大气污染控制工程第章气态污染物控制技术

1、大家好 第七章气态污染物控制技术基础(2)气体吸附吸附原理吸附剂吸附速率吸附工艺与设备计算第二节吸附法净化气态污染物吸附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吸附质一被吸附物质吸附剂一附着吸附质的物质优点：效率高、可回收、设备简单，易实现自动化控制。缺点：吸附容量小、设备体积大，需频繁再生。常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化，但处理的气体量不宜过大;对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率;当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。废气治理中脱除水分、有机蒸汽、恶臭、HF、SO?、NC等，海水淡化中也有使用。、吸附原理Step2:MigrationintoPoresofAdsor

2、bentStep3:MonolayerBuildupofAdsorbateStep1:DiffusiontoAdsorbentSurfaceContaminantMolecules1吸附类型1吸附类型物理吸附、色学吸附1吸附力一范德华力，单层或多层吸附；2不发生化学反应；3过程快，瞬间达到平衡；放热反应；吸附可逆；解吸易；选择性不高。1吸附力一化学键力，单层吸附；发生化学反应；过程慢；升高温度有助于提高速率；、吸附不可逆；6.解吸难7选择性高。( 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，发生化学温度2吸附平衡和吸附等温线方程当吸附速度=脱

3、附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值一静吸附量分数（m吸附的吸附质/m吸附剂）极限吸附量受气体压力和温度的影响吸附等温线NHs在活性炭上的吸附等温线吸附等温线吸附等温线相对压力相对压力a&s相对压力相对压力相对压力相对压力图7-166种类型等温吸附线I型.80K下N冷活性炭上的吸附；UW.78K下N,在雄胶上的吸附;DI351KT溟在碓胶上的吸附；IV型.323K下苯在FcO上的吸附；V型.373K下水蒸气在活性炭上的吸附；“粮.怖性气体分子分阶段多层吸附吸附等温线方程吸附等温线方程 弗罗德利希(Freundlich)方程(I型等温线中压部分)也乃对作图为直线X一被吸附组分的质量与吸附剂质

4、量比值P吸附质在气相中的分压S经验常数，实验确定，通常宛1斜率在0105表示吸附易进行，若大于2,则难以进衍吸附等温线方程吸附等温线方程朗格缪尔（LangmuiiO方程式丄9年导出，较好适用于I型的理论公式设：吸附质对吸附表面的覆盖率为则未覆盖率为（1）o、若气相分压为则吸附速率为（1-&）。解吸速率为婕,当吸附达平衡时:3（10）=k少式中：知心分别为吸附，解吸常数。 朗格缪尔（Langmuir）方程式令B二匕為，则若A为饱和吸附量，则单位量吸附剂所吸附的吸附质量Xt为:（朗氏方程）其中：A,为常数。当压力P很小时助vvl,贝！）：当压力p很大时助1,则Xt=A,即此时吸附量与气体压力无关，

5、吸附达到饱和。0=V/Vm其中:气体分压为p时被吸附气体在标准状态下的体积;吸附剂被覆盖满一层时被吸附气体在标准状态下的体积说明：(1)p/VMp作图，得一直线;(2)由斜率1/叮和截距1/(VJ,可算出Vmo:朗氏方程式是目前常用的基本等温吸附方程式,但&较大时，吻合性较差。吸附等温线方程吸附等温线方程BET方程（I、mIII型等温线，多分子层吸附）（坨-F）1+（C-1）尸/引二P_1JC-1）F-P）吆CVmCPQV被吸附气体在标态下的体积p_吸附质在气相中的平衡分压几_吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压匕吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积C与吸附热有关的常数二、吸附剂吸附剂需具备的特

6、性内表面积大极其疏松的固态泡沫体选择性吸附，吸附能力随吸附组分沸点升高而增大较高机械强度、化学和热稳定性吸附容量大，吸附容量与表面积、孔隙大小、孔径分布、分子极性及吸附剂分子上官能团性质有关来源广泛，造价低廉良好的再生性能气体净化常用的吸附剂白土：漂白土和酸性漂白土，主要成分硅铝酸盐，经加热和干燥后，形成多孔结构的物质。活性氧化铝：将含水氧化铝，加热到737K,使之脱水形成。用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化（对水有强吸附能力）。硅胶：SiO2nH2O,亲水性，吸附水份量可达自身质量的50%,而难于吸附非极性物质。常用于处理含湿量较高的气体干燥，炷类物质回收等。活性炭：疏水性，常用于空气中

7、有机溶剂，催化脱除尾气中SO?、NO*等恶臭物质的净化；优点：性能稳定、抗腐蚀。缺点：可燃性，使用温度不超过2009。沸石分子筛：是一种人工合成沸石，多孔性的硅酸铝骨架机构。16常用吸附剂特性常用吸附剂特性吸附剂类型活性炭活性氧化铝硅胶堆积密度/kgm-32006007501000800热容/kJ(kgK)T0.8361.2540.8361.0450.92操作温度上限/K423773673平均孔径/A1525184822再生温度373473393/K413523423比表面积/mpi6001600210360600沸石分子筛4A、5A13x8008008000.7940.79487387387

