平衡时的最大吸附量，即在该条件下，吸附达到饱和时的吸附量。动活性动活性：气体通过吸附层时

7、，当流出吸附层的气体中刚刚出现被吸附物质时即认为此吸附层已失效。这时单位吸附剂所吸附的吸附质的量称为。 （5） 接触时间（6） 吸附器性能（二）吸附剂的再生吸附剂的再生再生方法：再生方法：（1）加热解吸再生；（）加热解吸再生；（2）降压或真空解吸再生；）降压或真空解吸再生；（3）溶剂萃取再生；（）溶剂萃取再生；（4）置换再生；）置换再生；(5)化学转化再生化学转化再生现在学习的是第11页，共85页第二节第二节 吸附理论吸附理论 一、吸附平衡一、吸附平衡 设计吸附装置或强化吸附过程的关键：对于一台运转的吸附设备预达到最大的吸附分离效果取决于两方面因素：（1）由吸附剂与吸附质本身的物化性质所决定的

8、吸附平吸附平 衡衡（进行的可能性）；（2）由物质传递所决定的吸附动力学吸附动力学（吸附速率）（进 行的快慢）。吸附平衡吸附平衡：吸附质与吸附剂长期接触后，气相中吸附质的浓度与吸附剂（相）中吸附质的浓度终将达到动态平衡。 现在学习的是第12页，共85页 - 10.1平衡吸附量平衡吸附量：吸附剂对吸附质的极限吸附量，亦称静吸附量分静吸附量分数数或静活性分数静活性分数，用XT或m吸附质/m吸附量表示，是设计和生产中一个十分重要的参数，用吸附等温线或吸附等温方程来描述。等温吸附线等温吸附线：吸附达平衡时，吸附质在气、固两相中的浓度间有一定的函数关系，一般用等温吸附线表示。目前已观测到5种类型的等温吸附

9、线（见图10-2）。化学吸附只有I型，物理吸附IV型都有。相应的等温吸附方程式如下：（一）弗伦德里希（Freundlick）方程式 对I型型提出如下经验式：nTkPX1现在学习的是第13页，共85页图10-2 5种类型等温吸附线现在学习的是第14页，共85页XT 吸附质质量与吸附剂质量之比值，无量纲，单位吸附剂在吸附平衡时的饱和吸附量(m3/kg)或(kg/kg) P吸附质在气相中的分压， pa；K,n经验常数，与吸附剂、吸附质种类及吸附温度有关，对于一定的吸附物质，仅与平衡时的分压和温度有关，其值需由实验确定，而n1。适应范围：在广泛的中压部分，与实际数据符合较好；常用于低浓度气体的吸附。取

10、对数后： - 10.2lgXTgP关系，得直线；1/n ,lgk求出n，k； 1/n介于0.10.5之间时，吸附容易进行； 1/n 2时， 吸附难进行。 PnkXTlg)1(lglg现在学习的是第15页，共85页（二）朗格缪尔（Langmuir）方程式1916年导出，较好适用于适用于I型型的理论公式假设：a.固体表面的吸附能力只能进行单分子层吸附与I型吸附线相吻合；b.固体表面各处的不饱和力相等，表面均匀，即各处的吸附热相等。设：吸附质对吸附表面的覆盖率为，则未覆盖率为（1-）， 。若气相分压为P，则吸附速率为k1P(1-)。解吸速率为k2，当吸附达平衡时： maxXX固体总面积已覆盖的面积

11、k1P(1-)= k2 - 10.3 - 10.4pkkpk121现在学习的是第16页，共85页式中：k1, k2分别为吸附，解吸常数。令 B= k1/k2，则 - 10.5若A为饱和吸附量，则单位量吸附剂所吸附的吸附质量XT为： （朗氏方程）- 10.6其中：A，B为常数。当压力P很小时BP1，则 ，即此时吸附量与气体压力无关，吸附达到饱和；当压力P为中等时，这与Freundlick吸附等温式相同。BPBP1BPABPAXT1PBAXTPAXTnTPAX1现在学习的是第17页，共85页若= V/Vm 其中：V气体分压为P时被吸附气体在标准状态下的体积；Vm吸附剂被盖满一层时被吸附气体在标准状

