第07章 气态污染物控制技术2

5.0 5.1 5.1 5.2 5.3 5.3 5.58 5.93 6.1 6.7 6.7 6.8 6.9 6.9 6.9 7.1 7.4 8.4
气体吸附的影响因素
吸附剂再生
加热再生 吸附作用 ，再生温度 降压或真空解吸 置换再生
脱附剂需要再脱附
溶剂萃取
活性炭吸附SO 活性炭吸附 2，可用水脱附
吸附剂再生
式中的h是与对应的保护作用时间损失τ 相对应的“ 式中的h是与对应的保护作用时间损失τ0相对应的“吸附床 层的高度损失” 此高度h可看成是完全没有起吸附作用的“ 层的高度损失”，此高度h可看成是完全没有起吸附作用的“死 层”。 吸附床的实际操作时间τ与床层高度L如图中曲线2 吸附床的实际操作时间τ与床层高度L如图中曲线2（应为实 测线）。由曲线2可以看出， ）。由曲线 吸附区长度）时它是直线1 测线）。由曲线2可以看出，当L＞L0（吸附区长度）时它是直线1 的平行， 是一条通过原点的曲线。曲线2的切线（ 的平行，当L＜L0时，是一条通过原点的曲线。曲线2的切线（虚 轴交于A 轴交于负端B 线）与L轴交于A，与τ轴交于负端B，则有
二、吸附剂
1. 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
氧化铝
10X分子筛 树脂
活性炭纤维 活性炭
2. 常用吸附剂特性
沸石分子筛 吸附剂类型 活性炭 200～600 ～ 0.836～ ～ 1.254 423 15～25 ～ 373～413 ～ 600～ ～ 1600 活性氧化 铝 750～ ～ 1000 0.836～ ～ 1.045 773 18～48 ～ 473～523 ～ 210～360 ～ 硅胶 4A 800 0.92 673 22 393～ ～ 423 600 800 0.794 873 4 473～573 ～ —— 5A 800 0.794 873 5 473～573 ～ —— 13x 800 —— 873 13 473～573 ～ ——
L0 = OA
τ 0 = OB
例 用活件炭固定床吸附器吸附净化含四氯化碳废气。 常温常压下废气流量为1000m3/h，废气中四氯化碳 初始浓度为2000mg/m3，选定空床气速为20m/min。 活性炭平均粒径为3mm，堆积密度ρc为450kg/m3，操 作周期为40h。在上述条件下，进行动态吸附实验取 得如下数据：
NH3在活性炭上的吸附等温线
吸附等温线
吸附方程式
弗罗德里希（ 型等温线中压部分） 弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分） ）方程（ 型等温线中压部分
X
T
= kp
T
1/n
lg X
= lg k +
1 lg p n
lgm对lgP作图为直线 XT－单位吸附剂的吸附量 P－吸附质在气相中的平衡分压 － K,1/n－经验常数, 实验确定 －经验常数
气态污染物控制技术基础(2) 第七章 气态污染物控制技术基础
§2.吸附法净化气态污染物 吸附法净化气态污染物
吸附机理 吸附剂 吸附速率 吸附工艺与设备计算
§2.吸附法净化气态污染物 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 一种或多种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
吸附工艺
含污染物的气体 含污染物的气体
固定床
吸附工艺
移动床
吸附工艺
移动床
吸附工艺
流化床
吸附工艺
流化床
固定床吸附计算
固定床吸附器的计算是以吸附平衡和吸附速率为基础。 固定床吸附器的计算是以吸附平衡和吸附速率为基础。 吸附平衡 为基础 吸附平衡是由吸附剂和吸附质的性质所决定。 吸附平衡是由吸附剂和吸附质的性质所决定。 是由吸附剂和吸附质的性质所决定 吸附速率主要体现在传质区的大小、穿透曲线的形状、到 吸附速率主要体现在传质区的大小、穿透曲线的形状、 主要体现在传质区的大小 达破点的时间以及破点出现时床层内吸附剂所达到的饱和 程度。 程度。 这些是设计固定床吸附器及选择吸附周期所必须的参数。 这些是设计固定床吸附器及选择吸附周期所必须的参数。 由于固定床在操作时床层内有饱和传质 未饱和和 饱和传质、 由于固定床在操作时床层内有饱和传质、未饱和和未 利用三个区 三个区， 利用三个区，在传质区内吸附剂的吸附质浓度是随时间而 改变的，同时随着传质区的移动， 改变的，同时随着传质区的移动，三个区的位置又在不断 改变，所以固定床吸附是处在不稳定状态， 改变，所以固定床吸附是处在不稳定状态，其影响因素较 为简化设计计算，一般采用近似计算法， 多。为简化设计计算，一般采用近似计算法，常用的方法 有： 穿透曲线法和希洛夫近似计算法。 穿透曲线法和希洛夫近似计算法。 近似计算法
比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）
fVm δ= W N0 ⋅ A f = 22.4 × 103
δ －比表面积，m2/g 比表面积，
f －单位体积气体铺成单分子层的面积,m2/mL N0－阿佛加德罗常数 A －吸附质分子横截面积,m2 Vm－吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积，mL 吸附剂表面被单层分子铺满时的气体体积， W－吸附剂的重量，g 吸附剂的重量，
