吸附法净化气态污染物课件

§7-2吸附法净化气态污染物概述1.定义吸附：利用多孔性固体使混合物中的一种或几种组分浓集在固体表面从而分离的过程。吸附质：能被吸附的物质.吸附剂：能吸附吸附质的物质.

§7-2吸附法净化气态污染物概述1（1）适于处理低浓度废气，并可回收有用组分，流程短，净化效率高，设备简单。（2）吸附容量较小、设备体积大。2.特点：（1）适于处理低浓度废气，并可回收有用组分，流程23.主要内容：

§7-2-1吸附过程与吸附剂

§7-2-2吸附理论

§7-2-3吸附设备§7-2-4固定床吸附器的计算3.主要内容：§7-2-1吸附过程与吸附剂3§7-2-1吸附过程与吸附剂一、吸附过程静电力或范德华力化学键力相当于被吸附气体的凝结热

较小，20kJ/mol较大，80～400kJ/mol可逆的不可逆（无法还原为原有物质）快慢作用力吸附热

可逆性吸附速率吸附层数单分子层，多分子层单分子层或单原子层

物理吸附化学吸附§7-2-1吸附过程与吸附剂一、吸附过程静电力或范德华4内表面积大;具有较好的选择性;吸附容量大;吸附容量:在一定温度和一定的吸附质浓度下,单位质量或单位体积吸附剂所能吸附的最大吸附质质量.足够的机械强度、化学和热稳定性;来源广泛,造价低廉等.二.吸附剂1.对工业吸附剂的要求内表面积大;二.吸附剂1.对工业吸附剂的要求52.常用工业吸附剂（1）活性炭按形状分：粒炭和粉炭非极性吸附剂，具有疏水性和亲有机物性。可吸附：苯类、恶臭物质、醛酮类等。（2）活性氧化铝根据晶格构造分：α型和γ型极性吸附剂，对水的吸附容量很大。用于：气体的干燥，脱硫及含氟废气净化等。

2.常用工业吸附剂6（3）硅胶分子式:SiO2.nH2O极性吸附剂，亲水性强，孔径均一。常用作干燥剂，也可作催化剂载体。(4)沸石分子筛［M2(Ⅰ)·M2(Ⅱ)］O·Al2O3·nSiO2·mH2O其中：M2(Ⅰ)——一价金属；M2(Ⅱ)——二价金属；n——硅铝比；m——结晶水摩尔数。特点:孔径均一、吸附容量大、吸附选择性强。可净化：SO2、NOX等。（3）硅胶7（5）白土分为：漂白土和酸性白土。主要成分：硅铝酸盐。用途：油类脱色、除臭。（5）白土8三.影响气体吸附的因素1.操作条件（1）温度物理吸附，T￬有利；化学吸附，T￪有利。（2）压力P￪，则PA￪，有利；P￪，能耗￪；

一般常压操作三.影响气体吸附的因素一般常压操作92.吸附剂性质的影响（1）极性（3）气体流速vv￪，则τ￬，ΔP￪不利；v￬，则τ￪，ΔP￬，有利；v￬￬，A￪￪，设备费￪，不利；

固定床

v＝0.2～0.6m/s非极性吸附剂非极性吸附质极性吸附质极性吸附剂2.吸附剂性质的影响（3）气体流速vv￪，则τ￬，ΔP10（2）表面积式中：δ——吸附剂的比表面积，m2/g；f——单位体积气体铺成单分子层时所占面积，m2/ml；Vm——吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，ml;W——吸附剂的重量，g。

式中：N0——阿佛加德罗常数，6.02×1023；A——一个吸附质分子的横截面积，m2；

a.比表面积（2）表面积式中：δ——吸附剂的比表面积，m2/g；式中：113.吸附质性质和浓度的影响（1）性质临界直径（见表7－13）、沸点、分子量、饱和性等（2）浓度C0￪，吸附量￪；

C0￪￪，较早达饱和，吸附剂用量大，再生频繁。b.有效表面积定义：吸附质分子能进入的表面积（微孔）微孔孔径>分子临界直径（分子所能进入的最小孔径）3.吸附质性质和浓度的影响b.有效表面积124.吸附器设计的影响

