室内空气学习.pptx

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1、1第一节第一节 室内空气净化技术室内空气净化技术空气过滤固体吸附去除空气中的固体颗粒物吸附空气中的大部分气体污染物光催化技术降解室内空气中的VOCs技术成熟较成熟研发阶段第1页/共36页2第二节第二节 吸附法去除室内空气污染物吸附法去除室内空气污染物一、两种类型的吸附一、两种类型的吸附物理吸附物理吸附 是指主要由于吸附剂与吸附质之间的分子间力的作用所引起的吸附，是指主要由于吸附剂与吸附质之间的分子间力的作用所引起的吸附，亦称范德华吸附亦称范德华吸附化学吸附化学吸附 由吸附剂表面与吸附质分子间的化学键力所导致的吸附，称为化学吸由吸附剂表面与吸附质分子间的化学键力所导致的吸附，称为化学吸附附第2页

2、/共36页3二、吸附剂二、吸附剂 目前所用的吸附剂主要有：粒状活性炭（目前所用的吸附剂主要有：粒状活性炭（Granular Activated Carbon，简称，简称GAC）、高锰酸钾浸泡过的氧化铝（）、高锰酸钾浸泡过的氧化铝（Potassium permanganate Impregnated Alumina，简称，简称PIA）和以上两种物质的混合物。）和以上两种物质的混合物。第3页/共36页4它们的工作机理分述如下：它们的工作机理分述如下：(1)GAC：物理吸附，由于活性炭内有许多微：物理吸附，由于活性炭内有许多微 孔，比表面积很大，所以容易吸附孔，比表面积很大，所以容易吸附VOCs。(

3、2)PIA：化学反应，由于高锰酸钾具有强氧化化学反应，由于高锰酸钾具有强氧化 性，所以它可以氧化性，所以它可以氧化VOCs，将其分解为水和，将其分解为水和 二氧化碳。二氧化碳。(3)GAC-PIA：物理吸附与化学反应相结合。：物理吸附与化学反应相结合。第4页/共36页5三、活性炭动态吸附模型的建立和应用三、活性炭动态吸附模型的建立和应用3.13.1、活性炭吸附机理、活性炭吸附机理 活性炭有颗粒活性炭及活性炭纤维两种，各自结构见下图。活性炭有颗粒活性炭及活性炭纤维两种，各自结构见下图。第5页/共36页6 活性炭吸附机理主要有活性炭吸附机理主要有单分子层吸附单分子层吸附、多分子层吸附多分子层吸附和

4、和微孔填充理微孔填充理论论。单分子层吸附理论单分子层吸附理论是指吸附表面上只吸附一个分子层就饱和，被吸是指吸附表面上只吸附一个分子层就饱和，被吸附的分子间无相互作用力。吸附气体和吸附剂之间处于动态平衡。附的分子间无相互作用力。吸附气体和吸附剂之间处于动态平衡。多分子层吸附理论多分子层吸附理论是指吸附在固体表面上的分子与气相中的分子因是指吸附在固体表面上的分子与气相中的分子因范德华力存在仍具有吸引力，形成所谓多分子吸附层。范德华力存在仍具有吸引力，形成所谓多分子吸附层。微孔填充理论微孔填充理论是指微孔在整个空间内都有吸附力场，吸附质分子填是指微孔在整个空间内都有吸附力场，吸附质分子填充在整个空间

5、，而不是形成吸附质分子层。充在整个空间，而不是形成吸附质分子层。第6页/共36页73.2、现有活性炭吸附模型及其不足现有活性炭吸附模型及其不足 现有的动态吸附模型主要有现有的动态吸附模型主要有孔扩散模型孔扩散模型和和壁扩散模型壁扩散模型。但孔扩散模。但孔扩散模型忽略了壁扩散的影响；壁扩散模型忽略了孔扩散的作用。型忽略了壁扩散的影响；壁扩散模型忽略了孔扩散的作用。活性炭对污染物的吸附过程是污染物首先进入微孔，然后再被吸附到活性炭对污染物的吸附过程是污染物首先进入微孔，然后再被吸附到孔壁，仅考虑其中一个并不能完整地描述活性炭的吸附过程，并且目前孔壁，仅考虑其中一个并不能完整地描述活性炭的吸附过程，

6、并且目前已有的模型均没有考虑如何把模型应用在实际工程中，以及如何设计选已有的模型均没有考虑如何把模型应用在实际工程中，以及如何设计选择这种设备。择这种设备。第7页/共36页83.3、多组分吸附模型的建立和应用多组分吸附模型的建立和应用 活性炭纤维对有机物的吸附优于颗粒状活性炭，故研究活性炭纤维的活性炭纤维对有机物的吸附优于颗粒状活性炭，故研究活性炭纤维的吸附特性，并建立相应的模型。吸附特性，并建立相应的模型。模型的假定模型的假定(1)忽略轴向扩散。忽略轴向扩散。(2)流动是稳态流动。流动是稳态流动。(3)反应器处于恒温下。反应器处于恒温下。(4)流体为不可压缩型流体，物性参数不变。流体为不可压

