环保设备及应用——吸附设备说课材料.ppt

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1、环保设备及应用吸附设备（2 2）优优点点：净净化化效效率率高高，可可回回收收有有用用组组分分，设设备备简简单，易实现自动化控制。单，易实现自动化控制。（3 3）缺缺点点：吸吸附附容容量量小小，设设备备体体积积大大；吸吸附附剂剂容容量量往往往往有有限限，需需频频繁繁再再生生，间间歇歇吸吸附附过过程程的的再再生生操操作作麻麻烦且设备利用率低。烦且设备利用率低。（4 4）应用：）应用：广泛应用于有机化工、石油化工等部门。广泛应用于有机化工、石油化工等部门。环境治理方面：环境治理方面：废废气气治治理理中中，脱脱除除水水分分、有有机机蒸蒸汽汽、恶恶臭臭、HF HF、SOSO2 2、NONOX X等。等。

2、成功的例子：成功的例子：用用变变压压吸吸附附法法来来处处理理合合成成氨氨放放气气，可可回回收收纯纯度度很高（很高（98%98%）的氢气，实现废物资源化。）的氢气，实现废物资源化。二、吸附剂及再生二、吸附剂及再生（一）吸附剂（一）吸附剂1 1、工业用吸附剂应具备的条件：、工业用吸附剂应具备的条件：巨大的内表面和大的巨大的内表面和大的孔隙率孔隙率；良好的选择性；良好的选择性；吸附容量吸附容量；较高的机械强度、化学与热稳定性；较高的机械强度、化学与热稳定性；颗粒度要适中而且均匀；颗粒度要适中而且均匀；其他：其他：良好的再生性能，良好的再生性能，要求吸附剂易再生和活化要求吸附剂易再生和活化，来源广泛，

3、造价低廉。来源广泛，造价低廉。吸吸附附剂剂必必须须是是具具有有高高度度疏疏松松结结构构和和巨巨大大暴暴露露表表面面的的多多孔孔物物质质。只只有有这这样样，才才能能给给吸吸附附提提供供很很大大的的表表面面。吸吸附附剂剂的的有有效效表表面面包包括括颗颗粒粒的的外外表表面面和和内内表表面面，而而内内表表面面总总是是比比外外表表面面大大得得多多，例例如如硅硅胶胶的的内内表表面面高高达达600m600m2 2g g，活活性性炭炭的的内内表表面面可可高高达达1000m1000m2 2g g。这这些些内内部部孔孔道道通通常常都都很很小小，有有的的宽宽度度只只有有几几个个分分子子的的直直径径，但但数数量量极极

4、大大，这这是是由由吸吸附附剂剂的的孔孔隙隙率率决决定定的的。因因此此，要要求求吸吸附附剂剂要要有有很很大大的的孔孔隙隙率率。除除此此之之外外，还还要要求求吸吸附附剂剂具具有有合合适适的的孔孔隙隙和和分分布布合合理理的的孔孔径径，以以便便吸吸附附质质分分子子能能到到达达所有的内表面而被吸附。所有的内表面而被吸附。工工业业上上应应用用吸吸附附剂剂的的目目的的，就就是是为为了了对对某某些些气气体体组组分分有有选选择择地地吸吸附附，从从而而达达到到分分离离气气体体混混合合物物的的目目的的。因因此此要要求求所所选选的的吸吸附附剂剂对对所所要要吸吸附附的的气气体体具有很高的选择性。具有很高的选择性。例例如

5、如活活性性炭炭吸吸附附二二氧氧化化硫硫(或或氨氨)的的能能力力，远远大大于于吸吸附附空空气气的的能能力力，故故活活性性炭炭能能从从空空气气与与二二氧氧化化硫硫(或或氨氨)的的混混合合气气体体中中优优先先吸吸附附二二氧氧化化硫硫(或或氨氨)，达到净化废气的目的达到净化废气的目的。吸附剂的吸附容量吸附剂的吸附容量 是是指指一一定定温温度度下下，对对于于一一定定的的吸吸附附质质浓浓度度，单单位位质质量量(或或体体积积)的的吸吸附附剂剂所所能能吸吸附附的的最最大大吸吸附附质质量。质质量。用用于于固固定定床床时时，若若颗颗粒粒太太大大且且不不均均匀匀，易易造造成成气气路路短短路路和和气气流流分分布布不不

