第十章 吸附法净化气态污染物

YA*（，kXgA吸*—附—质吸）附/（平k衡g载时气气）相，和吸（附kg相吸中附吸质附）质/（A的kg浓吸附度剂，）。
公式的意义：理解吸附过程的机理和影响因素，为吸附装置及 工艺的设计提供理论依据。
10、3吸附装置及工艺
• 10、3、1吸附装置 1、固定床吸附器 2、回转吸附器 3、流动床吸附器 • 10、3、2吸附工艺 1、一般吸附工艺 2、变压吸附工艺（PSA）
10、1吸附和吸附剂
• 10、1、1吸附的分类及特点 物理吸附：靠分子力
1、吸附的分类
产生的吸附 化学吸附：靠化学键
产生的吸附
2、物理吸附与化学吸附的比较（教材P163 表9-1）
注意：两种吸附既有区别，也有联系（？）
10、1吸附和吸附剂
• 10、1、2吸附剂 1、吸附剂 的选取原则 （1）吸附能力强，吸附容量大（吸附容量：指在一
2、吸附过程
气 流 主 体
吸附质 吸附质
边 界 层
吸附质 固体 外表面
吸附质
吸附
微孔 解吸
固体 内表面
外扩散
内扩散
10、2吸附平衡与吸附速率
3、总传质速率方程（注意理解！）
dqA
d
K y P (YA
YA*)
K
x
p
(
X
* A
XA)
式中：
Ky，Kx——气相和吸附相总传质系数，由经验式求得； αp—吸附剂颗粒的外表面积，m2/m3； YA，（XkgA吸—附—质吸）附/质（Ak在g载气气相）和，固（体k吸g吸附附剂质内）表/面（的kg比吸质附量剂浓）度；，
气 态
法 冷凝（教材第十三章） 膜分离（教材第十三章）
污
染
物
控
ຫໍສະໝຸດ Baidu
制
催化转化（ 教材第十章）
转 化
燃烧（教材第十三章）
法 生物处理（教材第十一章）
等离子体法（教材第十二章）
第十一章 废气净化系统
• 废气净化系统：指利用各种治理技术及设备 把废气中的污染物质分离出来或转化成无害 物质的整个过程体系。主要包括收集、输送、 净化、引曳设备和排气烟囱五部分。
• 4、吸附饱和率和剩余饱和吸附能力分率
（1）吸附饱和率：在传质区内，吸附剂 实际 吸附的溶质量与吸附剂达到饱和时吸附的总 溶质量之比。
（2）剩余饱和吸附能力分率：吸附剂仍具有 的吸附容量与吸附剂饱和时吸附的总溶质量 之比。
10、4固定床吸附过程的计算
• 5、影响穿透曲线的因素 （1）吸附质浓度：与吸附速率成正相关 （2）吸附质分子量：对有机蒸汽，吸附质分子
量与吸附速率成正相关 （3）吸附剂颗粒大小：与吸附速率成反相关 （4）吸附剂使用程度：与吸附速率成反相关 （5）吸附剂种类：种类不同吸附速率不同
• 10、4、2固定床吸附器计算 1、穿透曲线法 （1）有关假设： ①气相中吸附质的浓度低 ②吸附过程 在等温下进行
③吸附等温线是线性的，即传质区的位置在变， 但高度不变
在流动状态下，流动相中的吸附质沿床 层不同高度的浓度变化曲线，或吸附剂中所 吸附的吸附质，沿床层不同高度的变化曲线 称为负荷曲线。
Xe
X0 z
（1）传质区、吸附波（传质波、传质前 沿）:在吸附床中，平衡区与未用区之间的吸
附质负荷变化形成的S形曲线所占的区域称为 传质区，S形曲线称为吸附波（或传质波、传 质前沿）。
10、5 吸附剂再生方法
吸附剂再生 方法
特
点
热再生
使热气流与床层接触直接加热床层，吸附质可解吸 释放，吸附剂可恢复吸附性能
降压再生
再生时压力低于吸附操作时的压力，或对床层抽真 空，使吸附质解吸出来。
通气吹扫再 向再生设备中通入基本上无吸附性的吹扫气，降低
生
吸附质在气相中的分压，使其解吸出来
置换脱附再 采用可吸附的吹扫气，置换床层中已被吸附的物质，
定的温度、吸附质浓度下，单位质量或单位 体积吸 附剂所能吸附的最大量）；
（2）具有大的比表面积和孔隙率； （3）具有有良好的选择 性 （4）机械强度、化学稳定性、热稳定性良好，使用
寿命长
（5）颗粒均匀； （6）再生容易； （7）价格低廉易得。
10、1吸附和吸附剂
2、工业吸附剂 （1）活性氧化铝 （2）活性碳※ （3）硅胶 （4）分子筛
（3）传质区内饱和度的计算（破点出现时）
S Z fZa Z
