吸附法去除氣態(tài)污染物課件

1、第十章第十章 吸附法凈化氣態(tài)污染物吸附法凈化氣態(tài)污染物 v 吸附過程與吸附劑 v 吸附理論 v 吸附操作方式與設計 v 吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用 本章重點與難點：本章重點與難點： n吸附理論： 重點：吸附平衡和吸附速率； 難點：吸附穿透曲線n吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用 重點講述： a. 吸附法凈化煙氣中的SO2 b. 吸附法凈化有機蒸汽。 引引 言言 1、吸附凈化的概念吸附凈化的概念：（1）多孔性固體物質(zhì)具有選擇性吸附廢氣中的一種或多種有害組分的特點。（2）吸附凈化是利用多孔性固體物質(zhì)的這一特點，實現(xiàn)凈化廢氣的一種方法。2、吸附凈化法的特點吸附凈化法的特點（1）適用范圍適用范圍 常用于濃度低

2、，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過大； 對有機溶劑蒸汽具有較高的凈化效率； 當處理的氣體量較小時，用吸附法靈活方便。（2）優(yōu)點優(yōu)點：凈化效率高，可回收有用組分，設備簡單，易實現(xiàn)自動化控制。（3）缺點缺點：吸附容量小，設備體積大；吸附劑容量往往有限，需頻繁再生，間歇吸附過程的再生操作麻煩且設備利用率低。（4）應用應用：廣泛應用于有機化工、石油化工等部門。 環(huán)境治理方面：廢氣治理中，脫除水分、有機蒸汽、惡臭、HF 、SO2、NOX等。 成功的例子：用變壓吸附法來處理合成氨放氣，可回收純度很高（98%）的氫氣，實現(xiàn)廢物資源化。第一節(jié)第一節(jié) 吸附過程與吸附劑吸附過程與吸附劑 一、物理吸附和

3、化學吸附一、物理吸附和化學吸附 吸附過程吸附過程：是用多孔固體（吸附劑）將流體（氣提或液體）混合物中一種或多種組分積聚或凝縮在表面達到分離目的操作。 根據(jù)吸附劑表面與被吸附物質(zhì)之間作用力不同。物理吸附和化學吸附的區(qū)別（見補表10-1）。注意一點：物理吸附和化學吸附可同時發(fā)生但常以某一類吸附為主物理吸附和化學吸附可同時發(fā)生但常以某一類吸附為主 。同一污染物的吸附量隨溫度的變化曲線（見圖10-1 ：吸附過程曲線）補表補表10-1 物理吸附和化學吸附的區(qū)別物理吸附和化學吸附的區(qū)別 圖10-1 吸附過程曲線二、吸附劑及再生二、吸附劑及再生 （一）吸附劑1、工業(yè)用吸附劑應具備的條件：巨大的內(nèi)表面，大的比

4、表面積即大的吸附容量；良好的選擇性；較高的機械強度、化學與熱穩(wěn)定性；來源廣泛，造價低廉；良好的再生性能（從經(jīng)濟角度考慮）。2、工業(yè)常用吸附劑活性炭活性炭：疏水性，常用于空氣中有機溶劑，催化脫 除尾氣中SO2、NOX等惡臭物質(zhì)的凈化； 優(yōu)點：性能穩(wěn)定、抗腐蝕。 缺點：可燃性，因此使用溫度不能超過200，在惰性氣流掩護下，操作溫度可達500?；钚匝趸X活性氧化鋁：用于氣體干燥，石油氣脫硫，含氟廢氣凈化（對水有強吸附能力）。硅膠硅膠：親水性，從水中吸附水份量可達硅膠自身質(zhì)量的50%，而難于吸附非極性物質(zhì)。常用于處理含濕量較高的氣體干燥，烴類物質(zhì)回收等。沸石分子篩沸石分子篩：是一種人工合成沸石，為微孔

5、型、具有立方晶體的硅酸鹽。 通式為：Mex/n(Al2O3)x(SiO2)ymH2O 特點：孔徑整齊均一，因而具有篩分性能篩分性能，一種離子型吸附劑，對極性分子，不飽和有機物具有選擇吸附能力。 吸附樹脂：最初為酚、醛類縮合高聚物，以后出現(xiàn)一系列的交聯(lián)共聚物，如聚苯乙烯等。大孔吸附樹脂除了價格較貴外，比起活性炭，物理化學性能穩(wěn)定，品種較多，能用于廢水處理，維生素的分離及H2O2的精制等。 書 P248，表10-1列出了幾種常用吸附劑的特性。3、影響氣體吸附的因素（1）操作條件： 低溫（有利）低溫（有利） 物理吸附；物理吸附； 高溫（有利）高溫（有利） 化學吸附?；瘜W吸附。 吸附質(zhì)分壓上升，吸附量

