環(huán)保設(shè)備及應(yīng)用——吸附設(shè)備

1、一、概述一、概述 1 1、吸附凈化、吸附凈化 吸附凈化是利用多孔性固體物質(zhì)的這一特點(diǎn)，吸附凈化是利用多孔性固體物質(zhì)的這一特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)凈化廢氣的一種方法。實(shí)現(xiàn)凈化廢氣的一種方法。2 2、吸附凈化法的特點(diǎn)、吸附凈化法的特點(diǎn)（1 1）適用范圍）適用范圍 常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但常用于濃度低，毒性大的有害氣體的凈化，但處理的氣體量不宜過大；處理的氣體量不宜過大； 對有機(jī)溶劑蒸汽具有較高的凈化效率；對有機(jī)溶劑蒸汽具有較高的凈化效率； 當(dāng)處理的氣體量較小時(shí)，用吸附法靈活方便。當(dāng)處理的氣體量較小時(shí)，用吸附法靈活方便。（2 2）優(yōu)點(diǎn)：）優(yōu)點(diǎn)：凈化效率高，可回收有用組分，設(shè)備簡凈化效率高，可回收有

2、用組分，設(shè)備簡單，易實(shí)現(xiàn)自動化控制。單，易實(shí)現(xiàn)自動化控制。（3 3）缺點(diǎn)）缺點(diǎn)：吸附容量小，設(shè)備體積大；吸附劑容量：吸附容量小，設(shè)備體積大；吸附劑容量往往有限，需頻繁再生，間歇吸附過程的再生操作往往有限，需頻繁再生，間歇吸附過程的再生操作麻煩且設(shè)備利用率低。麻煩且設(shè)備利用率低。（4 4）應(yīng)用：）應(yīng)用： 廣泛應(yīng)用于有機(jī)化工、石油化工等部門。廣泛應(yīng)用于有機(jī)化工、石油化工等部門。 環(huán)境治理方面：環(huán)境治理方面： 廢氣治理中，脫除水分、有機(jī)蒸汽、惡臭、廢氣治理中，脫除水分、有機(jī)蒸汽、惡臭、HF HF 、SOSO2 2、NONOX X等。等。 成功的例子：成功的例子： 用變壓吸附法來處理合成氨放氣，可回收

3、純度用變壓吸附法來處理合成氨放氣，可回收純度很高（很高（98%98%）的氫氣，實(shí)現(xiàn)廢物資源化。）的氫氣，實(shí)現(xiàn)廢物資源化。二、吸附劑及再生二、吸附劑及再生 （一）吸附劑（一）吸附劑1 1、工業(yè)用吸附劑應(yīng)具備的條件：、工業(yè)用吸附劑應(yīng)具備的條件：巨大的內(nèi)表面和大的巨大的內(nèi)表面和大的孔隙率孔隙率；良好的選擇性；良好的選擇性；吸附容量；吸附容量；較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)與熱穩(wěn)定性；較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)與熱穩(wěn)定性；顆粒度要適中而且均勻；顆粒度要適中而且均勻； 其他：其他：良好的再生性能，良好的再生性能，要求吸附劑易再生和活化要求吸附劑易再生和活化，來源廣泛，造價(jià)低廉。來源廣泛，造價(jià)低廉。 吸附劑必須是具有高度

4、疏松結(jié)構(gòu)和巨大暴露表面吸附劑必須是具有高度疏松結(jié)構(gòu)和巨大暴露表面的多孔物質(zhì)。只有這樣，才能給吸附提供很大的的多孔物質(zhì)。只有這樣，才能給吸附提供很大的表面。吸附劑的有效表面包括顆粒的外表面和內(nèi)表面。吸附劑的有效表面包括顆粒的外表面和內(nèi)表面，而內(nèi)表面總是比外表面大得多，例如硅膠表面，而內(nèi)表面總是比外表面大得多，例如硅膠的內(nèi)表面高達(dá)的內(nèi)表面高達(dá)600m600m2 2g g，活性炭的內(nèi)表面可高達(dá)，活性炭的內(nèi)表面可高達(dá)1000m1000m2 2g g。這些內(nèi)部孔道通常都很小，有的寬度。這些內(nèi)部孔道通常都很小，有的寬度只有幾個(gè)分子的直徑，但數(shù)量極大，這是由吸附只有幾個(gè)分子的直徑，但數(shù)量極大，這是由吸附劑的

