热值交换第5章课件

第5章

吸附和吸收处理空气的原理与方法内容吸附材料处理空气的原理和方法5.1吸收剂处理空气的原理和方法5.22023/4/8吸收、吸附法处理空气的基本知识一、干燥剂及干燥循环干燥过程有两类：吸附过程和吸收过程

干燥剂有吸附剂和吸收剂干燥剂表面蒸汽压＜环境空气的蒸汽压吸湿

(干燥）干燥剂表面蒸汽压＞环境空气的蒸汽压脱湿（再生）吸附过程：干燥剂化学成分不变吸收过程：干燥剂化学成分改变干燥循环包括吸湿、再生和冷却三个过程.二、吸收、吸附法处理空气的优点

常用的除湿方法有：1、低温露点除湿（冷却除湿、表冷器除湿）2、加压除湿（压缩除湿）3、吸附除湿4、吸收除湿各有特点及相应的应用范围.

表冷器除湿（空调领域多采用）独特的优点：空气的冷却降温和除湿过程同时进行。缺点：1.为除湿冷媒温度需较低（低于tL）,一般为7-12℃，从而降低了机组COP.2.因冷媒温度低，使可以直接利用天然冷源的空调方式无法应用，既浪费能源又增加环境污染.3.表冷器除湿产生的凝结水易产生霉菌，影响室内空气品质.§5.1

吸附材料处理空气的机理和方法一、吸附的基本知识和概念

1、吸附现象、吸附剂和吸附质吸附现象是相异两相界面上的一种分子积聚现象，吸附即把分子配列程度较低的气相分子浓缩到分子配列程度较高的固相中.解吸或脱附：已被吸附的原子或分子，返回到气相中的现象.具有吸附作用的物质称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质.吸附剂处理空气的原理吸附：由范德华引力、氢键起作用的物理过程。2023/4/82、吸附机理

1）相界面上的表面层分子特有的性质：表面张力故表面层分子比内层分子具有更多的能量（反抗内部分子的引力而作功，增加这一分子的位能），这部分多余的能量称表面自由焓，简称表面能

（surfaceenergy)

分子力（VanderWaals）:同相间分子力处于平衡状态，相界处不平衡。表面能物质的总能量当物质的比表面积比较大时，表面能就会对物质的性能产生很大的影响。相界上的非平衡力导致物质微粒在界面上的聚集程度的改变就是吸附。2023/4/83、吸附的种类物理吸附由吸附质分子与吸附剂分子之间分子力（VanderWaals）引起的可逆吸附现象。有单层吸附，也有多层吸附。特点：吸附质与吸附剂之间无化学反应；对吸附气体选择性不强；吸附速率快；吸附为低放热过程，放热量略大于液化潜热；吸附力不强。化学吸附化学反应起作用。只为单层吸附。2023/4/82）在吸附过程中所发生的热效应称为吸附热。所有的吸附过程都是放热反应。3）物理吸附没有选择性，而化学吸附具有选择性4）物理吸附速度较快，受温度影响小，而化学吸附速度较慢，受温度影响大，需活化能。5）物理吸附易脱附，是“可逆”的，而化学吸附脱附较难，相对而言是“不可逆”的。6）物理吸附可单分子层吸附，也可多分子层吸附，化学吸附只是单分子层吸附。物理吸附与化学吸附的比较：1）物理吸附：固体吸附周围分子是通过范德华引力

化学吸附：吸附剂与吸附质之间生成表面吸附键，形成表面化合物吸附等压线：4、吸附平衡、等温吸附线和等压吸附线对于给定的吸附剂和吸附质，吸附平衡时吸附剂对吸附质的吸附量q为：吸附等温线：2023/4/8I-合成沸石等吸附系的；II-Lamgmuri型；III-活性铝等吸附系的；IV-活性炭吸附水蒸气；V-BET型；VI-线性吸附典型等温吸附线2023/4/8等压吸附线2-物理吸附1-化学吸附3-过渡区（非平衡吸附区）温度吸附量2023/4/82）吸附剂密度堆积密度：真密度：颗粒密度：3）孔径分布（测定－吸附等温线、压汞仪等）4）颗粒当量直径、单位体积表面积2023/4/8二.吸附方程1.单分子层吸附理论

