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吸附器设计
吸附器
吸附器是装有吸附剂实现气一固吸附和解吸的设备。
分类与结构 按吸附器操作时吸附剂的运动状态,吸附器分为固定床吸附器、流动床吸附器和沸腾床吸附器。工业废气净化多采用固定床吸附器。固定床吸附器有立式、卧式和环形三种,在外形大小相同条件下,环形吸附器的接触面积最大。
固定床吸附器基本结构见图1。
图1 立式吸附器
1—送蒸气空气混合物入吸附器的接管 2—除去被吸蒸气后的空气排出管 3—加料孔 4—活性炭及砾石排出孔 5—框架 6—带有有孔侧壁的蒸气空气混合物分配器 7—送直接蒸气人吸附器的鼓泡器 8—圆筒形凝液排除器 9—凝液排出管 10—进水管 11—温度计插套 12—解吸时的蒸气排出管 13—排气管 14—压力计连接管 15—安全阀连接管
固定床吸附器的设计 以活性炭吸附有机溶剂为例。
1.确定废气处理量
处理风量应根据车间内有机溶剂的蒸发量(即吸附质)、有机气体的爆炸下限,配制车间的排气量进行计算,同时确定废气的初始浓度。
(1)有机溶剂蒸发量计算
可以按实际溶剂消耗量计算、相对挥发度的近似
计算或用马札克公式(式1)计算。
(1)
式中 G——有机蒸气蒸发量,g/h;
W——车间内风速,m/s;
p饱——有机溶剂在室温时饱和蒸气压,Pa;
F——有机溶剂敞露面积,m2;
M —有机溶剂分子量。
(2)确定有机溶剂的爆炸下限
从有关手册查出该有机溶剂的爆炸下限或用计算法求得(详见“爆炸极限”条目)。
(3)配气原则
一般将排气浓度控制在爆炸下限浓度的10%~25%左右。
(4)废气初始浓度
Go=G/V (2)
式中 Go——废气中吸附质的初始浓度,g/m3;
G——吸附质的蒸发量,g/h;
V——废气体积流量,m3/h。
2.确定吸附剂用量
(1)确定保护作用时间
常用希洛夫方程(式3)近似计算:
(3)
式中 τ——保护作用时间,s;
α——平衡静活性,%;
ρ——吸附剂松密度,kg/m3;
W——通过吸附剂层的气体流速,m/s;
Co——气流中吸附质初始浓度,kg/m3;
L——吸附剂床层厚度,m;
h——吸附剂“死层”厚度,m。
吸附剂床层厚度的选择决定了保护作用时间的长短,活性炭吸附有机溶剂的床层厚度一般选择0.5~1m。若厚度过高,炭层阻力加大,设备体积加大,解吸时蒸气耗量亦会增加,所以保护作用时间的确定是经济指标和技术指标的综合结果。
“死层”厚度的选择一般为吸附剂床层厚度的8%~15%。
吸附过程的每次间歇操作的持续时间(即保护作用时间),还可以根据实际吸附剂层的平均终活性与初活性,用物料衡算来确定。
(4)
式中 τ——保护作用时间,s;
G——吸附剂用量,kg;
a终——吸附剂终活性,即最终炭层中含有吸附质的重量百分数;
a初——吸附剂的初活性,即初始炭层中含有吸附质的重量百分数;
W——吸附剂层截面气流速度,m/s;
S——吸附剂层截面积,m2;
Co——气流吸附质初始浓度,kg/m3。
C残——吸附器出口气流吸附质的残留浓度,kg/m3。
(2)吸附剂床层面积
S=V/W (5)
式中 V——废气体积流量,m3/h;
W——通过吸附剂截面气流速度,m/s。
一般空塔流速在0.2~0.4m/sE右。
(3)吸附剂用量
G=LSρ (6)
式中符号同前。
3.吸附热造成的升温
用活性炭吸附物质时,所放出的吸附热使炭层及混合气升温,不利于吸附的进行。活性炭吸附有机物的吸附热可由手册中查出。根据吸附器中装炭总量及每次间歇吸附时被吸物质的总量,计算吸附放出的总热量。该热量消耗于加热混合气、炭、砾石、吸附器及绝热材料等。但大部分热量被混合气吸收,假定混合气比热等于空气比热,可求得混合气的升温。
4.解吸时水蒸气的消耗量
水蒸气消耗量的一般经验值:每回收1kg苯消耗3~5kg水蒸气。
5.吸附剂层阻力
(7)
式中 λ——外摩擦系数,是雷诺数(Re)的函数。
Re<20时,;
Re在20~2 000时,;
Re>2000时,λ=0.4j
L——吸附剂层厚度,m;
W隙——气体在吸附剂层的孔隙中的真实速度,m/s;
ρ——气体密度,kg/m3;
d当——当量直径,m;
式中 V隙——单位体积吸附剂层中颗粒空隙所占的百分比,又称床层孔隙度;
σ——单位体积床层中全部吸附剂颗粒的表面积,m2/m3;
△p的计算值应与实测
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