5、孔隙率決定的。因此，要求吸附劑要有很大劑的孔隙率決定的。因此，要求吸附劑要有很大的孔隙率。除此之外，還要求吸附劑具有合適的的孔隙率。除此之外，還要求吸附劑具有合適的孔隙和分布合理的孔徑，以便吸附質(zhì)分子能到達(dá)孔隙和分布合理的孔徑，以便吸附質(zhì)分子能到達(dá)所有的內(nèi)表面而被吸附。所有的內(nèi)表面而被吸附。 工業(yè)上應(yīng)用吸附劑的目的，就是為了對某些氣體工業(yè)上應(yīng)用吸附劑的目的，就是為了對某些氣體組分有選擇地吸附，從而達(dá)到分離氣體混合物的組分有選擇地吸附，從而達(dá)到分離氣體混合物的目的。因此要求所選的吸附劑對所要吸附的氣體目的。因此要求所選的吸附劑對所要吸附的氣體具有很高的選擇性。具有很高的選擇性。 例如活性炭吸附二

6、氧化硫例如活性炭吸附二氧化硫( (或氨或氨) )的能力，遠(yuǎn)大于的能力，遠(yuǎn)大于吸附空氣的能力，故活性炭能從空氣與二氧化硫吸附空氣的能力，故活性炭能從空氣與二氧化硫( (或氨或氨) )的混合氣體中優(yōu)先吸附二氧化硫的混合氣體中優(yōu)先吸附二氧化硫( (或氨或氨) )，達(dá)到凈化廢氣的目的達(dá)到凈化廢氣的目的。 吸附劑的吸附容量吸附劑的吸附容量 是指一定溫度下，對于一定的吸附質(zhì)濃度，是指一定溫度下，對于一定的吸附質(zhì)濃度，單位質(zhì)量單位質(zhì)量( (或體積或體積) )的吸附劑所能吸附的最大吸附的吸附劑所能吸附的最大吸附質(zhì)質(zhì)量。質(zhì)質(zhì)量。 用于固定床時(shí)，若顆粒太大且不均勻，易造成氣用于固定床時(shí)，若顆粒太大且不均勻，易造成

7、氣路短路和氣流分布不均，引起氣流返混，氣體在床層路短路和氣流分布不均，引起氣流返混，氣體在床層中停留時(shí)間短，降低吸附分離效果。如果顆粒太小，中停留時(shí)間短，降低吸附分離效果。如果顆粒太小，床層阻力過大，嚴(yán)重時(shí)會將吸附劑帶出器外。床層阻力過大，嚴(yán)重時(shí)會將吸附劑帶出器外。 活性炭：活性炭： 活性炭是一種非極性吸附劑，具有活性炭是一種非極性吸附劑，具有疏水性和親疏水性和親有機(jī)物質(zhì)有機(jī)物質(zhì)的性質(zhì)，它能吸附絕大部分有機(jī)氣體，如的性質(zhì)，它能吸附絕大部分有機(jī)氣體，如苯類，醛酮類、醇類、烴類等以及惡臭物質(zhì)，因此苯類，醛酮類、醇類、烴類等以及惡臭物質(zhì)，因此，活性炭常被用來，活性炭常被用來吸附和回收有機(jī)溶劑和處理惡

8、臭吸附和回收有機(jī)溶劑和處理惡臭物質(zhì)物質(zhì)。對。對SOSO2 2、NOxNOx、ClCl2 2、H H2 2S S、COCO2 2等有害氣體也有等有害氣體也有優(yōu)良的吸附能力，因此，優(yōu)良的吸附能力，因此，在吸附操作中，活性炭是在吸附操作中，活性炭是一種首選的優(yōu)良吸附劑。一種首選的優(yōu)良吸附劑。 優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定、抗腐蝕。優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定、抗腐蝕。 缺點(diǎn)：可燃性，因此使用溫度不能超過缺點(diǎn)：可燃性，因此使用溫度不能超過200200，在，在惰性氣流掩護(hù)下，操作溫度可達(dá)惰性氣流掩護(hù)下，操作溫度可達(dá)500500。 普通活性炭 炭分子篩 纖維活性炭 顆粒狀活性炭(粒炭)粉狀活性炭(粉炭)附能力比一般的活性炭高出附能力

