1、有機廢氣吸附設計與計算一、 根本原理1、吸附原理當兩相組成一個體系時， 其組成在相界面與相內部是不同的， 處在； 兩相界 面處的成分產生了積蓄濃縮 ，這種現象稱為吸附。吸附處理廢氣時，吸附的 對象是氣態污染物， 被吸附的氣體組分稱為吸附質， 吸附氣體組分的物質稱為吸 附劑。使已被吸附的組分從到達飽和的吸附劑析出， 吸附劑得以再生的操作稱為脫 附。即被吸附于界面的物質在一定條件下， 離開界面重新進入體相的過程， 也成 解吸。而當吸附進行一段時間后， 由于外表吸附質的濃集， 使其吸附能力明顯下 降而不能滿足吸附凈化的要求， 此時需要采用一定的措施是吸附劑上已吸附的吸 附質脫附，恢復吸附劑的吸附能力

2、，這個過程成為吸附劑的再生。因此，在實際 工作中，正式利用吸附劑的吸附 再生吸附的循環過程，到達除去廢氣中污染 物質并回收廢氣中有用組分的目的。脫附過程是在吸附劑結構不變化或者變化極小的情況下， 將吸附質從吸附劑 孔隙中除去，恢復它的吸附能力。通過再生使用，可以降低處理本錢，減少廢渣 排放量，同時回收吸附質。 被吸附的組分重新釋放， 釋放的氣體濃度高于原混合 氣的濃度。促進解吸的條件有： 1提高溫度熱再生；2抽真空以降低壓力 變壓解吸附；3降低吸附劑周圍組分的濃度空氣吹掃 。2、吸附機理吸附和脫附互為可逆過程。當用新鮮的吸附劑吸附氣體中的吸附質時，由于 吸附劑外表沒有吸附質， 因此也就沒有吸附

3、質的脫附。 但隨著吸附的進行， 吸附 劑外表上的吸附質逐漸增多， 也就出現了吸附質的脫附， 且隨著時間的推移， 脫 附速度不斷增大。 但從宏觀上看， 同一時間吸附質的吸附量仍大于脫附量， 所以 過程的總趨勢認為是吸附。 當同一時間吸附質的吸附量與脫附量相等時， 吸附和 脫附到達動態平衡， 此時稱為到達吸附平衡。 平衡時， 吸附質在流體中的濃度和 在吸附劑外表上的濃度不再變化， 從宏觀上看，吸附過程停止。 平衡時的吸附質 在流體中的濃度稱為平衡濃度，在吸附劑中的濃度稱為平衡吸附量。當吸附質與吸附劑長時間接觸后，終將到達吸附平衡。吸附平衡量是吸附劑 對吸附質的極限吸附量，亦稱靜吸附量分數或經活性分

4、數，用Xt表示，無量綱。 它是設計和生產中十分重要的參數。 吸附平衡時， 吸附質在氣、 固兩相中的濃度 關系，一般用吸附等溫線表示。 吸附等溫線通常根據實驗數據繪制， 也常用各種 經驗方程式來表示。3、吸附量 吸附量是指在一定條件下單位質量的吸附劑上所吸附的吸附質的量，通常以 kg吸附質/kg吸附劑或質量分數表示，它是吸附劑所具有吸附能力的標志。在工 業上吸附量稱為吸附劑的活性。吸附劑的活性有兩種表示方法：1吸附劑的靜活性在一定條件下， 到達平衡時吸附劑的平衡吸附量即為其靜活性 。對一定的吸 附體系，靜活性只取決于吸附溫度和吸附質的濃度或分壓。2吸附劑的動活性在一定的操作條件下，將氣體混合物通

5、過吸附床層，吸附質被吸附，當吸 附一段時間后， 從吸附劑層流出的汽提開始發現吸附質 或其濃度到達依規定的 允許值時，認為床層失敗， 此時吸附劑吸附的吸附質的量稱為吸附劑的動活性。 動活性除與吸附劑和吸附質的特性有關外， 還與溫度、 濃度及操作條件有關。 吸 附劑的動活性值是吸附系統設計的主要依據。二、吸附器選擇的設計計算1、吸附器確實定對吸附器的根本要求：1具有足夠的過氣段面和停留時間2良好的氣流分布 3預先除去入口氣體中污染吸附劑的雜質 4能夠有效地控制和調節吸附操作溫度5易于更換吸附劑吸附工藝選用固定床吸附器。根本運行參數如下：處理風量： 40000m3/h有機廢氣組分：甲苯 800 mg

6、/ m 3，丙酮 134 mg/ m 3，乙酸乙酯 395 mg/ m 3材料：鋼板S =4壓降：常壓數量：兩臺并聯，脫附吸附交替運行2、吸附劑的選擇如何選擇、 使用和評價吸附劑， 是吸附操作中必須解決的首要問題。 一切固 體物質的外表， 對于流體的外表都具有物理吸附的作用， 但符合工業要求的吸附 劑那么應具備以下一些要求：1具有大的比外表積 2具有良好的選擇性吸附作用3吸附容量大 4具有良好的機械強度和均勻的顆粒尺寸 5有足夠的熱穩定性及化學穩定性6有良好的再生性能 7吸附劑的來源廣泛、造價低廉本設計采用 活性炭纖維 做吸附劑，活性炭纖維是常用吸附劑的一種。 活性炭 纖維對吸附質的吸附主要取