6、增加。 氣流速度：對固定床為0.20.6m/s（2）吸附劑的性質(zhì)：如孔隙率、孔徑、粒度 比表面積 吸附效果（3）吸附質(zhì)的性質(zhì)與濃度：如臨界直徑、分子量、沸點、飽和性。例：同種活性炭做吸附劑，對于結(jié)構(gòu)相似的有機物分子量和不飽和性越高，沸點越高，吸附越容易。（4）吸附劑的活性定義：以被吸附物質(zhì)的重量對吸附劑的重量或體積分數(shù)以被吸附物質(zhì)的重量對吸附劑的重量或體積分數(shù)表示，是吸附劑吸附能力的標志。表示，是吸附劑吸附能力的標志。 %100 所用吸附劑量已吸附吸附質(zhì)的質(zhì)量吸附劑的活性吸附劑的活性：靜活性靜活性：是指在一定溫度下，與氣相中被吸附物質(zhì)的初始濃度平衡時的最大吸附量，即在該條件下，吸附達到飽和時的

7、吸附量。動活性動活性：氣體通過吸附層時，當流出吸附層的氣體中剛剛出現(xiàn)被吸附物質(zhì)時即認為此吸附層已失效。這時單位吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量稱為。 （5） 接觸時間（6） 吸附器性能（二）吸附劑的再生吸附劑的再生再生方法：再生方法：（1）加熱解吸再生；（）加熱解吸再生；（2）降壓或真空解吸再生；）降壓或真空解吸再生；（3）溶劑萃取再生；（）溶劑萃取再生；（4）置換再生；）置換再生；(5)化學轉(zhuǎn)化再生化學轉(zhuǎn)化再生第二節(jié)第二節(jié) 吸附理論吸附理論 一、吸附平衡一、吸附平衡 設計吸附裝置或強化吸附過程的關(guān)鍵：對于一臺運轉(zhuǎn)的吸附設備預達到最大的吸附分離效果取決于兩方面因素：（1）由吸附劑與吸附質(zhì)本身的物化性質(zhì)

8、所決定的吸附平吸附平 衡衡（進行的可能性）；（2）由物質(zhì)傳遞所決定的吸附動力學吸附動力學（吸附速率）（進 行的快慢）。吸附平衡吸附平衡：吸附質(zhì)與吸附劑長期接觸后，氣相中吸附質(zhì)的濃度與吸附劑（相）中吸附質(zhì)的濃度終將達到動態(tài)平衡。 - 10.1平衡吸附量平衡吸附量：吸附劑對吸附質(zhì)的極限吸附量，亦稱靜吸靜吸附量分數(shù)附量分數(shù)或靜活性分數(shù)靜活性分數(shù)，用XT或m吸附質(zhì)/m吸附量表示，是設計和生產(chǎn)中一個十分重要的參數(shù)，用吸附等溫線或吸附等溫方程來描述。等溫吸附線等溫吸附線：吸附達平衡時，吸附質(zhì)在氣、固兩相中的濃度間有一定的函數(shù)關(guān)系，一般用等溫吸附線表示。目前已觀測到5種類型的等溫吸附線（見圖10-2）?；瘜W

9、吸附只有I型，物理吸附IV型都有。相應的等溫吸附方程式如下：（一）弗倫德里希（Freundlick）方程式 對I型型提出如下經(jīng)驗式：nTkPX1圖10-2 5種類型等溫吸附線XT 吸附質(zhì)質(zhì)量與吸附劑質(zhì)量之比值，無量綱，單位吸附劑在吸附平衡時的飽和吸附量(m3/kg)或(kg/kg) P吸附質(zhì)在氣相中的分壓， pa；K,n經(jīng)驗常數(shù)，與吸附劑、吸附質(zhì)種類及吸附溫度有關(guān)，對于一定的吸附物質(zhì)，僅與平衡時的分壓和溫度有關(guān)，其值需由實驗確定，而n1。適應范圍：在廣泛的中壓部分，與實際數(shù)據(jù)符合較好；常用于低濃度氣體的吸附。取對數(shù)后： - 10.2lgXTgP關(guān)系，得直線；1/n ,lgk求出n，k； 1/n

10、介于0.10.5之間時，吸附容易進行； 1/n 2時， 吸附難進行。 PnkXTlg)1(lglg（二）朗格繆爾（Langmuir）方程式1916年導出，較好適用于適用于I型型的理論公式假設：a.固體表面的吸附能力只能進行單分子層吸附與I型吸附線相吻合；b.固體表面各處的不飽和力相等，表面均勻，即各處的吸附熱相等。設：吸附質(zhì)對吸附表面的覆蓋率為，則未覆蓋率為（1-）， 。若氣相分壓為P，則吸附速率為k1P(1-)。解吸速率為k2，當吸附達平衡時： maxXX固體總面積已覆蓋的面積 k1P(1-)= k2 - 10.3 - 10.4pkkpk121式中：k1, k2分別為吸附，解吸常數(shù)。令 B=

