熱值交換原理與設(shè)備-第5章

第五章

吸附和吸收處理空氣的原理與方法47-12023/2/6內(nèi)容吸附材料處理空氣的原理和方法5.1吸收劑處理空氣的原理和方法5.247-22023/2/65.1

吸附材料處理空氣的原理和方法47-32023/2/65.1.1吸附的基本知識(shí)和概念吸附現(xiàn)象是產(chǎn)生在相異兩相的邊界面上的一種分子積聚現(xiàn)象。吸附劑：使氣相濃縮的物質(zhì)吸附質(zhì)：被濃縮的物質(zhì)分子力（VanderWaals）:同相間分子力處于平衡狀態(tài)，相界處不平衡。（1）吸附、吸附劑和吸附質(zhì)5.1

吸附材料處理空氣的原理和方法47-42023/2/6表面能物質(zhì)的總能量當(dāng)物質(zhì)的比表面積比較大時(shí)，表面能就會(huì)對(duì)物質(zhì)的性能產(chǎn)生很大的影響。相界上的非平衡力導(dǎo)致物質(zhì)微粒在界面上的聚集程度的改變就是吸附。47-52023/2/6吸附劑處理空氣的原理吸附：由范德華引力、氫鍵起作用的物理過程。47-62023/2/6（2）吸附的種類物理吸附由吸附質(zhì)分子與吸附劑分子之間分子力（VanderWaals）引起的可逆吸附現(xiàn)象。有單層吸附，也有多層吸附。特點(diǎn)：吸附質(zhì)與吸附劑之間無化學(xué)反應(yīng)；對(duì)吸附氣體選擇性不強(qiáng)；吸附速率快；吸附為低放熱過程，放熱量略大于液化潛熱；吸附力不強(qiáng)?；瘜W(xué)吸附化學(xué)反應(yīng)起作用。只為單層吸附。47-72023/2/6吸附作用力（物）：一種物理作用，分子間力（范德華力）；（化）：一種表面化學(xué)反應(yīng)（化學(xué)鍵力）。吸附速率（物）：極快，常常瞬間即達(dá)平衡；（化）：較慢，達(dá)平衡需較長(zhǎng)時(shí)間。吸附熱（區(qū)別二者的重要標(biāo)志）（物）：與氣體的液化潛熱相近,較?。◣装俳苟?mol）（化）：與化學(xué)反應(yīng)熱相近，很大（>42kJ/mol）。選擇性（物）：沒有多大的選擇性（可逆）；（化）：具有較高的選擇性（不可逆）。溫度的影響（物）：吸附與脫附速率一般不受溫度的影響，但吸附量隨溫度上升而下降；（化）：可看成一個(gè)表面化學(xué)過程，需一定的活化能，吸附與脫附速率隨溫度升高而明顯加快。吸附層厚度（物）：?jiǎn)畏肿訉踊螂p分子層，解析容易，；（化）：總是單分子層或單原子層，且不易解吸。47-82023/2/6吸附等壓線：（3）吸附平衡、等溫吸附線和等壓吸附線對(duì)于給定的吸附劑和吸附質(zhì)，平衡時(shí)吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附量q為：吸附等溫線：47-92023/2/6I-合成沸石等吸附系的；II-Lamgmuri型；III-活性鋁等吸附系的；IV-活性炭吸附水蒸氣；V-BET型；VI-線性吸附典型等溫吸附線47-102023/2/6等壓吸附線2-物理吸附1-化學(xué)吸附3-過渡區(qū)（非平衡吸附區(qū)）溫度吸附量47-112023/2/6多孔介質(zhì)比表面積大，所以吸附劑多為多孔介質(zhì)。多孔介質(zhì)孔隙越小，比表面積越大，孔隙內(nèi)吸附能力越強(qiáng)（4）吸附劑結(jié)構(gòu)，多孔介質(zhì)，比表面積