6、均均，引引起起气气流流返返混混，气气体体在在床床层层中中停停留留时时间间短短，降降低低吸吸附附分分离离效效果果。如如果果颗颗粒粒太太小小，床层阻力过大，严重时会将吸附剂带出器外。床层阻力过大，严重时会将吸附剂带出器外。2 2、工业常用吸附剂、工业常用吸附剂活性炭：活性炭：活活性性炭炭是是一一种种非非极极性性吸吸附附剂剂，具具有有疏疏水水性性和和亲亲有有机机物物质质的的性性质质，它它能能吸吸附附绝绝大大部部分分有有机机气气体体，如如苯苯类类，醛醛酮酮类类、醇醇类类、烃烃类类等等以以及及恶恶臭臭物物质质，因因此此，活活性性炭炭常常被被用用来来吸吸附附和和回回收收有有机机溶溶剂剂和和处处理理恶恶臭臭

7、物物质质。对对SOSO2 2、NOxNOx、ClCl2 2、H H2 2S S、COCO2 2等等有有害害气气体体也也有有优优良良的的吸吸附附能能力力，因因此此，在在吸吸附附操操作作中中，活活性性炭炭是是一一种首选的优良吸附剂。种首选的优良吸附剂。优点：性能稳定、抗腐蚀。优点：性能稳定、抗腐蚀。缺缺点点：可可燃燃性性，因因此此使使用用温温度度不不能能超超过过200200，在在惰性气流掩护下，操作温度可达惰性气流掩护下，操作温度可达500500。普通活性炭炭分子筛纤维活性炭 颗粒状活性炭(粒炭)粉状活性炭(粉炭)附能力比一般的活性炭高出附能力比一般的活性炭高出1 11010倍，倍，特别是对于一些

8、恶臭物质的吸附量比特别是对于一些恶臭物质的吸附量比颗粒活性炭要高颗粒活性炭要高4040倍左右。倍左右。多用于气多用于气体吸附体吸附多用于液体的脱色多用于液体的脱色处理处理 活性氧化铝活性氧化铝：活活性性氧氧化化铝铝是是一一种种极极性性吸吸附附剂剂，无无毒毒，对对水水的的吸吸附附容容量量很很大大，常常用用于于高高湿湿度度气气体体的的吸吸湿湿和和干干燥燥。它它还还用用于于多多种种气气态态污污染染物物，如如SOSO2 2、H H2 2S S、含含氟氟废废气气、NOxNOx以及气态碳氢化合物等废气的净化。以及气态碳氢化合物等废气的净化。活活性性氧氧化化铝铝机机械械强强度度好好，可可在在移移动动床床中中

9、使使用用，并并可可作作催催化化剂剂的的载载体体。而而且且它它对对多多数数气气体体和和蒸蒸气气是是稳稳定定的的，浸浸入入水水或或液液体体中中不不会会溶溶胀胀或或破破碎碎。循循环环使使用后其性能变化很小，因此使用寿命长。用后其性能变化很小，因此使用寿命长。硅胶：硅胶：硅硅胶胶是是一一种种极极性性吸吸附附剂剂，可可以以用用来来吸吸附附SOSO2 2、NOxNOx等气体，等气体，但难于吸附非极性的有机物。但难于吸附非极性的有机物。同同时时亲亲水水性性好好，从从水水中中吸吸附附水水份份量量可可达达硅硅胶胶自自身身质质量量的的50%50%。常常用用于于处处理理含含湿湿量量较较高高的的气气体体干干燥燥，烃类

