[理学]第07章 气态污染物控制技术2.ppt

第七章 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 第三节 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，易实现自动化控制。 缺点：吸附容量小、设备体积大，需频繁再生。 适用范围 ①常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化，但处理的气体量不宜过大； ②对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率； ③当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。 具体应用 废气治理中脱除水分、有机蒸汽、恶臭、HF 、SO2、NOX等，海水淡化中也有使用 。 吸附机理 物理吸附和化学吸附 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 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，高沸点首先被吸附 高机械强度、化学和热稳定性 吸附容量大，吸附容量与表面积、孔隙大小、孔径分布、分子极性及吸附剂分子上官能团性质有关 来源广泛，造价低廉 良好的再生性能 工业常用吸附剂 白土：漂白土和酸性漂白土，主要成分硅铝酸盐，经加热和干燥后，形成多孔结构的物质。 活性氧化铝：将含水氧化铝，加热到737K，使之脱水形成。用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化（对水有强吸附能力）。 硅胶：SiO2﹒nH2O，亲水性，吸附水份量可达自身质量的50%，而难于吸附非极性物质。常用于处理含湿量较高的气体干燥，烃类物质回收等。 活性炭：疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱 除尾气中SO2、NOX等恶臭物质的净化；优点：性能稳定、抗腐蚀。 缺点：可燃性，使用温度不超过200℃。 沸石分子筛：是一种人工合成沸石，多孔性的硅酸铝骨架机构。 常用吸附剂特性 常用吸附剂特性 分子筛特性 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 增大吸附质分压利于吸附 气体吸附的影响因素 典型吸附质分子的横截面积 气体吸附的影响因素 吸附质性质、浓度 主要起吸附作用的是与被吸附分子大小相等的微孔 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。以被吸附物质的重量对吸附剂的重量或体积分数表示。 常见分子的临界直径 吸附剂活性 气体吸附的影响因素 吸附剂再生 吸附剂再生 二、 吸附机理吸附平衡 当吸附速度＝脱附速度时，吸附平衡，此时吸附量达到极限值—静吸附量分数XT （m吸附的吸附质/m吸附剂） 极限吸附量受气体压力和温度的影响 吸附等温线 吸附等温线 吸附方程式 弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分） lgXT对lgP作图为直线 吸附方程式 BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附） 吸附速率 吸附过程 吸附速率 外扩散速率 内扩散速率 总吸附速率方程 物理吸附和化学吸附 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 增大吸附质分压利于吸附 气体吸附的影响因素 吸附剂再生 二、 吸附机理吸附平衡 弗罗德里希（Freundlich）方程（I型等温线中压部分） 吸附速率 吸附过程 三、吸附工艺与设备计算吸附工艺 固定床 吸附工艺 移动床 吸附工艺 流化床 固定床吸附计算 固定床吸附计算 固定床吸附计算 固定床吸附计算 保护作用时间 固定床吸附计算 对于同一吸附层和吸附剂，在同样条件下 定义－动力特性 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 固定床吸附计算 吸附床长度 吸附器的压力损失 1）图解计算 移动床计算 操作线 吸附速率方程 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/