9、比一般的活性炭高出1 11010倍倍，特別是對于一些惡臭物質(zhì)的吸附量，特別是對于一些惡臭物質(zhì)的吸附量比顆?；钚蕴恳弑阮w?；钚蕴恳?040倍左右。倍左右。 多用于氣多用于氣體吸附體吸附多用于液體的脫色多用于液體的脫色處理處理 活性氧化鋁活性氧化鋁： 活性氧化鋁是一種極性吸附劑，無毒，對水活性氧化鋁是一種極性吸附劑，無毒，對水的吸附容量很大，常用于的吸附容量很大，常用于高濕度氣體的吸濕和干燥高濕度氣體的吸濕和干燥。它還用于多種氣態(tài)污染物，如。它還用于多種氣態(tài)污染物，如SOSO2 2、H H2 2S S、含氟廢、含氟廢氣、氣、NOxNOx以及氣態(tài)碳?xì)浠衔锏葟U氣的凈化。以及氣態(tài)碳?xì)浠衔锏葟U氣的

10、凈化。 活性氧化鋁機(jī)械強(qiáng)度好，可活性氧化鋁機(jī)械強(qiáng)度好，可在移動床中使用在移動床中使用，并可作催化劑的載體。而且它對多數(shù)氣體和蒸氣是并可作催化劑的載體。而且它對多數(shù)氣體和蒸氣是穩(wěn)定的，浸入水或液體中不會溶脹或破碎。循環(huán)使穩(wěn)定的，浸入水或液體中不會溶脹或破碎。循環(huán)使用后其性能變化很小，因此使用壽命長。用后其性能變化很小，因此使用壽命長。 硅膠：硅膠： 硅膠是一種極性吸附劑，可以用來硅膠是一種極性吸附劑，可以用來吸附吸附SOSO2 2、NOxNOx等氣體，等氣體，但難于吸附非極性的有機(jī)物。但難于吸附非極性的有機(jī)物。 同時(shí)同時(shí)親水性好親水性好，從水中吸附水份量可達(dá)硅膠自身，從水中吸附水份量可達(dá)硅膠自身

11、質(zhì)量的質(zhì)量的50%50%。常用于處理含濕量較高的氣體干燥，。常用于處理含濕量較高的氣體干燥，烴類物質(zhì)回收等。烴類物質(zhì)回收等。 硅膠還可用作催化劑的載體。硅膠還可用作催化劑的載體。 沸石分子篩：沸石分子篩： 是一種人工合成沸石，為微孔型、具有立方晶是一種人工合成沸石，為微孔型、具有立方晶體的硅酸鹽。體的硅酸鹽。 通式為：通式為：Mex/n(AlMex/n(Al2 2O O3 3)x(SiO)x(SiO2 2)ymH)ymH2 2O O 特點(diǎn)：特點(diǎn)：孔徑整齊均一，因而具有篩分性能，一種離孔徑整齊均一，因而具有篩分性能，一種離子型吸附劑，對極性分子，不飽和有機(jī)物具有選擇子型吸附劑，對極性分子，不飽和

12、有機(jī)物具有選擇吸附能力。吸附能力。 吸附樹脂：吸附樹脂： 最初為酚、醛類縮合高聚物，以后出現(xiàn)一系列最初為酚、醛類縮合高聚物，以后出現(xiàn)一系列的交聯(lián)共聚物，如聚苯乙烯等。的交聯(lián)共聚物，如聚苯乙烯等。 大孔吸附樹脂除了價(jià)格較貴外，比起活性炭，大孔吸附樹脂除了價(jià)格較貴外，比起活性炭，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，品種較多，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，品種較多，能用于廢水處理能用于廢水處理，維生素的分離及維生素的分離及H H2 2O O2 2的精制等。的精制等。 溫度溫度 吸附過程是一個(gè)放熱過程吸附過程是一個(gè)放熱過程 低溫（有利）低溫（有利） 物理吸附；物理吸附； 高溫（有利）高溫（有利） 化學(xué)吸附?；瘜W(xué)吸附。 壓力壓力 增