1）弗里德里克等温吸附方程式

2）兰米尔等温吸附方程式兰米尔的单分子层吸附理论：①固体表面存在一吸附场，约10-8cm，相当于分子直径的数量级，故只能吸附一层分子.②吸附在固体表面的分子由于热运动可从固体表面脱附，重新回到气相.③当吸附速度与脱附速度相等时，吸附达到平衡.典型的等温吸附过程中的著名公式2.B.E.T.多分子层吸附理论水蒸气在A型和B型硅胶及活性铝中的典型吸附等温线2023/4/8水蒸气在沸石中的典型吸附等温线相对湿度（％）吸水量(％)2023/4/8五.吸附在制冷、空调中的应用

1、固体吸附减湿

1）空气吸附减湿处理过程

2）空气静态吸附除湿和动态吸附除湿

A.干燥循环干燥剂表面蒸汽压＜环境空气的蒸汽压——吸湿（干燥）干燥剂表面蒸汽压＞环境空气的蒸汽压——脱湿（再生）干燥剂表面水蒸气分压与环境空气中水蒸气分压差决定干燥剂是吸湿还是放湿。干燥剂表面水蒸气分压与其吸收量的关系干燥剂吸湿量与水蒸气分压及温度的关系2023/4/8干燥循环示意图再生吸湿冷却2023/4/8B.

静态吸附除湿静态除湿：吸附剂吸收密闭空间内静止空气中的水蒸气。（间歇工作）Mq=V(ρ0-ρ1)该式表示达到平衡时的q和水蒸气密度的关系平衡时间：若吸附剂和空气充分接触，经充分搅拌数小时后可达吸附平衡，无搅拌则平衡时间大为增加。影响平衡时间的因素：吸附剂粒径、孔径大小及分布、空气流速等。设计任务：计算吸附剂量、或计算达到平衡的时间2023/4/8吸附剂的吸附平衡时间（无搅拌）（a）铝胶（b）硅胶2023/4/8（c）合成沸石2023/4/8吸附剂吸附平衡时间的测试干燥器底部放入稀硫酸（维持湿度平衡），定期取出吸附剂称重，可得到吸附剂吸水率随时间的变化曲线。2023/4/8使密闭容器内水蒸气密度由ρ0降为ρ1所需的吸附剂量为：存在外部渗透水分时，使密闭容器内水蒸气密度由ρ0降为ρ1所需的吸附剂量为：

例题2023/4/8C.动态吸附除湿吸附剂的再生方式：加热再生方式：供给吸附剂脱附所需的热量；减压再生方式：用减压手段降低吸附分子的分压，改变吸附平衡，实现脱附。使用清洗气体的再生方式：借通入一种很难被吸附的气体,降低吸附质的分压而实现脱附。置换脱附再生方式：用具有比吸附质更强的选择吸附性物质来置换而实现脱附。空气流经吸附剂。优点：需要吸附剂量少、设备体积小。（1）吸附原理和装置2023/4/8除湿方式：冷却除湿（近似等温过程）：除湿的同时通过冷却流体带走吸附热；绝热除湿（近似等焓过程）：除湿的同时温度升高。吸附剂的选择阻力小（空气压力损失小）；比表面积大；吸附容量大；具有较好机械强度、热稳定性及化学稳定性；2023/4/8固体除湿器按工作方式可分为：固定式、旋转式固定式2023/4/8旋转式2023/4/8转轮式除湿器的内部结构按吸附除湿剂的安排可分为以下三种形式：（a）堆积床结构（b）IIT平板结构（c）UCLA覆盖层结构堆积床：扩散阻力大IIT：气体侧、Teflon板阻力大，吸附剂阻力小UCLA：气体侧阻力大，板阻力小2023/4/8带回热转轮除湿机动画示意图可利用回热装置进行余热回收2023/4/8（2）吸附除湿型空调系统简介常见的系统有全新风、全回风和Dunkle型除湿空调系统全新风型除湿空调系统工作原理图和温湿图abcdefghi含湿量温度2023/4/8

全回风型除湿空调系统工作原理图和温湿图fghi含湿量温度abcdec2023/4/8Dunkle型除湿型空调系统工作原理图和温湿图含湿量温度hijkiadfgebc2023/4/82、吸附式制冷系统

3、用吸附法净化有害气体§5.2吸收剂处理空气的机理和方法一、吸收的基础理论吸收是用适当的液体吸收剂来吸收气体或气体混合物中的某种组分的一种操作.

