第五章吸附和吸收处理空气的原理与方法

第五章吸附和吸收处理空气的原理与方法第五章吸附和吸收处理空气的原理与方法空气除湿方法冷却除湿法固体吸附法(固体床吸附法与转轮法)液体吸收法膜法具体采用哪种方法,要根据除湿空气得风量、压力、温度与空气得含湿量,结合具体得应用背景进行选择。水表冷器水空气独立降温独立除湿溶液除湿空调系统示意图基于膜得全热交换器在空调新风处理中应用冷却除湿法原理:利用湿空气被冷却到露点温度以下,将冷凝水脱除得除湿方法,又称露点法或冷冻法;空气冷却器除湿或喷淋室除湿得方法属于冷却除湿;缺点:仅为降温,表冷器中冷媒温度为20℃左右即可;为除湿,冷媒温度降低到7℃以下,使制冷机COP降低。无法使用自然冷源再热、双重能量浪费霉菌固体吸附法原理:利用某些固体吸附剂吸湿硅胶、沸石吸水蒸汽、再生－>吸附、脱附固气包括固体床吸附法与转轮法;优点:技术较为成熟,可靠性高;缺点:体积较大,再生过程吸附剂需要频繁加热与冷却,能耗较高,一次性使用吸湿剂又成本过高。液体吸收法原理:利用某些吸湿性溶液吸收空气中得水分;氯化锂、溴化锂吸水蒸汽、再生－>吸收、再生液气优点:传热表面即使降到0℃以下也不会结霜;除湿盐溶液具有杀菌性;缺点:若溶液流速选得不合适将产生溶液飞沫,并随空气一起进入管道,腐蚀金属。膜法除湿原理:利用亲水性除湿膜进行除湿,即利用渗透分离。膜科学技术就是一门新兴得高分离、浓缩、提纯、净化技术。膜法除湿研究领域主要集中在三个方面:压力除湿、膜法全热回收与膜湿泵。优点:能耗低。缺点:制备工艺复杂,如果就是液体还要对料液进行预处理,以防堵塞。

大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静5、1吸附材料处理空气得机理与方法

1、基本知识与概念几个名词吸附现象:相异二相界面上得一种分子积聚现象。吸附(adsorption):把分子配列程度较低得气相分子浓缩到分子配列程度较高得固相中。吸附剂(adsorbent):使气体浓缩得物质。吸附质(adsorbate):被浓缩得物质。例如:硅胶(吸附剂),水蒸汽(吸附质)吸附种类物理吸附－>分子间范德华力引起,无化学反应,就是可逆吸附吸附质与吸附剂之间不发生化学反应;对所吸附得气体选择性不强;吸附过程快,参与吸附得各相之间瞬间达到平衡;为低放热反应,放热量比相应气体得液化潜热稍大;吸附力不强,在条件改变时可以脱附。以硅胶与水蒸气(物理吸附)为例,硅胶+水蒸汽－>硅胶•nH2O+Q(>凝结热)化学吸附－>有化学反应吸附平衡与吸附等值线平衡态下等值线有:吸附等压线:q＝f(T),p=const吸附等温线(经常使用):q＝f(p),T＝const一般,吸附量可表示成温度与压力得函数:q=f(p,T)吸附剂结构:多孔介质,比表面积按孔隙大小分为三类:微孔、过渡孔、大孔微孔过渡孔大孔有效半径(埃)5-1515-2000>2000比表面积(m2/g)>40010-4000、5-2特点在微孔得整个空间存在着吸附力场进入微孔得主要通道通向吸附剂颗粒内部得粗通道代表物质沸石、某些活性炭硅胶、铝凝胶吸附剂得特性参数:

吸附剂密度:堆积密度ρ、真密度(ρs)、颗粒密度(ρp)堆积密度ρ真密度(ρs)颗粒密度(ρp)ρ<ρp<ρs吸附剂得特性参数多孔体得外观体积:孔径分布:通常使用吸附等温线得数据来计算孔径分布;颗粒当量直径、单位体积表面积2、等温吸附线(AdsortionIsotherms)朗谬尔公式限制条件:吸附分子间无相互作用,且为单层吸附。当bp>>1时,即整个表面被单分子层所覆盖当bp<<1时,即亨利公式弗雷德里克公式

若1/n在0、1－0、5之间,吸附容易进行,1/n大于0、5时,则吸附很难进行。限制条件:仅用于吸附质未达到饱与状态时。当吸附表面出现凝结与结晶时,吸附现象则不明显了。BET公式适用范围:多分子层吸附,0、05<p/p0<0、35。等温吸附线(AdsortionIsotherms)微孔吸附与吸附质分子大小相当得微孔,其周壁得吸引力使吸附剂分子填充微孔而产生吸附作用。对于给定得吸附剂与吸附质,吸附平衡与温度无关,可用吸附势表示:

3、常用吸附剂得类型与性能极性吸附剂(亲水性):硅胶、多孔活性铝、沸石等铝硅酸盐非极性吸附剂(憎水性):活性碳硅胶、活性氧化铝及沸石得性能比较

4、吸附传质机理与数学模型传质速度就是决定吸附性能得重要因素之一;传质速度由以下机理决定:在吸附剂颗粒外流体边界层内得对流传质;在吸附剂颗粒内部被吸附物质得分子扩散;在吸附点进行得吸附反应。吸附时,气体先通过气膜到达颗粒表面,然后才向颗粒内扩散,脱附时则逆向进行。计算公式与浓度方程5、空气静态吸附除湿与动态吸附除湿干燥循环干燥剂:吸附空气中水蒸气得吸附剂。运行条件:干燥剂表面得蒸汽压与环境空气得蒸汽压差造成干燥剂吸湿与放湿。吸湿量对干燥剂蒸汽压有影响:吸湿量增加,表面蒸汽压随之增大。再生过程:干燥剂表面蒸汽压超过周围空气得蒸汽压时,干燥剂脱湿。干燥过程:吸湿过程、再生过程与冷却过程静态吸附除湿定义:指吸附剂与密闭空间内得静止空气接触时,吸附空气中得水蒸气得方法。设计得任务:选择合适得吸附剂以使密闭空间内得水份量达到要求得水份量。【例5-1】停用得锅炉内壁放多少吸附剂合适？查干饱与水蒸气表可得:ρ0=53、7×10-3kg/m3,ρ1=6、80×10-3kg/m3。q0为相对湿度为30%时硅胶得平均吸湿量,等于0、17kg/kg。又已知:V=10m3,R=8kg。由公式(4-33)得:动态吸附除湿定义:让湿空气流经吸附剂得除湿方法。优点:吸附剂量较少,设备占地面积也小,花费较少得运转费就能进行大空气流量得除湿。一个完整得干燥循环由吸附过程、脱附过程或称再生过程以及冷却过程构成。再生方式:加热再生方式、减压再生方式、使用清洗气体得再生方式、置换脱附再生方式。除湿得方式冷却除湿就是在除湿得同时通过冷却水或空气将吸附热带走,保持近似等温除湿;绝热除湿则近似等焓过程,即被除湿得处理气流含湿量降低得同时,温度会升高,气流得焓值基本不变。改善吸湿式空气处理方式得关键就是变等焓过程为等温过程,吸收或补充空气与吸湿介质间传质产生得相变潜热,从而减少这一过程得不可逆损失。(好)(不好)

选择吸附剂得标准要求空气压力损失小,具有适当得强度不致粉末化、具有足够大得吸附容量;吸附剂粒水分得移动速度快,以便能尽快地达到平衡状态。设计时预先要增加一些考虑劣化量得吸附剂填充量。6、吸附除湿设备——转轮除湿机abcdeφ=1分类:氯化锂转轮、硅胶转轮、分子筛转轮abcdefabcde7、吸附除湿型空调系统简介1:蒸发冷凝器;2:热交换器;3:加热器;4除湿器abcdefghi除湿型新风空调系统工作原理与温湿图全回风除湿型空调系统工作原理图与温湿图

1:蒸发冷凝器;2:热交换器;3:加热器;4除湿器Dunkle型除湿空调系统工作原理图与温湿图

1:水蒸发器;2:次级换热器;3:初级换热器;4除湿器;5加热器除湿转轮用于新风全热回收除湿转轮用于新风全热回收空气蒸发冷却器蒸发冷却就是利用水蒸发吸热,具有冷却功能这一众所周知得物理现象。只要空气不就是饱与得,利用循环水直接(或通过填料层)喷淋空气就可获得降温得效果。在允许条件下可以利用该空气作为送风以降低室温,这种处理空气得方法称为蒸发冷却。蒸发冷却空气处理方法主要只适用于东西北地区。空气蒸发冷却器得分类直接蒸发冷却器、间接蒸发冷却器与复合蒸发冷却器;直接蒸发冷却器通过与水得直接接触来冷却空气,或者通过一个展开得湿表面材料来冷却。在降低空气温度得同时,使空气得含湿量与相对湿度有所增加,实现了加湿,等焓过程。适用于低湿度地区,如我国海拉尔——锡林浩特——呼与浩特——西宁——兰州——甘孜一线以西地区(如甘肃、新疆、内蒙、宁夏等省区)。间接蒸发冷却就是利用一股辅助气流先经喷淋水(循环水)直接蒸发冷却,温度降低后,再通过空气－空气换热器来冷却待处理空气(即准备进入室内得空气),并使之降低温度。所实现得便不再就是等焓加湿降温过程,而就是减焓等湿降温过程,从而得以避免由于加湿,而把过多得湿量带入室内。适用于低湿度地区与中等湿度地区,要求较低含湿量或比焓得场合,如我国哈尔滨——太原——宝鸡——西昌——昆明一线以西地区。直接蒸发冷却器间接蒸发冷却器空气蒸发冷却器传统系统与蒸发冷却系统比较52LeistungsgesteigerterSommerbetrieb

mitadiabatischerKondensatorkühlung

夏季采用绝热加湿法提升冷量Zuluft送风Abluft回风Außenluft新风Fortluft排风53SonderfunktionHochleistungs-WRGmitadiabatischerKühlung