13、大氣相主體的壓力，增大氣相主體的壓力，吸附質(zhì)分壓上升，吸附量吸附質(zhì)分壓上升，吸附量增加。增加。但增大壓力不僅會增加能耗，而且還會給但增大壓力不僅會增加能耗，而且還會給吸附設(shè)備和吸附操作帶來特殊要求，因此一般不吸附設(shè)備和吸附操作帶來特殊要求，因此一般不為此而設(shè)增壓設(shè)備。為此而設(shè)增壓設(shè)備。 氣流速度氣流速度 固定床：固定床：0.2-0.6m/s0.2-0.6m/s吸附劑浸漬吸附劑浸漬 這是提高吸附劑吸附能力這是提高吸附劑吸附能力( (容量容量) )和選擇性和選擇性的一種有效方法。的一種有效方法。 其處理方法是將吸附劑預(yù)先在某些特定物其處理方法是將吸附劑預(yù)先在某些特定物質(zhì)的溶液中進(jìn)行浸漬，再把吸附了

14、這些特定物質(zhì)的溶液中進(jìn)行浸漬，再把吸附了這些特定物質(zhì)的吸附劑進(jìn)行干燥，然后再去吸附某些氣態(tài)質(zhì)的吸附劑進(jìn)行干燥，然后再去吸附某些氣態(tài)物質(zhì)，使這些氣態(tài)物質(zhì)與預(yù)先吸附在吸附劑表物質(zhì)，使這些氣態(tài)物質(zhì)與預(yù)先吸附在吸附劑表面上的特定物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。對于同一種吸面上的特定物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。對于同一種吸附劑，可根據(jù)吸附處理有害氣體中污染物的種附劑，可根據(jù)吸附處理有害氣體中污染物的種類、選擇浸漬一些特定物質(zhì)，以提高吸附的選類、選擇浸漬一些特定物質(zhì)，以提高吸附的選擇性。擇性。4 4、吸附劑的活性、吸附劑的活性 定義：以被吸附物質(zhì)的重量對吸附劑的重量或體定義：以被吸附物質(zhì)的重量對吸附劑的重量或體積分?jǐn)?shù)表示，是吸附

15、劑吸附能力的標(biāo)志。積分?jǐn)?shù)表示，是吸附劑吸附能力的標(biāo)志。%100 所用吸附劑量已吸附吸附質(zhì)的質(zhì)量吸附劑的活性5 5、吸附劑的再生、吸附劑的再生 再生方法：再生方法： （1 1）加熱解吸再生；）加熱解吸再生； （2 2）降壓或真空解吸再生；）降壓或真空解吸再生； （3 3）溶劑萃取再生；）溶劑萃取再生； （4 4）置換再生；）置換再生； （5 5）化學(xué)轉(zhuǎn)化再生）化學(xué)轉(zhuǎn)化再生二、吸附設(shè)備二、吸附設(shè)備 立式固定床吸附器立式固定床吸附器 臥式固定床吸附器臥式固定床吸附器 環(huán)式固定床吸附器環(huán)式固定床吸附器 移動床吸附器移動床吸附器 流化床吸附器流化床吸附器 適合于小氣量濃度高的情況 適合處理氣量大、濃度低