7、決于外表的物理結構和化學結構， 活性炭纖維以其外 表大量的不飽和碳構筑成了獨特的吸附結構， 它是一種典型的微孔碳， 其含有的 許多不規那么結構雜環結構或含有外表官能團的結構，具有極大的外表積，也 就造成了微孔相對孔壁分子共同作用形成強大的分子場， 提供一個吸附總分子物 理和化學變化的高壓體系。 活性炭纖維不含有大孔， 其微孔占大多數， 當微孔與 分子尺寸大小相當時， 在范德華力作用下相距很近的吸附場發生疊加， 引起微孔 內吸附勢的增加， 而活性炭纖維外表的孔口多， 容易吸附和脫附， 而且吸脫行程 短。因此，活性炭纖維是一種優良的吸附劑。 計算過程以活性炭顆粒為例 3、空塔氣速和橫截面積確實定空

8、塔氣速為氣體通過吸附器整個橫截面積的速度，空塔氣速的選擇，不僅直 接決定了吸附器的尺寸和壓降的大小， 而且還會影響吸附效率。 氣速很小， 那么吸 附器尺寸很大，不經濟；氣速過大，那么壓降會增大，使吸附效率受到影響 。通過 實驗確定最正確氣速， 吸附設計中不能追求過高的吸附效率， 把空塔氣速取值降小，那樣會使吸附床體積、吸附劑用量和設備造價大為增高； 反之也不宜取過大 的空塔氣速，那樣設備費用雖低，但吸附效率下降很多，且體系壓降會隨空塔氣 速的增大上升很快，造成動力消耗過大，因此應選取適宜的空塔氣速，最適宜的 空塔氣速為0.81.2m/s，依此經驗結論，本設計確定空塔氣速：U=1.0m/s原始條

9、件：處理風量：Q=40000 m3/h，設計溫度為常溫，壓力為常壓由于廢氣中，空氣所占的比例遠遠大于污染物所占比例，因此，廢氣性質可以近似看作為干空氣的熱物理性質，查?化工原理?附錄得以下數據：空氣混合物性質：5流體密度 p=1.185kg/m 3,黏度=1.835X0 Pa - s，比熱容Cp=1005kJ/kgC ，吸附的粒狀活性炭顆粒性質：平均直徑d p =0.003m，表觀密度 p =670 kg/m 3,堆積密度 p =470 kg/m 3,固定床孔隙率&=0.5Q 4000011.1m2 U 3600 1.04 40000 3.76m .3.14 1.0 36004、固定床

10、吸附層高度的計算采用透過曲線計算方法，通過實驗將含有一定濃度污染物的氣流連續通過固 定床吸附器，在不同的時間內，確定吸附床不同截面處氣流中污染物的濃度分布， 當吸附床使用一段時間后，出口氣體污染物濃度到達某一允許最大濃度時， 認為 吸附床失效。從氣流開始通入至吸附床失效這段時間稱為穿透時間，或保護作用時間。表示吸附床處理氣體量與出氣口污染物濃度之間的關系的曲線稱為穿透曲 線。穿透曲線的形狀和穿透時間取決于固定床的操作方法。 操作過程的實際速率 和機理、吸附平衡性質、氣流速度、污染物入口濃度，以及床層厚度等影響穿透 曲線的形狀，此過程比擬復雜，目前仍是只是近似過程的計算。假定吸附床到達穿透時間全

11、部處于飽和狀態，即到達它的平衡吸附量a,也稱a為靜活度，同時根據朗格繆爾等溫線，假定靜活度不再與氣相濃度有關。在吸附作用時間Z內，所吸附污染物的量為X=aSLp式中：X 在時間Z內的吸附量； a靜活度，重量，%;S吸附層的截面積，m2；L吸附層咼度，m;A吸附劑的堆積密度，設計為470 kg/m 3固定床雖然結構簡單，但由于污染物在床層內濃度分布是隨時間變化， 計算比擬復雜，因此目前工程上都是采用近似計算，通過計算活性炭的作用時間進行后處理的計算。活性炭的作用時間由下式算出：CQtWd910式中，V活性炭的裝填量，m 3C進口氣體污染物的濃度， mg/ m3Q流量，m 3/ht 活性炭的使用時

12、間，hW活性炭原粒度的重量穿透炭容，%d活性炭的堆密度0.8t/ m 3Q 400000VP100040 m 3/h算出廢棄的排放量：廠、6P=800+134+395X 40000X 10 =53.16kg/h假設吸附器的吸附效率為85%，那么達標排放是需要吸附總的污染物的量為:53.16X 85%=45.19 kg/hVWd 9CQ 10286h40 10% 0.89280 4000010那么在吸附作用時間內的吸附量:X=4.76X 286=1361.6kg根據X=aSLp得：L亠 aS b根據活性炭的吸附能力，設靜活度為16kg甲苯/100kg活性炭X1361.6所以，L1.63maS 0

13、.16 11.1 470b5、吸附劑活性炭用量的計算吸附劑的用量M :M=LS p =1.63X 11.1 X 470=8530.7kg吸附劑本身占體積V=LS=1.63<11.1=18.09 m2吸附床層體積:V' -s18.09 670 25.79 m 3V470 &活性炭再生的計算本設計采用升溫脫附，即在等壓下升高吸附床層溫度，進行脫附，然后降溫 冷卻，重新吸附。吸附床的操作溫度為 t1，原料中吸附質的分壓為 p1,當吸附床達飽和后，吸附劑吸附容量為 X1，假定吸附階段終了時，允許吸附后氣體中的吸附容量低于X2。升溫脫附可將吸附劑從 t1升溫到T2，這時吸附劑容量可低于X2。1枯燥吸附劑時空氣消耗量L WlW(X2 X1)式中：L枯燥吸附劑是空氣的消耗量，kgl空氣的單位消耗量，即干空氣/H2O，無量綱X1、X2 分別為離開、進入吸附劑層時空氣的含濕量即H2O/干空氣W枯燥時驅走的水分，kg由?化工原理?查表的，常溫時飽和水蒸汽密度為 0.02304kg/ m 3,那么1L(0.02304