10、物质回收等。烃类物质回收等。硅胶还可用作催化剂的载体。硅胶还可用作催化剂的载体。沸石分子筛：沸石分子筛：是是一一种种人人工工合合成成沸沸石石，为为微微孔孔型型、具具有有立立方方晶晶体的硅酸盐。体的硅酸盐。通式为：通式为：Mex/n(AlMex/n(Al2 2O O3 3)x(SiO)x(SiO2 2)ymH)ymH2 2O O特特点点：孔孔径径整整齐齐均均一一，因因而而具具有有筛筛分分性性能能，一一种种离离子子型型吸吸附附剂剂，对对极极性性分分子子，不不饱饱和和有有机机物物具具有有选选择择吸附能力。吸附能力。吸附树脂：吸附树脂：最最初初为为酚酚、醛醛类类缩缩合合高高聚聚物物，以以后后出出现现一

11、一系系列列的交联共聚物，如聚苯乙烯等。的交联共聚物，如聚苯乙烯等。大大孔孔吸吸附附树树脂脂除除了了价价格格较较贵贵外外，比比起起活活性性炭炭，物物理理化化学学性性能能稳稳定定，品品种种较较多多，能能用用于于废废水水处处理理，维生素的分离及维生素的分离及H H2 2O O2 2的精制等。的精制等。3 3 3 3、影响气体吸附的因素、影响气体吸附的因素、影响气体吸附的因素、影响气体吸附的因素 温度温度 吸附过程是一个放热过程吸附过程是一个放热过程 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。压力压力增增大大气气相相主主体体的的压压力力，吸吸附附质质分分压

12、压上上升升，吸吸附附量量增增加加。但但增增大大压压力力不不仅仅会会增增加加能能耗耗，而而且且还还会会给给吸吸附附设设备备和和吸吸附附操操作作带带来来特特殊殊要要求求，因因此此一一般般不不为此而设增压设备。为此而设增压设备。气流速度气流速度固定床：固定床：0.2-0.6m/s0.2-0.6m/s吸附剂浸渍吸附剂浸渍 这这是是提提高高吸吸附附剂剂吸吸附附能能力力(容容量量)和和选选择择性性的一种有效方法。的一种有效方法。其其处处理理方方法法是是将将吸吸附附剂剂预预先先在在某某些些特特定定物物质质的的溶溶液液中中进进行行浸浸渍渍，再再把把吸吸附附了了这这些些特特定定物物质质的的吸吸附附剂剂进进行行干

13、干燥燥，然然后后再再去去吸吸附附某某些些气气态态物物质质，使使这这些些气气态态物物质质与与预预先先吸吸附附在在吸吸附附剂剂表表面面上上的的特特定定物物质质发发生生化化学学反反应应。对对于于同同一一种种吸吸附附剂剂，可可根根据据吸吸附附处处理理有有害害气气体体中中污污染染物物的的种种类类、选选择择浸浸渍渍一一些些特特定定物物质质，以以提提高高吸吸附附的的选选择性。择性。4 4、吸附剂的活性、吸附剂的活性定定义义：以以被被吸吸附附物物质质的的重重量量对对吸吸附附剂剂的的重重量量或或体体积积分数表示，是吸附剂吸附能力的标志。分数表示，是吸附剂吸附能力的标志。5 5、吸附剂的再生、吸附剂的再生再生方法

14、：再生方法：（1 1）加热解吸再生；）加热解吸再生；（2 2）降压或真空解吸再生；）降压或真空解吸再生；（3 3）溶剂萃取再生；）溶剂萃取再生；（4 4）置换再生；）置换再生；（5 5）化学转化再生）化学转化再生二、吸附设备二、吸附设备立式固定床吸附器立式固定床吸附器卧式固定床吸附器卧式固定床吸附器环式固定床吸附器环式固定床吸附器 移动床吸附器移动床吸附器 流化床吸附器流化床吸附器 适合于小气量浓度高的情况 适合处理气量大、浓度低的气体 阻力小，处理能力大，用以净化有机蒸气（一）类型（一）类型立式固定床吸附器立式固定床吸附器1砾石；2卸料孔；3，6网；4装料孔；5废气及空气入口；7脱附气排出；