16、的氣體 阻力小，處理能力大，用以凈化有機(jī)蒸氣 （一）類型（一）類型立式固定床吸附器立式固定床吸附器1礫石；2卸料孔；3，6網(wǎng)；4裝料孔；5廢氣及空氣入口；7脫附氣排出；8安全閥接管；9頂蓋；10重物；11剛性環(huán)；12外殼；13吸附劑；14支撐環(huán)；15柵板；16凈氣出口；17粱；18視鏡；19冷凝排放及供水；20擴(kuò)散器；21吸附器底；22梁支架；23擴(kuò)散器水蒸氣接管臥式固定床吸附器臥式固定床吸附器1殼體；2供水；3人孔；4安全閥接管；5擋板；6蒸汽進(jìn)口；7凈化氣體出口；8裝料口；9吸附劑；10卸料口；11礫石層；12支腳：13填料底座；14支架；15蒸汽及熱空氣出入口環(huán)式吸附器環(huán)式吸附器1支腳；

17、2廢氣及冷熱空氣入口；3吸附劑筒底支座；4殼體；5，6多孔外筒和內(nèi)筒；7頂蓋；8視孔；9裝料口；10補(bǔ)償料斗；11安全閥接管；12吸附劑；13吸附劑筒底座；14卸料口；15器底；16凈化器出口及脫附水蒸氣入口；17脫附時(shí)排氣口 帶再生的多層流化床吸附裝置帶再生的多層流化床吸附裝置 1脫附器；2吸附器；3分配板；4料斗；5空氣提升機(jī)構(gòu)；6冷卻器（二）固定床吸附系統(tǒng)（二）固定床吸附系統(tǒng) 固定床的應(yīng)用較多見。固定床的應(yīng)用較多見。 如果只需短期處理氣流，那么通常只需一個(gè)吸附裝如果只需短期處理氣流，那么通常只需一個(gè)吸附裝置。置。 要求待處理氣體連續(xù)流動，必須采用能按這種方式要求待處理氣體連續(xù)流動，必須采

18、用能按這種方式操作的一個(gè)或多個(gè)裝置組成以一定的順序進(jìn)行吸附操作的一個(gè)或多個(gè)裝置組成以一定的順序進(jìn)行吸附操作和再生操作，以使氣流保持連續(xù)。操作和再生操作，以使氣流保持連續(xù)。 大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用要求連續(xù)操作，因此經(jīng)常采用雙吸大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用要求連續(xù)操作，因此經(jīng)常采用雙吸附床或三吸附床系統(tǒng)，其中一個(gè)或兩個(gè)吸附床分別附床或三吸附床系統(tǒng)，其中一個(gè)或兩個(gè)吸附床分別進(jìn)行再生，其余的進(jìn)行吸附。進(jìn)行再生，其余的進(jìn)行吸附。 三吸附床吸附系統(tǒng)三吸附床吸附系統(tǒng) 雙吸附床吸附系統(tǒng)雙吸附床吸附系統(tǒng) 三、吸附裝置的設(shè)計(jì)三、吸附裝置的設(shè)計(jì)（一）常見的吸附器（一）常見的吸附器（二）固定床吸附器的設(shè)計(jì)計(jì)算二）固定床吸附器的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)

19、計(jì)算應(yīng)包括確定：設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)包括確定：（1 1）吸附器的型式；（）吸附器的型式；（2 2）吸附劑的種類；（）吸附劑的種類；（3 3）吸附劑）吸附劑的需要量；（的需要量；（4 4）吸附床高度；（）吸附床高度；（5 5）吸附周期；等。）吸附周期；等。以上參數(shù)的選擇應(yīng)從吸附平衡、吸附傳質(zhì)速率及壓降來以上參數(shù)的選擇應(yīng)從吸附平衡、吸附傳質(zhì)速率及壓降來考慮?？紤]。1 1、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)依據(jù)廢氣的流量、性質(zhì)及污染物濃度，國家排放標(biāo)準(zhǔn)。廢氣的流量、性質(zhì)及污染物濃度，國家排放標(biāo)準(zhǔn)。2 2、吸附器的確定、吸附器的確定對吸附器的基本要求：對吸附器的基本要求： 具有足夠的過氣斷面和停留時(shí)間；具有足夠的過氣斷面和停留時(shí)間