12、态下的体积。则10.5式写成： 或 - 10.7说明：（1）P/V对P作图，得一直线；（2）由斜率1/Vm 和截距1/(B Vm)，可算出B，Vm。指明：朗氏方程式是目前常用的基本等温吸附方程式，但较大时，吻合性较差。BPBPVVm1mmVPBVVP1现在学习的是第18页，共85页（三）BET方程式（是朗氏理论基础上的发展）1938年勃劳纳尔（Brunauer）、爱米特（Emmett）和泰勒（Teller）三人提出适合适合、型的多分子层吸附型的多分子层吸附理论并建立等温方程式，即： 或 - 10.8式中： P0在同温度下该气体的液相饱和蒸汽压，Pa； C与吸附热有关的常数； Xe饱和吸附量分数

13、，无量纲；/) 1(1 00PPCPPCPVVm0011.PPCPPCPXXeT现在学习的是第19页，共85页上式亦写为： 或 - 10.9说明：（1） P/P0或 P/P0作图， 得一直线。（2）重要用途 可测定和计算固体吸附剂的比表面积具体计算方法为：由斜率和截距求得Vm，则吸附剂的比表面积为： - 10.100011PCVPCCVPPVPmm0011PCXPCCXPPXPeeT)(0PPVP)(0PPXPTWNVSmb224000现在学习的是第20页，共85页式中：Sb吸附剂比表面积，m2/g ； 一个吸附质分子的截面积， m2 ；W吸附剂质量；N0阿伏伽德罗常数， 。适用范围：P/P0

14、=0.050.35时上方程较准确。例题：（见P251，例10.1）已知：293K,用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡数据如下23010023. 6N试绘制等温吸附线，若该等温吸附线符合朗氏等温吸附方程式，试求A、B值。 现在学习的是第21页，共85页解：依数据，绘图如下（见例10-1图）： 例10-1图：活性炭吸附苯蒸汽等温吸附线现在学习的是第22页，共85页显然，该等温吸附线符合朗氏等温吸附线，从而可用朗氏方程式描述。结合曲线横、纵坐标参数，将朗氏方程式变换成下列形式：任取曲线上两点q (400，0.205) 和s (4000，0.290) 带入上式，于是有： 解之得： )1 ()/(BPXXA

15、TT BABA14000290. 0290. 01400205. 0205. 0310176.5B304. 010176. 51400205. 025. 03A现在学习的是第23页，共85页二、吸附速率二、吸附速率 吸附速率吸附速率：单位重量的吸附剂（或单位体积的吸附层）在单位时间内所吸附的物质量。吸附速率的变化范围很大，可从百分之几秒到几十小时。吸附过程可分为以下几步（见图10-3）。 （1）外扩散（气膜扩散）：吸附质从气流主体穿过颗粒周围气膜扩散至外表面。（2）内扩散（微孔扩散）：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。脱附过程是上过程的逆过

16、程。对于化学吸附第三步还伴有化学反应。现在学习的是第24页，共85页图10-3 吸附过程与两种极端浓度曲线现在学习的是第25页，共85页一般吸附过程：(1) 物理吸附：内外扩散控制；(2) 化学吸附：既有表面动力学控制,亦有内外扩散控制一般来说，外扩散控制的情况较少.（一）外扩散速率（一）外扩散速率吸附质A的外扩散传质速率计算式为： - 10.11式中： dMAdt时间内吸附质从气相扩散至固体表面的质量，kg/m3； kY外扩散吸附分系数， kg/ (m2.s)； ap单位体积吸附剂的吸附表面积， m2/ m3；YA，YAi分别为A 在气相中及吸附剂外表面的浓度，质量分数。AiApYAYYak

17、dtdM现在学习的是第26页，共85页（二）内扩散速率（二）内扩散速率 - 10.12 式中： kX内扩散吸附分系数， kg/ (m2.s) ； XA，XAi分别为A在固相内表面及外表面的浓度，质量分数（三）总吸附速率方程式（三）总吸附速率方程式由于表面浓度不易测定，吸附速率常用吸附总系数表示 - 10.13式中：KY，KX分别为气相及吸附相吸附总系数，kg/ (m2.s) ； 分别为吸附平衡时气相及吸附相中A的浓度，质量分数 )(AAipXAXXakdtdM)()(AApXAApYAXXaKYYaKdtdMAAXY ，现在学习的是第27页，共85页 设吸附过程中吸附质在吸附剂上达到平衡时，流