11、 k1/k2，則 - 10.5若A為飽和吸附量，則單位量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)量XT為： （朗氏方程）- 10.6其中：A，B為常數(shù)。當壓力P很小時BP1，則 ，即此時吸附量與氣體壓力無關(guān)，吸附達到飽和；當壓力P為中等時，這與Freundlick吸附等溫式相同。BPBP1BPABPAXT1PBAXTPAXTnTPAX1若= V/Vm 其中：V氣體分壓為P時被吸附氣體在標準狀態(tài)下的體積；Vm吸附劑被蓋滿一層時被吸附氣體在標準狀態(tài)下的體積。則10.5式寫成： 或 - 10.7說明：（1）P/V對P作圖，得一直線；（2）由斜率1/Vm 和截距1/(B Vm)，可算出B，Vm。指明：朗氏方程式是目前常用

12、的基本等溫吸附方程式，但較大時，吻合性較差。BPBPVVm1mmVPBVVP1（三）BET方程式（是朗氏理論基礎上的發(fā)展）1938年勃勞納爾（Brunauer）、愛米特（Emmett）和泰勒（Teller）三人提出適合適合、型的多分子層吸附型的多分子層吸附理論并建立等溫方程式，即： 或 - 10.8式中： P0在同溫度下該氣體的液相飽和蒸汽壓，Pa； C與吸附熱有關(guān)的常數(shù)； Xe飽和吸附量分數(shù)，無量綱；/) 1(1 00PPCPPCPVVm0011.PPCPPCPXXeT上式亦寫為： 或 - 10.9說明：（1） P/P0或 P/P0作圖， 得一直線。（2）重要用途 可測定和計算固體吸附劑的比

13、表面積具體計算方法為：由斜率和截距求得Vm，則吸附劑的比表面積為： - 10.100011PCVPCCVPPVPmm0011PCXPCCXPPXPeeT)(0PPVP)(0PPXPTWNVSmb224000式中：Sb吸附劑比表面積，m2/g ； 一個吸附質(zhì)分子的截面積， m2 ；W吸附劑質(zhì)量；N0阿伏伽德羅常數(shù)， 。適用范圍：P/P0=0.050.35時上方程較準確。例題：（見P251，例10.1）已知：293K,用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡數(shù)據(jù)如下23010023. 6N試繪制等溫吸附線，若該等溫吸附線符合朗氏等溫吸附方程式，試求A、B值。 解：依數(shù)據(jù)，繪圖如下（見例10-1圖）： 例10

14、-1圖：活性炭吸附苯蒸汽等溫吸附線顯然，該等溫吸附線符合朗氏等溫吸附線，從而可用朗氏方程式描述。結(jié)合曲線橫、縱坐標參數(shù)，將朗氏方程式變換成下列形式：任取曲線上兩點q (400，0.205) 和s (4000，0.290) 帶入上式，于是有： 解之得： )1 ()/(BPXXATT BABA14000290. 0290. 01400205. 0205. 0310176.5B304. 010176. 51400205. 025. 03A二、吸附速率二、吸附速率 吸附速率吸附速率：單位重量的吸附劑（或單位體積的吸附層）在單位時間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。吸附速率的變化范圍很大，可從百分之幾秒到幾十小時。吸附

15、過程可分為以下幾步（見圖10-3）。 （1）外擴散（氣膜擴散）：吸附質(zhì)從氣流主體穿過顆粒周圍氣膜擴散至外表面。（2）內(nèi)擴散（微孔擴散）：吸附質(zhì)由外表面經(jīng)微孔擴散至吸附劑微孔表面。（3）吸附：到達吸附劑微孔表面的吸附質(zhì)被吸附。脫附過程是上過程的逆過程。對于化學吸附第三步還伴有化學反應。圖10-3 吸附過程與兩種極端濃度曲線一般吸附過程：(1) 物理吸附：內(nèi)外擴散控制；(2) 化學吸附：既有表面動力學控制,亦有內(nèi)外擴散控制一般來說，外擴散控制的情況較少.（一）外擴散速率（一）外擴散速率吸附質(zhì)A的外擴散傳質(zhì)速率計算式為： - 10.11式中： dMAdt時間內(nèi)吸附質(zhì)從氣相擴散至固體表面的質(zhì)量，kg/

16、m3； kY外擴散吸附分系數(shù)， kg/ (m2.s)； ap單位體積吸附劑的吸附表面積， m2/ m3；YA，YAi分別為A 在氣相中及吸附劑外表面的濃度，質(zhì)量分數(shù)。AiApYAYYakdtdM（二）內(nèi)擴散速率（二）內(nèi)擴散速率 - 10.12 式中： kX內(nèi)擴散吸附分系數(shù)， kg/ (m2.s) ； XA，XAi分別為A在固相內(nèi)表面及外表面的濃度，質(zhì)量分數(shù)（三）總吸附速率方程式（三）總吸附速率方程式由于表面濃度不易測定，吸附速率常用吸附總系數(shù)表示 - 10.13式中：KY，KX分別為氣相及吸附相吸附總系數(shù)，kg/ (m2.s) ； 分別為吸附平衡時氣相及吸附相中A的濃度，質(zhì)量分數(shù) )(AAip

