大气污染控制技术培训教材(PPT 45页)

静活性>动活性 饱和时间>穿透时间 饱和度=动活性/静活性
传质区越薄，吸附剂层越厚，则穿透时，吸附剂层的饱和度越大
吸附设备的设计与计算
穿透曲线：在穿透时间和饱和时间 之间出口中吸附质浓度的 变化曲线。 传质区高度：完整的传质前沿曲线形成后， 其在Z轴上所占据的长度
吸附设备的设计与计算
1)保护时间的确定
（A）气体吸附净化操作时吸附和脱附过程同时存在 （B）增加吸附质分压有利于推动吸附过程的进行 （C）吸附剂的静活性小于动活性 （D）实际吸附工艺过程中，在吸附达到平衡时进行吸附剂的再 生
解释：AB选项正确，吸附剂的静活性 大于动活性，实际 吸附工艺过程中，当吸附床层穿透时就需进 行吸附剂的再生。
气体的吸附净 化-速率
KL 0 K(L h)
D
4Q
u
m SLρ b
b——吸附剂堆积密度，kg/m3；
为了避免装填损失，可多取5%-20%装 填量
练习
拟用活性炭吸附器回收废气中所含的三氯乙烯， 已知废气中三氯乙烯浓 度为11.5g/m3，流量为12700m3/h。已知活 性炭对三氯乙烯的静活性 为26.29%，其堆积密度为230kg/m3，假 设气体通过床层的速度为 20m/min，并假设死床层的厚度为0.15m。若要求吸附保护时间为 223min，求该吸附器的吸附剂用量（裕量取10%）？（ ）
Ⅵ
2）朗格缪尔方程式 3）BET方程式
Ⅳ、Ⅴ微孔吸附剂，发生毛细凝聚现象。
吸附剂与吸附质作用力强为Ⅳ型，
Ⅵ 吸附剂表面惰性气体分子分阶段多层
作用力弱时为Ⅴ型
吸附
气体的吸附
净化-理论 平衡吸附量 吸附质在气相中的分压
吸附等温线方程：
y f(P )
温度低，有利于吸附
自编 习题 【多选】下列关于气体吸附净化机理描述正确的有？（ ）
气体的吸附净
化-理论 6种类型吸附等温线：
在一定温度下物质分子在
Ⅰ
两相界面上进行的吸附过
程达到平衡时它们在两相
中浓度之间的关系.
Ⅱ
Ⅲ
吸附等温方程式： 1）弗洛德里希方程式
Ⅰ微孔填充特征：吸附势增强，微孔中存 在明显的吸附增强，对低相对压力下的吸 附质分子就 具有相当强的捕捉能力
Ⅳ
Ⅴ
Ⅱ. Ⅲ型无孔或中孔的粉末表面进行吸附 吸附剂与吸附质作用力强为Ⅱ型， 作用力弱时为Ⅲ型
和特点
移动床：吸附过程中，吸附剂颗粒在顺序移动 中与气体逆流接触，进行气固传质。
干净气体
（塔顶） 热蒸汽
吸附剂 吸附质 吸附段
汽提段
（塔顶）（上中部）
再生
提升器
塔底
优缺点： 1）吸附 和再生 按顺序 循环进
吸附设备的分类和特点
横截面增大，气速 减小，吸附剂颗粒回 到 吸附段。
流化床：气体速度较大，使固 体颗粒处于流化状态。也包括：吸 附段和脱附段。
吸附设备的设计与计算
选型基本要求： 1）设备出口排气必须达到排放标准； 2）设备选型要具有针对性； 3）采用先进技术、工艺、设备和材料； 4）经济合理。
吸附设备的设计与计算
吸附负荷曲线
传质区
未用区
饱和区
吸附设备的设计与计算
穿透和穿透时间：
穿透：流出吸附剂层的气流中吸附质浓度达到某一规定的浓 度时，吸附剂层被穿 透或失效。此时的吸附量为动吸附量（动活 性）。
吸附设备的分类 和特点 卧式固定床吸附器：
优点：处理气量大、压降小 缺点：床层 截面积大，容易造 成气流分布不均 适用于：气量大、浓度低的气 体。
环式（径向）固定床吸附器： 优点：结构紧凑、吸附截面积 大，阻力小，处理能力 大 缺点：床层截面积大，容易造 成气流分布不均 适用于：净化、回收有机蒸汽。
•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——A在气相主体和吸附剂外表面的浓度，质量分数。
气体的吸附净 化-速（2率）内扩散速率
式中，dAdMt
——单位时间内吸附质从固相外表面扩散至内表 面的质量，kg/m3﹒s；
•kx——内扩散吸附分系数， kg/m2﹒s； •ap——单位体积吸附剂的吸附表面积，m2/m3； •xA、xAi——A在固相外表面及内表面的浓度，质量分数。
子数量相等时，吸附达到平衡。