18、动相中的浓度与吸附剂上的吸附量成简单的关系： 式中：m平衡曲线的斜率。由此得： - 10.14 - 10.15可见： - 10.16显然：分吸附系数与总吸附系数间的关系与吸收类似。AAmXYpXpYpYakmakaK11makakaKpYpXpX111YXKmK现在学习的是第28页，共85页第三节第三节 吸附操作方式与设计吸附操作方式与设计 一、吸附过程的工艺流程一、吸附过程的工艺流程（一）工艺流程分类1、按吸附剂在吸附器中的工作状态分为： 固定床固定床、移动床（超吸附）移动床（超吸附）、沸腾流化床沸腾流化床。穿床速度穿床速度：气体通过床层的速度是划分反应床类型的主要依据。（1）穿床速度低于吸

19、附剂的悬浮速度，颗粒处于静止状态，属于固定床固定床范围；（2）穿床速度大致等于吸附剂的悬浮速度，吸附剂颗粒处于激烈的上下翻腾状态，并在一定时间内运动，属于流化床流化床范围；现在学习的是第29页，共85页（3）穿床速度远远超过吸附剂的悬浮速度，固体颗粒浮起后不再返回原来的位置而被输送走，属于输送床输送床范围2、按操作过程的连续与否分为：间歇式间歇式、连续式连续式。3、按吸附床再生的方法分：升温解吸循环再生（变温吸升温解吸循环再生（变温吸 附）附）、减压循环再生（变压吸附）减压循环再生（变压吸附）、溶剂置换再生溶剂置换再生等（二）常见的几种吸附流程1、固定床吸附流程（见图10-4）优点：设备结构简

20、单，吸附剂磨损小；缺点：间歇操作，操作必须周期性地变换，因而操作复杂，劳动强度高；设备庞大，生产强度低；吸附剂导热性差，因而升温及变温再生困难。现在学习的是第30页，共85页图10-4 半连续式吸附流程现在学习的是第31页，共85页2、移动床吸附流程（见图10-5）控制吸附剂在床层中的移动速度，使净化后的气体达到排放标准。特点：吸附剂在下降过程中，经历了冷却、降温、吸附、增浓、汽提-再生等阶段，在同一设备内完成了吸附、脱附（再生）过程；吸附过程是连续的吸附过程是连续的，多用于处理稳定、连续、大气量的废气；吸附剂在移动过程中有磨损。3、流化床吸附流程（见图10-6） 二、吸附性能参数的测定二、吸

21、附性能参数的测定（一）吸附平衡的测定（自学）有三种测定方法，即容量法、重量法和流动色谱法。（详见书P255）现在学习的是第32页，共85页图10-5 移动床工艺流程图1-料斗；2-吸附器；3-风机；4-传输带现在学习的是第33页，共85页图10-6 连续式流化床吸附工艺流程图1-料斗；2-多层流化床吸附器；3-风机；4-皮带传输机；5-再生塔；6-分离器现在学习的是第34页，共85页（二）比表面积的测定用BET方程进行图解，可测得吸附剂的比表面积。其测定步骤如下：1、据BET方程式，以 对P/P0或 对P/P0作图，可得到一直线。由斜率 和截距 ，求出C，Vm。2、按式10.10求出吸附剂的比

22、表面积。例10.2 ：用比表面积测定仪测定某一固体吸附剂的比表面积，试验用吸附剂试料量W=0.9578g，实验温度T=300K，在该温度下，N2的饱和蒸汽压P0=119057Pa，试验测得吸附达平衡时氮气分压与吸附剂吸附量的关系为：TXPPP00PPVPCVCm 1CVm1现在学习的是第35页，共85页 P/Pa 9051.895 11533.04 18656.197 26347.3 29728.49 V/ml 0.8984 0.9228 1.0760 1.166 1.258 若一个N2分子截面积=13.8 10-10m2。试用BET方程计算该吸附剂的表面积Sb。 解：BET方程式如下：根据测