比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量吸附劑具有的表面積

比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)。（5）吸附劑的特性參數(shù)1）多孔吸附劑的外觀體積47-122023/2/62）吸附劑密度堆積密度：真密度：顆粒密度：3）孔徑分布（測(cè)定－吸附等溫線、壓汞儀等）4）顆粒當(dāng)量直徑、單位體積表面積47-132023/2/65.1.2等溫吸附線典型的等溫吸附過程中的著名公式（1）朗謬爾(Langmuir)公式（2）弗雷德里克(Freundlich)公式（3）B.E.T公式布魯諾（Brunauer）、埃米特（Emmett）和泰勒（Teller）47-142023/2/65.1.3常用吸附劑的類型和性能極性吸附劑（親水）硅膠：親水性，易吸附水分，而難于吸附非極性物質(zhì)。多孔活性氧化鋁：用于氣體干燥，石油氣脫硫，含氟廢氣凈化。沸石：通常為人工合成沸石分子篩，為微孔型、具有立方晶體的硅酸鹽。對(duì)極性分子，不飽和有機(jī)物具選擇吸附能力。非極性吸附劑（憎水）活性炭：疏水性，常用于空氣中有機(jī)溶劑，催化脫除尾氣中SO2、NOX等惡臭物質(zhì)的凈化；優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定、抗腐蝕。47-152023/2/6水蒸氣在A型和B型硅膠及活性鋁中的典型吸附等溫線47-162023/2/6水蒸氣在沸石中的典型吸附等溫線相對(duì)濕度（％）吸水量(％)47-172023/2/65.1.4多孔介質(zhì)傳質(zhì)吸附表征體元（REV)：在多孔介質(zhì)中選取的一個(gè)比整體區(qū)域小得多而比單個(gè)孔隙大得多的區(qū)域。研究時(shí)用表征體元的平均值代替局部值。表征體元內(nèi)質(zhì)量擴(kuò)散方程：ε-孔隙率；CR-REV中氣相濃度；K-REV骨架表面分離系數(shù)；De-REV中的有效擴(kuò)散系數(shù)；εDe-多孔介質(zhì)有效擴(kuò)散系數(shù)47-182023/2/6多孔介質(zhì)內(nèi)水蒸氣濃度可寫為：C=εCR+K(1-ε)CR47-192023/2/65.1.5.1干燥循環(huán)干燥劑：吸附空氣中水蒸汽的吸附劑。5.1.5空氣靜態(tài)吸附除濕和動(dòng)態(tài)吸附除濕

干燥劑表面水蒸氣分壓與環(huán)境空氣中水蒸氣分壓差決定干燥劑是吸濕還是放濕。47-202023/2/6干燥劑表面水蒸氣分壓與其吸收量的關(guān)系干燥劑吸濕量與水蒸氣分壓及溫度的關(guān)系47-212023/2/6干燥循環(huán)示意圖再生吸濕冷卻47-222023/2/65.1.5.2靜態(tài)吸附除濕靜態(tài)除濕：吸附劑吸收密閉空間內(nèi)靜止空氣中的水蒸氣。（間歇工作）Mq=V(ρ0-ρ1)該式表示達(dá)到平衡時(shí)的q和水蒸氣密度的關(guān)系平衡時(shí)間：若吸附劑和空氣充分接觸，經(jīng)充分?jǐn)嚢钄?shù)小時(shí)后可達(dá)吸附平衡，無攪拌則平衡時(shí)間大為增加。影響平衡時(shí)間的因素：吸附劑粒徑、孔徑大小及分布、空氣流速等。設(shè)計(jì)任務(wù)：計(jì)算吸附劑量、或計(jì)算達(dá)到平衡的時(shí)間47-232023/2/6吸附劑的吸附平衡時(shí)間（無攪拌）（a）鋁膠（b）硅膠47-242023/2/6（c）合成沸石47-252023/2/6吸附劑吸附平衡時(shí)間的測(cè)試干燥器底部放入稀硫酸（維持濕度平衡），定期取出吸附劑稱重，可得到吸附劑吸水率隨時(shí)間的變化曲線。47-262023/2/6使密閉容器內(nèi)水蒸氣密度由ρ0降為ρ1所需的吸附劑量為：存在外部滲透水分時(shí)，使密閉容器內(nèi)水蒸氣密度由ρ0降為ρ1所需的吸附劑量為：

例題47-272023/2/65.1.5.3動(dòng)態(tài)吸附除濕吸附劑的再生方式：加熱再生方式：供給吸附劑脫附所需的熱量；減壓再生方式：用減壓手段降低吸附分子的分壓，改變吸附平衡，實(shí)現(xiàn)脫附。使用清洗氣體的再生方式：借通入一種很難被吸附的氣體,降低吸附質(zhì)的分壓而實(shí)現(xiàn)脫附。置換脫附再生方式：用具有比吸附質(zhì)更強(qiáng)的選擇吸附性物質(zhì)來置換而實(shí)現(xiàn)脫附?？諝饬鹘?jīng)吸附劑。優(yōu)點(diǎn)：需要吸附劑量少、設(shè)備體積小。（1）吸附原理和裝置47-282023/2/6除濕方式：冷卻除濕（近似等溫過程）：除濕的同時(shí)通過冷卻流體帶走吸附熱；絕熱除濕（近似等焓過程）：除濕的同時(shí)溫度升高。吸附劑的選擇

阻力小（空氣壓力損失?。?；比表面積大；吸附容量大；具有較好機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；47-292023/2/6固體除濕器按工作方式可分為：固定式、旋轉(zhuǎn)式

