大氣污染控制工程氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)氣體吸附

1、第7章 氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎(chǔ)氣體吸附 2 - 氣體吸附吸附劑吸附機(jī)理吸附工藝與設(shè)備計(jì)算教學(xué)重點(diǎn)：吸附過程與吸附劑、吸附理論、吸附設(shè)備及其計(jì)算方法、吸附法凈化有機(jī)蒸氣教學(xué)難點(diǎn)：吸附設(shè)備及其計(jì)算方法、吸附法凈化有機(jī)蒸氣2氣體吸附吸附用多孔固體吸附劑將氣體（或液體）混合物中的組分濃集于固體表面吸附質(zhì)被吸附物質(zhì)吸附劑附著吸附質(zhì)的物質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：效率高、可回收、設(shè)備簡單缺點(diǎn)：吸附容量小、設(shè)備體積大吸附機(jī)理物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附化學(xué)吸附1.吸附力范德華力；2.不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過程快，瞬間達(dá)到平衡；4.放熱反應(yīng)；5.吸附可逆；1.吸附力化學(xué)鍵力；2.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過程慢；4.升高溫度有助于提高速率；

2、5.吸附不可逆；物理吸附和化學(xué)吸附同一污染物可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時(shí)，發(fā)生化學(xué)吸附一、吸附劑吸附劑需具備的特性內(nèi)表面積大具有選擇性吸附作用高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性吸附容量大來源廣泛，造價(jià)低廉良好的再生性能常用吸附劑特性吸附劑類型活性炭活性氧化鋁硅膠沸石分子篩4A5A13x堆積密度 /kgm-32006007501000800800800800熱容/kJ(kgK)-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作溫度上限/K423773673873873873平均孔徑/15251848224513再生溫度 /K37341347

3、3523393423473573473573473573比表面積 /g-16001600210360600常用吸附劑特性分子篩特性氣體吸附的影響因素操作條件低溫有利于物理吸附；高溫利于化學(xué)吸附增大氣相壓力利于吸附 吸附劑性質(zhì)比表面積（孔隙率、孔徑、粒度等）氣體吸附的影響因素典型吸附質(zhì)分子的橫截面積氣體吸附的影響因素吸附質(zhì)性質(zhì)、濃度臨界直徑吸附質(zhì)不易滲入的最大直徑吸附質(zhì)的分子量、沸點(diǎn)、飽和性吸附劑活性單位吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量靜活性吸附達(dá)到飽和時(shí)的吸附量動(dòng)活性未達(dá)到平衡時(shí)的吸附量常見分子的臨界直徑分子臨界直徑/分子臨界直徑/氦氫乙炔氧一氧化碳二氧化碳氮水氨氬甲烷乙烯環(huán)氧乙烷乙烷甲醇乙醇環(huán)丙烷丙烷

4、正丁烷-正二十二烷2.02.42.42.82.82.83.03.153.83.844.04.254.24.24.44.44.754.894.9丙烯1-丁烯2-反丁烯1,3-丁二烯二氟-氯甲烷(CFC-22)噻吩異丁烷-異二十二烷二氟二氯甲烷(CFC-12)環(huán)己烷甲苯對二甲苯苯四氯化碳氯仿新戊烷間二甲苯鄰二甲苯三乙胺5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97.17.48.4氣體吸附的影響因素吸附劑再生 溶劑萃取活性炭吸附SO2，可用水脫附 置換再生脫附劑需要再脫附 降壓或真空解吸 吸附作用 ，再生溫度 加熱再生吸附劑再生(a)吸附(b)解吸吸

5、附平衡當(dāng)吸附速度脫附速度時(shí)，吸附平衡，此時(shí)吸附量達(dá)到極限值極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響吸附等溫線 NH3在活性炭上的吸附等溫線二、吸附機(jī)理吸附等溫線m單位吸附劑的吸附量P吸附質(zhì)在氣相中的平衡分壓K,n經(jīng)驗(yàn)常數(shù), 實(shí)驗(yàn)確定吸附方程式弗羅德里希（Freundlich）方程（I型等溫線中壓部分）lgm對lgP作圖為直線吸附方程式朗格繆爾（Langmuir）方程（I型等溫線）吸附方程式BET方程（I、II、III型等溫線，多分子層吸附）吸附速率吸附過程 吸附 外擴(kuò)散（氣流主體 外表面） 內(nèi)擴(kuò)散（外表面 內(nèi)表面）吸附速率外擴(kuò)散速率內(nèi)擴(kuò)散速率總吸附速率方程吸附工藝固定床吸附工藝移動(dòng)床吸附工藝移動(dòng)床吸附

6、工藝流化床固定床吸附計(jì)算固定床吸附計(jì)算固定床吸附計(jì)算固定床吸附計(jì)算保護(hù)作用時(shí)間L實(shí)際曲線與理論曲線的比較1理論線2實(shí)際曲線固定床吸附計(jì)算同樣條件下定義動(dòng)力特性固定床吸附計(jì)算吸附床長度假定條件等溫吸附低濃度污染物的吸附吸附等溫線為第三種類型吸附區(qū)長度為常數(shù)吸附床的長度大于吸附區(qū)長度固定床吸附計(jì)算吸附床長度L0吸附區(qū)長度WA穿透至耗竭的惰性氣體通過量WE耗竭時(shí)的通過量1-f吸附區(qū)內(nèi)的飽和度吸附器的壓力損失1）圖解計(jì)算移動(dòng)床計(jì)算操作線吸附速率方程例：用連續(xù)移動(dòng)床逆流等溫吸附過程凈化含H2S的空氣。吸附劑為分子篩?？諝庵蠬2S的濃度為3（重量），氣相流速為6500kg/h，假定操作在293K和1atm下進(jìn)行，H2S的凈化率要求為95，試確定： (1) 分子篩的需要量（按最小需要量的1.5倍計(jì)）； (2) 需要再生時(shí)，分子篩中H2S的含量； (3) 需要的傳質(zhì)單元數(shù)。解：(1) 吸附器進(jìn)口氣相組成： H2S的流量0.036500195kg/h 空氣的流量65001956305kg/h 吸附器出口氣相組成： H2S0.05(195)9.75 kg/h 空氣6305 kg/h 移動(dòng)床計(jì)算移動(dòng)床計(jì)算實(shí)驗(yàn)得到的平衡關(guān)系如右