17、XAXXakdtdM)()(AApXAApYAXXaKYYaKdtdMAAXY ， 設吸附過程中吸附質(zhì)在吸附劑上達到平衡時，流動相中的濃度與吸附劑上的吸附量成簡單的關(guān)系： 式中：m平衡曲線的斜率。由此得： - 10.14 - 10.15可見： - 10.16顯然：分吸附系數(shù)與總吸附系數(shù)間的關(guān)系與吸收類似。AAmXYpXpYpYakmakaK11makakaKpYpXpX111YXKmK第三節(jié)第三節(jié) 吸附操作方式與設計吸附操作方式與設計 一、吸附過程的工藝流程一、吸附過程的工藝流程（一）工藝流程分類1、按吸附劑在吸附器中的工作狀態(tài)分為： 固定床固定床、移動床（超吸附）移動床（超吸附）、沸騰流化床

18、沸騰流化床。穿床速度穿床速度：氣體通過床層的速度是劃分反應床類型的主要依據(jù)。（1）穿床速度低于吸附劑的懸浮速度，顆粒處于靜止狀態(tài)，屬于固定床固定床范圍；（2）穿床速度大致等于吸附劑的懸浮速度，吸附劑顆粒處于激烈的上下翻騰狀態(tài)，并在一定時間內(nèi)運動，屬于流化床流化床范圍；（3）穿床速度遠遠超過吸附劑的懸浮速度，固體顆粒浮起后不再返回原來的位置而被輸送走，屬于輸送床輸送床范圍2、按操作過程的連續(xù)與否分為：間歇式間歇式、連續(xù)式連續(xù)式。3、按吸附床再生的方法分：升溫解吸循環(huán)再生（變溫吸升溫解吸循環(huán)再生（變溫吸 附）附）、減壓循環(huán)再生（變壓吸附）減壓循環(huán)再生（變壓吸附）、溶劑置換再生溶劑置換再生等（二）常

19、見的幾種吸附流程1、固定床吸附流程（見圖10-4）優(yōu)點：設備結(jié)構(gòu)簡單，吸附劑磨損小；缺點：間歇操作，操作必須周期性地變換，因而操作復雜，勞動強度高；設備龐大，生產(chǎn)強度低；吸附劑導熱性差，因而升溫及變溫再生困難。圖10-4 半連續(xù)式吸附流程2、移動床吸附流程（見圖10-5）控制吸附劑在床層中的移動速度，使凈化后的氣體達到排放標準。特點：吸附劑在下降過程中，經(jīng)歷了冷卻、降溫、吸附、增濃、汽提-再生等階段，在同一設備內(nèi)完成了吸附、脫附（再生）過程；吸附過程是連續(xù)的吸附過程是連續(xù)的，多用于處理穩(wěn)定、連續(xù)、大氣量的廢氣；吸附劑在移動過程中有磨損。3、流化床吸附流程（見圖10-6） 二、吸附性能參數(shù)的測定

20、二、吸附性能參數(shù)的測定（一）吸附平衡的測定（自學）有三種測定方法，即容量法、重量法和流動色譜法。（詳見書P255）圖10-5 移動床工藝流程圖1-料斗；2-吸附器；3-風機；4-傳輸帶圖10-6 連續(xù)式流化床吸附工藝流程圖1-料斗；2-多層流化床吸附器；3-風機；4-皮帶傳輸機；5-再生塔；6-分離器（二）比表面積的測定用BET方程進行圖解，可測得吸附劑的比表面積。其測定步驟如下：1、據(jù)BET方程式，以 對P/P0或 對P/P0作圖，可得到一直線。由斜率 和截距 ，求出C，Vm。2、按式10.10求出吸附劑的比表面積。例10.2 ：用比表面積測定儀測定某一固體吸附劑的比表面積，試驗用吸附劑試料

21、量W=0.9578g，實驗溫度T=300K，在該溫度下，N2的飽和蒸汽壓P0=119057Pa，試驗測得吸附達平衡時氮氣分壓與吸附劑吸附量的關(guān)系為：TXPPP00PPVPCVCm 1CVm1 P/Pa 9051.895 11533.04 18656.197 26347.3 29728.49 V/ml 0.8984 0.9228 1.0760 1.166 1.258 若一個N2分子截面積=13.8 10-10m2。試用BET方程計算該吸附劑的表面積Sb。 解：BET方程式如下：根據(jù)測得N2分壓與相應的吸附量值，計算出 及 P/P0 結(jié)果見下表：0011CPVPCCVPPVPmmPPVP0 0PP

22、 0.0760 0.0969 0.1567 0.2213 0.2497 PPVP0 0.0916 0.1162 0.1727 0.2437 0.2645 以 為縱坐標， 為橫坐標作圖。 (見例10.2附圖） PPVP00PP由圖可知： 解上方程組，得： C=94.82 Vm=0.9588則吸附劑的比表面積011.01032.11mmVCVCCgmWNVSmb/10714. 39578. 0108 .132240010023. 69588. 02240021010230（三）吸附速率的測定 氣相吸附的速率可以用定容法或重量法測定。（參見書P256）三、吸附裝置的設計三、吸附裝置的設計（一）常見的

