第十一章吸附法净化气态污染物ppt课件

1、第十一章 吸附法净化气态污染物气体吸附吸附由于固体外表上的分子力处于不平衡或不饱和形状，这种不饱和的结果使固体可以把与其接触的气体或液体溶质吸引到本人的外表上，从而使其剩余力得到平衡。这种在固体外表进展物质浓缩的景象，称为吸附。工业上的吸附操作就是利用固体外表的这种特性，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外表吸附质被吸附物质吸附剂附着吸附质的物质优点：效率高、可回收、设备简单缺陷：吸附容量小、设备体积大吸附机理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.放热反应；5.吸附可逆；1.吸附力化学键力；2.发生化学反应；3

2、.过程慢；4.升高温度有助于提高速率；5.吸附不可逆；物理吸附和化学吸附吸附热：化学吸附的吸附热与化学反响热相近，而物理吸附的吸附热与气体的液化热相近。吸附热是区别物理吸附和化学吸附的重要标志之一。 选择性：化学吸附具有较高的选择性。例如，钨和镍可以化学吸附氢，而氢那么不能被铝或铜所化学吸附。物理吸附那么没有多大选择性，其吸附量的多少取决于气体的物理性能及吸附剂的特性。吸附层厚度。化学吸附总是单分子层或单原子层的，且不易解吸。物理吸附可以是单分子层，也可以是多分子层的。解吸也容易；低压时，普通为单分子层的，随着吸附压强增大，吸附层往往变成多分子层。物理吸附和化学吸附温度的影响：化学吸附可以看成

3、是一个外表过程，这类吸附往往需求一定的活化能，它的吸附与脱附速度都较小。温度升高时，化学吸附速率和脱附速率都显著添加。而物理吸附不是一个活化过程，不需求活化能即使需求也很少。此类吸附的吸附速率和脱附速率都很快，普通不受温度的影响。它的吸附量随温度升高而下降。同一污染物能够在较低温度下发生物理吸附假设温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附吸附平衡当吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量到达极限值极限吸附量受气体压力和温度的影响吸附等温线 NH3在活性炭上的吸附等温线吸附等温线m单位吸附剂的吸附量P吸附质在气相中的平衡分压K,n阅历常数, 实验确定吸附方程式弗罗德里希Freundli

4、ch方程I型等温线中压部分lgm对lgP作图为直线吸附方程式朗格缪尔Langmuir方程I型等温线吸附方程式BET方程I、II、III型等温线，多分子层吸附吸附速率吸附过程 吸附 外分散气流主体 外外表 内分散外外表 内外表吸附速率外分散速率内分散速率总吸附速率方程吸附剂吸附剂需具备的特性内外表积大具有选择性吸附作用高机械强度、化学和热稳定性吸附容量大来源广泛，造价低廉良好的再生性能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-32006007501000800800800800热容/kJ(kgK)-10.8361.2540.8361.0450.920

5、.7940.794操作温度上限/K423773673873873873平均孔径/15251848224513再生温度 /K373413473523393423473573473573473573比外表积 /g-16001600210360600常用吸附剂特性活性炭：是许多具有吸附性能的碳基物质的总称。活性炭的原料是几乎一切的含碳物质。如煤、木材、骨头、果核、巩固的果壳如椰壳、核桃壳等，以及废纸浆、废树脂等，将这些含碳物质在低于878K下进展炭化，再用水蒸汽或热空气进展活化处置。比外表积普通可达7001000m2g，具有优良和广泛的吸附才干。非极性吸附剂，具有疏水性和亲有机物的性质，它能吸附绝大

6、部分有机气体，如苯类、醛酮类、醇类、烃类等以及恶臭物质，同时由于活性炭的孔径范围宽，即使对一些极性吸附质和一些特大分子的有机物质，依然表现出了它的优良的吸附才干，如在SO2、NOx、Cl2、H2S、CO2等有害气体治理中，有着广泛的用途。常用吸附剂特性活性炭纤维：是一种新型的高性能活性炭吸附资料，它是利用超细纤维如粘胶丝、酚醛纤维或晴纶纤维等制成毡状、绳状、布状等，经高温1200K以上炭化，用水蒸汽活化后制成的。活性炭纤维的外表积大，有的可高达2500 m2/g，密度小，微孔多而均匀，吸附容量大；同时，由于活性炭纤维的微孔孔道特别短，吸附和脱附速率高，吸附速率是颗粒活性炭的10100倍；脱附残

