大气污染控制工程试验

1、大气污染控制工程实验三颗粒活性炭吸附净化气体中的乙酸乙酯1、实验目的和意义活性炭吸附广泛用于大气污染、 水质污染和有毒气体的净化领域。 通常情况 下，吸附法净化气态污染物系利用活性炭巨大比外表积所形成的良好物理吸附性 能将废气中的污染气体分子吸附在活性炭外表， 从而到达净化气体的目的。 通过 变温吸附操作，可实现吸附剂的再生并可得到浓集污染物的气体以利于后续的回 收或进一步处理。本实验采用固定床吸附器，用颗粒活性炭作为吸附剂、吸附净化浓度约为 30005000mg/m3 的模拟乙酸乙酯废气，通过一定工况条件下的吸附穿透曲线的 测定可计算出动态吸附量、 不同床层高度下的保护作用时间、 传质区高度

2、和不饱 和度等参数， 增加对吸附放热过程的认识。 同时，通过热空气吹脱脱附实验可加 深同学对变温吸附过程的认识。通过实验应到达以下目的：1) 深入理解吸附法净化有害废气的原理和特点。2) 加深对吸附传质过程和穿透曲线的理解。3) 掌握通过实验手段获得吸附床设计参数的方法。4) 加深对热脱附过程的理解。2、实验原理活性炭通常是基于其较大的比外表积所形成的物理吸附性能来吸附气体中 的乙酸乙酯的， 产生物理吸附作用的力主要是分子间的引力。 含污染物气流通过 颗粒活性炭床层后， 由于吸附速率的因素， 形成一个传质吸附区， 在形成相对稳 定的传质区后， 传质区根本上沿气流方向向前恒速推进。 床尾出口气流

3、浓度一开 始保持不变，到达破点后， 逐渐升高直到接近进口浓度。 本实验通过穿透曲线的测定和数据处理可加深对吸附传质过程的理解，通过对吸附床温度监测可增加对 吸附放热的认识，同时，通过对床层热气体脱附过程的观察， 加深对变温脱附过 程的认识。3实验装置、流程3.1实验流程实验流程及装置如图3.1所示。包括气体发生和计量系统，吸附柱含底部 加热系统，采样及分析系统等。1.主气流流量计 2，3.配气流量计；4.配气混合装置；5鼓泡气体发生器；6.混合缓冲器； 7吸附塔；8.再生加热器；9.配气气泵；10主气泵；a, b, c, d，e, f，g阀门；T1，T2， T3.T4，T5温度传感器系统不同阶

4、段的阀门开闭状态情况：起始阶段配气为方式配气过程中的气体发生吸附作用，设置旁路：关闭阀门a，d，f打开 b，c，e，g吸附阶段：翻开阀门 b，d，e，f，g;关闭阀门a，c 脱附阶段：翻开阀门 a，c，d，g;关闭阀门b，e，f图3.1乙酸乙酯吸附台架实验装置本实验采用鼓泡法配制一定浓度的乙酸乙酯气体。 通过流量计1, 2, 3流量 的控制及鼓泡发生器水浴温度的控制调节可配置出一定流量一定浓度的乙酸乙 酯气体。经流量计2, 3计量的空气通过恒温水浴鼓泡方式形成相对饱和的乙酸 乙酯气体，与来自主气流管道流量计1的气体在混合配气装置4处稀释混合后通 过缓冲器6进一步均化后可配制成一定气量和一定浓度

5、的乙酸乙酯气体。不锈钢吸附器共设有三个吸附段，外径为 100m m,其中圆环形保温层厚度 为25mm，吸附柱有效直径50mm。本实验中只有中间段装填有90mm厚度的颗 粒活性碳层。吸附器底部设有气体电加热装置用于吸附床再生。每层吸附段均设 有温度探头用于监测实验过程中的床层温度变化情况。系统设置的管道阀门系统可实现配气旁路， 吸附塔气体从上向下的吸附和热 气体从下向上的脱附等流动线路。气体中乙酸乙酯浓度定量分析采用气相色谱已有标准曲线，辅以FID或 PID有机气体分析仪确定出口气体采样时机。3.2实验仪器设备气泵压力 7.5KPa，气量 12m3/h1台气泵压力 35KPa,气量 20L/mi

6、n1台乙酸乙酯气体发生器1套带保温不锈钢吸附器:外径 DFOOmm，有效吸附器内径 d=50mm可装填咼度H=120mm共3段，本实验中仅中段装填颗粒活性炭90mm，装炭量60g;底部配设气体电加热器1座混合缓冲器1个转子流量计气30.66 m3/hLZB-151个转子流量计25250 L/hLZB-41个转子流量计1001000L/h LZB-61个红外温度计1只空盒式大气压力计1只气相色谱仪GC7890F标准曲线测定浓度1台MicroFID有机气体分析仪用于判断穿透点1台天平分辨率0.1g1台100ml注射器1支1ml气体进样针1支4、实验方法和步骤60g颗粒活性碳已装填在不锈钢吸附柱的中