式中：S——饱和度；其它符号同（2）。
（4）传质区内传质单元数的计算
N og Gs
Za
Za
(K y p ) H og
式中：Nog——传质单元数；Za—— 传质区高度；Gs——气体通过床层的质 量流速，kg载气/m2.h；Ky——气相传质 系数；αp——吸附剂颗粒的外表面积， m2/m3；Hog——传质单元高度。
第十章 吸附法净化气态污染物
• 吸附的概念：是一种固体表面现象，利用多 孔性固体吸附剂处理气体混合物，使其中所 含的一种或数种气体组分吸附于固体表面上， 以达到气固分离的单元操作过程。
• 吸附的特点：选择性高、分离效果好、净化 效率高、设备简单、操作方便、能分离其它 过程难以分离的混合物，可有效分离浓度很 低的有害物质，易实现自动控制。
11、1废气净化系统的组成
1、废气净化系统的组成
2、废气净化系统各部分的设计内容
（1）废气收集装置（集气罩）的设计：包括 罩子的结构形式、尺寸、安装位置
（2）管道设计：包括管径大小、管道压力损 失、管道布置等，需用水力学计算知识
（3）净化设备设计或选型：参照前面介绍的 除尘设计或选型和废气净化设计
对多种组分同时被吸附的体系，用θi表示i组分 的覆盖率，可得多组分吸附的朗格缪尔等温方程
i
K i Pi
n
1 K i Pi
i
由上式可以看出，多组分吸附时，存在吸附竞争。
10、2吸附平衡与吸附速率
10、2、2吸附速率
1、两个概念 （1）外扩散：气体穿过界面（气膜），到达固体 表面的过程称为外扩散。 （2）内扩散：气体到达固体后的扩散
④传质区高度与吸附剂床层高度相比要小得多 注：这些条件在工业上一般能满足。
（2）传质区高度的确定
Za
Z
E
a
1
f a
式中：Za——传质区高度；Z——整个床 层的高度；τa——当传质区向下移动的距离刚 好等于Za时所需要的时间；τE——传质区形 成和移出床层所需的时间之和；f——指传质 区内仍具有吸附能力的面积的比例。
10、2吸附平衡与吸附速率
• 10、2、1吸附平衡
1、两个概念
（1）平衡吸附量（静态吸附量或静活性）：在一定的 温度下，与气相中吸附质的初始浓度成平衡时的最 大吸附量，一般用单位 质量吸附剂在吸附平衡时所 能吸附的吸附质质量来表示，表示固体吸附剂对气 体吸附量的极限，以am表示。
（2）动活性：气体通过吸附层时，随着床层吸附剂的 逐渐接近饱和，吸附质最终不能被全部吸附，当流 出气体中可能出现吸附质时，我们认为吸附剂已失 效，此时计算出来的单位吸附剂所吸收吸附质的量 称为动活性。
r ka PA (1 A ) kd A
式中：θA—— 覆盖率；ka，kd——吸附 速率和解吸速率； PA——吸附物的分压 （3）朗格缪尔吸附等温方程（单一组分）
式中：
A
KPA 1 KPA
K ka kd
10、2吸附平衡与吸附速率
•或
V Vm KPA 1 KPA
式—中吸：附V，组V分m—为—PA时吸的附最组大分吸为附PA时量的吸附量； Vm—
有机气态污染物固定床吸附 工艺流程（一般吸附工艺）
1、2、净化气； 3、蒸汽 4、 固定床 5、废气 6、冷凝器 7、 分离器 8、吸附质 9、冷凝水
变压吸附工艺流程
1、固定床 2、压缩机 3、冷 却器 4、分离器 5、产品气柜
10、4固定床吸附过程的计算
• 10、4、1固定床吸附过程的分析 1、吸附负荷曲线
（2）穿透现象：当吸附波的前沿刚到床层的
出口端时称为穿透现象。
（3）破点：出现穿透现象后，吸附波稍微向前
移动一点，在流出物的分析中就有吸附质漏出来， 该点称为破点。
（4）穿透时间（ τb ）：到达破点所需的时
间即为穿透时间。
（5）平衡时间（ τe ）：吸附波（S形曲线的
尾部）刚好到达吸附床层出口所需的时间就是平 衡时间。
（5）吸附床层高度的计算式
z f za /(1 S)
2、固定床穿透时间的计算——希洛夫方程 （1）有关的假设： ①传质阻力为零，吸附速率 为无穷大。传质区
高度为无穷小；
②吸附剂床层达到透过点时全部处于饱和状态， 即饱和度为1。
（2）穿透时间的计算
b
m c0
