大气污染控制工程气态污染物控制技术基础气体吸附

1、第7章 气态污染物控制技术基础气体吸附 2 - 气体吸附吸附剂吸附机理吸附工艺与设备计算教学重点：吸附过程与吸附剂、吸附理论、吸附设备及其计算方法、吸附法净化有机蒸气教学难点：吸附设备及其计算方法、吸附法净化有机蒸气2气体吸附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、设备简单缺点：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.过程慢；4.升高温度有助于提高速率；

2、5.吸附不可逆；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，发生化学吸附一、吸附剂吸附剂需具备的特性内表面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)-10.8361.2540.8361.0450.920.7940.794操作温度上限/K423773673873873873平均孔径/15251848224513再生温度 /K37341347

3、3523393423473573473573473573比表面积 /g-16001600210360600常用吸附剂特性分子筛特性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气相压力利于吸附 吸附剂性质比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）气体吸附的影响因素典型吸附质分子的横截面积气体吸附的影响因素吸附质性质、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达到饱和时的吸附量动活性未达到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

4、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气体吸附的影响因素吸附剂再生 溶剂萃取活性炭吸附SO2，可用水脱附 置换再生脱附剂需要再脱附 降压或真空解吸 吸附作用 ，再生温度 加热再生吸附剂再生(a)吸附(b)解吸吸

5、附平衡当吸附速度脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到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二、吸附机理吸附等温线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经验常数, 实验确定吸附方程式弗罗德里希（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 外扩散（气流主体 外表面） 内扩散（外表面 内表面）吸附速率外扩散速率内扩散速率总吸附速率方程吸附工艺固定床吸附工艺移动床吸附工艺移动床吸附

6、工艺流化床固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附计算固定床吸附计算保护作用时间L实际曲线与理论曲线的比较1理论线2实际曲线固定床吸附计算同样条件下定义动力特性固定床吸附计算吸附床长度假定条件等温吸附低浓度污染物的吸附吸附等温线为第三种类型吸附区长度为常数吸附床的长度大于吸附区长度固定床吸附计算吸附床长度L0吸附区长度WA穿透至耗竭的惰性气体通过量WE耗竭时的通过量1-f吸附区内的饱和度吸附器的压力损失1）图解计算移动床计算操作线吸附速率方程例：用连续移动床逆流等温吸附过程净化含H2S的空气。吸附剂为分子筛。空气中H2S的浓度为3（重量），气相流速为6500kg/h，假定操作在293K和1atm下进行，H2S的净化率要求为95，试确定： (1) 分子筛的需要量（按最小需要量的1.5倍计）； (2) 需要再生时，分子筛中H2S的含量； (3) 需要的传质单元数。解：(1) 吸附器进口气相组成： H2S的流量0.036500195kg/h 空气的流量65001956305kg/h 吸附器出口气相组成： H2S0.05(195)9.75 kg/h 空气6305 kg/h 移动床计算移动床计算实验得到的平衡关系如右