23、得N2分压与相应的吸附量值，计算出 及 P/P0 结果见下表：0011CPVPCCVPPVPmmPPVP0 0PP 0.0760 0.0969 0.1567 0.2213 0.2497 PPVP0 0.0916 0.1162 0.1727 0.2437 0.2645 现在学习的是第36页，共85页以 为纵坐标， 为横坐标作图。 (见例10.2附图） PPVP00PP现在学习的是第37页，共85页由图可知： 解上方程组，得： C=94.82 Vm=0.9588则吸附剂的比表面积011.01032.11mmVCVCCgmWNVSmb/10714. 39578. 0108 .132240010023

24、. 69588. 02240021010230（三）吸附速率的测定 气相吸附的速率可以用定容法或重量法测定。（参见书P256）现在学习的是第38页，共85页三、吸附装置的设计三、吸附装置的设计（一）常见的吸附器 （详见P257）（二）固定床吸附器的设计计算设计计算应包括确定：（1）吸附器的型式吸附器的型式；（2）吸附剂的种类吸附剂的种类；（3）吸附剂的需吸附剂的需要量；要量；（4）吸附床高度吸附床高度；（5）吸附周期；等。吸附周期；等。以上参数的选择应从吸附平衡、吸附传质速率及压降来考虑。1、设计依据、设计依据废气的流量、性质及污染物浓度，国家排放标准。2、吸附器的确定、吸附器的确定对吸附器的

25、基本要求：现在学习的是第39页，共85页 具有足够的过气断面和停留时间； 良好的气流分布； 预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质； 能够有效的控制和调节吸附操作温度； 易于更换吸附剂。3、吸附剂的选择、吸附剂的选择（同：工业吸附剂应具备的条件） 依据：等温吸附线（得到或测出） 须满足条件： 对所处理污染物选择性强； 比表面积大； 吸附容量大； 具有较好机械强度、热稳定性及化学稳定性。现在学习的是第40页，共85页4、吸附区高度的计算、吸附区高度的计算常用两种：穿透曲线法穿透曲线法；希洛夫近似法希洛夫近似法。（1）穿透曲线（透过曲线）法穿透曲线（透过曲线）法（A）吸附负荷曲线吸附负荷曲线在流动状态

26、下，气相中的吸附质沿床层不同高度的浓度变化曲线，或在一定温度下吸附剂种吸附的吸附质沿床层不同高度的浓度变化曲线称为。结合补图10-1，分析一下床层内吸附质浓度在整个操作过程的变化。说明：横轴Z吸附剂床层高度；横轴X吸附剂的吸附负荷；X0吸附剂原始浓度（或反复再生过的吸附剂中残留的吸附质浓度）；Xe吸附剂达到饱和时的负荷；0床层开始吸附的时间；b达到破点的时间；e全床达到吸附平衡（饱和）的时间。现在学习的是第41页，共85页补图10-1 吸附剂中吸附质浓度的变化 0 + 现在学习的是第42页，共85页补图10-1 吸附剂中吸附质浓度的变化(续） b b e 现在学习的是第43页，共85页（a）图

27、：0：未通过含吸附质气体时（b）图：=：已通入含吸附质气体，在吸附剂进口处吸附剂刚刚出现饱和时。（c）图：=+：在床层的进气端吸附质负荷为Xe，此区称为“平衡区平衡区”或称“饱和区饱和区”；而靠近气体出口侧，床层中的吸附负荷仍为X0，此区内的吸附剂仍具有高度活性，此区称为“未用区未用区”；介于平衡区和未用区之间的那一部分床层其吸附负荷由饱和Xe的变化到起始的X0，形成一个S形曲线，这段床层进行吸附过程，故称“传质区传质区”或“传质带传质带”，而S曲线称为“吸附波吸附波”或“传质波传质波”，又称“传质前沿传质前沿”。(见补图10-2) 现在学习的是第44页，共85页补图10-2 吸附剂床层中各区

28、分布示意图 未用区未用区传质区传质区(传质带传质带)饱和区饱和区(平衡区平衡区)YY0现在学习的是第45页，共85页（d）图：=b：吸附波前沿刚刚到达吸附层下端口，若继续进行吸附，则从流出床层气体中，将发现有吸附，此即所谓“穿穿透现象透现象”或称“透过现象透过现象”。出现穿透的点称为“穿透点穿透点”（或称“破点破点”），到达破点所需的时间为“透过时间透过时间” b（或“穿透时间穿透时间”）。（e）图：b： “传质波”继续前移。（f）图：e：吸附波的末端也到达床层的出口，即全床达到吸附平衡(饱和)，整个床层失去吸附能力。（B）穿透曲线（透过曲线）穿透曲线（透过曲线） 在一定时间内，分析床层中流出