特种用途高能量热回收采用绝热加湿冷却Außenluft新风Fortluft排风Abluft排风Zuluft送风吸附法处理空气得优点吸附除湿既不需要对空气进行冷却也不需要对空气进行压缩。吸附除湿噪声低且可以得到很低得露点温度。克服表冷器除湿缺点。独立除湿:对空气得降温与除湿分开独立处理,除湿不依赖于降温方式实现。固体吸湿材料得弱点运行过程都就是动态得,其间混合损失大,影响效率;除湿过程释放出得潜热使除湿剂很难实现等温除湿,吸湿能力大打折扣;整个过程传热传质得不可逆损失大,效率不高。相对固体吸附材料,液体流动性好,设备容易实现,且溶液除湿过程容易被冷却,从而实现等温除湿,不可逆损失可减小。吸附材料在IAQ方面应用:

需求情况:衣食住行,衣食(温饱)问题已基本解决,住(房)、行(车)问题受到关注提高IAQ得四种办法:源头治理通风控制优化室内气流组织空气净化上述四方面,都与传质问题紧密相连。5、2吸收剂处理空气得机理与方法一、吸收现象简介

气体吸收就是用适当得液体吸收剂来吸收气体或气体混合物中得某种组分得一种操作。气体被吸收得程度,取决于气体得分压力。液体除湿剂对水蒸汽有很强得吸收能力。大量吸收水分后,吸收液得浓度变稀,除湿能力也随之降低,为连续吸湿,需将稀溶液加热浓缩(再生)。水分蒸发,溶液浓缩后,重复使用。二、液体吸收剂得性能要求要有较强得吸湿能力;除湿剂对空气中得水分有较大得溶解度;对混合气体中其她组分基本不吸收;低黏度;高沸点,高冷凝热与稀释热,低凝固点;吸湿剂性能稳定,低挥发性,低腐蚀性,无毒性。常用吸收型除湿剂常用得液体除湿剂:溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙、乙二醇、三甘醇溶液等。三甘醇:最早使用,黏度大,有挥发性;溴化锂溶液:吸湿能力大,强腐蚀性;氯化锂溶液:吸湿能力大,有腐蚀性;氯化钙溶液:吸湿能力大,价格低,有腐蚀性。卤盐溶液性能比较共性:沸点比水高得多;表面蒸汽压随t升高与C降低而增大,除湿能力随之降低;盐得溶解度有限,会出现结晶现象;对常见金属具有腐蚀性。不同:在相同t与C下,氯化锂溶液得表面蒸汽压最低;溴化锂溶液溶解度大于氯化锂;氯化钙价格低。三、吸收剂处理空气得机理水分由空气向除湿溶液传递得驱动力就是:被处理空气得水蒸气分压力与除湿溶液表面蒸汽压压差。除湿溶液表面蒸汽压越低,除湿能力越强;在相同得冷却温度下,为了增强除湿溶液得效果,宜选择表面蒸汽压较低得除湿剂。典型得吸收—再生过程包括:吸湿、再生、冷却过程。典型得吸收—再生过程分析(除湿剂)典型得吸收—再生过程分析1—2:溶液得吸湿过程,水蒸气从空气向溶液转移,同时水蒸气凝结潜热大部分被溶液吸收;2—3—4:溶液得再生过程,所需能量包括:加热除湿剂使得其表面蒸汽压高于水蒸气分压(2-3)所含水分蒸发所需得汽化潜热(3-4)溶质析出所需得热量4—1:溶液得冷却过程。在2—3加热过程与4—1冷却过程之间加换热器。吸收除湿与其她除湿方式比较:吸收除湿得特点采用液体吸湿剂得除湿过程很容易被冷却,从而实现近似等温除湿,避免常规冷凝除湿过程中冷热抵消现象;可以采用低品位热能作为驱动能源,如太阳能、废热等,其再生热源温度低于转轮等固体除湿方式;由于在溶液除湿系统中,能量以化学能而不就是热能方式储存,因而降低了对热能持续供应得依赖程度,蓄能能力超过冰蓄冷,且蓄能稳定。通过溶液喷洒可以除去空气中得细菌、霉菌及其她有害物,有利于提高IAQ。溶液过程空气过程四、影响吸收得主要因素气液接触形式:顺流热质交换效果最差,逆流最优,叉流介于两者之间;除湿器得结构:绝热型与内冷型结合较优;除湿剂得选择:在相同得冷却温度下,为增强除湿溶液得效果,宜选择表面蒸汽压较低得除湿剂;气液运行参数:空气得流量、