大气污染控制- 吸附

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1、目录 CONTENTS 大气污染控制技术-吸附 05 01 02 03 04 吸附基本理论 吸附设备的类型及特点 吸附剂选择与再生 吸附设备的设计与计算 影响吸附性能的主要因素 气体的吸附净化-概念 吸附：在固体表面进行物质浓缩的现象。 利用多孔固体对气体中不同组分吸附能力的差异，使一种或数种气 体组分富集于固体表面而从气相分离的过程。 气（液）体中的污 染物 （吸附质） 多孔固体 （吸 附剂） 放热过热过 程 优点：可有效去除其他方法难以分离的低浓度有害物质，净化效 率高、可回收有用组分、设备简单、易实现自动化控制。 缺点：吸附容量较小、设备体积大。 吸附分类： 物理吸附：吸附剂与吸附质之间

2、的作用力是分子间力（范德华力）。 特点：1）不发生化学反应； 2）吸附过程极快； 3）吸附热较小（20KJ/mol）； 4）吸附过程可逆，无选择性。 化学吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力是化学键力。 特点： 1）发生化学反应； 2）吸附热比物理吸附大得多（84-417KJ/mol） ； 3）吸附过程具有选择性，通常不可逆。 实际吸附过程中，低温时主要是物理吸附，高温时主要是化学吸附，物理吸 附一般在前。 气体的吸附净化-分类 气体的吸附净化-分类 化学吸附需要达到一 定 的活化能，所以此阶 段提高 温度可以加快吸附速率。 大部分吸附过程为放热反应， 温度升高不利于吸附。 石英砂负载氧化铁（IO

3、CS）吸附锑的过程是自发的、吸热的化学吸附反应 下列关于物理吸附和化学吸附描述错误的是？（ ） （A）物理吸附依靠范德华力进行 （B）物理吸附过程可逆，无选择性 （C）化学吸附需要吸附剂具有一定的活性才能发生 （D）所有吸附过程均为放热反应 习题 解释：ABC选项均正确，大多吸附过程均为放热反应，极个别情 况除外，可知D选项错误。 气体的吸附净化-理论 气体中的污染物 （吸附质） 多孔固体物质 （吸附剂） 吸附 脱附 吸附基本理论： 吸附净化效果取决于吸附平衡和吸附速率。吸附的实质：吸附质 以分子扩散的方式到达吸附剂表面而被富集。 V吸附=V脱附，吸附平衡（动态平衡 ） 气体的吸附净化-理论

4、吸附（动态）平衡：单位时间内被固体表面吸附的分子数量与逸出的分 子数量相等时，吸附达到平衡。 平衡浓度：平衡时，吸附质在气相中的浓度。 平衡吸附量（静吸附量或静活性）：动态平衡时，单位体积（质量）吸 附剂上所吸附的吸附质的量,kg/kg,kg/m3。 在实际吸附操作中，当吸附床层被穿透时，单位体积（质量）的吸附剂 所吸附的吸附质的量，称为动吸附量或动活性。 动活性动活性饱和时间穿透时间 饱和度=动活性/静活性 吸附设备的设计与计算 传质区越薄，吸附剂层越厚，则穿透时，吸附剂层的饱和度越大 穿透曲线：在穿透时间和饱和时间 之间出口中吸附质浓度的 变化曲线。 吸附设备的设计与计算 传质区高度：完整

5、的传质前沿曲线形成后 ，其在Z轴上所占据的长度 1)保护时间的确定 吸附设备的设计与计算 吸附速率无穷大时，t-L为一条通过原点的直线 吸附设备的设计与计算 希洛夫公式吸附层中未被利用部 分的长度（死层） KL K(L h) a吸附剂的静活性，kg吸附质/ kg吸附剂 ； v气体通过床层的速率，m/s； c0气体中污染物初始质量浓度，kg/m3。 0 保护作用时间 ，s； L床层长度，m； 0 保护作用时间损 失，s； K保护作用系数，由下列公式计算 ； b吸附剂堆积密度，kg/m3； 吸附设备的设计与计算 时间 损失 4Q u D m SL b 希洛夫公式设计与计算固定床吸附器 1.选定吸附