15、8安全阀接管；9顶盖；10重物；11刚性环；12外壳；13吸附剂；14支撑环；15栅板；16净气出口；17粱；18视镜；19冷凝排放及供水；20扩散器；21吸附器底；22梁支架；23扩散器水蒸气接管卧式固定床吸附器卧式固定床吸附器1壳体；2供水；3人孔；4安全阀接管；5挡板；6蒸汽进口；7净化气体出口；8装料口；9吸附剂；10卸料口；11砾石层；12支脚：13填料底座；14支架；15蒸汽及热空气出入口环式吸附器环式吸附器1支脚；2废气及冷热空气入口；3吸附剂筒底支座；4壳体；5，6多孔外筒和内筒；7顶盖；8视孔；9装料口；10补偿料斗；11安全阀接管；12吸附剂；13吸附剂筒底座；14卸料口；

16、15器底；16净化器出口及脱附水蒸气入口；17脱附时排气口 带再生的多层流化床吸附装置带再生的多层流化床吸附装置 1脱附器；2吸附器；3分配板；4料斗；5空气提升机构；6冷却器（二）固定床吸附系统（二）固定床吸附系统 固定床的应用较多见。固定床的应用较多见。如如果果只只需需短短期期处处理理气气流流，那那么么通通常常只只需需一一个个吸吸附附装装置。置。要要求求待待处处理理气气体体连连续续流流动动，必必须须采采用用能能按按这这种种方方式式操操作作的的一一个个或或多多个个装装置置组组成成以以一一定定的的顺顺序序进进行行吸吸附附操作和再生操作，以使气流保持连续。操作和再生操作，以使气流保持连续。大大多

17、多数数工工业业应应用用要要求求连连续续操操作作，因因此此经经常常采采用用双双吸吸附附床床或或三三吸吸附附床床系系统统，其其中中一一个个或或两两个个吸吸附附床床分分别别进行再生，其余的进行吸附。进行再生，其余的进行吸附。三吸附床吸附系统三吸附床吸附系统 双吸附床吸附系统双吸附床吸附系统 三、吸附装置的设计三、吸附装置的设计（一）常见的吸附器（一）常见的吸附器（二）固定床吸附器的设计计算二）固定床吸附器的设计计算设计计算应包括确定：设计计算应包括确定：（1 1）吸吸附附器器的的型型式式；（2 2）吸吸附附剂剂的的种种类类；（3 3）吸吸附附剂剂的需要量；（的需要量；（4 4）吸附床高度；（）吸附床

18、高度；（5 5）吸附周期；等。）吸附周期；等。以以上上参参数数的的选选择择应应从从吸吸附附平平衡衡、吸吸附附传传质质速速率率及及压压降降来来考虑。考虑。1 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。废气的流量、性质及污染物浓度，国家排放标准。2 2、吸附器的确定、吸附器的确定对吸附器的基本要求：对吸附器的基本要求：具有足够的过气断面和停留时间；具有足够的过气断面和停留时间；良好的气流分布；良好的气流分布；预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质；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；能够有效的控制和调节吸附操作温度；易于更换吸附剂。易于更换吸附

19、剂。3 3、吸附剂的选择（同：工业吸附剂应具备的条件）、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）依据：等温吸附线（得到或测出）须满足条件：须满足条件：对所处理污染物选择性强；对所处理污染物选择性强；比表面积大；比表面积大；吸附容量大；吸附容量大；具有较好机械强度、热稳定性及化学稳定性。具有较好机械强度、热稳定性及化学稳定性。4 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；希洛夫近似法。常用两种：穿透曲线法；希洛夫近似法。（1 1）穿透曲线（透过曲线）法）穿透曲线（透过曲线）法（A A）吸附负荷曲线吸附负荷曲线在在流流动动状状态态下下，气气相相中中