29、气体的浓度，即从研究流出物浓度随时间的变化关系来达到研究吸附床层中浓度变化的情况穿透曲线（透过曲线）。（见图10-10） 现在学习的是第46页，共85页图10-10 吸附穿透曲线W Yb D C 现在学习的是第47页，共85页（C）穿透曲线法穿透曲线法假设条件：等温吸附，等温吸附线为线型； 低浓度污染物的吸附； 传质区高度比床层高度小得多。设：气体中吸附质的无溶质基浓度用Y（即吸附质/载气）表示，吸附剂上吸附质的无溶质基浓度用X表示（即吸附质/吸附剂）表示。图中： W：一段时间后流出物总量，kg载气/m2；YeY0，Ye=0.9Y0 ；Yb0，Yb=0.001 Y00.01 Y0;则一段时间后

30、流出物总量： Wa = WeWb (kg/m2) -10.17其中：WaZ a段（传质区段）的流出物量现在学习的是第48页，共85页那么在吸附区内，从穿透点到吸附剂基本失去吸附能力，吸附剂所吸附污染物的质量为： -10.18定义：f 穿透点出现时，传质区内仍具有吸附能力面积的比率，可表示为： -10.19从而（1-f）为传质区内吸附剂的饱和度。f意义意义：f的大小反映了在到达破点时床层的饱和度。f愈大，吸附饱和的程度愈低，传质区形成所需的时间愈短。f介于01之间，一般在0.40.5左右。BEDWWSdwYYUeb）（0BCEDBEDaSSWYUf0现在学习的是第49页，共85页设吸附床的高度为

31、Z，则传质区高度： -10.20Za的计算公式推导如下：传质区形成后在床区内向前移动一段距离等于Za（传质区高度）所需的时间a -(a) 传质区形成并移出床层所需的时间e -（b）ZWfWWWfWZWZabaaeaa1SbesaGWWGWaSeeGW现在学习的是第50页，共85页令f为传质区形成所需的时间，则传质区移动等于床层总高Z距离，所需时间为e-f，因此，传质区高度Za为 -（c）吸附波形成后尚有f这一部分面积未吸附， f a 当f=0时，则表示吸附波形成后，传质区已达饱和，f =a；当f=1时，表示传质区里吸附剂基本上不含吸附质，f0。所以有： f=（1- f）a - (d)将（d）、

32、（a）、（b）代入（c）有feaaZZaeasasesaaeaaWfWZWGWfGWGWZfZZ111现在学习的是第51页，共85页（D）穿透曲线的绘制穿透曲线的绘制： （见书P260）（2）希洛夫近似法）希洛夫近似法间歇固定床持续时间的计算（A）希洛夫公式（希洛夫方程）希洛夫公式（希洛夫方程）假设条件：吸附速率无穷大，即吸附质进入吸附层即被吸附；达到穿透时间时，吸附质进入床层的吸附质量等于该时间内吸附床的吸附量。于是，有平衡关系式： -10.26显然，吸附床的穿透时间b与吸附床高度Z关系是通过原点的直线，如图10-12所示：1线（纠正）。 TsbsXAZYAG0KZZYGXssTb0现在学习

33、的是第52页，共85页图10-12 bZ曲线现在学习的是第53页，共85页而实际穿透时间b，其差值为0 ,故上式修正为： =K(Z-Z0) 或 =b -0 -10.27式中： Gs 载气通过床层的流率，kg/m2.s；b吸附床的穿透时间（保护作用时间）。 Z0吸附剂中未被利用部分的长度，亦称为“死层”； 0=KZ0，K为吸附层的保护作用系数， -Z关系曲线，（如图10-12所示：2线） 式式10.26、10.27为希洛夫方程为希洛夫方程（B）用）用希洛夫公式进行近似计算的设计程序希洛夫公式进行近似计算的设计程序 0YGXKssT现在学习的是第54页，共85页选定吸附剂和操作条件，如温度、压力、