6、剂和操作条件 2.确定穿透点浓度，选取不同吸附 层厚度做实验，测相应的穿透时间 3.根据实验数据，绘制希洛夫直线 ， 得到斜率k和截距t0 4.确定操作周期，穿透时间tb 5.计算床层高度 6.计算床层直径 7.计算吸附剂装填量 8.计算压降 9.设计附件 KL 0K(L h) b吸附剂堆积密度，kg/m3； 为了避免装填损失，可多取5%-20%装 填量 拟用活性炭吸附器回收废气中所含的三氯乙烯， 已知废气中三氯乙烯浓 度为11.5g/m3，流量为12700m3/h。已知活 性炭对三氯乙烯的静活性 为26.29%，其堆积密度为230kg/m3，假 设气体通过床层的速度为 20m/min，并假设

7、死床层的厚度为0.15m。若要求吸附保护时间为 223min，求该吸附器的吸附剂用量（裕量取10%）？（ ） 练习 解 床层直径 为 吸附剂用 量 G c BT s0 262.9 min/ m 230 0.2629 K 20 11.5 103 x 262.9 0.15 39.4 min 0 KZ 0 K(Z Z 0 ) 262.9 (Z 0.15) 223 min 得床层高度为Z=1m 3.7m 3.14 20 4 12700 / 60 D 4Q u 4 1 230 852kg 3.14 3.72 1.1 W 1.1 AZB 练习 3）吸附器本体的设计略 4）吸附器压降的计算略 5）吸附器附属

8、系统的设计略 6）吸附系统的工艺设计 三部分：废气的收集、预处理和吸附、脱附。 预处理：除尘、除湿、温度和浓度调节、除去对吸附有影响的成P715。 吸附设备的设计与计算 工业用吸附剂的基本要求： 1）巨大的内表面积和孔隙率； 2）选择性强； 3）吸附容量大； 4）足够的机械强度、热稳定性、化学稳定性； 5）颗粒度适中且均匀； 6）易于再生和活化； 7）来源广泛，价廉易得。 吸附剂的选择和再生 吸附剂的选择和再生 1）活性炭 非极性吸附剂，具有疏水性和亲有机物的性质。 故：常用于溶剂蒸汽的回收、烃类气体的提取分离、动植物油的精制、 空气或 其他气体的脱臭、水和其他溶剂的脱色。 孔径范围大 故：对

9、一些极性吸附质和一些特大分子的有机物质，仍然有优良的吸 附能力， 如：SO2、NOx、Cl2、H2S、CO2等。 活性炭纤维： 对各种无机和有机气体、水溶液中的有机物、重金属离子等具有较 大的吸 附容量和较快的吸附速率，其吸附能力比一般的活性炭高1-10倍，特别是对于 恶臭物质的吸附容量要高40倍。 习题 与活性炭相比，关于活性炭纤维特点的描述哪项是错误的？ （A）比表面积更大 （B）吸附速率高 （C）容易脱附 （D）操作温度更高 2）活性氧化铝 对水分有很强的吸附能力，常用于：气体和液体的干燥、石油 气的浓缩和脱硫。浸入水或液体中不会溶胀或破碎。 3）硅胶 吸水容量很大，常用于：气体的干燥和

10、从废气中回收极为有用 的烃类气体。 4）沸石分子筛 具有强的吸水性，吸附水分子能力较强，不适用于水分含量较 高的废气净化。 吸附剂的选择和再生 下列有关吸附剂的论述，正确的是哪项？【】 （A）工业废气的净化回收只考虑选择吸附能力最强的吸附剂 （B）颗粒小的吸附剂比颗粒大的吸附剂更适用于流化床吸附装置 （C）活性炭可用于有机溶剂蒸汽的回收，也可用于SO2的分离净化 （D）吸附剂的吸附容量只与吸附剂的表面积有关 习题 吸附剂的再生 1）升温再生； 2）降压脱附； 3）吹扫脱附； 4）置换脱附； 5）化学转化脱附 6）溶剂萃取 一般来说，吸附能力越强，再生则越困难。 影响因素主要是温度、压力 影响因素主要是吸附质（剂） 的性质、化学组成、结构等 通入不被吸附剂吸附的气体，降低吸 附质在气相中的分压而脱附。 废气的预处理系统 预处理一般包括： 除去颗粒物、水分、油滴、催化剂毒物、降温（或升温），调整浓度等。 吸附法预处理目的 包括：除去颗粒物、油滴、水分以及可能堵塞吸附剂微孔的气态污染物，降温（升温） 和调整浓度等。 颗粒物、油滴堵塞吸附剂微孔 水分占据吸附表面，降低吸附容量 有些气态污染物被吸附后不能被脱附，也需要去除 进入吸附系统的有机废气浓度应控制在其爆炸极限下限的50% 以下； 进入吸附系统的废气温度一般应低于40度。