11-吸附法冷凝法-2.ppt

吸附法吸附法：利用多孔性物质与气体接触，使有害气体分子附着其上，而从气体中分离的方法。1771年发现木炭能吸附气体，活性炭用于防毒面具。可用于分离水分、有机蒸气（如甲苯蒸气、氯乙烯、含汞蒸气等）、恶臭、HF、SO2、NOx等，尤其能有效地捕集浓度很低的气态污染物。吸附的推动力：分子间力和化学键力。,吸附原理,（1）物理吸附作用力：分子间作用力(范德华力)物理吸附特征：吸附质与吸附剂间不发生化学反应；吸附过程快，参加吸附的各相间常瞬时即达平衡吸附为放热反应；吸附剂与吸附质间的吸附力不强，当气体中吸附质降压或温度升高时，被吸附的气体能很容易的从固体表面逸出，而不改变气体原来形状；是一种可逆过程（吸附与脱附）,（2）化学吸附作用力：化学键力化学吸附特征：有很强的选择性，常常不可逆；吸附时发生化学反应，吸附剂表面生成新物质；吸附速率较慢，达到吸附平衡需相当长时间；升高温度可提高吸附速率。物理吸附和化学吸附可同时发生但常以某一类吸附为主。,吸附过程吸附全过程：外扩散、内扩散、吸附和脱附。吸附质通过吸附剂外部的气膜，扩散到吸附剂表面；吸附质分子从吸附剂表面进入吸附剂微孔；扩散到吸附剂内表面的吸附质被吸附在其表面；被吸附的吸附质分子重新回到气体中。,吸附平衡吸附过程是可逆过程。吸附平衡：吸附速度与脱附速度相等。吸附剂再生：为使吸附剂恢复吸附能力，必须使吸附质从吸附剂上解脱下来。吸附法净化气态污染物包括吸附及吸附剂再生过程,吸附净化法的特点（1）适用范围常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化；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，处理的气体量不宜过大。（2）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：吸附容量小，设备体积大；吸附剂容量往往有限，需频繁再生。,吸附剂,（一）吸附剂必须具备的条件巨大的内表面和孔隙率，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，不易粉碎失效或流失；来源广泛，造价低廉；良好的再生性能（从经济角度考虑）。,常用吸附剂活性炭，活性氧化铝，硅胶，沸石分子筛，吸附树脂等。,活性氧化铝,硅胶,沸石分子筛,活性炭：非极性、疏水性和亲有机物特性，孔径范围在1050m，选择性较强。常用于有机溶剂、SO2、NOX、恶臭物质的净化；应用最早、最广泛的优良吸附剂。制造：活性炭是由煤、木材、果壳等各种含炭物质，在低于773K温度下炭化后再用水蒸气进行活化处理得到。形状有柱状、球状、粉末状等优点：比表面积大、吸附及脱附快，性能稳定抗腐蚀缺点：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：活性氧化铝可用于气体和液体的干燥（对水有强吸附能力），石油气的浓缩、脱硫，以及含氟废气的治理特性：吸附极性分子，无毒，机械强度大，不易膨胀制造：含水氧化铝在严格控制的升温条件下，加热脱水制成,硅胶：硅胶具有很强的亲水性，它吸附的水分量可达自身质量的50，吸湿后吸附能力下降，因此常用于含湿量较高气体的干燥脱水、烃类气体回收，以及吸附干燥后的有害废气硅胶是将硅酸钠溶液（水玻璃）用酸处理后得到硅酸凝胶，再经水洗、干燥脱水制得,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，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。,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，主要用于废水处理，维生素的分离及H2O2的精制等。,通常，污染物分子较小的选用分子筛，分子较大应选用活性炭或硅胶；对无机污染物宜用活性氧化铝或硅胶，对有机蒸气或非极性分子则用活性炭。,影响气体吸附的因素（1）操作条件：低温（有利）物理吸附；高温（有利）化学吸附。吸附质分压上升，吸附量增加，但增加能耗，一般不采用。气流速度不宜过大：对固定床为0.2-0.6m/s（2）吸附剂的性质：吸附剂表面积越大，吸附能力越强。影响表面积的结构因素：孔隙率、孔径、颗粒大小等,（3）吸附质的性质与浓度：临界直径、分子量、沸点、饱和性等。