平衡浓度：平衡时，吸附质在气相中的浓度。 平衡吸附量（静吸附量或静活性）：动态平衡时，单位体积（质量）吸 附剂上所吸附的吸附质的量,kg/kg,kg/m3。
在实际吸附操作中，当吸附床层被穿透时，单位体积（质量）的吸附剂 所吸附的吸附质的量，称为动吸附量或动活性。
动活性<静活性
3.7m
吸附剂用量
u W 1.1 AZB
1.1 3.14 3.72 1 230 852kg 4
吸附设备的设计与计算
3）吸附器本体的设计—略 4）吸附器压降的计算—略 5）吸附器附属系统的设计—略 6）吸附系统的工艺设计 三部分：废气的收集、预处理和吸附、脱附。 预处理：除尘、除湿、温度和浓度调节、除去对吸附有影响的成P715。
（3）吸附操作条件的影响
温度、压力、气流速度(0.2-0.6m/s)等
气体吸附的 影响因素 吸附器设计时考虑的因素
1）要有足够的气体流通面积和停留时间； 2）要保证气流分布均匀； 3）对影响吸附过程的其他物质如粉尘、水蒸气等要设预处理 装置，以除去入口气体中能污染吸附剂的杂质； 4）能有效控制和调节吸附操作温度； 5）易于更换吸附剂。
气体的吸附净 化-速（3率）总吸附速率
1
1
m
K
y
p
ky p
kx p
1
K
x
1
pkx
1
p ky
p
m
Ky=mKx, m为y-x相图中平衡曲线的平均斜率
吸附设备的分类 和特点吸附设备：固定床、移动床、流化床。
固定床：吸附剂固定在某一部位上静止不动，应用最为广Biblioteka Baidu泛。有立式、卧式、环式三种类型。
立式固定床吸附器： 优点：空间利用率高、不 易产生沟流和短路，装填 和更 换吸附剂简单。 缺点：压降较大，气流通 过面积较小。 适用于：小气量、高浓度 气体的处理。
缺点：能耗高，吸附剂颗粒由 于机械 磨损造成损耗。
习题
下列关于吸附设备的分类和结构特点说法错误的是？（ ） （A）吸附设备可分为固定床、移动床和流化床三类 （B）固定床吸附器存在再生时不易加热升温和冷却降温问题 （C）移动床吸附器系统同时设有吸附段和脱附段 （D）流化床吸附器的一个优点在于吸附剂颗粒处于流化状态损耗 少
解析：ABC选项正确，流化床吸 附器的最大缺点是吸附剂 颗粒经机械磨损造成损耗。
气体吸附的 影响因素 （1）吸附剂性质的影响
a、比表面积（与空隙率、孔径、颗粒度有关）越大，吸附总量越大； b、吸附剂极性的影响（相似相容原则）。
（2）吸附质性质和浓度的影响 注：吸附法不适用于净化污染物浓度高的气体，较为适宜处理污染物浓度低、 排放标准要求很严的废气。
气体的吸附净化 -速率
物理吸附速率表达： 1） 外扩散速率 2）内扩散速率 3）总吸附速率
物理吸附一般由内外扩 散控制；化学吸附既可 能受表面动力学 控制，
气体的吸附 净（1化）外-扩速散速率率
dM Ad
ky p(y A
y)
Ai
t
式中，dAdMt
——单位时间内吸附质从气相扩散至单位体积吸 附剂表面的质量，kg/m3﹒s；
吸附速率无穷大时，t-L为一条通过原点的直线
吸附设备的设计与计算
吸附设备的设计与计算
希洛夫公式
时间 损失
吸附层中未被利用部 分的长度（死层）
KL
K(L
0
h)
——保护作用时间，s；
L——床层长度，m；
0 ——保护作用时间损失，s；
K——保护作用系数，由下列公式计算；
b——吸附剂堆积密度，kg/m3；
大气污染控制技术 培训教材(PPT 45页)
气体的吸附净化分类吸附分类：
物理吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力是分子间力（范德华力）。
特点：1）不发生化学反应；
2）吸附过程极快；
3）吸附热较小（20KJ/mol）； 4）吸附过程可逆，无选择性。
化学吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力是化学键力。 特点： 1）发生化学反应；
穿透时间：从含有污染物的气流开始进入吸附床层到吸附床层被穿透这段时间。 床层穿透时应停止使用，进行脱附。 动活性：穿透时，还有部分吸附剂没有饱和，此时整个吸附剂层的平均吸附量。
吸附设备的设计与计算
