第07章气态污染物控制技术2

1、第七章第七章 气态污染物控制技术基础气态污染物控制技术基础(2)l气体吸附气体吸附吸附过程吸附剂吸附机理吸附工艺与设备计算第三节第三节 气体吸附气体吸附3.1 吸附过程吸附过程l吸附过程吸附过程 用多孔性固体物质处理流体混合物，使流体混合物中所含的一种用多孔性固体物质处理流体混合物，使流体混合物中所含的一种或几种组分浓集在固体物质表面，从而使它与其它组分分开的过或几种组分浓集在固体物质表面，从而使它与其它组分分开的过程称为吸附。程称为吸附。l吸附质吸附质 在吸附过程中，被吸附到固体表面的物质称为吸附质在吸附过程中，被吸附到固体表面的物质称为吸附质l吸附剂吸附剂 吸附质附着于其上的固体物质称为吸

2、附剂。吸附质附着于其上的固体物质称为吸附剂。l优点：效率高、可回收、设备简单优点：效率高、可回收、设备简单 由于吸附剂往往具有高的选择性和高的分离效果，所以吸附法净由于吸附剂往往具有高的选择性和高的分离效果，所以吸附法净化气态污染物的最大特点是净化效率高。化气态污染物的最大特点是净化效率高。l缺点：吸附容量小、设备体积大缺点：吸附容量小、设备体积大吸附过程微观示意图吸附过程微观示意图3.2 物理吸附与化学吸附物理吸附与化学吸附 吸附作用只发生在物质的表面上，这是由于固体表面存在着剩余吸附作用只发生在物质的表面上，这是由于固体表面存在着剩余的吸引力而引起的。根据吸附剂和吸附质之间发生吸附作用的力

3、的的吸引力而引起的。根据吸附剂和吸附质之间发生吸附作用的力的性质，通常将吸附分为物理吸附和化学吸附。性质，通常将吸附分为物理吸附和化学吸附。l物理吸附物理吸附 物理吸附亦称范德华吸附，它是由于吸附剂与吸附质分子之间的物理吸附亦称范德华吸附，它是由于吸附剂与吸附质分子之间的静电力或范德华引力而引起的。例如：静电力或范德华引力而引起的。例如：P262l物理吸附具有如下四大特点：物理吸附具有如下四大特点： 物理吸附通常是放热过程，但放热不大物理吸附通常是放热过程，但放热不大(大约为大约为20KJmol左右左右)，且是可逆过程，因此，吸附速率受温度的影响很大，随温度的升高且是可逆过程，因此，吸附速率受

4、温度的影响很大，随温度的升高而显著变慢；而显著变慢； 只取决于气体的物理性质和吸附剂的特点，选择性不强；只取决于气体的物理性质和吸附剂的特点，选择性不强； 物理吸附的吸附速率很快，有时即使在低温度条件，吸附速率也物理吸附的吸附速率很快，有时即使在低温度条件，吸附速率也相当快；相当快； 低压下物理吸附的吸附层一般是单分子层，随着吸附质的气压增低压下物理吸附的吸附层一般是单分子层，随着吸附质的气压增大，吸附层可变为多分子层。大，吸附层可变为多分子层。物理吸附与化学吸附（续）物理吸附与化学吸附（续）l化学吸附化学吸附 化学吸附又称活性吸附，它是由于吸附剂表面与吸附质的分子之间化学吸附又称活性吸附，它

5、是由于吸附剂表面与吸附质的分子之间的化学反应力而引起的。化学吸附涉及到吸附剂分子与吸附质分子的化学反应力而引起的。化学吸附涉及到吸附剂分子与吸附质分子的化学键的破坏和重新结合，因此化学吸附过程的吸附热比物理吸的化学键的破坏和重新结合，因此化学吸附过程的吸附热比物理吸附过程大，其数量相当于化学反应热。附过程大，其数量相当于化学反应热。l化学吸附具有如下特点：化学吸附具有如下特点： 化学吸附有很强的选择性，仅能吸附参与化学反应的某些气体；化学吸附有很强的选择性，仅能吸附参与化学反应的某些气体； 化学吸附速率受温度的影响很大，随温度的升高而显著变快；化学吸附速率受温度的影响很大，随温度的升高而显著变