（1）对吸附器的要求①

有足够的气流流通面积和停留时间②

气流分布均匀③

有效控制和调节吸附操作温度④

易于更换吸附剂

4.吸附器设计的影响13（2）对工艺的要求①

预先除去杂质，防止吸附器污染。②对高浓度气体进行一级处理，将吸附作为二级处理，以减轻吸附系统负荷。（2）对工艺的要求14§7-2-2吸附理论

一、吸附平衡

1.平衡关系的表示某时刻：吸附速度＝脱附速度→动态吸附平衡此时，吸附质在气相中的浓度称为平衡浓度→p*吸附质在固相中的浓度称为平衡吸附量→XT

XT为吸附剂吸附量的极限值，亦称静活性。§7-2-2吸附理论一、吸附平衡XT为吸附剂吸附量的极15对于一定的吸附剂，XT＝f（T，p）固定温度T，则XT＝f（p）→等温吸附方程2.吸附等温线描述一定温度下，被吸附剂吸附的物质的最大量（平衡吸附量）与气相中吸附质平衡分压之间关系的曲线。P279-280:图7-15、7-16。

对于一定的吸附剂，XT＝f（T，p）固定温度T，则16NH3在活性炭上的吸附等温线NH3在活性炭上的吸附等温线17上图中：相对压力为：p/pv；p——气相中吸附质分压；pv——一定温度下，吸附质的饱和蒸气压。上图中：相对压力为：p/pv；p——气相中吸附质分压；18

3.吸附等温线方程（1）Freundlich方程

——适用于Ⅰ型等温线中压部分将上式两边取对数，则式中：XT——被吸附组分的质量与吸附剂质量的比值，

g质/g剂；k，n——经验常数，通常n＞1，由实验测定。3.吸附等温线方程——适用于Ⅰ型等温线中压部分将19（2）Langmuir方程——单分子层吸附——适用于Ⅰ型等温线。式中：A——饱和吸附量；

V——气体分压为p时被吸附气体在标准状态下的体积；Vm——吸附剂被覆盖满一层时被吸附气体在标准状态下的体积；A、B——常数。（2）Langmuir方程——单分子层吸附20(3)BET方程——多分子层吸附——适用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等温线（p/p0=0.05~0.35）式中：V——吸附达平衡的气体吸附量,ml；Vm——

固体表面盖满单分子层所吸附的气体体积，ml；P——被吸附组分在气相中的平衡分压，Pa；P0——在吸附温度下该气体的饱和蒸汽压，Pa；C——与吸附热有关的常数。(3)BET方程——多分子层吸附——适用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型等温线21

外扩散（气流主体外表面）

吸附

内扩散（外表面内表面）二、吸附速率

1.吸附过程及控制步骤1）吸附过程

2）控制步骤外扩散（慢）内扩散（慢）吸附(物理）（快）控制步骤外扩散（气流主体外表面）吸附内扩散（外表面222.物理吸附速率公式（1）外扩散速率

式中：dMA——dt时间内吸附质从气相扩散至固体表面的质量，kg/m3剂;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——分别为A在气相主体及吸附剂外表面的浓度，质量分数;2.物理吸附速率公式式中：dMA——dt时间内吸附质从23（2）内扩散速率式中：kx——内扩散吸附分系数，kg/（m2.s）；XA、XAi——分别为A在固相中及吸附剂外表面的浓度，质量分数。

（2）内扩散速率式中：kx——内扩散吸附分系数，kg24（3）总吸附速率方程式式中：KY、KX——分别为气相及吸附相吸附总系数，kg/（m2.s）；YA、YA*——分别为吸附平衡时A在气相及与A在吸附相浓度成平衡的气相浓度，质量分数；XA、XA*——分别为A在吸附相浓度及与A在气相浓度YA成平衡的吸附相浓度，质量分数。（3）总吸附速率方程式式中：KY、KX——分别为气相25分吸附系数与总吸附系数的关系m——吸附平衡曲线的斜率。分吸附系数与总吸附系数的关系m——吸附平衡曲线的斜率。263、活性炭吸附速率计算公式巴厄姆:活性炭吸附SO2、甲苯、氨蒸气等3、活性炭吸附速率计算公式巴厄姆:活性炭吸附SO2、甲苯、27三、吸附剂解吸（脱附）方法1.升温等压下，吸附容量随温度升高而降低。

吸附剂吸附饱和时：XT,PA*；降低压力，则PA￬，平衡时XT’￬,等温下，吸附容量随压力降低而减小。常用脱附剂：水蒸气、热空气2.降压（吹扫脱附）三、吸附剂解吸（脱附）方法吸附剂吸附饱和时：XT,284.溶剂萃取使吸附质在溶剂中的溶解性能大于吸附剂对吸附质的吸附能力。5.化学转化脱附化学反应3.置换解吸采用与吸附剂结合能力更强的物质进行解吸。4.溶剂萃取3.置换解吸29§7-2-3吸附设备

