《态污染物控制技术基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《态污染物控制技术基础（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 1 第七章 气态污染物控制技术基础(2) n气体吸附 n吸附剂 n吸附机理 n吸附工艺与设备计算 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 2 第三节 气体吸附 n吸附 n用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的组 分浓集于固体表面 n吸附质被吸附物质 n吸附剂附着吸附质的物质 n优点：效率高、可回收、设备简单 n缺点：吸附容量小、设备体积大 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 3 吸附机理 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 4 物理吸附：由于分子间范德华力引起的，可以 是单层吸附(低压下多为单分子层吸附
2、)，也可以多 层吸附。 物理吸附和化学吸附 化学吸附：是由吸附剂与吸附质间的化学键力 而引起的，是单层吸附，需要一定的活化能。 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 5 物理吸附和化学吸附 物理吸附化学吸附 1.吸附力范德华力； 2.不发生化学反应； 3.过程快，瞬间达到平衡； 4.低放热反应，一般为 2.09103-2.09104 J/mol ；低温利于物理吸附; 5.吸附可逆； 6.对吸附的气体没有选择性 ,或选择性弱。 1.吸附力化学键力； 2.发生化学反应； 3.过程慢； 4.一般为吸热反应,吸热量 约为8.37104-4.19105 J/mol ；升高温度有助于提 高速率
3、； 5.吸附不可逆； 6.对吸附的气体有很强的选 择性。 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 6 物理吸附和化学吸附 同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附 若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学 吸附 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 7 吸附剂 n吸附剂需具备的特性(条件) n内表面积大(吸附容量问题) n具有选择性吸附作用(吸附能力随被吸附组分沸点的升高面 加大) n高机械强度、化学和热稳定性(运输、变化、寿命) n吸附容量大（表面积、孔隙大小、孔径、极性、官能团） n来源广泛，造价低廉 n良好的再生性能 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系
4、LCT 8 常用吸附剂特性 吸附剂类型活性炭 活性氧化 铝 硅胶 沸石分子筛 4A5A13x 堆积密度 /kgm-3 200600750 1000 800800800800 热容 /kJ(kgK)-1 0.836 1.254 0.836 1.045 0.920.7940.794 操作温度上 限/K 423773673873873873 平均孔径/15251848224513 再生温度 /K 373413473523393 423 473573473573473573 比表面积 / g-1 600 1600 210360600 工业上常用的吸附剂：活性炭，活性氧化铝、硅胶、白士、沸石 分子筛 大
5、气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 9 1白土， 粘土、硅铝酸盐 酸化处理 海泡石 2 活性氧化铝 由含水的氧化铝，经加热脱水活化而成 3硅胶 酸化处理硅酸凝胶 老化、水洗、干燥脱水 4活性炭 具有吸附性能的碳基物质。773K温度下炭化 ，再活化 5沸石分子筛 是人工合成的泡沸石，具有许多直径均 匀的微孔和排列整齐的孔穴。 通式：Mex/n(AlO2)x(SiO2)ymH2O x/n 为价数为n的金属阳离子数目 常用吸附剂特性 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 10 常用吸附剂特性 n分子筛特性 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 11 气体吸附的影响
6、因素 n操作条件 n低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附 n增大气相压力，利于吸附 n气流速度降低，利于吸附 l 吸附剂性质 比表面积（孔隙率、孔径、粒度等） 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 12 气体吸附的影响因素 n典型吸附质分子的横截面积 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 13 气体吸附的影响因素 n吸附质性质、浓度 n临界直径吸附质不易渗入的最小（吸附剂孔）直 径，吸附剂的有效表面积只存在于吸附质分子能进入的微孔中 n吸附质的分子量、沸点、饱和性 n吸附剂活性 n单位吸附剂吸附的吸附质的量，M质/M剂 n静活性吸附达到饱和时的吸附量 n动活性未达到平衡
7、时的吸附量 易被吸附 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 14 常见分子的临界直径 分子临界直径/分子临界直径/ 氦 氢 乙炔 氧 一氧化碳 二氧化碳 氮 水 氨 氩 甲烷 乙烯 环氧乙烷 乙烷 甲醇 乙醇 环丙烷 丙烷 正丁烷-正二十二烷 2.0 2.4 2.4 2.8 2.8 2.8 3.0 3.15 3.8 3.84 4.0 4.25 4.2 4.2 4.4 4.4 4.75 4.89 4.9 丙烯 1-丁烯 2-反丁烯 1,3-丁二烯 二氟-氯甲烷(CFC-22) 噻吩 异丁烷-异二十二烷 二氟二氯甲烷(CFC-12) 环己烷 甲苯 对二甲苯 苯 四氯化碳 氯仿 新戊烷