饱和时间：当达到穿透点后，继续向吸附剂床中通入含污染物的气流， 直至吸附床层完全失去吸附污染物的能力，此时的吸附量为静吸附量（静 活性），对应的时间为饱和时间。
吸附设备的设计与计算
1）搞清楚各阀门开关的顺序？ 2）为什么要冷却？
半连续式吸附流程 在气体净化中最 常用的 是将两个以上固定床组 成一个半连续式吸附流 程。
习题
某氯乙烯厂生产过程中产生的氯乙烯分馏尾气，采用 下图工艺进行 处理。对该工艺的描述，下述哪项是错误的？（ ）
（A）该工艺是双塔交替吸附 （B）吸附剂A可采用活性炭纤维 （C）设备B是液体泵 （D）再生过程是间接再生过程
吸附过程：
对于化学吸附：第三步后还有 化学反应。
1）外扩散：吸附质分子由气相主体到吸附剂外表面；
2）内扩散：吸附质分子深入到吸附剂内表面；
3）被吸附：深入到吸附剂内表面的吸附质被固体表面吸附。
决定：吸附速率
吸附保护作用时间（固定床吸附器的有效工作时间）：从吸 附
操作开始到吸附床层被穿透所经历的时间——吸附剂再生。
（5）其他因素的影响：吸附剂浸渍的影响、脱附的影响。
吸附设备的设计与计算
吸附流程分类：
1）间歇式吸附流程:间歇进行吸附操作，只适 用于废气间歇排放的场合。
2）半连续式吸附流程:废气连续处理，设 备间歇操作，一般采用多台固定床吸附器并联。
3）连续式吸附流程:对应于废气连续排出 而且吸附器连续运行的 情况，当排气量小时优 先采用回转式吸附床，当排气量大时优先采， 用移动床或流化床。
a——吸附剂的静活性，kg吸附质/ kg吸附剂；
v——气体通过床层的速率，m/s；
c0——气体中污染物初始质量浓度，kg/m3。
希洛夫公式设计与计算固定床吸附器
1.选定吸附剂和操作条件 2.确定穿透点浓度，选取不同吸附 层厚度做实验，测相应的穿透时间 3.根据实验数据，绘制希洛夫直线， 得到斜率k和截距t0 4.确定操作周期，穿透时间tb 5.计算床层高度 6.计算床层直径 7.计算吸附剂装填量 8.计算压降 9.设计附件
2）吸附热比物理吸附大得多（84-417KJ/mol） ； 3）吸附过程具有选择性，通常不可逆。
实际吸附过程中，低温时主要是物理吸附，高温时主要是化学吸附，物理吸 附一般在前。
气体的吸附净化分类
化学吸附需要达到一 定 的活化能，所以此阶 段提高 温度可以加快吸附速率。
大部分吸附过程为放热反 应， 温度升高不利于吸附。
练习
解
K
Bx T
Gs 0
230 0.2629
20 11.5 103
262.9 min/
m
c
0 KZ 262.9 0.15 39.4
0
min
K(Z Z 0 ) 262.9 (Z 0.15) 223
min
得床层高度为Z=1m
床层直径为 D
4Q
4 12700 / 603.14 20
吸附剂的选择和 再生 工业用吸附剂的基本要求：
1）巨大的内表面积和孔隙率； 2）选择性强； 3）吸附容量大； 4）足够的机械强度、热稳定性、化学稳定性； 5）颗粒度适中且均匀； 6）易于再生和活化； 7）来源广泛，价廉易得。
吸附设备的分类 和特点固定床吸附器主要优点：
结构简单、造价低、吸附剂磨损小
固定床吸附器主要缺点： 1）连续操作时需不断地周期性切换； 2） 需设置备用设备，增加总吸附剂用量； 3）吸附剂导热性差，操作时易出 现局部床层过热； 4）再生时不易加热升温和冷却降温； 5）热量利用率 低，压力损失较大。
吸附设备的分类
石英砂负载氧化铁（IOCS）吸附锑的过程是自发的、吸热的化学吸附反应
习题
下列关于物理吸附和化学吸附描述错误的是？（ ） （A）物理吸附依靠范德华力进行 （B）物理吸附过程可逆，无选择性 （C）化学吸附需要吸附剂具有一定的活性才能发生 （D）所有吸附过程均为放热反应
解释：ABC选项均正确，大多吸附过程均为放热反应，极个别情 况除外，可知D选项错误。
气体的吸附净 化-理吸论附基本理论：
吸附净化效果取决于吸附平衡和吸附速率。吸附的实质：吸附质
以分子扩散的方式到达吸附剂表面而被富集。
气体中的污染物 （吸附质）
吸附 脱附
多孔固体物质 （吸附剂）
V吸附=V脱附，吸附平衡（动态平衡）
气体的吸附净 化-理论 吸附（动态）平衡：单位时间内被固体表面吸附的分子数量与逸出的分