8、34513473473473573573573 分子筛特性分子節是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化仝扬，表面为固体苛杂，内部的孔夬可起到哌附分子的作用。由于孔员的结晶性质，分子第的孔彳至分布非常均一。只吸附那些小于分子第孔径的分子。具有强烈的吸水性。Y(ttYS)1836910NaO*AliOs*5SiOf8H$0钠套光梆石13865N2。*AltO6SiOv67HtO气体吸附的影响因素操作条件，低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附增大吸附质分压利于吸附吸附剂活性单位吸附剂吸附的吸附质的量。以被吸附物质的重量对吸附剂的重量或体积分数表示。吸附剂活性是指在一定温度下，与气相中被吸附物质的静活性初始浓

9、度平衡时的最大吸附量，即在该条件下，吸附达到饱和时的吸附量。吸附过程未达到饱和时单位吸附剂吸附吸附质的量。流体通过吸附剂床层时，床层中吸附剂逐渐趋于饱和。当流出吸附层的气体中发现有吸附质时，吸附器中的吸附剂层已穿透，这时单位吸附剂所吸附的吸附质的量称为动活性。活性炭吸附SO2,可用水脱附 活性炭吸附SO2,可用水脱附 #气体吸附的影响因素吸附剂再生加热再生吸附作用卜再生温度降压或真空解吸置换再生脱附剂与吸附质的被吸附性能越接近，脱附剂越省脱附剂需要再脱附溶剂萃取解性能远大于吸附吸附剂再生D.Stwm(b)解吸22CleanairOJTSoFvnttogtoragtVapoc-ladeniiri

10、nSolventviporjtrappedincarbonwastewjtcr吸附速率吸附速率三、吸附速率对流扩敵孔隙扩粒气吸阳质吸附过程外扩散（气流主体一外表面）内扩散（外表面=8内表面）A吸附阻力外扩散内扩散吸附本身物理吸附面的质量内扩散速率為翩内扩散吸附剂的外扩散速率-总吸附速率方程警=g（）O=g（&xq11m111$毎gk&Kq如如平衡曲线的斜率常数吸附速率吸附速率M於系统平衡时的吸附量M於系统平衡时的吸附量动力学控制K化学平衡常数 #四、吸附工艺与设备计算1吸附设备穿床速度通过吸附器的速度；气体穿床速度V吸附剂悬浮速度，吸附剂颗粒静止，属于固定床；气体穿床速度大致等于吸附剂悬浮速度

11、，颗粒沸腾，并在一定空间内运动，属于流化床；气体穿床速度远超吸附剂悬浮速度，颗粒被送出吸附器,属于移动床。271271什么叫固定床、移动床、流化床?体粒子处于堆紧状态，颗粒静止不动的床层叫做司O床层的压降随流体速度的増加而増加。流体和体颗粒同时进入反应器。它们互相接触,一面进行反应，一面颗粒移动。这种反应床层叫O床层颗粒之间脱离接触,颗粒悬浮在流体中,往各个方向运动的床层叫。床层高度和空隙率随流速増大而増大，但床层压降基本不随流速而变。图7-20半连续式固定床吸附流程图7-20半连续式固定床吸附流程2吸附工艺流程固定床间歇式吸附半连续式吸附再生气体和吸附质净化后气体再生气体I442吸附工艺流程

12、I来自脱附塔移动床连续式吸附处理气量大动力和热量消耗大吸附剂磨损大气体出气体入口图7-21移动床吸附工艺流程图I料斗；2吸附器；3风机；4.传送带 #移动床在反应器顶部连续加入颗粒状或块状固体反应物或催化剂,随着反应的进行，固体物料逐渐下移,最后自底部连续卸出。流体则自下而上（或自上而下）通过固体床层,以进行反应。由于固体颗粒之间基本上没有相对运动，但却有固体颗粒层的下移运动，因此,也可将其看成是一种移动的固走床反应器。2吸附工艺流程流化床连续式吸附气固接触充分传热传质速率快气流与床层颗粒返混造成吸附剂颗粒都与出口气体保持平衡能耗高，磨损严重气体岀口图7-22连续式渝化床吸附工艺流程图I.料牛