6、快； 化学吸附的吸附热比物理吸附大，与化学反应热接近；化学吸附的吸附热比物理吸附大，与化学反应热接近； 化学吸附是单分子层或单原子层吸附；化学吸附是单分子层或单原子层吸附； 化学吸附一般是不可逆的，比较稳定，被吸附的气体不易脱附。化学吸附一般是不可逆的，比较稳定，被吸附的气体不易脱附。物理吸附和化学吸附（续）物理吸附和化学吸附（续）物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附1.吸附力范德华力；吸附力范德华力；2.不发生化学反应；不发生化学反应；3.过程快，瞬间达到平衡；过程快，瞬间达到平衡；4.放热反应；放热反应；5.吸附可逆；吸附可逆；1.吸附力化学键力；吸附力化学键力；2.发生化学反应；发生化学反应

7、；3.过程慢；过程慢；4.升高温度有助于提高速率；升高温度有助于提高速率；5.吸附不可逆；吸附不可逆；物理吸附和化学吸附（续）物理吸附和化学吸附（续）同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附3.3 吸附剂吸附剂l工业吸附剂需具备的特性工业吸附剂需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常用吸附剂特性常用吸附剂特性吸附剂类型吸附剂类型活性炭活性炭活性氧化活性氧化铝铝硅胶硅胶沸石分子筛沸石分子筛

8、4A5A13x堆 积 密 度堆 积 密 度 /kg/kgm m-3-32006007501000800800800800热容热容/kJ(kgK)-1-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作温度上操作温度上限限/K423773673873873873平均孔径平均孔径/15251848224513再 生 温 度再 生 温 度 /K373413473523393423473573473573473573比表面积比表面积 / /g-16001600210360600常用吸附剂特性常用吸附剂特性l分子筛特性分子筛特性3.4 吸附催化和吸附浸渍吸附催化和吸附浸渍l吸附催

9、化吸附催化 在吸附过程中，吸附剂可同时将污染气体中的两种以在吸附过程中，吸附剂可同时将污染气体中的两种以上的物质浓集在表面上，使吸附质分子的化学键松驰，上的物质浓集在表面上，使吸附质分子的化学键松驰，更易于发生化学反应。更易于发生化学反应。l例如，活性炭吸附剂能将烟气中的二氧化硫和氧同时例如，活性炭吸附剂能将烟气中的二氧化硫和氧同时吸附，使之发生氧化反应生成三氧化硫，在有水蒸气吸附，使之发生氧化反应生成三氧化硫，在有水蒸气存在的情况下生成硫酸。用水从活性炭表面上洗去三存在的情况下生成硫酸。用水从活性炭表面上洗去三氧化硫和硫酸，便可达到去除烟气中二氧化硫的目的。氧化硫和硫酸，便可达到去除烟气中二

10、氧化硫的目的。l同样，活性炭也可用来将废气中的同样，活性炭也可用来将废气中的CO变为变为CO2，NO变为变为NO2而再设法除去。在这种情况下，吸附剂起到而再设法除去。在这种情况下，吸附剂起到了催化剂的作用，这种过程称为吸附催化。了催化剂的作用，这种过程称为吸附催化。吸附催化和吸附浸渍（续）吸附催化和吸附浸渍（续）l吸附浸渍吸附浸渍l如果吸附剂预先吸附了一种物质，然后再去吸附某种有害气体，如果吸附剂预先吸附了一种物质，然后再去吸附某种有害气体，两者在吸附剂表面上发生化学反应，这种处理过程称为吸附浸渍。两者在吸附剂表面上发生化学反应，这种处理过程称为吸附浸渍。l例如，用吸附了氯的活性炭去净化含汞废

11、气，使汞和氯在吸附剂例如，用吸附了氯的活性炭去净化含汞废气，使汞和氯在吸附剂表面上生成氯化汞，从而使废气得到净化。表面上生成氯化汞，从而使废气得到净化。l又如，用吸附了溴的活性炭可吸附空气中的乙烯，使乙烯与溴生又如，用吸附了溴的活性炭可吸附空气中的乙烯，使乙烯与溴生成成1.2双溴乙烷，从而使空气得到净化。再如，以双溴乙烷，从而使空气得到净化。再如，以Zn、Fe和和Cu的的氧化物载于活性炭上，可净化一般用吸附法难于脱净的含硫有机氧化物载于活性炭上，可净化一般用吸附法难于脱净的含硫有机物废气。吸附浸渍的优点在于吸附剂表面发生物理吸附的同时，物废气。吸附浸渍的优点在于吸附剂表面发生物理吸附的同时，还

