當氣體中含有較多的有回收價值的有機氣態污染時，通過冷凝回收這些污染物是最好的方法。當尾氣被水飽和時，為了消滅反煙，有時也用冷凝的方法將水蒸氣冷凝下來，單純通過冷凝往往不能將污染物脫除至規定的要求，除非使用冷凍劑。一般使用室溫水作為冷卻劑的冷凝器是吸附或燃燒的很好的預處理裝置。

一、冷凝原理1．冷凝自然界的冷凝現象諸如：盛夏季節，清晨所見到的花草上的露珠；廚房自來水管外面一層濕漉漉的水膜；外出歸來人室后眼鏡上的水霧等。所謂冷凝就是當熱流體放出熱量時，溫度沒有變化，而使流體從氣相變為液相。冷凝回收的方法就是將蒸氣從空氣中冷卻凝成液體，并將液體收集起來，加以利用。從空氣中冷凝蒸氣的方法，可以是移去熱量即冷卻，也可以是增加壓力，使蒸氣在壓縮時凝出來。而在空氣凈化方面通常只用冷卻的方法，很少使用壓縮的方法。2．飽和蒸氣壓與溫度的關系所謂蒸氣壓就是物質從液相逃逸到氣相中的能力。蒸氣壓與蒸氣物質本身的性質、溫度及蒸氣的濃度有關。以冷卻的方法將空氣中的蒸氣凝成液體，其極限就是指冷卻溫度下的飽和蒸氣，而飽和蒸氣壓就是指純物質在指定溫度下逃逸到氣相中的最大能力。如圖13—1所示，是某些物質的飽和蒸氣壓與溫度的關系曲線。圖13－1

某些物質的飽和蒸氣壓與溫度的關系曲線不同溫度下的飽和蒸氣壓p0可按下式計算：(13—1)

式中

p0——指定開爾文溫度T下的飽和蒸氣壓，×133．322Pa；T——有機溶劑的溫度，K；A，B——與物質性質有關的常數。表13—1是一些常見有機溶劑的A，B值。[例1]

求苯、甲苯和二硫化碳在室溫為20℃時的飽和蒸氣壓。解

由式(13—1)

可算出苯：由表13—1，A＝1731，B＝7．783所以p0＝75×133．322Pa(75mmHg)查圖13—1可知，兩種方法得出的數值相近。甲苯：由表13—1，A＝1901，B＝7．837所以p0＝22×133．322Pa(22mmHg)查圖13—1與甲苯曲線對照，數值相近。二硫化碳：查表13—1，A＝1446，B＝7．410所以p0＝298×133．322Pa(298mmHg)查圖13—1與二硫化碳曲線對照數值相近。由于蒸氣的溫度愈高，那么其對應的飽和蒸氣壓愈高，通過降低溫度把熱量移去，可使氣相回到液相。可見冷凝作用的極限是飽和蒸氣壓下的溫度。二、冷凝回收的極限與適用范圍1．蒸氣壓與蒸氣濃度的關系對應于空氣中某種有機蒸氣的分壓(蒸氣壓)為飽和蒸氣壓下的溫度，即為該空氣混合氣體的露點溫度。例如，空氣中的CS2蒸氣壓為600×133．322Pa(600mmHg)時，查圖中CS2曲線可知，其露點為40℃，同樣，在上述例題中也可以反算。空氣中苯蒸氣壓為75×133．322Pa(75mmHg)時的露點溫度是20℃，空氣中甲苯蒸氣分壓為22×133．322Pa(22mmHg)時的露點溫度也是20℃，對于這樣的空氣蒸氣混合氣體，只有將其冷卻到露點溫度下，才能將蒸氣局部冷凝下來。空氣中能凝結下來的，也就是能被凈化下來的有害蒸氣量，受到冷卻溫度的限制，即對應于冷卻溫度下的飽和蒸氣壓的有害溶劑仍留在空氣氣相中。這也就是前面所述的：冷凝凈化溫度是以冷卻溫度的飽和蒸氣壓為極限。如果混合氣體在溫度t(℃)時所含有害蒸氣分壓p×133．322Pa(pmmHg)，那么空氣中的蒸氣濃度可按下式計算：亦即

(13—2)式中

C——空氣中有害蒸氣的濃度，g／m3；

p——空氣中有害蒸氣的分壓，×133．322Pa；

t——混合氣體的溫度，℃；

υ——混合氣體的流量，m3／h；

M——有害蒸氣的相對分子質量。[例2]