一、固定床——吸附剂固定不动

gga.立式ggb.卧式g吸附剂c.环式（径向式）结构简单，吸附截面积大，处理能力大，阻力小。处理气量大，h=0.5-1.0m。处理小气量，h=0.5-2.0m。§7-2-3吸附设备一、固定床——吸附剂固定不动30特点：1.结构简单、制造容易、价格低廉；2.适于小气量、间歇性污染源治理；3.应用广泛。特点：1.结构简单、制造容易、价格低廉；31固定床吸附工艺

固定床吸附工艺

32二、移动床——吸附剂移动二、移动床——吸附剂移动33特点：1.吸附剂在吸附床中不断移动；2.处理气量大，吸附剂可循环使用，适用于稳定、连续、量大的气体净化；3.吸附和脱附连续完成；4.动力和热量消耗较大，吸附剂磨损较为严重。

特点：1.吸附剂在吸附床中不断移动；34吸附法净化气态污染物课件35三、流化床——吸附剂运动（流化态）当空气自下而上地穿过固体颗粒随意填充状态的料层，而气流速度达到或超过颗粒的临界流化速度时，料层中颗粒呈上下翻腾，并有部分颗粒被气流夹带出料层的状态。床层的这种状态和液体相似称为流化床。

三、流化床——吸附剂运动（流化态）当空气自下而上地穿过固体颗36特点：1.气体速度大，气固相均处于流化状态，强化了气固传质；2.处理能力大，适合于治理连续性、大气量的污染源；3.吸附器和吸附剂磨损严重，排出气体中带有吸附剂粉末，需增设除尘设备。特点：37吸附法净化气态污染物课件38吸附剂床层可分为三个区域：Ⅰ：饱和区(所有吸附剂已达到饱和）Ⅱ：吸附区/传质区（部分吸附剂还在吸附）Ⅲ：未用区（所有吸附剂上均没有吸附质）IIIIII废气净化气§7-2-4固定床吸附器的计算一、

固定床吸附器的吸附过程吸附剂床层可分为三个区域：IIIIII废气净化气§7-391.吸附负荷曲线吸附负荷：气体进入吸附器吸附一定时间后，吸附质在吸附剂上的浓度（吸附剂吸附量），x。吸附负荷曲线：某瞬间,吸附床层内吸附质浓度x随床层长度L变化的曲线。1.吸附负荷曲线吸附负荷：气体进入吸附器吸附一40①理想状态设床层无阻力，吸附在瞬间达到平衡。则床层内所有断面上的吸附负荷均为一相同值。吸附负荷曲线为直角形的折线。相等Lx理想吸附负荷曲线L’L’’0①理想状态设床层无阻力，吸附在瞬间达到平衡。相等L41②实际操作

床层中存在阻力，某一瞬间，床层内各截面上的吸附负荷会有差异。IIIIII实际吸附负荷曲线0xL不相等负荷曲线L0IIIIII②实际操作IIIIII实际吸附负荷曲线0xL不相等负荷曲线L42吸附波（吸附前沿）吸附负荷曲线被形象地称为吸附波。传质区（吸附区）高度一个吸附波所占据的床层高度称为传质区高度L0。

吸附负荷曲线形状与阻力之间有联系

（1）曲线平缓，则吸附速率慢，过程阻力大；（2）曲线陡峭，则吸附速率快，过程阻力小；（3）曲线为垂线，则吸附速率无穷大，阻力为0，传质区为一面。吸附波（吸附前沿）吸附负荷曲线形状与阻力之间有联系432.透过曲线表示床层流出物中吸附质浓度随时间变化的曲线。