23、吸附器 （詳見P257）（二）固定床吸附器的設計計算設計計算應包括確定：（1）吸附器的型式吸附器的型式；（2）吸附劑的種類吸附劑的種類；（3）吸附吸附劑的需要量；劑的需要量；（4）吸附床高度吸附床高度；（5）吸附周期；等。吸附周期；等。以上參數(shù)的選擇應從吸附平衡、吸附傳質(zhì)速率及壓降來考慮。1、設計依據(jù)、設計依據(jù)廢氣的流量、性質(zhì)及污染物濃度，國家排放標準。2、吸附器的確定、吸附器的確定對吸附器的基本要求： 具有足夠的過氣斷面和停留時間； 良好的氣流分布； 預先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質(zhì)； 能夠有效的控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度； 易于更換吸附劑。3、吸附劑的選擇、吸附劑的選擇（同：工業(yè)吸附劑應具備

24、的條件） 依據(jù)：等溫吸附線（得到或測出） 須滿足條件： 對所處理污染物選擇性強； 比表面積大； 吸附容量大； 具有較好機械強度、熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性。4、吸附區(qū)高度的計算、吸附區(qū)高度的計算常用兩種：穿透曲線法穿透曲線法；希洛夫近似法希洛夫近似法。（1）穿透曲線（透過曲線）法穿透曲線（透過曲線）法（A）吸附負荷曲線吸附負荷曲線在流動狀態(tài)下，氣相中的吸附質(zhì)沿床層不同高度的濃度變化曲線，或在一定溫度下吸附劑種吸附的吸附質(zhì)沿床層不同高度的濃度變化曲線稱為。結(jié)合補圖10-1，分析一下床層內(nèi)吸附質(zhì)濃度在整個操作過程的變化。說明：橫軸Z吸附劑床層高度；橫軸X吸附劑的吸附負荷；X0吸附劑原始濃度（或反復再生過

25、的吸附劑中殘留的吸附質(zhì)濃度）；Xe吸附劑達到飽和時的負荷；0床層開始吸附的時間；b達到破點的時間；e全床達到吸附平衡（飽和）的時間。補圖10-1 吸附劑中吸附質(zhì)濃度的變化 0 + 補圖10-1 吸附劑中吸附質(zhì)濃度的變化(續(xù)） b b e （a）圖：0：未通過含吸附質(zhì)氣體時（b）圖：=：已通入含吸附質(zhì)氣體，在吸附劑進口處吸附劑剛剛出現(xiàn)飽和時。（c）圖：=+：在床層的進氣端吸附質(zhì)負荷為Xe，此區(qū)稱為“平衡區(qū)平衡區(qū)”或稱“飽和區(qū)飽和區(qū)”；而靠近氣體出口側(cè)，床層中的吸附負荷仍為X0，此區(qū)內(nèi)的吸附劑仍具有高度活性，此區(qū)稱為“未用區(qū)未用區(qū)”；介于平衡區(qū)和未用區(qū)之間的那一部分床層其吸附負荷由飽和Xe的變化到

26、起始的X0，形成一個S形曲線，這段床層進行吸附過程，故稱“傳質(zhì)區(qū)傳質(zhì)區(qū)”或“傳質(zhì)帶傳質(zhì)帶”，而S曲線稱為“吸附波吸附波”或“傳質(zhì)波傳質(zhì)波”，又稱“傳質(zhì)前沿傳質(zhì)前沿”。(見補圖10-2) 補圖10-2 吸附劑床層中各區(qū)分布示意圖 未用區(qū)未用區(qū)傳質(zhì)區(qū)傳質(zhì)區(qū)(傳質(zhì)帶傳質(zhì)帶)飽和區(qū)飽和區(qū)(平衡區(qū)平衡區(qū))YY0（d）圖：=b：吸附波前沿剛剛到達吸附層下端口，若繼續(xù)進行吸附，則從流出床層氣體中，將發(fā)現(xiàn)有吸附，此即所謂“穿透現(xiàn)象穿透現(xiàn)象”或稱“透過現(xiàn)象透過現(xiàn)象”。出現(xiàn)穿透的點稱為“穿透點穿透點”（或稱“破點破點”），到達破點所需的時間為“透過時間透過時間” b（或“穿透時間穿透時間”）。（e）圖：b： “傳

27、質(zhì)波”繼續(xù)前移。（f）圖：e：吸附波的末端也到達床層的出口，即全床達到吸附平衡(飽和)，整個床層失去吸附能力。（B）穿透曲線（透過曲線）穿透曲線（透過曲線） 在一定時間內(nèi)，分析床層中流出氣體的濃度，即從研究流出物濃度隨時間的變化關(guān)系來達到研究吸附床層中濃度變化的情況穿透曲線（透過曲線）。（見圖10-10） 圖10-10 吸附穿透曲線W Yb D C （C）穿透曲線法穿透曲線法假設條件：等溫吸附，等溫吸附線為線型； 低濃度污染物的吸附； 傳質(zhì)區(qū)高度比床層高度小得多。設：氣體中吸附質(zhì)的無溶質(zhì)基濃度用Y（即吸附質(zhì)/載氣）表示，吸附劑上吸附質(zhì)的無溶質(zhì)基濃度用X表示（即吸附質(zhì)/吸附劑）表示。圖中： W：