按前例計算苯、甲苯和二硫化碳在20℃時的飽和蒸氣濃度。解

20℃時苯的飽和蒸氣壓＝75×133．322Pa(75mmHg)，苯的相對分子質量M=78，代人公式(7—2)得同理：20℃時甲苯的飽和蒸氣壓=22×133．322Pa(22mmHg)，甲苯的相對分子質量M=92，得：同理：20℃時二硫化碳的＝290×133．322Pa(290mmHg)，相對分子質量為76，得：從上例中可以看出，將空氣與蒸氣的混合氣體冷卻到20℃，在空氣中有320g／m3的苯、110g／m3的甲苯或者1203g／m3的二硫化碳凝結不出來，也就是不能被除掉。這些數值說明以冷凝回收法將尾氣冷卻到20℃，不僅距離衛生標準的要求相差太遠，而且也達不到廢氣的排放標準。按照我國大氣污染物排放標準。即使以120m高的煙囪排放，規定的二硫化碳允許排放量為110kg／h，允許排放的流量只能是110×1000／1203＝9．14m3／h，即使冷卻到0℃、－15℃，它的飽和蒸氣壓分別為135×133．322Pa(135mmHg)、65×133．322Pa(65mmHg)，廢氣中仍含有560g／m3、270g／m3的二硫化碳，其允許排放的流量也只有196m3／h、405m3／h，這說明冷凝回收法一般只做為含較高濃度尾氣時的前處理，而不用作最后凈化。上述也可以說明，冷凝回收的關鍵是冷卻溫度。冷卻溫度越低，凈化程度愈高。

2．冷凝回收的適用范圍及特點

冷凝回收只適用于蒸氣狀態的有害物質，多用于回收空氣中的有機溶劑蒸氣。冷凝方法本身可以到達很高的凈化程度，但是凈化要求愈高，那么需冷卻的溫度愈低，所用的費用也就愈大。因此，只有空氣中所含蒸氣濃度比擬高時，冷凝回收才能比擬有效。而對于一般冷卻水能到達的低溫度來說，冷凝的凈化程度也是有一定限度的。

冷凝回收法的優點是所需設備和操作條件比擬簡單，回收得到的物質比擬純潔，其缺點是凈化程度受溫度影響很大。常溫常壓下，凈化程度受到很大限制。冷凝回收僅適用于蒸氣濃度較高的情況下，因此，冷凝回收往往用做吸附、燃燒等凈化設施的前處理，以減輕這些復雜、昂貴的主要措施的負荷，或預先回收可以利用的物質，這也是冷凝回收一般僅用做前處理的凈化措施的原因。至于作為極為重要的凈化方法的吸收操作，那么往往本身就伴隨有冷凝過程，幾乎所有的洗滌器都可作為接觸冷凝設備。

冷凝回收還適用于處理含有大量水蒸氣的高溫廢氣，在這種情況下，由于大量水蒸氣的凝結，廢氣中有害組分可以局部溶解在冷凝液中，這樣不但可以減少氣體流量，對下一步的燃燒、吸附、袋濾或高煙囪排放等凈化措施也是十分有利的。例如，有的人造纖維廠對于紡絲工序散放的含有大量水蒸氣及CS2、H2S的廢氣，就是用大量冷卻水冷卻，有害組分冷凝稀釋于冷卻水中，尾氣再經高煙囪排放。

在冷凝操作過程中，用來吸收被冷凝物質熱量的工作介質稱為冷卻劑。常用的冷卻劑為冷水和空氣，它們均是穩定且易得到的物質。

作為冷卻劑的水比空氣應用更廣，它的優點是比熱容和給熱系數大，并且能冷卻到更低的溫度，通常的冷卻水(自來水、河水或井水等)的初溫度依地區條件和季節而變化，一般為4～25℃，為防止溶解在水中的鹽類析出而在換熱器傳熱面上形成垢，因此，要求冷卻水的終溫一般不得超過40～50℃。

如果要求將物料冷卻到5～10℃，或更低的溫度，就必須采用低溫冷卻劑。如冰、冷凍鹽水和各種低溫蒸發的液態冷凍劑等。

三、冷凝操作流程

用于冷凝回收的冷卻方法，可分為直接冷凝和間接冷凝兩種。

直接冷凝是冷卻與被冷凝物質在換熱器內直接接觸進行冷凝的過程。這種冷凝傳熱迅速，但只能用在冷卻劑混入被冷凝物質后，并不影響被冷凝物質質量的情況下，如用水將空氣或乙炔冷卻。

