大气污染控制工程7-2吸附法

第三节气体吸附吸附法在气体净化中的应用：1.室内空气净化2.工业废气净化概述：1、吸附用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的组分浓集于固体表面吸附质－被吸附物质吸附剂－附着吸附质的物质优点：效率高、可回收、设备简单缺点：吸附容量小、设备体积大2、吸附的种类：根据吸附剂表面与吸附质之间的作用力不同，吸附可分为物理吸附和化学吸附。（1）、物理吸附：分子之间的引力（范德华力）。特征：不发生化学反应；没有选择性可以是多分子层吸附或单分子层吸附过程极快，瞬时达到平衡；放热反应；可逆性：脱附（2）、化学吸附：是由吸附剂与吸附质间的化学键力而引起的，又叫做活化吸附。主要特征是：选择性；吸附速率较慢；升高温度吸附速率和脱附速率都显著增加单分子层吸附不易解吸物理吸附和化学吸附的比较物理吸附化学吸附1.吸附力－范德华力；2.不发生化学反应；3.过程快，瞬间达到平衡4.放热量低20KJ/mol左右5.吸附可逆(可再生性)；6.无选择性7.单分子层,也可为多分子层吸附1.吸附力－化学键力；2.发生化学反应；3.过程慢；4.放热量高80~400KJ/mol5.吸附不可逆；6.有选择性7.单分子层,不易解吸一、吸附剂1、工业用吸附剂应具备的特性：内表面积大具有选择性吸附作用高机械强度、化学和热稳定性吸附容量大来源广泛，造价低廉良好的再生性能2、常用吸附剂：活性炭：由各种含炭物质在较低温度下炭化，再经高温下活化而成。粒碳(气体吸附)和粉碳(液体脱色)用于:净化有机溶剂蒸气、恶臭物质及脱除二氧化硫、NOX优点：性能稳定，抗腐蚀性缺点：可燃新型：活性炭纤维2、常用吸附剂：活性氧化铝通过加热含水氧化铝制成。主要用途：气体干燥、石油气脱硫、含氟废气净化2、常用吸附剂：硅胶多孔性二氧化硅水合物主要用途：气体干燥和烃类物质的回收等。2、常用吸附剂：沸石分子筛微孔型硅酸盐。优点：（1）具有高选择性（2）具有较强吸附能力其他吸附剂：漂白土和活性白土焦炭粒和白云石粉蚯蚓粪吸附树脂3、气体吸附的影响因素吸附剂性质比表面积有效表面积吸附质性质与浓度吸附质的分子直径吸附质的分子量、沸点、饱和性操作条件温度操作压力气流的速度吸附器的性能：对吸附器设计的基本要求流通面积停留时间气流分布均匀控制操作温度易于更换吸附剂吸附剂的活性：单位吸附剂所能吸附的吸附质的量。单位：kg/kg，m3/m3静活性动活性一般动活性静活性（理想状态）4、吸附剂的脱附与劣化现象：（1）、滞后现象：部分吸附质未能全部被解吸，而存在着残留吸附量。后果：降低吸附剂循环使用的寿命。（2）、吸附剂脱附再生的方法：升温再生降压再生置换再生溶剂萃取（3）、吸附剂的劣化现象：吸附剂的吸附容量逐渐下降的现象。后果：缩短吸附剂的使用寿命；原因：滞后现象表示方法：劣化率或劣化度。5、吸附法的适用范围：常用于低浓度、毒性大、气量小的有害气体；有机溶剂蒸气二、吸附机理1、吸附平衡：吸附质在气态混合物中的浓度和吸附剂中的浓度不变，即达到了吸附平衡。平衡浓度：平衡时，吸附质在气相中的浓度（或分压）吸附容量：单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的量平衡吸附量：单位质量吸附剂对吸附质的极限吸附量在平衡时，吸附容量与平衡浓度有一定的函数关系：X=f（Y）其中：X：被吸附组分在固相中的浓度，Y：平衡时被吸附组分在气相中的浓度吸附等温线：在一定的温度下，达到吸附平衡时，吸附量随平衡分压而变化的曲线，称为吸附等温线。吸附等温线：根据实验数据绘出。表示：吸附量随压力变化的情况。NH3在活性炭上的吸附等温线单一气体(或蒸气)在固体上的吸附已观测到六种形式的等温线:（1）、弗罗德里希（Freundlich）方程－单位质量吸附剂吸收的吸附质的质量P－吸附质在气相中的平衡分压K,n－经验常数,实验确定适用范围：I型等温线中压部分。