Y——出口气体中污染物浓度，kg污染物/kg惰性气体；w——排出气体的量，kg惰性气体/m2；GS——通过床层的惰性气体流量，kg/（s.m2)。0——表示入口；下标B——表示床层被穿透；下标E——表示床层被饱和；YY0YEYB穿透点饱和点wBwEw2.透过曲线Y——出口气体中污染物浓度，0——表示441）床层穿透：流出床层气体中吸附质达到某一容许最大浓度时，称床层穿透。穿透时间：从气流通入床层开始至床层被穿透的时间，τB。动活性：床层被穿透时，单位体积（质量）吸附剂所吸附的吸附质的量。1）床层穿透：流出床层气体中吸附质达到某一容许最大浓度动活性452）床层饱和：流出床层气体中吸附质浓度与入口浓度相等时，称床层饱和。饱和时间：从气流通入到床层饱和的时间，τE。静活性：床层饱和时，单位体积（质量）吸附剂所吸附的吸附质的量。2）床层饱和：流出床层气体中吸附质浓度与入口浓度相等静活性：46小结：1、随着吸附过程的进行，吸附波以一定的速度不断向前移动（绿色曲线）。饱和区逐渐变长，未用区逐渐缩短，传质区基本保持不变。2、床层穿透时，吸附波到达床层出口端（蓝色曲线），未用区消失。3、床层饱和时，吸附波完全移出吸附床（紫色曲线），饱和区占据整个床层。L00xL负荷曲线IIIIII小结：1、随着吸附过程的进行，吸附波以一定的速度不断向L0475、吸附波越平缓，则传质区越长，吸附剂利用率越低；吸附波越陡峭，则传质区越短，吸附剂利用率越高；吸附波为一垂线，则传质区长度为0，吸附剂利用率最高。0xLIII饱和未饱和4、对于理想吸附操作，床层穿透时间和饱和时间相等，静活性和动活性相等。5、吸附波越平缓，则传质区越长，吸附剂利用率越低；0xLI48二、保护作用时间的确定定义：吸附操作开始至吸附床层被穿透所经历的时间。1、希洛夫公式假定1）保护作用时间τ′内，床层全部达饱和；2）气相中吸附质浓度很大，吸附等温线符合Ⅰ型。二、保护作用时间的确定49物料衡算（理想状态）:气体中吸附质的减少量＝吸附剂吸附的吸附质的量令：a——吸附剂的静活性（平衡吸附量），kg质/kg剂；L——吸附床长度，m；v——气流流速，m/s；ρb——吸附剂的堆积密度，kg/m3；Co——气体中吸附质浓度，kg/m3；S——床层截面积；τ′——保护作用时间，s。则C0·ν·S·τ′＝a·ρb·L·S物料衡算（理想状态）:令：a——吸附剂的静活性（平衡吸附50∴令式中：K——保护作用系数，s/m；物理意义：吸附负荷曲线在吸附层中移动单位长度所需要的时间；

1/K——吸附负荷曲线(吸附波)在吸附床层内的移动速度，m/s。

∴τ’=K·L(7-11)∴令式中：K——保护作用系数，s/m；∴τ’=K·L51实际操作，床层存在阻力，τ＜τ′令τ′－τ＝τ0τ0——保护作用时间损失。∴τ＝τ′－τ0将（7－11）代入上式有：

τ=K·L－τ0(7-12)或τ=K（L－h)(7-13)h——死层，吸附层中未被利用部分的长度。τ－L实际曲线与理论曲线的比较1－理论线 2实际曲线实际操作，床层存在阻力，τ＜τ′τ－L实际曲线与理论曲线的比522、经验计算(

注意应用条件）

公式二：B2（

动力特性）公式一：K1v1=K2v2=常数B1（

动力特性）式中：dp——吸附剂颗粒的直径。公式三：τ·vn=常数τ·ρ

m=常数对于活性炭：m，n＝12、经验计算(注意应用条件）公式二：B2（动力特性）公533、间歇式吸附过程持续吸附时间的确定

设：Co——进入床层吸附质初始浓度，kg/m3；C′——离开吸附床的吸附质浓度，kg/m3；G——吸附剂装填量，kg;v——气流速度，m/s；a——吸附剂的初始活性，质量％；a′——吸附剂的残留活性，质量％。3、间歇式吸附过程持续吸附时间的确定设：54在一个操作周期内做吸附质的物料衡算:气相吸附质减少量＝吸附剂吸附量(Co－C′)·v·S·τ＝G·（a－a′）所以：(7-14)再生吸附剂COC’G，a’v在一个操作周期内做吸附质的物料衡算:所以：(7-155三、传质区高度的确定(迈克公式）１、计算式推导假定：等温吸附低浓度污染物吸附等温线为第三种类型吸附区长度为常数吸附床的长度大于传质区长度三、传质区高度的确定(迈克公式）１、计算式推56令吸附区（波）在床层内移动距离L0所需的时间为：设τf——传质区形成时间，s;f——穿透时，吸附剂仍具有的吸附能力与全部吸附能力之比。（1－f)——吸附区内吸附剂的饱和程度；剩余吸附能力分数令吸附区（波）在床层内移动距离L0所需的时间为：设τf