間接冷凝是流體與冷卻劑間的熱量傳遞是通過間壁(傳熱面)進行的，這種方法是工業上應用最廣泛的一種。圖13－2是用間接冷凝法處理含有高溫臭味廢氣的流程，廢氣中含有60％～99％的水蒸氣，溫度近100℃，經外表冷凝器的間接冷卻，水蒸氣凝結，不凝氣那么抽至燃燒爐去最后處理，這樣，經過冷凝器，可使廢氣體積減少95％以上，同時廢氣中所含的有害物質被冷凝，還可以進一步冷卻，而另外一些可能溶解在冷凝液中。圖13－2

高溫臭味殘氣處理流程示意

圖13—3那么用的是接觸冷凝器，冷凝液和夾帶的氣體一起排入一個密閉的熱水池中，不凝氣體靠重力分開通向燃燒爐處理。圖13－3

熱有機液體儲罐上的冷凝回收示意

由于冷凝液被大量冷卻水所稀釋，所以用直接冷卻方法比間接冷卻方法除去空氣污染物要多，一般多用于有害物不加回收或含有污染物的冷卻水不需另行處理的場合。在某些情況下，必須應用間接冷卻法防塵防毒技術：第十六章

有害氣體的燃燒凈化法第二節

熱力燃燒的原理熱力燃燒一般用于處理廢氣中含可燃組分濃度較低的情況。它和直接燃燒的區別就在于直接燃燒的廢氣由于本身含有較高濃度的可燃組分，它可以直接在空氣中燃燒。熱力燃燒那么不同，廢氣中可燃組分的濃度很低，燃燒過程中所放出的熱量缺乏以滿足燃燒過程所需的熱量。因此，廢氣本身不能作為燃料，只能作為輔助燃料燃燒過程中的助燃氣體，在輔助燃料燃燒的過程中，將廢氣中的可燃組分銷毀。與直接燃燒相比，熱力燃燒所需要的溫度一般較低，通常為540～820℃。一、熱力燃燒的根本理論(一)火焰傳播理論在熱力燃燒過程中，一般認為，只有燃燒室的溫度維持在760～820℃，駐留時間為0．5s時，有機物的燃燒才能比擬完全。而到達這個溫度范圍是依靠火焰傳播過程來實現的?；鹧鎮鞑サ睦碚摲譃閮纱箢?。1．熱傳播理論這類理論認為：火焰傳播是依靠燃燒時所放出的熱量加熱周圍的氣體，使其到達燃燒所需要的溫度而實現的。因此，能否實現火焰傳播主要與三個方面的因素有關：①混合氣體中的含氧量；②混合氣體中含有可燃組分的濃度；③輔助燃料燃燒過程中所放出的熱量。當燃燒過程中放出的熱量缺乏以使周圍的氣體到達燃燒所需要的溫度，火焰自然不能向外傳播；當助燃廢氣中的含氧量缺乏，燃燒過程難以進行，火焰也不能傳播出去。例如：丙烷氣體在空氣當中很容易燃燒，但在氧和氮各占12％和88％的氣體中，丙烷燃燒非常困難。此外，混合氣體中可燃組分的濃度與火焰能否傳播有著緊密的聯系。濃度過低，燃燒過程不能實現；濃度過高時，由于沒有足夠的氧而使得廢氣不能在正常的著火溫度下產生燃燒反響，因而火焰也得不到傳播。人們將這種能夠維持火焰傳播的濃度范圍稱為爆炸極限。使用燃燒法處理各種有機廢氣的過程中，爆炸極限的范圍是至關重要的。2．自由基連鎖反響理論該種理論認為：在燃燒室中，火焰之所以能夠進行很快的氧化反響，就是因為火焰中存在著大量活性很大的自由基。由于自由基是具有不飽和價的自由原子或原子團，極易同其他的原子或自由基發生連續的連鎖反響，而使得火焰得以傳播。1970年西里和鮑曼提出甲烷燃燒反響的歷程如下。從以上的這個歷程中可以看出，由于火焰的存在，使得自由基大量產生，所產生的自由基加速了廢氣中可燃組分的銷毀速度。在以上的這些自由基中，是一個很重要的自由基，它主要靠水分在火焰中解離而產生。在熱力燃燒的過程中，的速度往往很慢，但如在混合氣體中存在著OH，那么其反響為的速度遠遠大于前一個反響，從而使得對人體危害嚴重的CO很快銷毀了。(二)混合氣體的爆炸極限燃燒本身是伴有光和熱產生的劇烈的氧化反響，為了使這種氧化反響能夠在燃燒室的每一點進行徹底，混合氣體中可燃組分的濃度必須在一定的濃度范圍之內，以形成火焰，維持燃燒，在一個有限的空間內形成氣體爆炸。將這一濃度范圍的下限稱為爆炸下限、上限稱為爆炸上限。表16—1列出了有機蒸氣與空氣混合在20℃、101325Pa下的爆炸極限范圍。爆炸極限本身并不是一個定值，它與混合氣體的溫度、壓力及濕度有關。此外，還與混合氣體的流速、設備的形狀有關。對于幾種有機蒸氣與空氣混合的爆炸極限，可按下式進行計算：