20、； 良好的氣流分布；良好的氣流分布； 預(yù)先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質(zhì)；預(yù)先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質(zhì)； 能夠有效的控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度；能夠有效的控制和調(diào)節(jié)吸附操作溫度； 易于更換吸附劑。易于更換吸附劑。3 3、吸附劑的選擇（同：工業(yè)吸附劑應(yīng)具備的條件）、吸附劑的選擇（同：工業(yè)吸附劑應(yīng)具備的條件） 依據(jù)：等溫吸附線（得到或測出）依據(jù)：等溫吸附線（得到或測出） 須滿足條件：須滿足條件： 對所處理污染物選擇性強(qiáng)；對所處理污染物選擇性強(qiáng)； 比表面積大；比表面積大； 吸附容量大；吸附容量大； 具有較好機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。具有較好機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。4 4、吸附區(qū)高度的

21、計(jì)算、吸附區(qū)高度的計(jì)算常用兩種：穿透曲線法；希洛夫近似法。常用兩種：穿透曲線法；希洛夫近似法。（1 1）穿透曲線（透過曲線）法）穿透曲線（透過曲線）法（A A）吸附負(fù)荷曲線吸附負(fù)荷曲線在流動狀態(tài)下，氣相中的吸附質(zhì)沿床層不同高度的濃度在流動狀態(tài)下，氣相中的吸附質(zhì)沿床層不同高度的濃度變化曲線，或在一定溫度下吸附劑種吸附的吸附質(zhì)沿床變化曲線，或在一定溫度下吸附劑種吸附的吸附質(zhì)沿床層不同高度的濃度變化曲線稱為。層不同高度的濃度變化曲線稱為。結(jié)合結(jié)合補(bǔ)圖補(bǔ)圖10-110-1，分析一下床層內(nèi)吸附質(zhì)濃度在整個(gè)操作分析一下床層內(nèi)吸附質(zhì)濃度在整個(gè)操作過程的變化。過程的變化。說明：橫軸說明：橫軸ZZ吸附劑床層高度

22、；橫軸吸附劑床層高度；橫軸XX吸附劑的吸附吸附劑的吸附負(fù)荷；負(fù)荷；X X0 0吸附劑原始濃度（或反復(fù)再生過的吸附劑中吸附劑原始濃度（或反復(fù)再生過的吸附劑中殘留的吸附質(zhì)濃度）；殘留的吸附質(zhì)濃度）；X Xe e吸附劑達(dá)到飽和時(shí)的負(fù)荷；吸附劑達(dá)到飽和時(shí)的負(fù)荷；0 0床層開始吸附的時(shí)間；床層開始吸附的時(shí)間；b b達(dá)到破點(diǎn)的時(shí)間；達(dá)到破點(diǎn)的時(shí)間；e e全床達(dá)到吸附平衡（飽和）的時(shí)間。全床達(dá)到吸附平衡（飽和）的時(shí)間。吸附劑中吸附質(zhì)濃度的變化吸附劑中吸附質(zhì)濃度的變化 0 + 吸附劑中吸附質(zhì)濃度的變化吸附劑中吸附質(zhì)濃度的變化(續(xù)）續(xù)） b b e （a a）圖：）圖：0 0：未通過含吸附質(zhì)氣體時(shí)未通過含吸附質(zhì)氣體時(shí)（b b）圖：）圖：=：已通入含吸附質(zhì)氣體，在吸附劑進(jìn)已通入含吸附質(zhì)氣體，在吸附劑進(jìn)口處吸附劑剛剛出現(xiàn)飽和時(shí)?？谔幬絼﹦倓偝霈F(xiàn)飽和時(shí)。（c c）圖：）圖：=+=+：在床層的進(jìn)氣端吸附質(zhì)負(fù)荷為在床層的進(jìn)氣端吸附質(zhì)負(fù)荷為X Xe e，此區(qū)稱為此區(qū)稱為“平衡區(qū)平衡區(qū)”或稱或稱“飽和區(qū)飽和區(qū)”；而靠近氣體；而靠近氣體出口側(cè)，床層中的吸附負(fù)荷仍為出口側(cè)，床層中的吸附負(fù)荷仍為X X0 0，此區(qū)內(nèi)的吸附劑仍此區(qū)內(nèi)的吸