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第 7 章 气态污染物控制技术基础

第 7 章 气态污染物控制技术基础. §2 气体吸附 吸附剂 吸附机理 吸附工艺与设备计算 教学重点： 吸附过程与吸附剂、吸附理论、吸附设备及其计算方法、吸附法净化有机蒸气 教学难点 ： 吸附设备及其计算方法、吸附法净化有机蒸气. §2 气体吸附. 吸附 用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的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 优点：效率高、可回收、设备简单 缺点：吸附容量小、设备体积大. 吸附机理. 物理吸附和化学吸附. 物理吸附和化学吸附.

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第 7 章 气态污染物控制技术基础

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Presentation Transcript

  1. 第7章 气态污染物控制技术基础 §2 气体吸附 • 吸附剂 • 吸附机理 • 吸附工艺与设备计算 • 教学重点： • 吸附过程与吸附剂、吸附理论、吸附设备及其计算方法、吸附法净化有机蒸气 • 教学难点： • 吸附设备及其计算方法、吸附法净化有机蒸气

  2. §2气体吸附 • 吸附 • 用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的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 • 优点：效率高、可回收、设备简单 • 缺点：吸附容量小、设备体积大

  3. 吸附机理

  4. 物理吸附和化学吸附

  5. 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，发生化学吸附

  6. 一、吸附剂 • 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

  7. 吸附剂类型 活性炭 活性氧化铝 硅胶 沸石分子筛 4A 5A 13x 堆积密度/kg·m-3 200～600 750～1000 800 800 800 800 热容/kJ(kg·K)-1 0.836～1.254 0.836～1.045 0.92 0.794 0.794 —— 操作温度上限/K 423 773 673 873 873 873 平均孔径/Å 15～25 18～48 22 4 5 13 再生温度/K 373～413 473～523 393～423 473～573 473～573 473～573 比表面积/㎡·g-1 600～1600 210～360 600 —— —— —— 常用吸附剂特性

  8. 常用吸附剂特性 • 分子筛特性

  9. 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 • 比表面积（孔隙率、孔径、粒度等）

  10. 气体吸附的影响因素 • 典型吸附质分子的横截面积

  11. 气体吸附的影响因素 • 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

  12. 分子 临界直径/Å 分子 临界直径/Å 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-正二十二烷 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 丙烯 1-丁烯 2-反丁烯 1,3-丁二烯 二氟-氯甲烷(CFC-22) 噻吩 异丁烷-异二十二烷 二氟二氯甲烷(CFC-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 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 常见分子的临界直径

  13. 加热再生 • 吸附作用 ，再生温度 气体吸附的影响因素 • 吸附剂再生 • 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SO2，可用水脱附

  14. (a)吸附 (b)解吸 吸附剂再生

  15. 二、吸附机理 NH3在活性炭上的吸附等温线 吸附平衡 • 当吸附速度＝脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值 • 极限吸附量受气体压力和温度的影响 • 吸附等温线

  16. 吸附等温线

  17. 吸附方程式 • 弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分） • lgm对lgP作图为直线 m－单位吸附剂的吸附量 P－吸附质在气相中的平衡分压 K,n－经验常数, 实验确定

  18. 吸附方程式 • 朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线）

  19. 吸附方程式 • BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附）

  20. 外扩散（气流主体 外表面） • 内扩散（外表面 内表面） 吸附速率 • 吸附过程 • 吸附

  21. 吸附速率 • 外扩散速率 • 内扩散速率 • 总吸附速率方程

  22. 吸附工艺 • 固定床

  23. 吸附工艺 • 移动床

  24. 吸附工艺 • 移动床

  25. 吸附工艺 • 流化床

  26. 固定床吸附计算

  27. 固定床吸附计算

  28. 固定床吸附计算

  29. τ－L实际曲线与理论曲线的比较 1－理论线 2实际曲线 固定床吸附计算 • 保护作用时间

  30. 固定床吸附计算 • 同样条件下 • 定义－动力特性

  31. 固定床吸附计算 • 吸附床长度 • 假定条件 • 等温吸附 • 低浓度污染物的吸附 • 吸附等温线为第三种类型 • 吸附区长度为常数 • 吸附床的长度大于吸附区长度

  32. 固定床吸附计算 • 吸附床长度 L0－吸附区长度 WA－穿透至耗竭的惰性气体通过量 WE－耗竭时的通过量 1-f－吸附区内的饱和度

  33. 吸附器的压力损失 1）图解计算

  34. 移动床计算 • 操作线 • 吸附速率方程

  35. 移动床计算 例：用连续移动床逆流等温吸附过程净化含H2S的空气。吸附剂为分子筛。空气中H2S的浓度为3％（重量），气相流速为6500kg/h，假定操作在293K和1atm下进行，H2S的净化率要求为95％，试确定： (1) 分子筛的需要量（按最小需要量的1.5倍计）； (2) 需要再生时，分子筛中H2S的含量； (3) 需要的传质单元数。 解：(1) 吸附器进口气相组成： H2S的流量＝0.03×6500＝195kg/h 空气的流量＝6500－195＝6305kg/h 吸附器出口气相组成： H2S＝0.05×(195)＝9.75 kg/h 空气＝6305 kg/h

  36. 分子筛吸收H2S的平衡数据 移动床计算 实验得到的平衡关系如右图 假定X2＝0，从图得（X1）最大＝0.1147 所以实际需要的分子筛 ＝0.372×6305＝2345.5kg/h (2)

  37. 图解积分法求传质单元数 移动床计算 (3) 图解积分法计算NOG NOG＝3.127

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