(16—1)式中

ai——混合氣體中組分i的含量，％；

Ai——混合氣體中組分i的爆炸極限。熱力燃燒，一般指利用燃燒輔助燃料所產生的火焰提高混合氣體的溫度，將廢氣中的可燃組分氧化或銷毀。因此，產生火焰不是目的，而是一種提供熱量的手段。在這種手段下，只要能夠保證適宜的溫度，廢氣中的可燃組分就會得到銷毀。此外，在熱力燃燒過程中廢氣主要走兩路，一路作為輔助燃料燃燒時的助燃氣體。另一路作為與高溫燃氣混合的旁通廢氣，混合以后的氣體溫度要到達能使可燃組分銷毀的溫度。在整個燃燒室中，熱量不僅來自于輔助燃料的燃燒，在銷毀可燃組分的過程中也會產生熱量。一般而言，對于大多數的碳氫化合物，每1％爆炸下限(LEL)在燃燒時放出的熱量可以使溫度升高15．3℃。因此，這局部熱量也是不容無視的。在一般的熱力燃燒的工程中，為防止燃燒過程中的爆炸和回火，廢氣中可燃組分的含量應控制在25％LEL以下。表16—2列出了局部可燃氣體在爆炸下限時的熱值。(三)熱力燃燒機理熱力燃燒的機理大致可以分為以下三個步驟。(1)輔助燃料的燃燒——提高熱量；(2)廢氣與高溫燃氣混合——到達反響溫度；(3)廢氣中可燃組分氧化反響——保證廢氣于反響溫度時所需要的駐留時間。具體的流程如圖16－1所示。圖16－1

熱力燃燒流程然而，在整個熱力燃燒的過程中，是否用廢氣作為助燃氣體，要視廢氣中的含氧量的多少而定，當廢氣中的含氧量足夠燃燒過程中的需氧量時，可以使局部廢氣作為助燃氣體；當不夠時，那么應以空氣作為助燃氣體，廢氣全部旁通。此外，輔助燃料用量的多少與廢氣的初始溫度有很大關系。如廢氣的初溫低，消耗的輔助燃料就多；初溫較高，消耗的輔助燃料就少。因此，在工程設計中，利用燃燒過程中產生的預熱廢氣可以節約大量的輔助燃料。圖16—2就是這一思想很好的表達。圖16—2

帶能量(熱量)回收裝置的熱燃燒爐低溫廢氣在熱回收換熱器中得到預熱，然后進入燃燒室與高溫燃氣混合燃燒，燃燒完畢之后從燃燒室流出進入換熱器，對其他的低溫廢氣預熱，最后從煙道排出。(四)熱力燃燒的“三T”條件“三T”條件指的是反響溫度(ReactionTemperature)、駐留時間(ResidentialTime)、湍流混合(TurbulenceMix)。掌握“三T”條件對于熱力燃燒的過程是至關重要的。1．反響溫度對熱力燃燒的影響這里所指的反響溫度并不是反響可以進行的溫度，而是反響速度可到達要求時的溫度。換句話講，就是在一定的區域內，可燃組分的銷毀到達設計要求所需要的溫度。這就要求反響的速度足夠快。提高溫度，反響就會加速。例如，一個充分混合的系統在982．2℃時也許能在0．3s內完成某一反響過程，而在704．4℃時，那么可能要3s時間才能完成同一反響。2．駐留時間對熱力燃燒的影響任何化學反響(燃燒也是一種化學反響)都要經歷一定的時間，可燃組分的銷毀也是一樣。盡管反響絕不會到達100％的完全程度，但如果反響時間充分，那么不完全反響程度是微缺乏道的。這個時間是指反響物以某種形式進行混合后在一定溫度下所維持的時間。就燃燒反響時間而言，其變化范圍在小于1／10s至幾秒之間，因反響溫度和反響物混合程度而異。從圖16－3可以看出，當反響溫度為648．9℃時，駐留時間為0．001s，銷毀率為10％；駐留時間0．1s時，銷毀率一下子上升到88％。由此可見，駐留時間對熱力燃燒的效果影響很大。圖16－3

