第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎課件

第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎氣體吸附吸附劑吸附機理吸附工藝與設備計算第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎氣體吸附1第三節(jié)氣體吸附吸附利用多孔性固體物質(zhì)具有選擇性吸附廢氣中的一種或多種有害組分的特點，實現(xiàn)凈化廢氣的一種方法。吸附質(zhì)－被吸附物質(zhì)吸附劑－附著吸附質(zhì)的物質(zhì)優(yōu)點：效率高、可回收有用組分、設備簡單，易實現(xiàn)自動化控制缺點：吸附容量小、設備體積大，吸附劑容量往往有限，需頻繁再生。第三節(jié)氣體吸附吸附2適用范圍

①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；②對有機溶劑蒸汽具有較高的凈化效率；③當處理的氣體量較小時，用吸附法靈活方便。具體應用

廢氣治理中脫除水分、有機蒸汽、惡臭、HF、SO2、NOX等。成功的例子：用變壓吸附法來處理合成氨放氣，可回收純度很高（>98%）的氫氣，實現(xiàn)廢物資源化。適用范圍3吸附機理吸附機理4物理吸附和化學吸附物理吸附化學吸附1.吸附力－范德華力；2.不發(fā)生化學反應；3.過程快，瞬間達到平衡；4.放熱反應；5.吸附可逆；1.吸附力－化學鍵力；2.發(fā)生化學反應；3.過程慢；4.升高溫度有助于提高速率；5.吸附不可逆；物理吸附和化學吸附物理吸附化學吸附1.吸附力－范德華力；1.5物理吸附和化學吸附同一污染物可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時，發(fā)生化學吸附物理吸附和化學吸附同一污染物可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附6吸附劑吸附劑需具備的特性內(nèi)表面積大具有選擇性吸附作用高機械強度、化學和熱穩(wěn)定性吸附容量大來源廣，造價低良好的再生性能吸附劑吸附劑需具備的特性72、工業(yè)常用吸附劑活性炭：疏水性，常用于空氣中有機溶劑，催化脫除尾氣中SO2、NOX等惡臭物質(zhì)的凈化；優(yōu)點：性能穩(wěn)定、抗腐蝕。缺點：可燃性，使用溫度不超過200℃?；钚匝趸X：用于氣體干燥，石油氣脫硫，含氟廢氣凈化（對水有強吸附能力）。硅膠：親水性，吸附水份量可達自身質(zhì)量的50%，而難于吸附非極性物質(zhì)。常用于處理含濕量較高的氣體干燥，烴類物質(zhì)回收等。沸石分子篩：是一種人工合成沸石，為微孔型、具有立方晶體的硅酸鹽。2、工業(yè)常用吸附劑活性炭：疏水性，常用于空氣中有機溶劑，催化8常用吸附劑特性吸附劑類型活性炭活性氧化鋁硅膠沸石分子篩4A5A13x堆積密度/kg?m-3200～600750～1000800800800800熱容/kJ(kg·K)-10.836～1.2540.836～1.0450.920.7940.794——操作溫度上限/K423773673873873873平均孔徑/?15～2518～48224513再生溫度

/K373～413473～523393～423473～573473～573473～573比表面積/㎡?g-1600～1600210～360600——————常用吸附劑特性吸附劑類型活性炭活性氧化鋁硅膠沸石分子篩4A59氣體吸附的影響因素操作條件溫度、氣相壓力、氣流速度。吸附劑性質(zhì)比表面積（孔隙率、孔徑、粒度等）氣體吸附的影響因素操作條件吸附劑性質(zhì)10氣體吸附的影響因素典型吸附質(zhì)分子的橫截面積氣體吸附的影響因素典型吸附質(zhì)分子的橫截面積11氣體吸附的影響因素吸附質(zhì)性質(zhì)、濃度臨界直徑－吸附質(zhì)不易滲入的最小直徑吸附質(zhì)的分子量、沸點、飽和性例：同種活性炭做吸附劑，對于結(jié)構(gòu)相似的有機物分子量和不飽和性越高，沸點越高，吸附越容易。吸附劑活性單位吸附劑吸附的吸附質(zhì)的量。以被吸附物質(zhì)的重量對吸附劑的重量或體積分數(shù)表示。氣體吸附的影響因素吸附質(zhì)性質(zhì)、濃度12靜活性：是指在一定溫度下，與氣相中被吸附物質(zhì)的初始濃度平衡時的最大吸附量，即在該條件下，吸附達到飽和時的吸附量。動活性：氣體通過吸附層時，當流出吸附層的氣體中剛剛出現(xiàn)被吸附物質(zhì)時即認為此吸附層已失效。這時單位吸附劑所吸附的吸附質(zhì)的量稱為動活性。其它接觸時間、吸附器性能等靜活性：是指在一定溫度下，與氣相中被吸附物質(zhì)的初始濃度平衡時13氣體吸附的影響因素吸附劑再生溶劑萃取活性炭吸附SO2，可用水脫附置換再生脫附劑需要再脫附降壓或真空解吸

吸附作用，再生溫度加熱再生氣體吸附的影響因素吸附劑再生溶劑萃取置換再生降壓或14吸附平衡當吸附速度＝脫附速度時，吸附平衡，此時吸附量達到極限值—靜吸附量分數(shù)XT（m吸附質(zhì)/m吸附量）極限吸附量受氣體壓力和溫度的影響吸附等溫線