7、缩型流体，物性参数不变。(5)在纤维孔内吸附质与吸附剂始终处于平衡状态。在纤维孔内吸附质与吸附剂始终处于平衡状态。(6)吸附质在纤维孔内既有孔隙扩散，也有沿着吸附吸附质在纤维孔内既有孔隙扩散，也有沿着吸附 剂的内表面扩散。剂的内表面扩散。第8页/共36页9模型的建立模型的建立 如图所示为活性炭吸附器，含有污染物的气体从左侧如图所示为活性炭吸附器，含有污染物的气体从左侧x=0 x=0处进入，从右处进入，从右侧排出。图中侧排出。图中1 1表示吸附器内纤维之间的间隙，表示吸附器内纤维之间的间隙，2 2表示活性炭纤维，其半表示活性炭纤维，其半径为径为R Rf f。第9页/共36页10 活性炭纤维本身由

8、骨架和纤维内微孔组成。活性炭纤维制成毯子或毡活性炭纤维本身由骨架和纤维内微孔组成。活性炭纤维制成毯子或毡子等形式时，纤维间也有间隙。空气正是穿过这些间隙从活性炭吸附器子等形式时，纤维间也有间隙。空气正是穿过这些间隙从活性炭吸附器上游流到下游的。空气在穿过活性碳纤维间的空隙时与纤维的微孔间的上游流到下游的。空气在穿过活性碳纤维间的空隙时与纤维的微孔间的传质导致污染物质被吸附到活性炭上。传质导致污染物质被吸附到活性炭上。由此可知，污染物在活性炭吸附器中的去除由两部分组成，即主流体由此可知，污染物在活性炭吸附器中的去除由两部分组成，即主流体与活性炭纤维外表面之间的对流传质和污染物从活性炭纤维的外表面

9、吸与活性炭纤维外表面之间的对流传质和污染物从活性炭纤维的外表面吸附到微孔中。与之相应的方程由两部分组成，即吸附器整体平衡方程和附到微孔中。与之相应的方程由两部分组成，即吸附器整体平衡方程和活性炭纤维内部质量平衡的扩散方程。活性炭纤维内部质量平衡的扩散方程。第10页/共36页11(1)吸附器沿长度方向的微分方程吸附器沿长度方向的微分方程 初始条件：初始条件：边界条件：边界条件：式中：式中：第11页/共36页12(2)纤维内的微分方程纤维内的微分方程第12页/共36页13初始条件：初始条件：边界条件：边界条件：第13页/共36页14(3)吸附表面平衡方程吸附表面平衡方程 当仅有一种物质时，当仅有一

10、种物质时，q与与Cka的关系为：的关系为：当当n种种VOCVOC共同存在，通过活性炭吸附器时，对于第共同存在，通过活性炭吸附器时，对于第 i种种VOC，其吸附表面平衡方程如下：，其吸附表面平衡方程如下：第14页/共36页15模型中系数的确定模型中系数的确定(1)(1)纤维孔内纤维孔内VOCVOC扩散系数扩散系数D Dk k的确定的确定 纤维孔内纤维孔内VOCVOC扩散系数用下式计算：扩散系数用下式计算：(2)(2)表面扩散系数表面扩散系数D Ds s的确定的确定 有多种理论解释表面扩散系数，但通过理论计算其值很困难。目前最有多种理论解释表面扩散系数，但通过理论计算其值很困难。目前最常用方法是由

11、实验确定其值。常用方法是由实验确定其值。第15页/共36页16(3)纤维表面对流传质系数纤维表面对流传质系数h的确定的确定 纤维表面对流传质系数可通过类比方法得到：纤维表面对流传质系数可通过类比方法得到：第16页/共36页17模型的验证模型的验证 本实验装置本实验装置第17页/共36页18实验所选用的仪器及其精度实验所选用的仪器及其精度第18页/共36页19第19页/共36页20活性炭纤维：活性炭纤维：实验材料选用鞍山活性炭纤维公司生产的粘胶基活性炭，实验材料选用鞍山活性炭纤维公司生产的粘胶基活性炭，其纤维半径为其纤维半径为13 10-6m ，密度为，密度为87kg/m87kg/m3 3，孔隙

12、率为，孔隙率为 0.095。实验材料处理实验材料处理：实验前，把活性炭纤维放置在：实验前，把活性炭纤维放置在120120恒温箱中恒温箱中2424小时，然小时，然后自然冷却干燥待用。实验时吸附床直径后自然冷却干燥待用。实验时吸附床直径(db)为为6 10-3m，床孔隙率，床孔隙率0.0950.095。第20页/共36页21用甲苯和苯验证污染源为单种物质时模型的正确性，模型计算值与实验用甲苯和苯验证污染源为单种物质时模型的正确性，模型计算值与实验值比较如下：值比较如下：第21页/共36页22所建模型能够很好的描述活性炭对单组分VOC的动态吸附特性 第22页/共36页23 对于多组分的验证，以甲苯和