溫度和時間對可燃組分氧化速率的影響3．湍流混合對于熱力燃燒的影響任何一種化學反響，反響能夠發生的前提條件是反響的分子間首先要發生碰撞。不能發生碰撞的分子之間自然不會發生反響。湍流混合的目的，實際上就是要增大可燃組分的分子與氧分子或自由基的碰撞時機，使其處于分子接觸的水平，以保證所要求的銷毀率。否那么，即使有足夠的反響溫度和駐留時間，但由于沒有足夠的碰撞時機，照樣不會到達預期的銷毀率。這一點，從反響速率常數與分子碰撞系數的關系式中也可以看出：

(16—2)

式中

K反——反響速度常數；K碰——分子碰撞系數；K質——傳質系數。當K碰增加時，K反也會增加，從而使得反響速率增加?！叭齌”條件之間是具有內在聯系的，改變其中的任何一個條件，其他兩項都可以得到相應的改變。如提高反響溫度，使得反響速度加快，就可以適當地降低駐留時間和湍流強度。然而，在這“三T”條件中，延長駐留時間會使設備體積增大；提高反響溫度會使輔助燃料的消耗增加。因此，最經濟的方法就是改善湍流混合情況，以增大分子接觸的時機。這就需要在設計燃燒室的時候充分注意其內部的結構。二、熱力燃燒爐的結構圖16—4為熱力燃燒典型的工業裝置。從圖中可以看出，一個熱力燃燒裝置主要由兩局部組成：燃燒器，其作用是燃燒輔助燃料以產生高溫燃氣；燃燒室，其作用是保證廢氣和高溫燃氣充分混合并反響的空間。針對不同的要求和火焰燃燒的情況，燃燒器和燃燒室有各種不同的結構。圖16－4

熱燃燒裝置(一)配焰式燃燒系統圖16—5為配焰式燃燒器系統，其工藝特點是：燃燒器將火焰配布成為許多布點成線的小火焰，廢氣從火焰周圍流過去，迅速到達湍流混合。因此可以看出，該種燃燒有火焰分散、混合程度高、燃燒凈化效率高等特點。但當廢氣貧氧，廢氣中含有易沉積的油焦或顆粒物。輔助燃料為油料時，這種系統都不適用。圖16－5

配焰燃燒器系統1．配焰式燃燒器根據燃燒結構的不同，該種形式的燃燒器又可分為火焰成線式燃燒器(見圖16—6)、多燒嘴式燃燒器(見圖16—7)和格柵式燃燒器(見圖16—8)。圖16－6

火焰成線式的燃燒器(帶側擋板)圖16－7

多燒嘴式燃燒器系統圖16－8

格柵式燃燒器火焰成線式燃燒器的輔助燃料氣從下部管子引入，作為助燃氣體的廢氣從V形板側面的小孔引入，旁通廢氣從V形板與側擋板間的縫隙引入。這就是該種燃燒器的特點。當壓力降為392．266Pa(40mmH2O)時，該種燃燒器形成的火焰短而穩定，湍流混合程度較好。多燒嘴式燃燒器的輔助燃料氣從后面引入，廢氣分為兩路，助燃氣體和旁通氣體的量通過調節d的大小來控制。該種燃燒器的助燃較好，與火焰成線式相比，不易熄火。但湍流混合不夠理想。因此，在燃燒室中應增設擋板或其他措施，提高混合程度。格柵式燃燒器的輔助燃料氣從底局部配管引入，廢氣從下部引入，該種燃燒器湍流混合較好，適用于廢氣流量較為穩定的情況。但如壓力調節不當，會發生熄火情況。2．配焰式燃燒室針對配焰式燃燒器的結構，其燃燒室要注意解決以下的問題。(1)燃燒器的安裝位置