在气液两相之间进行，故称相际传质.吸收能力与气体分压、温度、吸收液浓度等有关。期望特性：1.相同温度、浓度下，表面蒸汽分压低（吸湿能力强）；2.对水分溶解度高（提高吸收率，减少除湿剂用量）；3.几乎不吸收除水蒸气外的其它气体成分；4.粘度低（减小流动阻力和传热阻力）5.高沸点、高冷凝热、高稀释热、低凝固点；6.稳定性好，低挥发；7.低腐蚀、无毒；8.价格低廉，容易获得。二、常用吸收型除湿剂及其性能简介2023/4/8常用液体除湿剂1.三甘醇2、溴化锂溶液

1）性质稳定：不变质、不挥发、极易溶于水

2）溶液蒸汽压远低于同温下水的饱和蒸汽压，吸湿能力强

3）对金属材料有腐蚀，比氯化钠、氯化钙小

4）常温下浓度过高（60%—70%）会结晶3、氯化锂溶液—是一种良好的吸湿剂4、氯化钙溶液5、几种盐溶液性质比较

共性：1）沸点比水高得多

2）表面蒸汽压是温度和浓度的函数

3）溶解度有限，有结晶现象

4）对金属有腐蚀性，尤其开式系统

个性：由p—t图可知：相同温度、浓度下，氯化锂蒸汽压最低；但溴化锂溶解度大，提高浓度获得较低蒸汽压.氯化钙虽价廉但溶解性不好，易结晶。常用液体除湿剂特性氯化钙溶液氯化锂溶液溴化锂溶液二甘醇三甘醇毒性腐蚀性稳定性用途无无无无无中中中中中稳定稳定稳定稳定稳定城市燃气除湿空调、杀菌、低温干燥空调除湿一般气体除湿空调、一般气体除湿挥发性不不不易易2023/4/8三、吸收剂处理空气的原理（1）除湿剂的表面蒸汽压空气水蒸气分压与除湿溶液表面蒸汽压的压差是湿传递的驱动力。因此表面蒸汽压越低，溶液除湿能力越强，当与湿空气达到平衡时，湿空气具有更低的相对湿度。理想溶液（遵循拉乌尔定律）：表面蒸汽压随溶剂的摩尔百分数呈线性变化。2023/4/8除湿剂一般不是理想溶液，偏离拉乌尔定律。用活度系数描述偏差。如果活度系数小于1，则表面蒸汽压低于同条件下的理想溶液表面蒸汽压，即比理想溶液除湿能力更强。空气水蒸气分压与除湿溶液表面蒸汽压之间的压差是湿传递的驱动力。质量浓度（％）204510氯化钙溶液氯化锂溶液质量浓度（％）406510溴化锂溶液2023/4/8亨利定律：在一定温度下，稀溶液中挥发性溶质的平衡分压力与它在溶液中的浓度成正比.2023/4/8CAlCAbCAPAPAgPAb0E.典型的吸湿-再生过程1234工作过程：吸收-再生（浓缩吸收液）-吸收。四、影响吸收的主要因素（1）除湿器结构绝热型除湿器

优点：结构简单、比表面积大。稀溶液出口处理空气出口液滴过滤器填料处理空气入口处理空气入口浓溶液入口2023/4/8内冷型除湿器

优点：吸收热被带走，因此溶液吸湿能力得以维持。稀溶液出口处理空气出口处理空气入口浓溶液入口冷却水入口冷却水出口2023/4/8(2)除湿剂的选择

a.除湿溶液表面蒸汽压较低

b.吸收热小吸收热（克拉伯龙-克劳修斯方程）：q-吸热量;R-水蒸气气体常数;p-压力;T-温度

2023/4/8五、LiBr溶液在吸收式制冷中的应用膨胀阀蒸发器冷凝器发生器吸收器泵节流装置相当于一个压缩机制冷剂循环