z
Kz
式中：
τb——穿透时间， s ； αm——吸附剂的平衡静吸附活度；吸附质kg/吸附剂m3； Z——整个床层的高度， m ；υ——气速，m/s； c0——气流中吸附质的初始浓度，kg/m3
物理吸附 1、吸附
化学吸附
SO2→SO2* O2 →O2* H2O →H2O*
2SO2*+ O2* →2SO3* 2SO3*+ 2H2O →2H2SO4* H2SO4*+n H2O →H2SO4 ·n H2O *
洗涤再生
2、再生 加热再生
微波再生
气态污染物控制的方法总结
物理吸收（※）
分 离
吸附（※）
可采用此法：
（1）计算思路： ①用生产或是实验室测得的吸附剂的吸附容 量值来估算所需吸附剂的容量；
②根据实测吸附剂的平均吸附量，用物料衡 法来估算每次间歇操作的持续时间
（2）实际操作时间的计算公式
B
W (R2
A(c1
R1 ) c2 )
式中：υ——按吸附层截面计算的气流速 率 废 度 质，气；量mτ的，B/—k初s；g—始；A实浓R—1际度——操；—吸作c再附2—时生层—间后截出；吸面吸W附积附—剂，器—中㎡净吸仍；气附然c1的剂—残浓的—存 的 剂吸中附的质吸的附百 质分 的数 百； 分R数2—。—吸附终了时吸附
2、穿透曲线
以流出物中吸附质浓度Y为纵坐标，时间τ 为横坐标作图，在时间τ从τb→ τe时，在图上会出 现一个S形曲线，这条曲线称为穿透曲线。（前 面图中e′、f ′ ）
3、传质区高度
一般把由透过时间τB对应的溶质浓度cB到 干点时间τE对应的溶液质浓度cE这段区间内 传质前沿或透过曲线在Z轴上所占据的长度称 为传质区高度。（非理论上的传质区高度）
10、2吸附平衡与吸附速率
• 3、朗格缪尔吸附等温式 （1）存在的条件： ①吸附是单分子层的； ②固体表面是均匀的，固体表面上各晶格位置
的吸附能力是相同的，吸附热为常数； ③被吸附在固体表面的分子之间没有作用力； ④吸附平衡是动态平衡。
10、2吸附平衡与吸附速率
（2）朗格缪尔吸附速率方程（单一组分）
K 0.2 Zm 310
解得 Zm 0.046m, K 2018.52
又 K am
C0
故有
am KC0
2018.52 20 2 103 84.74kg吸附质/(m3吸附剂)
故希洛夫方程为
B 2018.52 Z 0.046
当 B 40h 2400min时， 得
2018.52 Z 0.046 2400
显然：动活性＜静活性
10、2吸附平衡与吸附速率
• 2、吸附等温线和吸附等温式
（1）吸附等温线：在同一温度下，以某种吸 附剂在不同的压力下对某种吸附质的平衡 吸附量对压力作图可得吸附等温线。
（2）吸附等温式：用公式来表示吸附等温线 时即得到吸附等温式。吸附等温式有以下 几种：朗格缪尔（Langmuir）式、弗伦得利 希（Frndlich）式、捷姆全 TemkuH）式、 BET方程等。其中最常用的是朗格缪尔 （Langmuir）等温式。
生
适用于对温度敏感的物质
化学再生
向床层中通入某种物质使吸附质发生化学反应，生 成不易被吸附物质而解吸下来
10、6 吸附净化法的应用
10、6、1 吸附法净化NOx 1、一般活性碳法
2、COFZA法
10、6、2吸附法净化CxHy
含溶剂的废气
预处理部分
吸附 再生
溶剂回收
10、6、3吸附法净化SO2
解得 Z 1.23m
即为固定床吸附器的高度
又
Q
60 D2
4
故 D 4Q
60
41000 60 20 3.14
1.03m
所需吸附剂用量为
W
1000 40 2103 am
b
1000 40 2103 450 80.74
445.9kg
• 3、经验计算法 在缺乏有关理论计算所需参数的情况下，
10、4固定床吸附过程的计算
（3）实际操作时间
B b m
或
B K(Z Zm )
式时中间：；τm—Zm——持—续与时持间续损作失用；时τ间B—损—失实对际应操的作 “吸附床层的高度损失”，即没有起吸附作 用的死层，其它参数同前。
例题：（P186习题3）
3、 解： 由希洛夫方程得
B K Z Zm K 0.1 Zm 109