為保證溫度分布均勻，反響完全，燃燒器應安置在斷面流速盡可能分布均勻的端處，而不要放置在渦流地帶。(2)燃燒室截面積

為保證足夠的湍流程度，應滿足：矩形截面時：圓形截面時：式中

Q標——總體積流量；

D當——當量直徑；

D——直徑；

A——截面積。(3)燃燒室內設置擋板

由于燃燒室的邊壁效應或燃燒器的結構形式，都有可能產生局部混合不好，為防止這種現象，應在火焰沖擊范圍以外裝設擋板，以提高湍流混合的程度。表16—3反映了有無擋板之間的差異。(二)離焰式燃燒系統圖16—9是一個離焰式燃燒系統裝置示意。這種燃燒系統的特點是高溫燃氣與廢氣的混合是別離開的，而不像配焰系統那樣將火焰與廢氣一起分成許多小股。所以，就混合效果來講，不如配焰系統。但是離焰式燃燒器又具有以下優點：由于火焰較長，不易熄火，輔助燃料既可以使用燃料油，又可使用燃料氣(見圖16—10)，燃料氣與助燃氣體的流速可調幅度大，工作壓力范圍寬。圖16－9

使用離焰燃燒器的燃燒爐圖16－10

油氣兩用燃燒器因此，在克服離焰式燃燒系統混合問題上，出現許多方法。(1)在圖16—11中，燃燒過程中火焰噴射產生的抽力將廢氣引入，然后在聯管處充分混合，克服了混合速度慢的問題。圖16－11

軸向火焰的噴射混合(2)讓廢氣與火焰徑向進入燃燒室，增強橫向混合速度，利用這一點改善混合情況。(3)在燃燒室內設置擋板(見圖16—12)增加湍流強度，提高混合速度。但要注意正確放置擋板。否那么不僅不能改善混合情況，還會造成死角，惡化混合情況，降低燃燒室的有效體積，減少駐留時間。第四節

吸附劑和吸附裝置的選擇

對于一定的生產任務，吸附質的性質與濃度是已經確定了的，也就是說不容選擇。需要選擇的因素主要是吸附劑的選擇、吸附裝置及吸附流程的選擇。為了到達任務規定的凈化要求，凈化效率確實定也必須在設計時解決。

一、吸附劑的選擇

吸附劑的性質，直接影響吸附效率，因此，在吸附設計中必須根據任務的規定選擇適宜的吸附劑。

吸附劑選擇總的原那么是根據前面所述的工業上對常用吸附劑的要求，再結合具體的生產任務進行選擇。在吸附設計中，吸附劑的選擇一般需要經過以下步驟。

1．初選

根據吸附質的性質、濃度和凈化要求以及吸附劑的來源等因素，初步選出幾種吸附劑。

(1)根據吸附質的性質選擇

吸附質的性質包括極性和分子的大小。假設為非極性的大分子物質，首選的應是活性炭。因為活性炭屬于非極性吸附劑，且內部具有范圍較廣的大小孔徑，可以吸附直徑變化范圍很寬的非極性吸附質，如大多數有機蒸氣。假設吸附質為極性小分子物質，那么應考慮極性吸附劑，如硅膠、分子篩、活性氧化鋁等。

(2)根據氣體的濃度和凈化要求選擇

對于濃度高但要求凈化效率不高的場合，就應盡可能地采用廉價的吸附劑，以降低生產本錢。對于濃度較低但凈化要求高的場合，就應該考慮用吸附能力比擬強的吸附劑。對于氣體濃度高、且凈化效率要求也高的場合，應考慮先采用廉價吸附劑處理，然后再采用吸附力強的吸附劑處理的二級吸附處理方法或應用吸附劑浸漬的方法。

(3)根據吸附劑的來源選擇

在綜合考慮以上諸因素的根底上，盡量選擇一些價廉，易得，且近距離能解決的吸附劑。

2．活性實驗

利用小型裝置，對初選出的幾種吸附劑進行活性實驗，實驗所用吸附質氣體應是任務規定的待凈化氣體。通過實驗，再篩選出其中幾種活性較好的吸附劑，做進一步實驗。

3．壽命實驗

在中型裝置中，對幾種活性較好的吸附劑進行壽命和脫附性能的實驗。實驗氣體仍必須是待處理的氣體，實驗條件應是生產時的操作條件，所用的脫附方式也必須是生產中選定的。這樣經過吸附—脫附—再生反復屢次循環，確定每種吸附劑的使用壽命。

4．全面評估

對初選的幾種吸附劑，綜合活性、壽命等實驗，再結合價格、運費等指標進行全面評估，最后選出一種既較適用，價格又相對廉價的吸附劑。

吸附劑的選擇是一項復雜煩瑣的工作，需要仔細認真地進行。

二、吸附裝置的選擇

吸附裝置是吸附系統的核心，工業上所使用的吸附裝置共三大類，即固定床、移動床和流化床。其中以固定床應用最為廣泛。但不管是哪一類吸附裝置，在進行氣體凈化設計時，必須考慮根本要求。