12、发生了污染物参加的化学反应或催化反应，过程的净化效果与还发生了污染物参加的化学反应或催化反应，过程的净化效果与速率得以提高，且吸附容量增大了。因此吸附浸渍广泛用于废气速率得以提高，且吸附容量增大了。因此吸附浸渍广泛用于废气处理。处理。3.5 气体吸附的影响因素气体吸附的影响因素l操作条件操作条件低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附增大气相压力利于吸附l 吸附剂性质吸附剂性质比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）m0322.4 10fVWNAf比表面积，比表面积，比表面积，比表面积，mm2 2/g/gf f 单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位

13、体积气体铺成单分子层的面积, ,mm2 2/ /mLmLN N0 0阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数A A 吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积, ,mm2 2V Vmm吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，mLmLWW吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，g gm0322.4 10fVWNAf比表面积，比表面积，比表面积，比表面积，mm2 2/g/gf f 单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成

14、单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积, ,mm2 2/ /mLmLN N0 0阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数A A 吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积, ,mm2 2V Vmm吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，mLmLWW吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，g g比表面积，比表面积，比表面积，比表面积，mm2 2/g/gf f 单位体积气体铺成单分子层的面积

15、单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积单位体积气体铺成单分子层的面积, ,mm2 2/ /mLmLN N0 0阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数A A 吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积吸附质分子横截面积, ,mm2 2V Vmm吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，mLmLWW吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，吸附剂的重量，g g气体吸附的影响因素（续）气体吸附的影响因素（续）l典型吸附质分子的横截面积典型吸

16、附质分子的横截面积气体吸附的影响因素（续）气体吸附的影响因素（续）l吸附质性质、浓度吸附质性质、浓度临界直径吸附质不易渗入的最大直径吸附质的分子量、沸点、饱和性l吸附剂活性吸附剂活性单位吸附剂吸附的吸附质的量静活性吸附达到饱和时的吸附量动活性未达到平衡时的吸附量常见分子的临界直径常见分子的临界直径分子分子临界直径临界直径/ /分子分子临界直径临界直径/ /氦氦氢氢乙炔乙炔氧氧一氧化碳一氧化碳二氧化碳二氧化碳氮氮水水氨氨氩氩甲烷甲烷乙烯乙烯环氧乙烷环氧乙烷乙烷乙烷甲醇甲醇乙醇乙醇环丙烷环丙烷丙烷丙烷正丁烷正丁烷-正二十二烷正二十二烷2.02.42.42.82.82.83.03.153.83.84

17、4.04.254.24.24.44.44.754.894.9 丙烯丙烯1-丁烯丁烯2-反丁烯反丁烯1,3-丁二烯丁二烯二氟二氟- -氯甲烷氯甲烷( (CFC-22)-22)噻吩噻吩异丁烷异丁烷- -异二十二烷异二十二烷二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷(CFC-12)-12)环己烷环己烷甲苯甲苯对二甲苯对二甲苯苯苯四氯化碳四氯化碳氯仿氯仿新戊烷新戊烷间二甲苯间二甲苯邻二甲苯邻二甲苯三乙胺三乙胺5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97.17.48.43.6 吸附剂的再生吸附剂的再生l吸附剂再生的方式吸附剂再生的方式 溶剂萃取l活性炭吸附活性炭吸附SO

18、2，可用水脱附可用水脱附 置换再生l脱附剂需要再脱附脱附剂需要再脱附 降压或真空解吸l 吸附作用吸附作用 ，再生温度，再生温度 加热再生吸附剂的再生（续）吸附剂的再生（续）l对于纯物理吸附过程而言，吸附剂的再生较为简单，对于纯物理吸附过程而言，吸附剂的再生较为简单，由于物理吸附是可逆的，只需将吸附热重新转给吸附由于物理吸附是可逆的，只需将吸附热重新转给吸附剂，就能去除吸附质，这个过程称为解吸。剂，就能去除吸附质，这个过程称为解吸。l在很多情况下，吸附质分子与吸附剂表面之间不仅有在很多情况下，吸附质分子与吸附剂表面之间不仅有物理力，而且还有化学力，在这种情况下，提供给吸物理力，而且还有化学力，在

19、这种情况下，提供给吸附质的解吸能必须包括吸附质的活化能，于是解吸可附质的解吸能必须包括吸附质的活化能，于是解吸可通过降低吸附质的分压力或升高温度来进行。通过降低吸附质的分压力或升高温度来进行。l如果吸附质之间或者吸附质与吸附剂之间发生了化学如果吸附质之间或者吸附质与吸附剂之间发生了化学反应，这时除了提供向吸附质解吸能之外，还必须对反应，这时除了提供向吸附质解吸能之外，还必须对吸附剂提供反应热，以清除有较强化学力结合的吸附吸附剂提供反应热，以清除有较强化学力结合的吸附质分子，这个过程叫做吸附的再活化。质分子，这个过程叫做吸附的再活化。l再活化能包括解吸能和反应热，再生可用高温、置换再活化能包括解