吸附平衡當吸附速度＝脫附速度時，吸附平衡，此時吸附量達到極限15吸附等溫線吸附等溫線16XT－單位吸附劑的吸附量P－吸附質(zhì)在氣相中的平衡分壓K,n－經(jīng)驗常數(shù),實驗確定吸附方程式弗羅德里希（Freundlich）方程（I型等溫線中壓部分）lgXT對lgP作圖為直線XT－單位吸附劑的吸附量吸附方程式弗羅德里希（Freundl171916年導出，較好適用于I型的理論公式設：吸附質(zhì)對吸附表面的覆蓋率為θ，則未覆蓋率為（1-θ）。若氣相分壓為P，則吸附速率為k1P(1-θ)。解吸速率為k2θ，當吸附達平衡時：

k1P(1-θ)=k2θ

朗格繆爾（Langmuir）方程式k1P(1-θ)=k2θ朗格繆爾（18式中：k1,k2分別為吸附，解吸常數(shù)。令B=k1/k2，則

若A為飽和吸附量，則單位量吸附劑所吸附的吸附質(zhì)量XT為：（朗氏方程）其中：A，B為常數(shù)。當壓力P很小時BP<<1，則：當壓力P很大時BP>>1，則XT=A，即此時吸附量與氣體壓力無關(guān)，吸附達到飽和。式中：k1,k2分別為吸附，解吸常數(shù)。19若θ=V/Vm其中：V—氣體分壓為P時被吸附氣體在標準狀態(tài)下的體積；

說明：（1）P/V對P作圖，得一直線；（2）由斜率1/Vm

和截距1/(BVm)，可算出B，Vm。指明：朗氏方程式是目前常用的基本等溫吸附方程式，但θ較大時，吻合性較差。第七章氣態(tài)污染物控制技術(shù)基礎ppt課件20已知：293K,用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡數(shù)據(jù)如下例題試繪制等溫吸附線，若該等溫吸附線符合朗氏等溫吸附方程式，試求A、B值。已知：293K,用活性炭吸附苯蒸汽所得到的平衡數(shù)據(jù)如下例題試21解：依數(shù)據(jù)，繪圖如下

圖：活性炭吸附苯蒸汽等溫吸附線解：依數(shù)據(jù)，繪圖如下圖：活性炭吸22顯然，該等溫吸附線符合朗氏等溫吸附線，從而可用朗氏方程式描述。結(jié)合曲線橫、縱坐標參數(shù)，將朗氏方程式變換成下列形式：任取曲線上兩點q(400，0.205)和s(4000，0.290)代入上式，于是有：

解之得：

顯然，該等溫吸附線符合朗氏等溫吸附線，從而可用朗氏方程式描述23吸附方程式BET方程（I、II、III型等溫線，多分子層吸附）吸附方程式BET方程（I、II、III型等溫線，多分子層吸附24吸附速率吸附過程吸附外擴散（氣流主體外表面）內(nèi)擴散（外表面內(nèi)表面）吸附速率吸附過程吸附外擴散（氣流主體外表面25吸附速率外擴散速率內(nèi)擴散速率總吸附速率方程吸附速率外擴散速率26吸附工藝固定床吸附工藝固定床27吸附工藝移動床吸附工藝移動床28吸附工藝移動床吸附工藝移動床29吸附工藝流化床吸附工藝流化床30流化床吸附工藝流化床吸附工藝31固定床吸附計算固定床吸附計算32固定床吸附計算固定床吸附計算33固定床吸附計算固定床吸附計算34固定床吸附計算保護作用時間τ－L實際曲線與理論曲線的比較1－理論線 2實際曲線固定床吸附計算保護作用時間τ－L實際曲線與理論曲線的比較35固定床吸附計算同樣條件下定義－動力特性固定床吸附計算同樣條件下36固定床吸附計算吸附床長度假定條件等溫吸附低濃度污染物的吸附吸附等溫線為第三種類型吸附區(qū)長度為常數(shù)吸附床的長度大于吸附區(qū)長度固定床吸附計算吸附床長度37固定床吸附計算吸附床長度L0－吸附區(qū)長度WA－穿透至耗竭的惰性氣體通過量WE－耗竭時的通過量1-f－吸附區(qū)內(nèi)的飽和度固定床吸附計算吸附床長度L0－吸附區(qū)長度38吸附器的壓力損失1）圖解計算吸附器的壓力損失1）圖解計算39移動床計算操作線吸附速率方程移動床計算操作線40例：用連續(xù)移動床逆流等溫吸附過程凈化含H2S的空氣。吸附劑為分子篩?？諝庵蠬2S的濃度為3％（重量），氣相流速為6500kg/h，假定操作在293K和1atm下進行，H2S的凈化率要求為95％，試確定：(1)分子篩的需要量（按最小需要量的1.5倍計）；(2)需要再生時，分子篩中H2S的含量；(3)需要的傳質(zhì)單元數(shù)。解：(1)吸附器進口氣相組成：H2S的流量＝0.03×6500＝195kg/h空氣的流量＝6500－195＝6305kg/h吸附器出口氣相組成：H2S＝0.05×(195)＝9.75kg/h空氣＝6305kg/h