13、；2.多层流化床吸附SH3.风机：4.皮带传送机；5再牛.塔3固定床吸附器计算3固定床吸附器计算00ConcentrationProfileAlongaColumn0|BedDepth:饱和区!吸附传；质区!未吸附IAdsorption-1久区FixedBed3固定床吸附器计算3固定床吸附器计算未吸附区和区吸附和完全饱和吸附床入口吸附床出口图7-23在不同时间内吸附床不同截面处气流中污染物的浓度分布吸附传质区穿透点穿透时间（保护作用时间）：从含污染物的气流开始通入吸附床到穿透点的时间OutletgasflowCt1EffluentstandardOutletconcentration/Inle

14、t8ncentrationinletgasflowInletgasflowInletgasflow35Breakpoint(switchtoclearbedoccursbefore)COS2E00CQ0SaturatedcarbonAdsorplion-一*zone/Clean”carbonOutletgasflowC,2OutletgasflowCtJBreakthroughcurve穿透曲线吸附床处理气体量和出口气体中污染物浓度之间关系觇曲线饱和时间与饱和度气流从开始进入吸附层到整个吸附层达到饱和的时间成为饱和时间。吸附层的实际吸附量与该操作条件下的饱和吸附量之比称为饱和层的饱和度。吸附层

15、穿透时的饱和度就是该吸附层的动活性与静活性的比值。保护作用时间的确定，希洛夫公式假定：吸附层达到穿透点时全部处于饱和状态，即静活度么气相中卩相当大，那么次二匕次不再与气相浓度有关3固定床吸附器计算保护作用时间X在时间内的吸附量，kg静活度值，%L吸附层厚度，mPb吸附剂的堆积密度，kg/m3V气体流速，m/slL实际曲线与理论曲线的比较1一理论线2实际曲线Po气流中污染物初浓度，kg/m3当吸附速率无穷大时，保护用时间与吸附层长縻的关系是一条过原点的直线。丫一L实际曲线与理论曲线的比较1一理论线2实际曲线3813固定床吸附器计算保护作用时间实际上吸附操作的时间T比才小当U吸附层厚度）乙。（吸附

16、区长度），它是直线且与1平行当是一条通过原点的曲线希洛夫方程固定床吸附器计算吸附和完全饱和未吸附区饱和区吸附传质区穿透点嵌妊口-H库琛凹穿透曲线床层长度吸附床入口吸附床出口图7-23在不同时间内吸附床不同截面处气流中污染物的浓度分布 二、吸附机理吸附平衡弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分）.朗格缪尔（Langmuir）方程式BET方程（I、11、111型等温线，多分子层吸附）气体吸附的影响因素操作条件低温有利于物理吸附；高温利于化学吸附增大吸附质分压利于吸附吸附剂性质A内表面积大A选择性吸附，吸附能力随沸点升高而增大A较高机械强度、化学和热稳定性A吸附容量大，吸附容量与

17、表面积、孔隙大小、孔径分布、分子极性及吸附剂分子上官能团性质有关对流扩敵孔隙扩粒对流扩敵孔隙扩粒气体吸附的影响因素吸附剂再生加热再生降压或真空解吸置换再生溶剂萃取吸附速率吸附过程外扩散（气流主体一外表面）内扩散（外表面=8内表面）外扩散控制内扩散控制|气吸阳质A吸附lL实际曲线与理论曲线的比较1理论线2实际曲线固定床吸附器计算保护作用时间1希洛夫方程T=竺乂厶一=K(L-h)a静活度，S-吸附层截面积,nPE吸附层厚度,m几一吸附剂堆积密度，kg/m3气体流速，m/sPg一污染物浓度，kg/m3厲一保护作用时间损失；方一死区长度3固定床吸附器计算希洛夫方程T=空丄厶一=K(L-h)K吸附层保护

18、作用系数，其物理意义是：当浓度分布曲线进入平移阶段后，浓度分布曲线在吸附层中移动单位长度所需要的时间。1/K此浓度分布曲线在吸附层中前进的线速度。lL实际曲线与理论曲线的比较1一理论线2实际曲銭45|H吸附层未被利用部分的长度,亦称为“死层”O4移动床吸附器计算4移动床吸附器计算 #吸附区污染物在气相中的含量匕污染物/惰性气体基于惰性气体的气相质量流量G污染物在吸附相中的含量X,污染物/净吸附剂净吸附剂的质量流量厶全床对污染物作物料衡算考虑吸附器上部4移动床吸附器计算4移动床吸附器计算 4移动床吸附器计算4移动床吸附器计算例：用连续移动床逆流等温吸附过程净化含HqS的空气。吸附剂为分子筛。空气中HqS的浓度为3%(重量)，气相流速为6500kg/h,假定操作在293K和latm下进行，H?S的净化率要求为95%,试确定：分子筛的需要量(按最小需要量的15倍计)；需要再生时，分子筛中H?S的含量；需要的传质单元数。解：(1)吸附器进口气相组成：翳003HqS的流量=0.03X6500=195kg/h空气的流量=6500-195=6305kg/h吸附器出口气相组成：QVS=_=1H2S=0.05X(195)