20、吸能和反应热，再生可用高温、置换等方法进行。等方法进行。吸附剂再生（续）吸附剂再生（续）(a)吸附吸附(b)解吸解吸3.7 吸附平衡吸附平衡l当当吸附速度脱附速度吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值到极限值l极限吸附量受气体压力和温度的影响极限吸附量受气体压力和温度的影响l吸附等温线吸附等温线 NH3在活性炭上的吸附等温线在活性炭上的吸附等温线吸附平衡关系吸附平衡关系l在达到吸附平衡时，被吸附组分在固相中的平在达到吸附平衡时，被吸附组分在固相中的平衡吸附量和它在与固相接触的气相中的浓度衡吸附量和它在与固相接触的气相中的浓度（分压）、吸附温度之间具有一定的

21、函数关系，（分压）、吸附温度之间具有一定的函数关系，这种函数关系就是所谓吸附平衡关系。这种函数关系就是所谓吸附平衡关系。l对于气体吸附，其平衡关系可表示为：对于气体吸附，其平衡关系可表示为： XTf（P,t）式中，）式中，P代表达到吸附平衡时吸代表达到吸附平衡时吸附质在气相中的分压（浓度），附质在气相中的分压（浓度），t 为吸附温度。为吸附温度。l吸附平衡关系一般由实验测定吸附平衡关系一般由实验测定l为了实验方便，对于一定的吸附系统，常常固定三个变为了实验方便，对于一定的吸附系统，常常固定三个变量中的一个，再测定其它两个变量之间的关系。量中的一个，再测定其它两个变量之间的关系。l固定吸附温度不

22、变，即固定吸附温度不变，即t=常数，常数，XTf（P），）， 此为等温此为等温吸附方程式；吸附方程式；l固定吸附压力（浓度）不变，固定吸附压力（浓度）不变， P常数，常数，XTf（t）,称称为等压吸附方程式；为等压吸附方程式；l固定吸附量不变，固定吸附量不变， XT常数，常数，P（t），称为等量吸），称为等量吸附方程式。附方程式。l根据上述实验结果而绘制的曲线分别称为等温线、等压根据上述实验结果而绘制的曲线分别称为等温线、等压线和等量线。线和等量线。l其中以等温吸附的实验比较好作，实验结果与实际吸附其中以等温吸附的实验比较好作，实验结果与实际吸附过程相似，所以吸附平衡关系式通常都是等温方程式或

23、过程相似，所以吸附平衡关系式通常都是等温方程式或者等温线。者等温线。 吸附等温线吸附等温线m单位吸附剂的吸附量单位吸附剂的吸附量P吸附质在气相中的平衡分压吸附质在气相中的平衡分压K,n经验常数经验常数, 实验确定实验确定吸附方程式吸附方程式l弗罗德里希弗罗德里希（Freundlich）方程（方程（I型等温线中压部分）型等温线中压部分）lgm对lgP作图为直线lglglgnmkPmknP吸附方程式（续）吸附方程式（续）l朗格缪尔（朗格缪尔（Langmuir）方程（方程（I型等温线）型等温线）lP270 例题例题73Tmm11ABPXBPPPVBVVV被吸附气体在标态下的体积被吸附气体在标态下的体

24、积P吸附质在气相中的平衡分压吸附质在气相中的平衡分压Vm吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积B吸附与解析速率常数之比吸附与解析速率常数之比Tmm11ABPXBPPPVBVVV被吸附气体在标态下的体积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吸附质在气相中的平衡分压Vm吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积B吸附与解析速率常数之比吸附与解析速率常数之比吸附方程式（续）吸附方程式（续）lBET方程（方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附）型等温线，多分子层吸附）m000mm0()1(1)/1

25、(1)()V CPVPPCP PPCPV PPV CV CPV被吸附气体在标态下的体积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与吸附热有关的常数m000mm0()1(1)/1(1)()V CPVPPCP PPCPV PPV CV CPV被吸附气体在标态下的体积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吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压Vm