28、一段時間后流出物總量，kg載氣/m2；YeY0，Ye=0.9Y0 ；Yb0，Yb=0.001 Y00.01 Y0;則一段時間后流出物總量： Wa = WeWb (kg/m2) -10.17其中：WaZ a段（傳質(zhì)區(qū)段）的流出物量那么在吸附區(qū)內(nèi)，從穿透點到吸附劑基本失去吸附能力，吸附劑所吸附污染物的質(zhì)量為： -10.18定義：f 穿透點出現(xiàn)時，傳質(zhì)區(qū)內(nèi)仍具有吸附能力面積的比率，可表示為： -10.19從而（1-f）為傳質(zhì)區(qū)內(nèi)吸附劑的飽和度。f意義意義：f的大小反映了在到達破點時床層的飽和度。f愈大，吸附飽和的程度愈低，傳質(zhì)區(qū)形成所需的時間愈短。f介于01之間，一般在0.40.5左右。BEDWWS

29、dwYYUeb）（0BCEDBEDaSSWYUf0設吸附床的高度為Z，則傳質(zhì)區(qū)高度： -10.20Za的計算公式推導如下：傳質(zhì)區(qū)形成后在床區(qū)內(nèi)向前移動一段距離等于Za（傳質(zhì)區(qū)高度）所需的時間a -(a) 傳質(zhì)區(qū)形成并移出床層所需的時間e -（b）ZWfWWWfWZWZabaaeaa1SbesaGWWGWaSeeGW令f為傳質(zhì)區(qū)形成所需的時間，則傳質(zhì)區(qū)移動等于床層總高Z距離，所需時間為e-f，因此，傳質(zhì)區(qū)高度Za為 -（c）吸附波形成后尚有f這一部分面積未吸附， f a 當f=0時，則表示吸附波形成后，傳質(zhì)區(qū)已達飽和，f =a；當f=1時，表示傳質(zhì)區(qū)里吸附劑基本上不含吸附質(zhì)，f0。所以有： f=

30、（1- f）a - (d)將（d）、（a）、（b）代入（c）有feaaZZaeasasesaaeaaWfWZWGWfGWGWZfZZ111（D）穿透曲線的繪制穿透曲線的繪制： （見書P260）（2）希洛夫近似法）希洛夫近似法間歇固定床持續(xù)時間的計算（A）希洛夫公式（希洛夫方程）希洛夫公式（希洛夫方程）假設條件：吸附速率無窮大，即吸附質(zhì)進入吸附層即被吸附；達到穿透時間時，吸附質(zhì)進入床層的吸附質(zhì)量等于該時間內(nèi)吸附床的吸附量。于是，有平衡關(guān)系式： -10.26顯然，吸附床的穿透時間b與吸附床高度Z關(guān)系是通過原點的直線，如圖10-12所示：1線（糾正）。 TsbsXAZYAG0KZZYGXssTb0圖

31、10-12 bZ曲線而實際穿透時間b，其差值為0 ,故上式修正為： =K(Z-Z0) 或 =b -0 -10.27式中： Gs 載氣通過床層的流率，kg/m2.s；b吸附床的穿透時間（保護作用時間）。 Z0吸附劑中未被利用部分的長度，亦稱為“死層”； 0=KZ0，K為吸附層的保護作用系數(shù)， -Z關(guān)系曲線，（如圖10-12所示：2線） 式式10.26、10.27為希洛夫方程為希洛夫方程（B）用）用希洛夫公式進行近似計算的設計程序希洛夫公式進行近似計算的設計程序 0YGXKssT選定吸附劑和操作條件，如溫度、壓力、氣體流速等。對于氣體凈化，空床流速一般取0.10.6m/s，可根據(jù)已給處理氣量選定。

32、根據(jù)凈化要求，定出穿透點濃度，在載氣速率Gs一定的情況下，選取不同的吸附劑床層高度Z1、Z2、Zn，可根據(jù)已給處理氣量選定。以Z為橫坐標，為縱坐標，作Z -直線，則其斜率為K，截距為0。根據(jù)生產(chǎn)中計劃采取的脫附方法和脫附再生時間、能耗等因素確定操作周期，從而確定所要求的穿透時間用希洛夫公式計算所需吸附劑床層高度Z。若求出Z太高，可分為n層布置或分為n個串聯(lián)吸附床布置。為便于制造和操作, 通常取個床層高度相等, 串聯(lián)床數(shù)n3。由氣體質(zhì)量流量G（kg/s）與氣流速率Gs，求床層截面積A（m2） 若A太大，可分為n個并聯(lián)的小床，則每個小床的截面積（m2） 由床層截面積A或A可求出床層直徑D（圓柱形床