7、留量少，运用寿命长。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，其吸附才干比普通的活性炭高110倍，特别是对于一些恶臭物质的吸附量比颗粒活性炭要高出40倍左右。 常用吸附剂特性硅胶：将水玻璃硅酸钠溶液用无机酸处置后所得凝胶，经老化、水洗去盐，于398408K下枯燥脱水，即得到巩固多孔的固体颗粒硅胶。硅胶是一种无定形链状和网状构造的硅酸聚合物，其分子式为SiO2.nH2O，孔径分布均匀，亲水性极强，吸收空气中的水分可达本身分量的50%，同时放出大量的热，使其容易破碎。硅胶在运用上有很大一部分是用作吸湿剂枯燥剂，在用作枯燥剂时常参与氯化钴或溴化

8、铜，以指示吸湿程度。硅胶是一种极性吸附剂，可以用来吸附SO2、NOX等气体，但难于吸附非极性的有机物。硅胶还可用作催化剂的载体。 。常用吸附剂特性活性氧化铝：是将含水氧化铝如铝土矿在严厉控制的加热速率下于773K加热制成的多孔构造的活性物质。活性氧化铝是一种极性吸附剂，无毒，对水的吸附容量很大，常用于高湿度气体的吸湿和枯燥。它还用于多种气态污染物如SO2、H2S、含氟废气、NOX以及气态碳氢化合物等废气的净化。活性氧化铝机械强度好，可在挪动床中运用，并可作催化剂的载体。而且它对多数气体和蒸气是稳定的，浸入水或液体中不会溶胀或破碎。循环运用后其性能变化很小，因此运用寿命长。 常用吸附剂特性分子筛

9、是一种人工合成沸石，为微孔型、具有立方晶体的硅酸盐。通式为：Mex/nAl2O3x(SiO2)ymH2O分子筛内具有孔径均一的微孔，因此具有筛分性能。分子筛成为一种非常优良的吸附剂常用于含SO2、NOX、CO、CO2、NH3、CCl4、水蒸汽和气态碳氢化合物废气的净化。 优点在于：a.吸附选择性强；b.吸附才干强、吸附容量大；c.强极性吸附剂，对极性分子具有较强的亲和力；d.热稳定性和化学稳定性好，在较高的温度下仍有较大的吸附才干。常用吸附剂特性吸附树脂：最初的吸附树脂是酚-醛类缩合高聚物，以后出现了一系列的交联共聚物，如聚苯乙烯、聚丙烯酯和聚丙烯酰胺类的高聚物。这些大孔吸附树脂，有带功能团的

10、，也有不带功能团的；有非极性的，也有强极性的很多种类。吸附剂的选择步骤初选：根据吸附质的性质气体浓度和净化要求吸附剂的来源。活性实验寿命实验全面评价吸附法的适用范围吸附法主要适用于以下几个方面：对于低浓度气体，吸附法的净化效率要比吸收法高，吸附法常用于浓度低，毒性大的有害气体，但吸附法处置的气体量不宜过大。用吸附法净化有机溶剂蒸汽，具有较高的效率。当处置的气量较小时，用吸附法灵敏方便。气体吸附的影响要素操作条件低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附增大气相压力利于吸附操作气速：0.2-0.6m/s停留时间大于1S 吸附剂性质比外表积孔隙率、孔径、粒度等气体吸附的影响要素典型吸附质分子的横截面积气

11、体吸附的影响要素吸附质性质、浓度临界直径吸附质不易渗入的最大直径吸附质的分子量、沸点、饱和性吸附剂活性单位吸附剂吸附的吸附质的量静活性吸附到达饱和时的吸附量动活性未到达平衡时的吸附量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2.02.42.42.82.82.83.03.153.83.844.04.254.24.24.44.44.754.894.9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间二甲

12、苯邻二甲苯三乙胺5.05.15.15.25.35.35.585.936.16.76.76.86.96.96.97.17.48.4气体吸附的影响要素吸附剂再生升温再生降压脱附置换脱附吹扫脱附化学转化脱附气体吸附的影响要素吸附器设计时思索的要素要具有足够的气体流通面积和停留时间，它们都是吸附器尺寸的函数；要保证气流分布均匀，以致一切的过气断面都能得到充分利用；对于影响吸附过程的其它物质如粉尘、水蒸汽等要设预处置安装，以除去入口气体中能污染吸附剂的杂质；采用其它较为经济有效的工艺，预先除去入口气体中的部分组分，以减轻吸附系统的负荷；要可以有效地控制和调理吸附操作温度；要易于改换吸附剂。 吸附剂再生升