26、吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积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与吸附热有关的常数3.8 吸附速率吸附速率l吸附过程的几个步骤吸附过程的几个步骤 吸附 外扩散（气流主体 外表面） 内扩散（外表面 内表面）物理吸附过程的三个步骤化学吸附过程的四个步骤 上述三个步骤 化学反应吸附速率的控制步骤吸附速率的控制步骤 所有的吸附速率公式，只是把吸附速率用公式所有的吸附速率公式，只是把吸附速率用公式概括地表示出来而已，而在实际设计吸附装置概括地表示出来而已，而在实际设计吸附装置时，仍必须对吸附速率进一步作出严密分析，时，仍必须对吸附速率进一步作出严密分析，研究吸附速

27、率的控制步骤。研究吸附速率的控制步骤。l对于物理吸附过程，通常可看作是由外扩散、对于物理吸附过程，通常可看作是由外扩散、内扩散、吸附三个步骤组成的。对于在吸附剂内扩散、吸附三个步骤组成的。对于在吸附剂表面上有化学反应的化学吸附来说，在上述三表面上有化学反应的化学吸附来说，在上述三个步骤之后，还有化学反应一步。个步骤之后，还有化学反应一步。l吸附速率将取决于上述三个或者四个步骤中最吸附速率将取决于上述三个或者四个步骤中最慢的一个步骤的速率。速率最慢的那个步骤就慢的一个步骤的速率。速率最慢的那个步骤就是控制步骤。是控制步骤。吸附速率的控制步骤（续）吸附速率的控制步骤（续）l对于物理吸附过程，吸附本

28、身的速度是很快的，对于物理吸附过程，吸附本身的速度是很快的，吸附速率主要由扩散速率决定。试验表明，在吸附速率主要由扩散速率决定。试验表明，在吸附剂内部的扩散阻力，一般可以不计，因此，吸附剂内部的扩散阻力，一般可以不计，因此，外扩散是吸附过程的控制步骤。外扩散是吸附过程的控制步骤。l对于化学吸附过程，其速率控制步骤可以是表对于化学吸附过程，其速率控制步骤可以是表面动力学控制，也可以是外扩散控制或内扩散面动力学控制，也可以是外扩散控制或内扩散控制，通常是内扩散控制。控制，通常是内扩散控制。 吸附速率（续）吸附速率（续）l外扩散速率外扩散速率l内扩散速率内扩散速率l总吸附速率方程总吸附速率方程*AP

29、AAd()dyMKYYt*APAAd()dxMKXXt*APAAPAAPPPPPPd()()d11111;yxyyxxxyMKYYKXXtmKkkKkkm3.9 吸附工艺吸附工艺l固定床固定床 固定床吸附器是固定床吸附器是使吸附剂固定不使吸附剂固定不动，气体流经吸动，气体流经吸附层。这种装置附层。这种装置是在瞬变状态下是在瞬变状态下操作，不断趋向操作，不断趋向于平衡，一直到于平衡，一直到不能再进行吸附不能再进行吸附为止。然后停止为止。然后停止工作，进行再生。工作，进行再生。l固定床吸附器应固定床吸附器应用广泛，是吸附用广泛，是吸附法净化气态污染法净化气态污染物的最主要的设物的最主要的设备。备。

30、 含污染物的气含污染物的气体体 固定床吸附器设计的基本要求固定床吸附器设计的基本要求l具有足够的过气断面和停留时间，它们都是吸附器尺具有足够的过气断面和停留时间，它们都是吸附器尺寸的函数；寸的函数；l产生良好的气流分布，以便所有的过气断面都能得到产生良好的气流分布，以便所有的过气断面都能得到充分的利用；充分的利用；l预先除去入口气体中能污染吸附剂的杂质；预先除去入口气体中能污染吸附剂的杂质；l采用其他较为经济有效的工艺，预先去除入口气体中采用其他较为经济有效的工艺，预先去除入口气体中的部分组分，以减轻吸附系统的负荷；的部分组分，以减轻吸附系统的负荷；l能够有效地控制和调节吸附操作温度；能够有效

31、地控制和调节吸附操作温度；l易于更换吸附剂。易于更换吸附剂。吸附工艺（续）吸附工艺（续）l移动床移动床吸附工艺（续）吸附工艺（续）l移动床移动床吸附工艺吸附工艺l流化流化床床l流化床流化床吸附工艺（续）吸附工艺（续）吸附工艺流程吸附工艺流程 按照操作时吸附剂的运动状态，可将吸附器分为固定床、沸腾床和流按照操作时吸附剂的运动状态，可将吸附器分为固定床、沸腾床和流动床。含有少量污染物的气流通过吸附层床时，其中污染物被吸附剂动床。含有少量污染物的气流通过吸附层床时，其中污染物被吸附剂截留在床层内，净化后的气体排入大气。截留在床层内，净化后的气体排入大气。 根据设备类型和操作方式的不同，吸附流程可分为