13、苯为实验物质，进口浓度均为对于多组分的验证，以甲苯和苯为实验物质，进口浓度均为17.36mg/m3，活性炭厚度为，活性炭厚度为8mm.实验结果和理论值对比如下：实验结果和理论值对比如下：所建模型能够很好的描述活性炭对多组分的动态吸附特性。第23页/共36页243.43.4、活性炭吸附器的设计选型方法活性炭吸附器的设计选型方法 在实际工程中，活性炭吸附器的效率随着使用时间的延长而减小，其在实际工程中，活性炭吸附器的效率随着使用时间的延长而减小，其出口浓度则随着使用时间的延长而升高，当出口浓度上升到室内浓度时，出口浓度则随着使用时间的延长而升高，当出口浓度上升到室内浓度时，活性炭吸附器完全失效。活

14、性炭吸附器完全失效。选择活性炭吸附器时，应考虑两个基本要求：选择活性炭吸附器时，应考虑两个基本要求：(1)(1)应考虑在可能的最大回风量情况下，活性炭吸附器允许的最高浓度，应考虑在可能的最大回风量情况下，活性炭吸附器允许的最高浓度，即要保证活性炭吸附器在最低效率时，能够去除房间内的即要保证活性炭吸附器在最低效率时，能够去除房间内的VOCVOC产生率。产生率。(2)(2)活性炭吸附器在使用期内应能吸附房间内总的活性炭吸附器在使用期内应能吸附房间内总的VOCVOC产生量。产生量。第24页/共36页25给出活性炭吸附器的设计选型方法如下：给出活性炭吸附器的设计选型方法如下：(1)确定房间内确定房间内

15、VOC的产生率的产生率Rt；(2)根据房间中根据房间中VOC的产生率的产生率Rt、房间的设定浓度、房间的设定浓度Cset及经过吸附器的风量及经过吸附器的风量Qad计算经过吸附器后允许的最高浓度计算经过吸附器后允许的最高浓度Csup：(3)确定活性炭吸附器的最低效率，即失效时的效率确定活性炭吸附器的最低效率，即失效时的效率:第25页/共36页26(4)确定吸附器的失效时间确定吸附器的失效时间 ；(5)计算吸附器在使用期内对计算吸附器在使用期内对VOC的吸附总量的吸附总量W:(6)从效率从效率出发，初步选定进入吸附器的流速出发，初步选定进入吸附器的流速uad、吸附器厚度、吸附器厚度l，确定活，确定

16、活性炭吸附器达到效率性炭吸附器达到效率时单位重量的吸附量时单位重量的吸附量wad；(7)得到所需要使用的活性炭的重量得到所需要使用的活性炭的重量Gad；第26页/共36页27(8)根据吸附器的重量根据吸附器的重量Gad、吸附器的厚度、吸附器的厚度l确定空气流过吸附器的面积确定空气流过吸附器的面积A；(9)根据吸附器的面积根据吸附器的面积A及流速及流速uad校核风量。如果差别不大，则设计选型校核风量。如果差别不大，则设计选型过程完成；否则从第过程完成；否则从第6步开始重新计算直到完全满足为止。步开始重新计算直到完全满足为止。建立了描述多组份活性炭动态吸附特性的模型，弄清了活性炭吸附VOC动态特性

17、的影响因素及其影响敏感性，模型分析结果与实验结果吻合，证明了模型的正确性。分析了单组分吸附和多组分吸附的不同特点，给出了在实际工程中活性炭吸附器的设计和选型方法。第27页/共36页28第28页/共36页29第29页/共36页30 何鲁敏：1951年出生，工学硕士。现任北京亚都室内环保科技股份有限公司董事长。1973年-1977年就读于清华大学建筑系。1977年-1979年任职于航空部第四设计院，为助理工程师。1979年-1982年就读于清华大学热能系，硕士研究生毕业。1982年-1985年任职于中国建筑科学研究院空调所。第30页/共36页31亚都空气净化器原理第31页/共36页32亚都空气净化器之一第32页/共36页33亚都空气净化器之二第33页/共36页34亚都空气净化器之三第34页/共36页35吸附法存在的不足之处：吸附法存在的不足之处：GAC和和PIA对对VOCs的选择吸收性很强，不能消除所有的的选择吸收性很强，不能消除所有的VOCs。GAC高效吸收甲苯，但低效吸收甲醛，而且需要再生或更换滤芯。虽然高效吸收甲苯，但低效吸收甲醛，而且需要再生或更换滤芯。虽然PIA与与GAC有较强的互补性，其混合物虽克服了上述缺点，但它也需要有较强的互补性，其混合物虽克服了上述缺点，但它也需要再生，难以连续工作。再生，难以连续工作。第35页/共36页36感谢您的观看。第36页/共36页