13、温再生降压脱附置换脱附吹扫脱附化学转化脱附吸附剂再生1升温再生 升高温度，有助于吸附质从固体吸附剂上逸出而脱附，这也就是吸附剂的吸附容量在等压下随温度升高而降低的缘由。 要根据吸附质和吸附剂的性质选择适当的脱附温度并严厉控制，既能保证吸附质脱附得比较完全，到达较低的剩余负荷，又能防止吸附剂失活或晶体构造破坏。 升温脱附经常采用过热蒸汽、电感加热或微波加热等方法。2降压脱附 降低压强也就是降低吸附质分子在气相中的分压，从而有助于吸附质分子从固相转入气相，到达脱附的目的。工程上采用降低吸附操作压力，或对吸附床抽真空进展脱附。 采用降压脱附要思索系统的平安性和经济性。3置换脱附 采用在脱附条件下与吸

14、附剂亲合才干比原吸附质更强的物质，将原吸附质置换下来的方法，称为置换脱附。置换脱附特别适用于对热敏感性强的吸附质，能使吸附质的残留负荷到达很低。 在气体净化中常运用热的水蒸汽作脱附剂。4吹扫脱附 吹扫脱附是向再生设备中通进不被该吸附剂吸附的气体，降低吸附质在气相中的分压，使其脱附出来。5化学转化脱附 向吸附床层中参与可与吸附质进展化学反响的物质，使生成的产物不易被吸附，从而使吸附质脱附。这种方法多用于吸附量不太大的有机物，可以使之转化成CO2而脱附下来。 实践运用中，往往是几种脱附方法的组合，例如用水蒸汽脱附，就同时具有加热、置换和吹扫的作用。吸附剂再生(a)吸附(b)解吸吸附设备吸附设备的分

15、类固定床挪动床流化床固定床吸附器立式固定床吸附器卧式固定床吸附器环式固定床吸附器缺陷延续操作时必然不断地周期性切换，为此要配置较多的进出口阀门，操作非常费事；需设置备用设备，即要有一部分吸附床进展再生，因此添加了总吸附剂用量；吸附剂层导热性差，吸附热不易导出，操作时容易出现部分床层过热；再生时不易加热升温暖冷却降温；热量利用率低，对于采用厚床层，压力损失也较大。 选择固定床吸附器的要点 假设仅短期处置，通常只需一个吸附安装，当然这要求吸附周期之间有足够的时间间隔，以便进展吸附剂的再生；对于要求延续操作，那么必需采用多台安装并联运用，以一定的顺序进展吸附-脱附-再生操作。工程中经常采用双吸附床或

16、三吸附床系统，其中一个或两个吸附床分别进展脱附-再生，其他的进展吸附。 挪动床吸附器流化床吸附器流化床吸附器优点由于流体与固体的剧烈扰动，大大强化了气固传质和传热；由于采用小颗粒吸附剂，使单位体积中吸附剂外表积增大；固体的流态化，优化了气固的接触，提高了界面的传质速率，从而强化了设备的消费才干，由于流化床采用了比固定床大得多的气速，因此可以大大减少设备投资； 由于气体和固体同处于流化形状，不仅可使床层温度分布均匀，而且可以实现大规模的延续消费。 吸附工艺固定床吸附工艺挪动床吸附工艺挪动床吸附工艺流化床流化床吸附工艺吸附安装的选型 设备出口排气必需到达排放规范。设备选型要具有针对性 采用先进技术

17、、工艺、设备和资料 经济合理 吸附安装的选型固定床构造简单，投资小，其处置规模可大可小，运用方便，因此以其运用最为广泛。但是，固定床设备庞大，吸附剂用量大，床层导热性能差。因此，在处置大气量、吸附热大的场所，经常思索运用挪动床或流化床。在实践运用上，流化床要比挪动床运用更为广泛。 吸附安装的设计要点 吸附剂的选择；吸附剂用量的计算；吸附器本体的设计；吸附器压降的计算；吸附器附属系统的设计 .吸附剂用量的计算希洛夫公式选择吸附剂，确定操作条件，包括温度、压力和流速；规定出适宜的破点浓度；在一定气速下，测不同床层长度Z的维护作用时间B，作出B-Z直线，求出K和0；定出操作周期B，化为min；将K、0、B代入希洛夫公式，求出Z，假设Z过长可以分层；B = KZ0 计算床层直径；求吸附剂