32、：间歇式、半连续根据设备类型和操作方式的不同，吸附流程可分为：间歇式、半连续式、和连续式流程。式、和连续式流程。l间歇式吸附流程间歇式吸附流程 用于间断排出废气的场合。其特点是吸附剂达到饱和后，便从吸附装用于间断排出废气的场合。其特点是吸附剂达到饱和后，便从吸附装置中移走，不设再生装置，流程简单，设置方便。置中移走，不设再生装置，流程简单，设置方便。l半连续式吸附流程半连续式吸附流程 在空气污染控制中，最常用的流程。即用两个以上的固定床吸附器，在空气污染控制中，最常用的流程。即用两个以上的固定床吸附器，气体连续通过床层，当一个达到饱和时，气体就切换到另一个吸附器气体连续通过床层，当一个达到饱和

33、时，气体就切换到另一个吸附器间歇吸附，而达到饱和的吸附床则间歇再生。在这种流程中，气体是间歇吸附，而达到饱和的吸附床则间歇再生。在这种流程中，气体是连续的，而每一个吸附器是间断运行的。连续的，而每一个吸附器是间断运行的。l连续式吸附流程连续式吸附流程 在连续式吸附流程中，气流和吸附剂都处于连续运转状态。可用回转在连续式吸附流程中，气流和吸附剂都处于连续运转状态。可用回转式吸附床或者流化床来实现。式吸附床或者流化床来实现。 3.10 吸附负荷曲线与穿透曲线吸附负荷曲线与穿透曲线吸附负荷曲线吸附负荷曲线p定义定义 含有一定浓度的污染气流，连续通过固定床吸附器，含有一定浓度的污染气流，连续通过固定床

34、吸附器，沿吸附床层不同长度处气流中污染物的浓度变化曲线，沿吸附床层不同长度处气流中污染物的浓度变化曲线，或者吸附剂中所吸附的吸附质，沿吸附床层不同长度或者吸附剂中所吸附的吸附质，沿吸附床层不同长度处在吸附剂中的浓度变化曲线叫做吸附负荷曲线。如处在吸附剂中的浓度变化曲线叫做吸附负荷曲线。如图图723p坐标轴与其它名词解释坐标轴与其它名词解释 横坐标为吸附剂床层长度横坐标为吸附剂床层长度 纵坐标为吸附质气相浓度或者吸附剂的固相浓度。纵坐标为吸附质气相浓度或者吸附剂的固相浓度。穿透曲线穿透曲线p定义定义 吸附床层中流出气体中的污染物气相浓度随时间的变吸附床层中流出气体中的污染物气相浓度随时间的变化曲

35、线称为穿透曲线。化曲线称为穿透曲线。p与负荷曲线的区别和联系与负荷曲线的区别和联系 负荷曲线可以直观地看出床层内吸附的操作情况，但负荷曲线可以直观地看出床层内吸附的操作情况，但测定困难。测定困难。 穿透曲线反映床层内部的吸附情况，且测定容易。穿透曲线反映床层内部的吸附情况，且测定容易。p坐标轴坐标轴 横坐标为时间，或者排出气体的总量横坐标为时间，或者排出气体的总量 纵坐标为吸附床层中流出气体中的污染物气相浓度。纵坐标为吸附床层中流出气体中的污染物气相浓度。穿透曲线（续）穿透曲线（续）p穿透曲线的作用穿透曲线的作用 穿透曲线能反映吸附器床层内部的吸附情况，可以比穿透曲线能反映吸附器床层内部的吸附

36、情况，可以比较准确地求出穿透点，从而可以更好地发挥吸附器的较准确地求出穿透点，从而可以更好地发挥吸附器的吸附能力。吸附能力。p穿透曲线斜率的物理意义穿透曲线斜率的物理意义 穿透曲线斜率的大小可以反映吸附过程速度的快慢，穿透曲线斜率的大小可以反映吸附过程速度的快慢，曲线越陡，斜率越大，吸附过程速度较快。曲线越陡，斜率越大，吸附过程速度较快。穿透曲线的影响因素穿透曲线的影响因素 影响穿透曲线的因素主要有如下几个方面：影响穿透曲线的因素主要有如下几个方面：l被吸附的气体中吸附质的浓度被吸附的气体中吸附质的浓度 进入吸附器的气体中，吸附质浓度越高，穿透曲线越凸，斜率越大。进入吸附器的气体中，吸附质浓度