nTkPX1TX（2）朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线）假设：单分子层吸附，即吸附质间无相互作用力;吸附剂表面的吸附能力是均匀的;11TmmABPXBPPPVBVVV－吸附平衡时被吸附气体在标态下的体积P－吸附质在气相中的平衡分压Vm－吸附剂被覆盖满一层时被吸附气体在标态下的体积B－吸附与解析速率常数之比（3）、BET方程(多分子层吸附理论):假设（1）吸附剂表面的吸附能力均匀（2）可为单分子层或者多分子层吸附，层间分子力为范德华力（4）总吸附量为各层吸附量之和。0000()[1(1)/]1(1)()mmmVCPVPPCPPPCPVPPVCVCPV－吸附平衡时被吸附气体在标态下的体积P－吸附质在气相中的平衡分压P0－吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压Vm－吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积C－与吸附热有关的常数2、吸附速率：单位重量的吸附剂在单位时间内所吸附吸附质的量.吸附过程:外扩散（气流主体外表面）内扩散（外表面内表面）吸附外扩散速率内扩散速率总吸附速率方程**()()11111;AyPAAxPAAyPyPxPxPxPyPdMKYYKXXdtmKkkKkkm*()AyPAAdMKYYdt*()AxPAAdMKXXdtAiYAiXkk三、吸附工艺与设备计算：1、设备分类：根据吸附剂在吸附器内的工作状态：固定床流化床输送床1、设备分类：固定床：含污染物的气体卧式固定床：环式固定床：特点：（1）结构简单、制造容易、价格低廉；（2）适用于小型、分散、间歇性的污染源治理；（3）吸附和解吸交替进行、间歇操作。1、设备分类：输送床（移动床）：（1）气固以恒定速度通过；（2）气量大，循环使用吸附剂（3）吸附和解吸连续完成；（4）动力和热量消耗较大，吸附剂磨损较严重。流化床：气固接触充分；生产能力大；但磨损严重，排气中有吸附剂粉末。2.固定床吸附器计算方法（1）计算目的：穿透时间吸附器的高压降穿透时间：从吸附操作开始至排气中污染物浓度超出规定标准的时间。（2）计算原始数据：混和气体组成流量分离要求吸附剂性质（3）基本概念吸附负荷曲线吸附区长度穿透时间（保护作用时间）穿透曲线吸附负荷曲线：吸附器中每一断面（沿气流方向）上吸附的污染物的量不同，污染物的浓度随吸附床长度的变化曲线称为吸附负荷曲线。吸附区长度：吸附床的入口断面被污染物饱和时，有污染物存在的吸附床的长度。穿透曲线：吸附器排气中污染物的浓度随处理气量的变化曲线。计算目的：穿透时间吸附器的高压降（4）保护作用时间的确定假定：1、到达穿透点时已平衡2、p很大，a=Vm3、吸附速率无穷大保护作用时间0bLv（假定吸附层完全饱和）0bLv（假定吸附层完全饱和）a00()bLKLhva－静活度，％S－吸附层截面积,m2L－吸附层厚度,m－吸附剂堆积密度，kg/m3v－气体流速，m/s－污染物浓度，kg/m3－保护作用时间损失；h－死区长度b00希洛夫方程a（5）吸附区长度假定：1、等温吸附2、仅限于低浓度污染物吸附3、吸附等温线为第三中类型4、吸附区在床内移动时，长度不变单一气体(或蒸气)在固体上的吸附已观测到六种形式的等温线:吸附区长度0(1)AEALWLWfWL0－吸附区长度WA－穿透至耗竭的惰性气体通过量WE－耗竭时的通过量1-f－吸附区内的饱和度(6)吸附床的饱和度吸附污染物的量＝饱和区吸附污染物的量+未饱和区吸附污染物的量设吸附床横断面积为A，长度为L则：饱和区吸附污染物的量＝未饱和区吸附污染物的量＝在平衡时能吸附污染物的总量＝染物的总量在平衡浓度时能吸附污吸附污染物的量DBSaALLb0faALb10aLAb所含污染物的量横断面积上进入气体中单位时间内吸附床单位累积吸附污染物的量吸附床单位横断面积上0bYGaLDBSs＝（7）吸附器的压力损失图解计算