34、气体流速等。对于气体净化，空床流速一般取0.10.6m/s，可根据已给处理气量选定。根据净化要求，定出穿透点浓度，在载气速率Gs一定的情况下，选取不同的吸附剂床层高度Z1、Z2、Zn，可根据已给处理气量选定。以Z为横坐标，为纵坐标，作Z -直线，则其斜率为K，截距为0。根据生产中计划采取的脱附方法和脱附再生时间、能耗等因素确定操作周期，从而确定所要求的穿透时间用希洛夫公式计算所需吸附剂床层高度Z。若求出Z太高，可分为n层布置或分为n个串联吸附床布置。为便于制造和操作, 通常取个床层高度相等, 串联床数n3。现在学习的是第55页，共85页由气体质量流量G（kg/s）与气流速率Gs，求床层截面积A

35、（m2） 若A太大，可分为n个并联的小床，则每个小床的截面积（m2） 由床层截面积A或A可求出床层直径D（圆柱形床）或边长B（正方形床）。求所需吸附剂质量。核算压降p。若p值超过允许范围，可采取增大A 或减小Z的办法使p值降低。设计吸附剂的支承与固定装置、气体分布装置、吸附器壳体，各连接管口及进行脱附所需的附件等。 nGA sGGA 现在学习的是第56页，共85页5、吸附剂用量、吸附剂用量（纠正公式） -10.28 式中： A吸附床横截面积，m2。 考虑到装填损失，每次新装吸附剂量为（1.051.2）理论量。6、吸附周期、吸附周期（出现穿透的时间） -10.297、固定床降压、固定床降压采用欧

36、根（Ergun）方程计算（经验公式） -10.30 sTbsZAMXAGYM或0saGWt ppduduZP23232175. 1)1 (150现在学习的是第57页，共85页式中：P通过床层的压降，Pa； Z床层高度，m； 气体的动力粘度，Pa/s； 颗粒层孔隙率，%； 气体密度，kg/m3； u床层进口横截面积处气体平均流速，m/s； dp吸附剂颗粒直径，m.例题：P262,例10.3（校正题中错误！）（变换形式后）（变换形式后）某厂产生含CCl4废气，气量Q=1000m3/h，浓度为45g/m3，一般均为白天操作，每天最多工作8h。拟采用吸附法净化，并回收CCl4，试设计需用的立式固定床吸

37、附器。 现在学习的是第58页，共85页解：CCl4为有机溶剂，沸点为76.8，微溶于水，可选用活性炭作吸附剂进行吸附，采用水蒸气置换脱附，脱附气冷凝后沉降分离回收CCl4。根据市场供应情况选用粒状活性炭作吸附剂，其直径为3mm，堆积密度s=300600g/l，孔隙率=0.330.43。选定在常温常压下进行吸附，维持进入吸附床的气体在20以下，压力为101325Pa。根据经验选取空床流速u=20m/min。将穿透点浓度定为50 mg/m3。以含CCl45g/m3的气流在所指定的条件下进行动态吸附实验，测定不同床层高度下的穿透时间，得到如下实验数据：现在学习的是第59页，共85页以Z横、纵，作图得

38、一直线(见例10-3，附图)。在所作直线上取两点（0.14，200），（0.35，651）于是 0=101min（查图）)(min/214814. 035. 0200651mK床层高度 Z/m 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 穿透时间 /min 109 231 310 462 550 651 据该厂生产情况，考虑每周脱附一次，床层每周吸附 6天，每天按8 h计，累计吸附时间48h。 因而床层高度为：现在学习的是第60页，共85页00tg=K例10-13 附图现在学习的是第61页，共85页 取Z=1.4m采用立式圆筒进行吸附，其直径为： 取D=1.0m所需吸附剂量 考虑到装

39、填损失，取损失率为10%，则每次新装填吸附剂时需活性炭545726kg。 )(388. 1214810160480mKZ03. 160201000442121uQDkgZAms8 .4942/16003004 . 10 . 142kgm7 .6596004 .10 .142max现在学习的是第62页，共85页压力降（书中有计算错误，纠正！） 查20,101.325Pa条件下空气密度=1.2kg/m3, ，此时气速 sPa6108 . 1smu/354. 00 . 14360010002(Pa)1 .43124 . 15 .17364 . 1003. 0354. 02 . 138. 038. 0