37、越高，穿透曲线越凸，斜率越大。l吸附剂颗粒的大小吸附剂颗粒的大小 如果吸附剂均为球形颗粒，而其它条件都相同时，颗粒越小，穿透曲如果吸附剂均为球形颗粒，而其它条件都相同时，颗粒越小，穿透曲线的斜率越大。线的斜率越大。 l吸附剂的种类吸附剂的种类 同一吸附质，采用不同的吸附剂，穿透曲线的形状和斜率不一样。同一吸附质，采用不同的吸附剂，穿透曲线的形状和斜率不一样。13X分子筛比分子筛比5A分子筛的效果要好。分子筛的效果要好。 l吸附剂使用的时间吸附剂使用的时间 对于用一定的吸附剂吸附一定的吸附质来说，穿透曲线的斜率，随着对于用一定的吸附剂吸附一定的吸附质来说，穿透曲线的斜率，随着吸附剂的使用周期增长

38、而逐渐减小，而且吸附剂的吸附性能变坏。吸附剂的使用周期增长而逐渐减小，而且吸附剂的吸附性能变坏。 l气体通过吸附器床层的流速、吸附剂床层的厚度、温度等对穿透曲线气体通过吸附器床层的流速、吸附剂床层的厚度、温度等对穿透曲线的形状均有影响。的形状均有影响。l保护作用时间保护作用时间 开始进气到出现穿透点的这段时间开始进气到出现穿透点的这段时间 又称穿透时间。又称穿透时间。3.11 固定床吸附计算固定床吸附计算l保护作用时间保护作用时间 P279280L实际曲线与理论曲线的比较1理论线 2实际曲线（假定吸附层完全饱和）b0Lv （假定吸附层完全饱和）b0Lv b00()LK Lhva a静活度，静活

39、度，静活度，静活度，S S吸附层截面积吸附层截面积吸附层截面积吸附层截面积, ,mm2 2L L吸附层厚度吸附层厚度吸附层厚度吸附层厚度, ,mm吸附剂堆积密度，吸附剂堆积密度，吸附剂堆积密度，吸附剂堆积密度，kg/mkg/m3 3v v气体流速，气体流速，气体流速，气体流速，m/sm/s污染物浓度，污染物浓度，污染物浓度，污染物浓度，kg/mkg/m3 3保护作用时间损失；保护作用时间损失；保护作用时间损失；保护作用时间损失；h h死区长度死区长度死区长度死区长度b00希洛夫方程b00()LK Lhva a静活度，静活度，静活度，静活度，S S吸附层截面积吸附层截面积吸附层截面积吸附层截面积

40、, ,mm2 2L L吸附层厚度吸附层厚度吸附层厚度吸附层厚度, ,mm吸附剂堆积密度，吸附剂堆积密度，吸附剂堆积密度，吸附剂堆积密度，kg/mkg/m3 3v v气体流速，气体流速，气体流速，气体流速，m/sm/s污染物浓度，污染物浓度，污染物浓度，污染物浓度，kg/mkg/m3 3保护作用时间损失；保护作用时间损失；保护作用时间损失；保护作用时间损失；h h死区长度死区长度死区长度死区长度b00希洛夫方程固定床吸附计算（续）固定床吸附计算（续）l同样条件下同样条件下l定义动力特性定义动力特性1 12201102212.K vK vconstvvconstdd102BKvvBd固定床吸附计算

41、（续）固定床吸附计算（续）l吸附床长度吸附床长度假定条件l等温吸附等温吸附l低浓度污染物的吸附低浓度污染物的吸附l吸附等温线为第三种类型吸附等温线为第三种类型l吸附区长度为常数吸附区长度为常数l吸附床的长度大于吸附区长度吸附床的长度大于吸附区长度P281 例题例题74固定床吸附计算（续）固定床吸附计算（续）l吸附床长度吸附床长度0AEA(1)LWLWf W3.12 吸附器的压力损失吸附器的压力损失1）图解计算）图解计算3pgg2p150(1)1.75(1)PgdDGd G P压降压降 (lb/ft2)D固定床厚度固定床厚度 (ft) 孔隙率孔隙率G气体流量气体流量 (lb/ft2?hr) g