33、）或邊長B（正方形床）。求所需吸附劑質(zhì)量。核算壓降p。若p值超過允許范圍，可采取增大A 或減小Z的辦法使p值降低。設計吸附劑的支承與固定裝置、氣體分布裝置、吸附器殼體，各連接管口及進行脫附所需的附件等。 nGA sGGA 5、吸附劑用量、吸附劑用量（糾正公式） -10.28 式中： A吸附床橫截面積，m2。 考慮到裝填損失，每次新裝吸附劑量為（1.051.2）理論量。6、吸附周期、吸附周期（出現(xiàn)穿透的時間） -10.297、固定床降壓、固定床降壓采用歐根（Ergun）方程計算（經(jīng)驗公式） -10.30 sTbsZAMXAGYM或0saGWt ppduduZP23232175. 1)1 (150

34、式中：P通過床層的壓降，Pa； Z床層高度，m； 氣體的動力粘度，Pa/s； 顆粒層孔隙率，%； 氣體密度，kg/m3； u床層進口橫截面積處氣體平均流速，m/s； dp吸附劑顆粒直徑，m.例題：P262,例10.3（校正題中錯誤?。ㄗ儞Q形式后）（變換形式后）某廠產(chǎn)生含CCl4廢氣，氣量Q=1000m3/h，濃度為45g/m3，一般均為白天操作，每天最多工作8h。擬采用吸附法凈化，并回收CCl4，試設計需用的立式固定床吸附器。 解：CCl4為有機溶劑，沸點為76.8，微溶于水，可選用活性炭作吸附劑進行吸附，采用水蒸氣置換脫附，脫附氣冷凝后沉降分離回收CCl4。根據(jù)市場供應情況選用粒狀活 性

35、炭 作 吸 附 劑 ， 其 直 徑 為 3 m m ， 堆 積 密 度s=300600g/l，孔隙率=0.330.43。選定在常溫常壓下進行吸附，維持進入吸附床的氣體在20以下，壓力為101325Pa。根據(jù)經(jīng)驗選取空床流速u=20m/min。將穿透點濃度定為50 mg/m3。以含CCl45g/m3的氣流在所指定的條件下進行動態(tài)吸附實驗，測定不同床層高度下的穿透時間，得到如下實驗數(shù)據(jù)：以Z橫、縱，作圖得一直線(見例10-3，附圖)。在所作直線上取兩點（0.14，200），（0.35，651）于是 0=101min（查圖）)(min/214814. 035. 0200651mK床層高度 Z/m 0

36、.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 穿透時間 /min 109 231 310 462 550 651 據(jù)該廠生產(chǎn)情況，考慮每周脫附一次，床層每周吸附 6天，每天按8 h計，累計吸附時間48h。 因而床層高度為：00tg=K例10-13 附圖 取Z=1.4m采用立式圓筒進行吸附，其直徑為： 取D=1.0m所需吸附劑量 考慮到裝填損失，取損失率為10%，則每次新裝填吸附劑時需活性炭545726kg。 )(388. 1214810160480mKZ03. 160201000442121uQDkgZAms8 .4942/16003004 . 10 . 142kgm7 .6596004

37、 .10 .142max壓力降（書中有計算錯誤，糾正?。?查20,101.325Pa條件下空氣密度=1.2kg/m3, ，此時氣速 sPa6108 . 1smu/354. 00 .Pa)1 .43124 . 15 .17364 . 1003. 0354. 02 . 138. 038. 0175. 1003. 038. 01018354. 038. 01150175. 1115023236223232ZdpudpuP代入式10.30，得： 此壓降可以接受，不必對吸附器床厚度作調(diào)整。設計吸附器殼（三）吸附劑再生的計算（三）吸附劑再生的計算（見書P263）（以水蒸氣脫附再生

38、法為例）1、脫附吸附質(zhì)時水蒸氣的消耗量；2、干燥吸附劑時空氣消耗量；3、加熱空氣所消耗的熱量。 小結(jié)小結(jié)：這一節(jié)介紹了（1）吸附過程與工藝流程；（2）吸附性能參數(shù)的測定：吸附性能參數(shù)中著重講了比表面積比表面積的測定，其測定計算方法需掌握；（3）吸附裝置的設計中重點講了常見的固定床吸附器的設計計算，其中吸附區(qū)高度的計算常用兩種計算方法：穿透曲線法穿透曲線法、希洛夫近似法希洛夫近似法，需掌握。第四節(jié)第四節(jié) 吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用吸附法凈化氣態(tài)污染物的應用 一、吸附法凈化煙氣中的一、吸附法凈化煙氣中的SO2 常用的吸附劑是活性炭、分子篩、硅膠活性炭、分子篩、硅膠等，下面介紹活性炭吸附法。（一）活