40、175. 1003. 038. 01018354. 038. 01150175. 1115023236223232ZdpudpuP代入式10.30，得： 此压降可以接受，不必对吸附器床厚度作调整。设计吸附器壳现在学习的是第63页，共85页（三）吸附剂再生的计算（三）吸附剂再生的计算（见书P263）（以水蒸气脱附再生法为例）1、脱附吸附质时水蒸气的消耗量；2、干燥吸附剂时空气消耗量；3、加热空气所消耗的热量。 小结小结：这一节介绍了（1）吸附过程与工艺流程；（2）吸附性能参数的测定：吸附性能参数中着重讲了比表比表面积面积的测定，其测定计算方法需掌握；（3）吸附装置的设计中重点讲了常见的固定床吸附

41、器的设计计算，其中吸附区高度的计算常用两种计算方法：穿透曲线法穿透曲线法、希洛夫近似法希洛夫近似法，需掌握。现在学习的是第64页，共85页第四节第四节 吸附法净化气态污染物的应用吸附法净化气态污染物的应用 一、吸附法净化烟气中的一、吸附法净化烟气中的SO2 常用的吸附剂是活性炭、分子筛、硅胶活性炭、分子筛、硅胶等，下面介绍活性炭吸附法。（一）活性炭吸附脱硫的特点活性炭吸附脱硫的特点： 最早出现于19世纪下半叶，20世纪70年代后期，日本、德国、美国得到工业应用。其代表法有：月立法、住友法、鲁奇法、BF法及Reinluft法等。发展趋势：由电厂到石油化工、硫酸及肥料工业等领域。 能否应用该方法的

42、关键能否应用该方法的关键： 解决副产物稀硫酸的应用市场； 提高活性炭的吸附性能；现在学习的是第65页，共85页活性炭脱硫的主要特点：过程比较简单，再生过程中副反应很少；吸附容量有限，常需在低气速（0.31.m/s）下进行，因而吸附器体积较大；活性炭易被废气中O2氧化而导致损耗；长期使用后，活性会产生磨损，并因微孔堵塞丧失活性。（二）活性炭脱硫工艺流程活性炭脱硫工艺流程常见的工艺流程有固定床、移动床。（见图10-13、图10-14）现在学习的是第66页，共85页图10-13 活性炭固定床吸附SO21、文丘里洗涤器；2、吸附塔；3、液体槽；4、硫酸浓缩器；5、冷却器；6、过滤器现在学习的是第67页

43、，共85页图10-14 移动床吸附SO2 1、吸附塔；2、空气处理槽；3、脱附塔；4、换热器；5、7、风机；6、烟囱；8、锅炉现在学习的是第68页，共85页（三）原理原理1、脱硫 两个步骤：（1）SO2、O2通过扩散传质从排烟中到达炭表面，穿过界面后继续向微孔通道内扩散，直至为内表面活性催化点吸附；（2）被吸附的SO2进一步催化氧化成SO3，再经过水合稀释形成一定浓度的硫酸储存于炭孔中。 其机理如下： *2*222,OSOOSO 1*32*221QSOCCOSO 2422*3QSOHCOHSOC 32422*42QOnHSOHCOnHSOHC现在学习的是第69页，共85页2、再生：采用洗涤再生

44、法，通过洗涤活性炭床层，使炭孔内的酸液不断排出炭层，从而恢复炭的催化活性。（原因）（四）影响因素影响因素1、脱硫催化剂的物化特性书中列出三种不同活性炭的物化性能(书P267，表10-3) 2、烟气空床速度与SO2浓度（见图10-15和图10-16）3、床层温度与烟气湿度（见图10-17）4、烟气中氧含量 烟气中氧含量对反应有直接影响。氧含量 5%时，反应效率明显提高；一般烟气中氧含量为5%10%，能够满足脱硫反应要求。现在学习的是第70页，共85页图10-15 空速对脱硫效率的影响1-总反应时间；2-平均转化率1 2 现在学习的是第71页，共85页图10-16 SO2浓度对脱硫效率的影响 1-