固定式47-302023/2/6旋轉(zhuǎn)式47-312023/2/6轉(zhuǎn)輪式除濕器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)按吸附除濕劑的安排可分為以下三種形式：（a）堆積床結(jié)構(gòu)（b）IIT平板結(jié)構(gòu)（c）UCLA覆蓋層結(jié)構(gòu)堆積床：擴(kuò)散阻力大IIT：氣體側(cè)、Teflon板阻力大，吸附劑阻力小UCLA：氣體側(cè)阻力大，板阻力小47-322023/2/6帶回?zé)徂D(zhuǎn)輪除濕機(jī)動(dòng)畫示意圖可利用回?zé)嵫b置進(jìn)行余熱回收47-332023/2/6（2）吸附除濕型空調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介常見的系統(tǒng)有全新風(fēng)、全回風(fēng)和Dunkle型除濕空調(diào)系統(tǒng)全新風(fēng)型除濕空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖和溫濕圖abcdefghi含濕量溫度47-342023/2/6

全回風(fēng)型除濕空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖和溫濕圖fghi含濕量溫度abcdec47-352023/2/6Dunkle型除濕型空調(diào)系統(tǒng)工作原理圖和溫濕圖含濕量溫度hijkiadfgebc47-362023/2/6（3）吸附法處理空氣的優(yōu)點(diǎn)不需對(duì)空氣進(jìn)行溫度處理或壓縮噪音低可以得到很低的露點(diǎn)溫度節(jié)約能源（比表冷器除濕）獨(dú)立除濕：不依賴降溫處理。（吸附或吸收方式）47-372023/2/65.2.1吸收現(xiàn)象簡(jiǎn)介氣體吸收是用某種液體吸收氣體中某種組分。吸收能力與氣體分壓、溫度、吸收液濃度等有關(guān)。工作過程：吸收-再生（濃縮吸收液）-吸收。5.2

吸收劑處理空氣的機(jī)理和方法47-382023/2/6期望特性：1.表面蒸汽分壓低（吸濕能力強(qiáng)）；2.對(duì)水分溶解度高（提高吸收率，減少除濕劑用量）；3.幾乎不吸收除水蒸氣外的其它氣體成分；4.粘度低（減小流動(dòng)阻力和傳熱阻力）5.高沸點(diǎn)、高冷凝熱、高稀釋熱、低凝固點(diǎn)；6.穩(wěn)定性好，低揮發(fā)；7.低腐蝕、無毒；8.價(jià)格低廉，容易獲得。5.2.2

常用吸收型除濕劑及其性能簡(jiǎn)介47-392023/2/6常用除濕溶液吸收性質(zhì)：濃度-蒸汽壓曲線（見圖）常用液體除濕劑特性氯化鈣溶液氯化鋰溶液溴化鋰溶液二甘醇三甘醇毒性腐蝕性穩(wěn)定性用途無無無無無中中中中中穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定城市燃?xì)獬凉窨照{(diào)、殺菌、低溫干燥空調(diào)除濕一般氣體除濕空調(diào)、一般氣體除濕揮發(fā)性不不不易易47-402023/2/65.2.3吸收劑處理空氣的原理（1）除濕劑的表面蒸汽壓空氣水蒸氣分壓與除濕溶液表面蒸汽壓的壓差是濕傳遞的驅(qū)動(dòng)力。因此表面蒸汽壓越低，溶液除濕能力越強(qiáng)，當(dāng)與濕空氣達(dá)到平衡時(shí)，濕空氣具有更低的相對(duì)濕度。理想溶液（遵循拉烏爾定律）：表面蒸汽壓隨溶劑的摩爾百分?jǐn)?shù)呈線性變化。47-412023/2/6除濕劑一般不是理想溶液，偏離拉烏爾定律。用活度系數(shù)描述偏差。如果活度系數(shù)小于1，則表面蒸汽壓低于同條件下的理想溶液表面蒸汽壓，即比理想溶液除濕能力更強(qiáng)。

空氣水蒸氣分壓與除濕溶液表面蒸汽壓之間的壓差是濕傳遞的驅(qū)動(dòng)力。質(zhì)量濃度（％）204510氯化鈣溶液氯化鋰溶液質(zhì)量濃度（％）406510溴化鋰溶液47-422023/2/6典型的吸濕-再生過程12345.2.4影響吸收的主要因素（1）除濕器結(jié)構(gòu)絕熱型除濕器

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、比表面積大。稀溶液出口處理空氣出口液滴過濾器填料處理空氣入口處理空氣入口濃溶液入口47-442023/2/6內(nèi)冷型除濕器

優(yōu)點(diǎn)：吸收熱被帶走，因此溶液吸濕能力得以維持。稀溶液出口處理空氣出口處理空氣入口濃溶液入口冷卻水入口冷卻水出口47-452023/2/6(2)除濕劑的選擇

a.除濕溶液表面蒸汽壓較低