7、间段(活性炭堆积密度约为R3360kg/m3),通过旁路排放系统预配气体浓度约 4000mg/m、流量约2.4 m /h的污染气流。然后切换阀门 C、D、F到吸附柱管线“通位置，在气流稳定流动 的状态下，定时由S1或S5处采样测量净化后的气体中乙酸乙酯的浓度并定时 记录吸附柱3点处的温度变化情况，待吸附净化排气中污染物浓度升高到进气浓 度85%以上时停机。通过以上实验可得到入口气体，等温操作条件下活性炭对工 况条件下乙酸乙酯的吸附透过曲线，以及吸附层断面和出口气体的温度变化曲 线。吸附试验结束后，开启吸附塔底部的电加热装置，设定温度150C，设定气体流量2m3/h，开始吹脱试验，定期采样测定脱

8、附排放口S1处的乙酸乙酯浓度并观察记录吸附柱上的3处温度变化情况。通过该阶段实验可得到热气体脱附曲 线和脱附过程床层温度变化曲线。实验操作步骤如下:(1) 启动气相色谱仪，FID或PID有机气体分析仪。(2) 启动乙酸乙酯发生器水浴锅，调节水浴温度高于环境温度2-5C(3) 翻开阀门b, c，关闭a、d，f，启动气泵1，调节阀门a、确定流量计1的 流量在2.4m3/h左右(此时吸附床空塔气速约为 0.34m/s)。9,翻开阀门e,翻开流量计2或3的调节阀至某一流量(建议值0.5 L/min )，调节流量计2或3的阀至适宜开度使得由S1处测定的配制气体浓 度为3000-5000mg/m3浓度区间

9、中的某一点。(5) 翻开d，f，关闭c,记下此时时间T0，在其后的10min中内每隔5min在采 样口 S2处通过100ml注射器采样，然后由1ml注射进样器分样通过气相色谱分 析吸附柱入口气体浓度，得到的3点平均浓度作为本次实验的入口浓度。计录此时的流量计1和2或3的流量，并在其后的实验中保持稳定(6) 每隔3min定期记录吸附柱T1，T2，T3处的温度(7) 通过FID或PID检测S1处排气中乙酸乙酯的浓度情况，当 FID或PID开 始有读数后，每隔10min通过100ml针筒在S1处采集气体样品进行浓度分析，直至出口浓度达进口浓度值的85%以上。吸附试验期间，可通过 S2处采样分析 来确

10、定进气浓度是否稳定。实验期间注意观察并保持配气流量计流量的稳定(8) 吸附系统发生源的关闭：关闭乙酸乙酯发生器流量计2或3的阀门，关闭 风机9,关闭阀门Q关闭乙酸乙酯发生器的水浴系统电源。(9) 脱附系统的启动：阀门a，d，c翻开，b、e，f关闭，翻开吸附器底部电加 热器的开关，记下此时时间 Tr,同时开始记录吸附柱 T1, T2，T3温度。以后 每隔3min记录床层温度，每隔10min由S1处采样分析排气浓度，并直至 T2温 度在140T以上时间保持10min以上后为止。(10) 脱附系统的停：关闭电加热器，继续每3min 次的温度记录，待T2温 度降低到45C时，关闭流量计1的风机和阀门。

11、(11) 用清洁空气净化FID仪内部23分钟后关闭电源。(12) 关闭气相色谱，关闭所有实验设备电源。5、数据记录及整理5.1实验根本参数记录1)吸附器直径 d50mm2)活性炭装填高度H=mm活性炭堆积密度360 kg/m3装填量Wac60 g3)吸附操作条件进口气体浓度丫0mg/m3气体流量G1+G2L/min温度绝对压力Pa4)脱附操作条件再生气体流量m3/hKPa电加热器温度 TK5.2实验结果及整理吸附实验数据记录及分析结果吸附试验启动时刻To 出口穿透浓度生成时刻 Tb实验停止时刻 T与乙酸乙酯浓度关系表实验时间乙酸乙酯浓度mg/m 根据实验结果绘制乙酸乙酯吸附穿透曲线。由该图确定

12、出穿透时间tB。设透点浓度Yb为进口浓度5%,饱和点时间tE设饱和点浓度Ye为进口浓度的85%。 根据吸附穿透曲线，确定实验所用床层的传质区高度Za及到达破点时该吸附 装置的吸附饱和度a，及该吸附床的动活性。提示：通过图形积分采用式3.1得出E;WeUwByoydWE-B3.1YoWa丫。b :到达破点时的累计体积m3e :到达饱和点时的累计体积m3Wa： b-WE传质区移动一个传质区长度时间段内的累积气体体积m3Yo :为气体进口浓度mg/m3Y：气体出口浓度mg/m3通过式2.2计算出Za,净化效率n %吸附床层温度进口出口T1T2T3ToTo+AT3.23.3WaWE _ (1 _ E)Wa式3.3计算出a ；z -EZa33Wb= (Tb-To) G- 10 m到达破点时刻的吸附量AAb=(Yo -Yb) Wb动活性=A b/WAc g乙酸乙酯/g活性炭522脱附实验数据记录及分析结果脱附试验启动时刻Tr 实验停止时刻 Tr' Tr与床层温度和乙酸乙酯脱附浓度关系实验时间乙酸乙酯浓度(mg/m3)床层温度S1出口T1T2T3TrTr+ t绘制脱附过程出口浓度和床层温度随时间的变化曲线。6实验思考(1) 通过该实验系统还可以通过测定不同长度吸附柱的破点时间通过希罗夫方 程确定吸附柱的传质参数，请设计实验