45、总反应时间；2-平均转化率1 2 现在学习的是第72页，共85页图10-17 床层温度和烟气含湿量对脱硫效率的影响 1-烟气含湿量；2-床层温度1 2 现在学习的是第73页，共85页二、吸附法净化有机蒸汽二、吸附法净化有机蒸汽 常用的吸附剂是活性炭。（一）固定床吸附净化流程（见图10-18）（二）间歇固定床净化有机溶剂的计算有机溶剂易挥发，在进行吸附计算时应考虑有机溶剂的蒸发量1、有机溶剂的蒸发量（即散发量）可按马扎克（B.T.M）公式和相对挥发度计算。（1）马扎克公式法适用于：有机物质敞露存放时散发量计算MFpuGv32.1331 . 438. 5现在学习的是第74页，共85页图10-18

46、从空气中回收有机溶剂蒸汽的工业吸附装置图1、过滤器、2、砾石阻火器；3、附有安全膜片的补偿安全器； 4、风机；6、加热器；7、凝液罐；8、吸附器；9、冷凝器；10、液体压力计；11、弹簧压力计；12、水银温度计现在学习的是第75页，共85页式中：G-有机溶剂蒸发量，g/h； u-车间内风速， m/s； Pv-有机溶剂在室温时饱和蒸汽压，Pa； F-有机溶剂敞露面积，m2； M-有机溶剂分子量。不同温度下有机溶剂的饱和蒸汽压Pv可按下式计算：式中：T-有机溶剂的温度，T； A、B-常数。常用有机溶剂的 A、B值（见书P269，表10-4）BTAPV05223. 032.133log现在学习的是第

47、76页，共85页（2）相对挥发度近似计算法 相对挥发度相对挥发度：为乙醚的蒸发量与某溶剂在相同条件下蒸发量的比值，即 已知某条件下，A物质的散发量为GA，那么相同条件下，B物质的散发量为：iiGGa/乙醚BAABaaGG/例10.4：比较简单，看书即可。例10.5：在21和138KPa（绝压）下，283.2m3/min（289K，101.3KPa）的脱酯剂排气流中含有三氯乙烯0.2%（以体积计），用活性炭吸附塔回收99.5%（以质量计）的三氯乙烯。活性炭堆积密度s=577Kg/m3，静活性XT=28Kg三氯乙烯/100Kg活性炭，吸附塔的操作周期为：吸附4h，加热和脱附2h，冷却1h，1h备用

48、。试计算活性炭的用量和吸附塔尺寸。现在学习的是第77页，共85页解：操作条件下混合气体的体积流量： 三氯乙烯的体积流量： 三氯乙烯的质量流量： hm /9 .126881382893 .101294602 .2833hm /4 .25%2 .09 .126883hKghKmol/86.18737.13143. 1/43. 13 .1012941382734 .224 .25现在学习的是第78页，共85页经4h吸附的三氯乙烯量： 所需活性炭量：若采用气速为0.5m/s的立式塔，流体通过的截面积为： 塔径 ： 塔高： 205. 736005 . 09 .12688ms mD305. 74 mH66

49、. 005. 763. 4Kg68.7474995. 086.187363.42857710068.747m现在学习的是第79页，共85页三、吸附法净化含氟废气三、吸附法净化含氟废气1、含氟废气的净化方法净化方法有：干法和湿法。典型的技术：用氧化铝吸附净化铝厂含氟烟气。目前，国外采用的吸附净化流程有：美国的A-398法、加拿大的阿尔肯（A）法、法国的比施涅法（P）法。2、该法的特点特点：净化效率高，可达99%以上；吸收剂是铝电解的原料氧化铝，不需专门制备和处理吸附剂；无二次污染和设备腐蚀问题；属干法净化，基建费用和运行费用均较低，适用于各种气候条件。现在学习的是第80页，共85页3、原理原理：

50、氧化铝：颗粒细、微孔多、比表面积大，又具有两性化 合物的特性，一种特殊的吸附剂；氟化氢：酸性气体，沸点高，电负性大，极易被氧化铝 吸附。 Al2O3+6HF 2AlF3+3H2O 4、吸附特点：、吸附特点：主要为化学吸附主要为化学吸附，同时伴随物理吸附。降低温度和提高HF浓度均有利于吸附过程的进行。5、吸附装置和净化工艺、吸附装置和净化工艺输送床吸附法（亦称：管道吸附法）净化工艺流程（见图10-21）。 LogK400K=37.2LogK1250K=1.64 现在学习的是第81页，共85页图10-21 输送床净化工艺流程 1-电解槽；2-集气罩；3-反应管；4-排烟管；5-料仓；6-加料管；7