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。吸附质浓度高，吸附推动力大，吸附速度快。浓度过高，饱和失效快，常用于浓度较低污染物的净化（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，是吸附剂吸附能力的标志。,（5）接触时间（6）吸附器性能,常用的吸附设备,固定床吸附器结构简单，吸附剂磨损小。缺点是操作复杂，吸附和再生交替进行，设备体积大，吸附剂用量多,移动床吸附器固体吸附剂在吸附床中不断移动。优点：是处理气量大，设备内吸附剂用率高，不会出现“漏吸”的“死角”。缺点：是吸附剂磨损严重、动力消耗大,移动床,流化床吸附器1.塔板；2.溢流堰；3.加热器,流化床吸附器塔式设备，内设若干层筛板，吸附剂在筛板上呈沸腾状态，称流化床。优点：气固两相达充分接触，吸附速度快，处理能力大，特别适于连续性、大流量污染治理缺点：与固定床相比，吸附剂粒度较小，气速大，装置复杂，吸附剂损耗大，排除气体中常带细小粉末，需除尘,流化床,加热再生吸附剂的吸附量与温度成反比，可采用热气流加热吸附床层，使吸附剂脱附，恢复原有吸附能力。加热方式：热水蒸气、烟道气、电和微波加热法等。降压再生外部压力低于吸附操作压力，或采用抽真空，吸附质会重新回到气相，达到脱附。,吸附剂的再生方法,吹扫再生不被吸附的吹扫气通过吸附床层，降低吸附质在气相中的分压，吸附质会解吸出来。吹扫时适当提高温度对脱附有利。置换再生用更容易被吸附的吹扫气通过吸附床层，置换已经被吸附的物质，达到脱附。化学转化再生向吸附床层通入能与被吸附物质反应的物质，生成不被吸附的新物质，达到解吸。溶剂萃取再生；微生物再生。,吸附法净化含氟废气1、含氟废气的净化方法有：干法和湿法。典型的技术：用氧化铝吸附净化铝厂含氟烟气。2、该法的特点：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。,3、原理：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+6HF2AlF3+3H2O,4、吸附特点：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输送床吸附法（亦称：管道吸附法）净化工艺流程,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-布袋除尘器；8-定量给料装置；9-烟囱；10-风机,优点：所需设备和操作条件比较简单，回收的物质比较纯净。大量水蒸气凝结，大大减少气体流量，对于下一步的燃烧、吸附等净化措施十分有利，一般适于作吸附或化学转化等处理技术的前处理。例如沥青生产的尾气，先经冷凝回收，而后送去燃烧净化。,冷凝法：物质在不同温度下的饱和蒸汽压不同，降低温度或提高压力，蒸汽状态的污染物就会冷凝从废气中分离出来。,冷凝法,冷凝净化适用于蒸气状态的物质，多用于从废气中回收有机溶剂，有机物质或其它有害组分可以溶解在冷凝液体中。例如，有的人造纤维厂对于纺丝工序散放的含有大量水蒸汽及CS2、H2S的废气，就是用直接水冷却后经烟囱排放的。,从空气中冷凝蒸气的方法，可以是移去热量，即冷却；也可以增加压力，使蒸气在压缩时凝结出来，在空气净化方面通常只用冷却法。冷却温度越低，有害成分越接近饱和，其去除程度越高。冷却所需费用也就愈大。因此，只有空气中所含蒸气浓度较高时，冷凝净化才经济有效。,直接冷凝工艺1.反应槽;2.接触器;3.气液分离器;4.燃烧器,冷凝工艺和设备冷凝设备：接触冷凝器;表面冷凝器,接触冷凝,被冷却的气体与冷却液或冷冻液直接接触。有利于传热，但冷凝液需进一步处理。,接触冷凝器（P231）,填料式、喷淋塔、文氏管式、踏板式,接触冷凝器,间接冷凝工艺1.反应槽;2.间接换热器;3.储液槽;4.风机;5.燃烧器,表面冷凝（间接冷凝）,表面冷凝设备,列管冷凝器、翅管空冷冷凝器、淋洒式冷凝器、螺旋板冷凝器,表面冷凝设备，冷却壁面把废气和冷却介质隔开，冷却介质可直接回收利用,列管冷凝器是传统的标准式设备；,螺旋板冷凝器传热性能好，传热系数比列管式高13倍，但不耐高压。,淋洒式冷凝器：被冷却冷凝的流体在管内流动，冷却水自上喷淋而下。优点：结构简单，传热效果较好，便于检修和清洗；缺点：占地大，水滴溅洒周围环境，喷淋不易均匀。,1U形管；2一直管；3一