42、气体粘度气体粘度 (lb/ft?hr)dp颗粒直径颗粒直径 (ft)2）公式计算）公式计算3pgg2p150(1)1.75(1)PgdDGd G P压降压降 (lb/ft2)D固定床厚度固定床厚度 (ft) 孔隙率孔隙率G气体流量气体流量 (lb/ft2?hr) g 气体粘度气体粘度 (lb/ft?hr)dp颗粒直径颗粒直径 (ft)2）公式计算）公式计算3.13 固定床吸附器设计计算程序固定床吸附器设计计算程序l确定空塔气速和停留时间确定空塔气速和停留时间 空塔气速：空塔气速：0.21m/s； 停留时间停留时间: 0.20.5 sl确定床层厚度、通流断面面积确定床层厚度、通流断面面积 床层厚

43、度：床层厚度：0.51.0m；通流断面面积：由空塔气速和气体处理；通流断面面积：由空塔气速和气体处理量确定量确定l固定床吸附器本体设计固定床吸附器本体设计 选择吸附器的结构类型：选择吸附器的结构类型： 场地因素场地因素l固定床吸附器的结构类型固定床吸附器的结构类型 立式吸附器立式吸附器 主要优点是不易引起沟流和气流短路现象，此外主要优点是不易引起沟流和气流短路现象，此外占地面积较小。但由于吸附剂床层厚度较大，所以气流阻力较大、占地面积较小。但由于吸附剂床层厚度较大，所以气流阻力较大、能量消耗较大。能量消耗较大。 卧式吸附器卧式吸附器 主要优点是较大幅度地缩短了吸附剂床层的厚度，主要优点是较大幅

44、度地缩短了吸附剂床层的厚度，可减少气流阻力，从而可降低吸附器的动力消耗。主要缺点是操可减少气流阻力，从而可降低吸附器的动力消耗。主要缺点是操作过程中在吸附床表面容易产生气流分布不均，引起沟流和短路，作过程中在吸附床表面容易产生气流分布不均，引起沟流和短路，从而使吸附效率下降。从而使吸附效率下降。 固定床吸附器设计计算程序（续）固定床吸附器设计计算程序（续）l确定吸附床层厚度确定吸附床层厚度 由空塔气速、接触时间确定由空塔气速、接触时间确定l活性炭充填数量计算活性炭充填数量计算 主要依据是吸附周期、活性炭的吸附容量、气体处理流量、气相主要依据是吸附周期、活性炭的吸附容量、气体处理流量、气相中有机

45、蒸气的浓度、工厂劳动组织制度等。中有机蒸气的浓度、工厂劳动组织制度等。l确定吸附器的外形尺寸确定吸附器的外形尺寸 直径、长度或高度等直径、长度或高度等 主要依据是气体处理流量、活性炭充填数量、活性炭的堆积密度、主要依据是气体处理流量、活性炭充填数量、活性炭的堆积密度、废气进出口直径等。废气进出口直径等。l吸附器附属设施设计吸附器附属设施设计 人孔人孔 ：大于或等于：大于或等于450mm； 限压阀限压阀 ： 1kg/cm2，超过，超过1kg/cm2 劳动部门则视为高压设备；劳动部门则视为高压设备；排液口排液口 吸附剂再生之后排放冷凝水；吸附剂再生之后排放冷凝水； 水蒸汽分布管水蒸汽分布管；活性炭

46、支撑骨架活性炭支撑骨架；活性炭支撑筛网活性炭支撑筛网 ：小于活性炭：小于活性炭最小尺寸值的一半，材料最好用不锈钢；最小尺寸值的一半，材料最好用不锈钢；壳体壳体 ： 厚度不小于厚度不小于5mm，最好采用圆形结构，因为方形难加工；，最好采用圆形结构，因为方形难加工；外壳保温层外壳保温层 厚度：厚度：需大于需大于50mm，保温材料保温材料采用玻璃纤维棉或者石墨绳，最外层用采用玻璃纤维棉或者石墨绳，最外层用0.50.7mm厚度的镀锌铁皮包扎加固，保温层必须致密、无明显厚度的镀锌铁皮包扎加固，保温层必须致密、无明显孔洞；孔洞； 移动床计算移动床计算l操作线操作线l吸附速率方程吸附速率方程SS2SS2(/)(/)YLGXYLGXSPd(*)dyG YK a YYL12S*PdYyYGYLK aYY传质单元高度传质单元高度传质单元数传质单元数（图解积分法）（图解积分法）12S*PdYyYGYLK aYY传质单元高度传质单元高度传质单元数传质单元数（图解积分法）（图解积分法）例：用连续移动床逆流等温吸附过程净化含例：用连续移动床逆流等温吸附过程净化含H2S的空气。吸附剂为分的空气。吸附剂为分子筛。空气中子筛。空气中H2S的浓度为的浓度为3（重量），气相流速为（重量），气相流速为6500