8、间二甲苯 邻二甲苯 三乙胺 5.0 5.1 5.1 5.2 5.3 5.3 5.58 5.93 6.1 6.7 6.7 6.8 6.9 6.9 6.9 7.1 7.4 8.4 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 15 气体吸附的影响因素 吸附器设计的影响 1足够的过气断面 2气流分布均匀 3预先除去入口气体中能污染吸附剂的杂质 4良好的温控条件 5易于更换吸附剂 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 16 气体吸附的影响因素 n吸附剂再生 溶剂萃取 l活性炭吸附SO2，可用水脱附 置换再生 l选择合适的气体（脱附剂），将吸附质转换与吹 脱出来。脱附剂需要再脱附 降压或
9、真空解吸 l 吸附作用 ，再生温度 加热再生 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 17 吸附剂再生 (a)吸附(b)解吸 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 18 吸附平衡 n当吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到 极限值 n极限吸附量受气体压力和温度的影响 n吸附等温线 NH3在活性炭上的吸附等温线 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 19 吸附等温线 微孔填充 无孔或有中 间孔 质、剂 量作用 微弱 分阶段多 层吸附 滞后回线 作用弱 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 20 m单位吸附剂的吸附量 P吸附质在气相中的平衡分压
10、K,n经验常数, 实验确定 吸附方程式 n弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分 ） lgm对lgP作图为直线 如果斜率在0.1-0.5之间,表示 吸附容易进行;若大于2,则吸 附难以进行 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 21 吸附方程式 n朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线） A饱和吸附量 以P/V对作图，应得一直线。 斜率m, 截距1/(BVm) 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 22 吸附方程式 nBET方程(Brunauer、Emmett、Teller)（I、II、III型 等温线，多分子层吸附） 大气污染控制工程 湖南大
11、学环境科学与工程系LCT 23 据此可以求出m，进而求出吸附剂的比表面积 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 24 nBET等温吸附方程式 Pkx/m时，Ky=kx/m，外扩散阻力忽略，受内扩散控制 ； 当kykx/m时，Ky=ky，内扩散阻力忽略，受外扩散控制 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 28 吸附工艺 n固定床 吸附剂固定在吸附剂固定在 床层中的吸附床层中的吸附 过程过程 切换 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 29 吸附工艺 n移动床 吸附剂与吸附质 作相向（逆流） 运动的吸附过程 或错流 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LC
12、T 30 吸附工艺 n移动床 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 31 吸附工艺 n流化床 吸附质以较大 气流通过吸附 剂，并使吸附 剂呈流态化状 态的吸附过程 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 32 n流化床 吸附工艺 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 33 固定床吸附计算 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 34 固定床吸附计算 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 35 固定床吸附计算 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 36 保护作用时间 ：吸附过程中从开始吸附到破点 的这段时间，又称穿透时间。 在吸
13、附持续时间 内，所吸附的污染物的量，kg： a静活度值，% S吸附层的截面积 L吸附层的厚度 吸附剂的堆密度 V气体的流速 气流中污染物的初浓度 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 37 固定床吸附计算 n保护作用时间 L实际曲线与理论曲线的比较 1理论线 2实际曲线 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 38 固定床吸附计算 n同样条件下 n定义动力特性 对于同一吸附层 与吸附剂 d吸附剂颗粒的 直径 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 39 在实际设计固定吸附床时，吸附层高度必须大于 L0。当吸附层高度小于L0，出口气流中污染物的浓 度就会超过最大允许浓度，使吸附不完全。 L0常 称为工作层工作层或吸附区长度吸附区长度。气流速度、吸附剂颗粒 大小等都影响吸附区长度。 大气污染控制工程 湖南大学环境科学与工程系LCT 40 吸附器的压力损失 1）图解计算 2）欧根公式计算