1．吸附裝置設計的根本要求

(1)吸附裝置出口排氣必須到達排放標準

這是對吸附裝置的最起碼要求。按照目前的規定，各類氣態污染物的排放濃度必須到達國家環保局公布的《大氣污染物綜合排放標準(GBl6297—1996)》的規定，如果地方政府還有更嚴格的規定，還必須執行地方政府的規定。1996標準的規定對過去的標準進行了修訂，提出了更嚴格的標準，今后隨著可持續開展戰略的實施，國家還會對標準進行更嚴格的修訂，因此，在設計吸附裝置時應隨時注意排放標準的要求。

(2)設備選型要面向生產實際

設備選型要考慮實際生產中的規模、排氣量、排污方式(連續或間歇，均勻排放還是非均勻排放)、污染物的物化特性、回收還是進一步處理等因素，正確選擇吸附裝置和吸附工藝系統，尤其對一些特殊污染物或特殊要求的場合。選擇工藝系統時還應考慮生產的開展，留有適當的余地。

(3)盡可能采用先進技術

通過改良設備結構，使吸附裝置能保持在最正確狀態下運行，使所設計的吸附系統處理能力大、效率高、收益大。

(4)認真考慮經濟因素

所設計的吸附裝置和系統盡可能地簡化，易于安裝、維修，使用壽命長，同時要使系統操作簡便，易于管理，以節省投資及運行費用。

2．吸附裝置的類型

(1)固定床吸附系統

固定床，顧名思義，它是將吸附劑固定在某一部位上，在其靜止不動的情況下進行吸附操作的。它多為圓柱形設備，在內部支撐的格板或孔板上放置吸附劑，使處理的氣體通過它，吸附質被吸附在吸附劑上。

固定床的應用較多見。如果只需短期處理氣流，那么通常只需一個吸附裝置，當然這要以吸附周期之間有足夠的時間間隔，以便進行吸附劑的再生。然而，由于通常要求待處理氣體連續流動，因此必須采用能按這種方式操作的一個或多個裝置。用來從氣流中除去污染物最普通的吸附系統形式，是由許多固定床裝置組成的，這些裝置以一定的順序進行吸附操作和再生操作，以使氣流保持連續。如果間歇操作和分批操作切實可行，那么簡單的單床層吸附就足夠了，這時吸附階段和再生階段可交替進行。然而，由于大多數工業應用要求連續操作，因此經常采用雙吸附床或三吸附床系統，其中一個或兩個吸附床分別進行再生，其余的進行吸附。典型的雙吸附床和三吸附床系統如圖15—3和圖15—4所示。圖15—3

雙吸附床吸附系統圖15－4

三吸附床吸附系統

固定床吸附器也存在一些缺點。①間歇操作

為使氣流連續，操作必然不斷地周期性切換，為此必須配置較多的進出口閥門，操作十分麻煩。即使實現了自動化操作，控制程序也比擬復雜。②需設有備用設備

即當一局部吸附器進行吸附時，要有一局部吸附床進行再生；這些吸附床中的吸附劑即處于非生產狀態。即使處于生產中的設備里，為了保證吸附區的高度有一定的充裕，也需要放置多個實際需要的吸附劑，因而總吸附劑用量增多。③吸附劑層導熱性差

吸附時產生的吸附熱不易導出，操作時容易出現局部床層過熱。另外，再生時加熱升溫和冷卻降溫都很不容易，因而延長了再生的時間。④熱量利用率低

對于采用厚床層，壓力損失也較大，因此，能耗增加。

(2)固定床吸附器

固定床吸附系統的核心裝置是固定床吸附器。目前使用的固定床吸附器有立式、臥式、環式三種類型。①立式固定床吸附器

立式固定床吸附器如圖15—5所示。分上流和下流式兩種。吸附劑裝填高度以保證凈化效率和一定的阻力降為原那么，一般取0．5～2．0m。床層直徑以滿足氣體流量和保證氣流分布均勻為原那么。處理腐蝕性氣體時應注意采取防腐蝕措施，一般是加裝內襯。立式固定床吸附器適合于小氣量濃度高的情況。圖15－5