20、的的吸吸附附质质沿沿床床层层不不同同高高度度的的浓浓度度变变化化曲曲线线，或或在在一一定定温温度度下下吸吸附附剂剂种种吸吸附附的的吸吸附附质质沿沿床床层不同高度的浓度变化曲线称为。层不同高度的浓度变化曲线称为。结结合合补补图图10-110-1，分分析析一一下下床床层层内内吸吸附附质质浓浓度度在在整整个个操操作作过程的变化。过程的变化。说说明明：横横轴轴Z Z吸吸附附剂剂床床层层高高度度；横横轴轴XX吸吸附附剂剂的的吸吸附附负负荷荷；X X0 0吸吸附附剂剂原原始始浓浓度度（或或反反复复再再生生过过的的吸吸附附剂剂中中残残留留的的吸吸附附质质浓浓度度）；X Xe e吸吸附附剂剂达达到到饱饱和和时

21、时的的负负荷荷；0 0床床层层开开始始吸吸附附的的时时间间；b b达达到到破破点点的的时时间间；e e全床达到吸附平衡（饱和）的时间。全床达到吸附平衡（饱和）的时间。吸附剂中吸附质浓度的变化吸附剂中吸附质浓度的变化 0 +吸附剂中吸附质浓度的变化吸附剂中吸附质浓度的变化(续）续）b b e （a a）图：）图：0 0：未通过含吸附质气体时未通过含吸附质气体时（b b）图图：=：已已通通入入含含吸吸附附质质气气体体，在在吸吸附附剂剂进进口口处吸附剂刚刚出现饱和时。处吸附剂刚刚出现饱和时。（c c）图图：=+=+：在在床床层层的的进进气气端端吸吸附附质质负负荷荷为为X Xe e，此此区区称称为为“

22、平平衡衡区区”或或称称“饱饱和和区区”；而而靠靠近近气气体体出出口口侧侧，床床层层中中的的吸吸附附负负荷荷仍仍为为X X0 0，此此区区内内的的吸吸附附剂剂仍仍具具有有高高度度活活性性，此此区区称称为为“未未用用区区”；介介于于平平衡衡区区和和未未用用区区之之间间的的那那一一部部分分床床层层其其吸吸附附负负荷荷由由饱饱和和X Xe e的的变变化化到到起起始始的的X X0 0，形形成成一一个个S S形形曲曲线线，这这段段床床层层进进行行吸吸附附过过程程，故故称称“传传质质区区”或或“传传质质带带”，而而S S曲曲线线称称为为“吸吸附附波波”或或“传质波传质波”，又称，又称“传质前沿传质前沿”。（

23、d d）图图：=b b：吸吸附附波波前前沿沿刚刚刚刚到到达达吸吸附附层层下下端端口口，若若继继续续进进行行吸吸附附，则则从从流流出出床床层层气气体体中中，将将发发现现有有吸吸附附，此此即即所所谓谓“穿穿透透现现象象”或或称称“透透过过现现象象”。出出现现穿穿透透的的点点称称为为“穿穿透透点点”（或或称称“破破点点”），到到达达破破点点所所需需的时间为的时间为“透过时间透过时间”b b（或或“穿透时间穿透时间”）。）。（e e）图：）图：b b：“传质波传质波”继续前移。继续前移。（f f）图图：e e：吸吸附附波波的的末末端端也也到到达达床床层层的的出出口口，即全床达到吸附平衡即全床达到吸附平衡(饱和饱和)，整个床层失去吸附能力。，整个床层失去吸附能力。（B B）穿透曲线（透过曲线）穿透曲线（透过曲线）在在一一定定时时间间内内，分分析析床床层层中中流流出出气气体体的的浓浓度度，即即从从研研究究流流出出物物浓浓度度随随时时间间的的变变化化关关系系来来达达到到研研究究吸吸附附床床层层中浓度变化的情况中浓度变化的情况穿透曲线（透过曲线）穿透曲线（透过曲线）。吸附穿透曲线吸附穿透曲线W Yb D C 此此课课件下件下载载可自行可自行编辑编辑修改，修改，仅仅供参考！供参考！感感谢谢您的支持，我您的支持，我们们努力做得更好！努力做得更好！谢谢谢谢