三、吸附速率
外扩散速率
dM A = K yα P (YA − YA* ) dt
内扩散速率
dM dM A = K xα P ( X A* − X A ) dt
总吸附速率方程
dM A = K yα P (YA − YA* ) = K xα P ( X A* − X A ) dt 1 1 m 1 1 1 ; = + = + K yα P k yα P k xα P K xα P k xα P k yα P m
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， 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
2.吸附平衡和吸附等温线方程 吸附平衡和吸附等温线方程
当吸附速度＝脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达 吸附速度＝脱附速度时 吸附平衡， 到极限值.平衡吸附量是吸附剂对吸附质的极限吸附量 平衡吸附量是吸附剂对吸附质的极限吸附量， 到极限值 平衡吸附量是吸附剂对吸附质的极限吸附量， 亦称静吸附量分数或静活性分数。 亦称静吸附量分数或静活性分数。 极限吸附量受气体压力和温度的影响 吸附等温线
固定床吸附计算
吸附负荷曲线
吸附床长度
平衡区
传质区
未用区
吸附床
固定床吸附计算
固定床吸附计算
一、保护作用时间
τ′= αρ b L v ρ 0 （假定吸附层完全饱和）
因此，当吸附速率无穷大时， 因此，当吸附速率无穷大时，保护时间 与吸附层长度的关系在τ 与吸附层长度的关系在τ-L图上是一条 过原点的直线即图中1 过原点的直线即图中1线；但是实际上 当吸附达到穿透时， 当吸附达到穿透时，传质区中尚有一部 分吸附剂未达到饱和， 分吸附剂未达到饱和，即实际的饱和吸 附量小于静平衡吸附量a, a,吸收操作的连 附量小于静平衡吸附量a,吸收操作的连 续时间τ 续时间τ要比吸附速度为无穷大时的保 护作用时间τ` τ`小 见图2 其差值τ 护作用时间τ`小(见图2线)。其差值τ0 称为持续时间损失， 称为持续时间损失，则实际操作时间
吸附方程式
朗格缪尔（ 型等温线） 朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线） ）方程（ 型等温线
ABP XT = 1 + BP P 1 P ⇒ = + V BVm Vm
V－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 － Vm－吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积 B－吸附与解析速率常数之比 －
堆 积 密 度 /kg· /kg·m-3 热 容 /kJ(kg·K)-1 操作温度上 限/K 平均孔径/Å 平均孔径
再 生 温 度 /K 比表面积 / ㎡·g-1
3.常用吸附剂特性 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
优点：效率高、可回收、 优点：效率高、可回收、设备简单 缺点：吸附容量小、 缺点：吸附容量小、设备体积大
一、吸附机理
1.吸附类型：物理吸附和化学吸附 吸附类型： 吸附类型
物理吸附 1.吸附力－范德华力； 吸附力－范德华力； 吸附力 2.不发生化学反应； 不发生化学反应； 不发生化学反应 3.过程快，瞬间达到平衡； 过程快，瞬间达到平衡； 过程快 4.放热反应； 放热反应； 放热反应 5.吸附可逆； 吸附可逆； 吸附可逆 化学吸附 1.吸附力－化学键力； 吸附力－化学键力； 吸附力 2.发生化学反应； 发生化学反应； 发生化学反应 3.过程慢； 过程慢； 过程慢 4.升高温度有助于提高速率； 升高温度有助于提高速率； 升高温度有助于提高速率 5.吸附不可逆； 吸附不可逆； 吸附不可逆
τ－L实际曲线与理论曲线的比较 1－理论线 2实际曲线
τ = τ `−τ 0
对于一定的吸附系统及操作条件， 对于一定的吸附系统及操作条件，静活度 堆积密度、 值、堆积密度、气体流速和吸附质的浓度 为常数， 为常数，可表示为
K
=
a ρ
b 0
υρ
希洛夫方程
τ = αρ b L − τ 0 = K (L − h) vρ0
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、 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 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 正丁烷-正二十二 正丁烷 正二十二 烷 临界直径/ 临界直径/Å 2.0 2.4 2.4 2.8 2.8 2.8 3.0 3.15 3.8 3.84 4.0 4.25 4.2 4.2 4.4 4.4 4.75 4.89 4.9 分子 丙烯 1-丁烯 丁烯 2-反丁烯 反丁烯 1,3-丁二烯 丁二烯 二 氟 - 氯 甲 烷 (CFC22) 22) 噻吩 异丁烷异丁烷-异二十二烷 二 氟 二 氯 甲 烷 (CFC12) 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 临界直径/ 临界直径/Å