39、性炭吸附脫硫的特點活性炭吸附脫硫的特點： 最早出現(xiàn)于19世紀下半葉，20世紀70年代后期，日本、德國、美國得到工業(yè)應用。其代表法有：月立法、住友法、魯奇法、BF法及Reinluft法等。發(fā)展趨勢：由電廠到石油化工、硫酸及肥料工業(yè)等領(lǐng)域。 能否應用該方法的關(guān)鍵能否應用該方法的關(guān)鍵： 解決副產(chǎn)物稀硫酸的應用市場； 提高活性炭的吸附性能；活性炭脫硫的主要特點：過程比較簡單，再生過程中副反應很少；吸附容量有限，常需在低氣速（0.31.m/s）下進行，因而吸附器體積較大；活性炭易被廢氣中O2氧化而導致?lián)p耗；長期使用后，活性會產(chǎn)生磨損，并因微孔堵塞喪失活性。（二）活性炭脫硫工藝流程活性炭脫硫工藝流程常見的

40、工藝流程有固定床、移動床。（見圖10-13、圖10-14）圖10-13 活性炭固定床吸附SO21、文丘里洗滌器；2、吸附塔；3、液體槽；4、硫酸濃縮器；5、冷卻器；6、過濾器圖10-14 移動床吸附SO2 1、吸附塔；2、空氣處理槽；3、脫附塔；4、換熱器；5、7、風機；6、煙囪；8、鍋爐（三）原理原理1、脫硫 兩個步驟：（1）SO2、O2通過擴散傳質(zhì)從排煙中到達炭表面，穿過界面后繼續(xù)向微孔通道內(nèi)擴散，直至為內(nèi)表面活性催化點吸附；（2）被吸附的SO2進一步催化氧化成SO3，再經(jīng)過水合稀釋形成一定濃度的硫酸儲存于炭孔中。 其機理如下： *2*222,OSOOSO 1*32*221QSOCCOSO

41、 2422*3QSOHCOHSOC 32422*42QOnHSOHCOnHSOHC2、再生：采用洗滌再生法，通過洗滌活性炭床層，使炭孔內(nèi)的酸液不斷排出炭層，從而恢復炭的催化活性。（原因）（四）影響因素影響因素1、脫硫催化劑的物化特性書中列出三種不同活性炭的物化性能(書P267，表10-3) 2、煙氣空床速度與SO2濃度（見圖10-15和圖10-16）3、床層溫度與煙氣濕度（見圖10-17）4、煙氣中氧含量 煙氣中氧含量對反應有直接影響。氧含量 5%時，反應效率明顯提高；一般煙氣中氧含量為5%10%，能夠滿足脫硫反應要求。圖10-15 空速對脫硫效率的影響1-總反應時間；2-平均轉(zhuǎn)化率1 2 圖

42、10-16 SO2濃度對脫硫效率的影響 1-總反應時間；2-平均轉(zhuǎn)化率1 2 圖10-17 床層溫度和煙氣含濕量對脫硫效率的影響 1-煙氣含濕量；2-床層溫度1 2 二、吸附法凈化有機蒸汽二、吸附法凈化有機蒸汽 常用的吸附劑是活性炭。（一）固定床吸附凈化流程（見圖10-18）（二）間歇固定床凈化有機溶劑的計算有機溶劑易揮發(fā)，在進行吸附計算時應考慮有機溶劑的蒸發(fā)量1、有機溶劑的蒸發(fā)量（即散發(fā)量）可按馬扎克（B.T.M）公式和相對揮發(fā)度計算。（1）馬扎克公式法適用于：有機物質(zhì)敞露存放時散發(fā)量計算MFpuGv32.1331 . 438. 5圖10-18 從空氣中回收有機溶劑蒸汽的工業(yè)吸附裝置圖1、過

43、濾器、2、礫石阻火器；3、附有安全膜片的補償安全器； 4、風機；6、加熱器；7、凝液罐；8、吸附器；9、冷凝器；10、液體壓力計；11、彈簧壓力計；12、水銀溫度計式中：G-有機溶劑蒸發(fā)量，g/h； u-車間內(nèi)風速， m/s； Pv-有機溶劑在室溫時飽和蒸汽壓，Pa； F-有機溶劑敞露面積，m2； M-有機溶劑分子量。不同溫度下有機溶劑的飽和蒸汽壓Pv可按下式計算：式中：T-有機溶劑的溫度，T； A、B-常數(shù)。常用有機溶劑的 A、B值（見書P269，表10-4）BTAPV05223. 032.133log（2）相對揮發(fā)度近似計算法 相對揮發(fā)度相對揮發(fā)度：為乙醚的蒸發(fā)量與某溶劑在相同條件下蒸發(fā)量的比值，即 已知某條件下，A物質(zhì)的散發(fā)量為GA，那么相同條件下，B物質(zhì)的散發(fā)量為：iiGGa/乙醚BAABaaGG/例10.4：比較簡單，看書即可。例10.5：在21和138KPa（絕壓）下，283.2m3/min（289K，101.3KPa）的脫酯劑排氣流中含有三氯乙烯0.2%（以體積計），用活性炭吸附塔回收99.5%（以質(zhì)量計）的三氯乙烯?；钚蕴慷逊e密度s=577Kg/m3，靜活性XT=28Kg三氯乙烯/100Kg活性炭，吸附塔的操作周期為：吸附4h，加熱和脫附2h，冷卻1h，1h備用。試計算活性炭的用量和吸附塔尺寸。解：操作條件下混合氣體的