立式固定床吸附器1－礫石；2－卸料孔；3，6－網；4－裝料孔；5－廢氣及空氣入口；7－脫附氣排出；8－平安閥接管；9－頂蓋；10－重物；11－剛性環；12－外殼；13－吸附劑；14－支撐環；15－柵板；16－凈氣出口；17－粱；18－視鏡；19－冷凝排放及供水；20－擴散器；21－吸附器底；22－梁支架；23－擴散器水蒸氣接管②臥式固定床吸附器

臥式固定床吸附器適合處理氣量大、濃度低的氣體，其結構如圖15—6所示。圖15－6

臥式固定床吸附器1－殼體；2－供水；3－人孔；4－平安閥接管；5－擋板；6－蒸汽進口；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

臥式固定床吸附器為一水平擺放的圓柱形裝置，吸附劑裝填高度為0．5～1．0m，待凈化廢氣由吸附層上部或下部入床。臥式固定床吸附器的優點是處理氣量大、壓降小，缺點是由于床層截面積大，容易造成氣流分布不均。因此在設計時特別注意氣流均布的問題。③環式固定床吸附器

環式固定床吸附器又稱徑向固定床吸附器，其結構比立式和臥式吸附器復雜，如圖15—7所示。吸附劑填充在兩個同心多孔圓筒之間，吸附氣體由外殼進入，沿徑向通過吸附層，聚集到中心筒后排出。圖15－7

環式吸附器1－支腳；2－廢氣及冷熱空氣入口；3－吸附劑筒底支座；4－殼體；5，6－多孔外筒和內筒；7－頂蓋；8－視孔；9－裝料口；10－補償料斗；11－平安閥接管；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－脫附時排氣口

環式固定床吸附器結構緊湊，吸附截面積大、阻力小，處理能力大，在氣態污染物的凈化上具有獨特的優勢。目前使用的環式吸附器多使用纖維活性炭作吸附材料，用以凈化有機蒸氣。實際應用上多采用數個環式吸附芯組合在一起的結構設計，自動化操作。

(3)移動床吸附器

移動床吸附器的優點在于其結構可以使氣、固相連續穩定地輸入和輸出，還可以使氣、固兩相接觸良好，不致發生溝流和局部不均勻現象。由于氣、固兩相均處于移動狀態，所以克服了固定床局部過熱的缺點。其操作是連續的，用同樣數量的吸附劑可以處理比固定床多得多的氣體，因此對處理量比擬大的氣體的操作，選用移動床較好。但是，移動床有它的固有缺點。主要是由于吸附劑處在移動狀態下，磨損消耗大，且結構復雜，設備龐大。設備投資和運行費用均較高。

工業上應用的典型移動床吸附器是超吸附塔(見圖15—8)，設備高近30m，由塔體和流態化粒子提升裝置兩局部組成。吸附劑采用硬質活性炭。活性炭經脫附、再生及冷卻后繼續下降用于吸附。在吸附塔內，吸附與脫附是順序進行的。在吸附段，待處理的氣體由吸附段的下部(即塔體中上部)進入，與從塔頂下來的活性炭逆流接觸并把吸附質吸附下來，處理過的氣體經吸附段頂部排出。吸附了吸附質的活性炭繼續下降，經過增濃段到達汽提段。在汽提段的下部通入熱蒸汽，使活性炭上的吸附質進行脫附，經脫附后，含吸附質的氣流一局部由汽提段頂部作為回收產品(底部產品)回收，有一局部繼續上升，到達增濃段。在增濃段蒸汽中所含的吸附質被由吸附段下來的活性炭進一步吸附，等于使這局部活性炭的“濃度”又增加了?；钚蕴拷涍^汽提，大局部吸附質都被脫附，為了使之更徹底地脫附再生，在汽提段下面又加設了一個提取器，使活性炭的溫度進一步提高，一是為了枯燥目的，二是為了使活性炭更好地再生。經過再生的活性炭到達塔底，由提升器將其返回塔頂，于是完成了一個循環過程。在實際操作中，過程連續不斷地進行，氣體和固體的流速得到很好的控制。圖15－8

超吸附塔結構

近年來在移動床中有使用極性吸附劑如分子篩作吸附劑的，用于凈化極性氣體如H2S等，結果也相當滿意。

(4)流化床吸附器

用于氣態污染物治理的流化床吸附工藝是20世紀60年代開展起來的，是固體流態化技術在氣態污染物凈化方面的具體應用。流化床是由氣體和固體吸附劑組成的兩相流裝置。之所以稱為流化床，是因為固體吸附劑在與氣體的接觸中，由于氣體速度較大使固體顆粒處于流化狀態。由于流化床的運動形式，使它具有許多獨特的優點。①由于流體與固